MULTISIM devre tasarım programı

DENEY 1: MULTISIM DEVRE TASARIM PROGRAMI İLE OHM ve KIRCHOFF
YASALARININ İNCELENMESİ
Amaç: MULTISIM devre tasarım programının kullanımının öğrenilmesi; Ohm ve Kirchoff
yasalarının geçerliliğinin gözlenmesi.
Gerekli Malzemeler: Bilgisayar ve NI Multisim programı
Teorik Bilgi:
MULTISIM: Günümüzde her türlü elektronik devrenin tasarım ve analizinde yaygın olarak
kullanılan devre tasarım ve simülasyon programları sayesinde zamandan ve paradan tasarruf
sağlanarak bilgisayar başında devre tasarımı ve analizi kolayca yapılabilmektedir.
Şekil.1. Multisim açılış ekranı
 Components Toolbar (Malzeme Araç Çubuğu)
Components araç çubuğundaki butonlar aşağıda açıklanmıştır. Her bir buton seçildiğinde ilgili
butonun altında kendi grubundan malzeme seçimi yapılabilecek bir pencere ekrana gelir.
 Instruments Toolbar (Ölçü Aletleri Araç Çubuğu)
Ölçü aletleri araç çubuğundaki butonların işlevleri aşağıda açıklanmıştır.
Buton
Açıklama
Multimetre.
Function Generator
Wattmeter
Oscilloscope
Four Channel Oscilloscope
Bode Plotter
Frequency Counter
Word Generator
Logic Analyzer
Logic Converter
IV Analyzer: Diyot, transistör gibi komponentlerin akım-gerilim eğrilerini
çizer.
Distortion Analyzer: Sinyallerdeki bozulmaları ölçer.
Spectrum Analyzer: Zaman boyutunda osiloskopun yaptığı işi frekans
boyutunda bu cihaz yapar. Frekans genliğini ölçer.
Network Analyzer: Genellikle yüksek frekanslarda çalışma için yapılmış
devreleri karakterize etmek için kullanılır.
Measurement Probe: Çalışılan şematik devre üzerinde herhangi bir hattın
üzerindeki gerilim, akım, frekans gibi büyüklükler ölçülmek istendiğinde o
hattın üzerine bu probe Mouse ile yerleştirilir.
 Devreye Eleman Ekleme Ayarları
Multisim de devreye eleman ekleme işlemi Component araç çubuğundan elemanın seçilmesi ile
başlar. Ancak eleman ekleme penceresinde de dikkat edilmesi gereken bazı hususlar vardır.
1. Pencerede görüldüğü üzere en üstte Database kısmında “devrede kullanacağımız
elemanların hangi veritabanından olduğunu” seçmemiz gerekir. Burada Master, Corporate
ve User olmak üzere üç çeşit veri tabanı bulunur. Master Multisim programı ile beraber
gelen hazır bulunan semboller içerir. Corporate sizin oluşturduğunuz ve programı
kullanan herkesin kullanımına açık olan sembolleri içerir. User ise yine sizin
oluşturduğunuz ancak sadece sizin kullanabileceğiniz elemanları içeren veri tabanı
bölümüdür. Eleman seçimi yapılırken hangi veritabanı kullanılacaksa o seçilmelidir. Bu
standart olarak MASTER olmalıdır.
2. Çalışılacak veritabanının belirlenmesinden hemen sonra alt taraftaki Group kısmından
hangi eleman grubunun seçileceği belirlenir. Burdaki grouplar Component Araç
Çubuğunun aynısıdır!
3. Hangi grubu seçersek o grupla alakalı (family olarak gözüken kısım) eleman listesi
karşımıza gelecektir. Ekranda basic seçili olduğundan pasif elemanlar gözükmektedir.
Yan tarafta da seçeceğimiz elemanın modeli bilgileri ve şematik görünümü
gözükmektedir. Aynı zamanda bu alanda SEARCH tuşuna basılarak veri tabanları
içerisinde arama yapılabilir.
Şekil.2. Devre elemanı seçme ekranı
4. Yukarıdaki adımlardan sonra elemanı için istenen eleman Component araç çubuğundan
tıklanıp sonra da açılan pencereden seçildikten sonra sadece mouse ile çizim alanına bir
kez tıklamak yeterlidir. Seçtiğimiz eleman devre çizim alanına yerleşmiş olacaktır.
5. Çizim alanına yerleştirilmiş bir elemanın üzerine tıklayarak istenilen değer verilebilir.
6. Yine eklenen eleman üzerine sağ tıklayarak eleman sağa veya sola döndürülebilir.
7. Elemanların çizim alanına yerleştirilmesinden sonra geriye bu elemanların birbirlerine
bağlanması gerekir. Bu sebeple de iki elemanı birbirine bağlamak için iletken bağlantılar
çizilir. Çizim alanına eklediğimiz her elemanın pinlari yani bağlantı yapılabilecek uçları
vardır. Eğer çizim alanında bir adet düğüm noktası ya da eleman ucu var ise , Mutisim
programı otomatik olarak çizim yapma moduna geçecektir. Çizim moduna geçerken
mouse işaretcisi ortasında yuvarlak olan bir artı işareti şeklini alacaktır. Devre tasarımı
yaparken genellikle ince görünümlü bir çizgi (wire) ya da bus dediğimiz çoklu yol
barındıran bağlantılar kullanırız. Çizim yapılırken dönüş yapılacaksa dönülecek noktada
farenin sol tuşuna bir kez tıklanır ve o noktadan çizgi yön değiştirebilir.
 Devreye Ölçüm Cihazı Ekleme ve Ölçüm Yapma
 Multimetre ekleme ve kullanımı
1. Instrument araç kutusundan Multimeter butonuna tıklanır ve çalışma
alanına sembolü yerleştirilir.
2. Akım, gerilim, direnç ve dB(decicell) ölçümlerinden hangisi yapılacaksa o
konum seçilmelidir.
Şekil.3. Multimetre ekranı
3. Multimetre ile akım değeri ölçülecekse; A kademesi seçilir ve gerçek
devrede olduğu gibi devreye seri olarak bağlanır.
Şekil.4. Multimetre ile akım ölçümü ekranı
4. Multimetre ile gerilim ölçülecekse; V kademesi seçilir ve gerçek devrede
olduğu gibi devreye paralel olarak bağlanır.
Şekil.5. Multimetre ile gerilim ölçümü ekranı
5. Multimetre ile direnç ölçülecekse; Ω kademesi seçilir ölçülmek istenen
direnç devreden çıkarılır ve dirence paralel şekilde bağlanarak ölçülür.
Çalışan devre üzerinde doğru bir direnç ölçümü yapılamaz. Eğer devrede
herhangi iki nokta arasında eşdeğer direnç ölçülmek istenirse devredeki
kaynaklar kapatılır ve ölçülmek istenen noktalara paralel şekilde bağlanan
multimetre ile ölçülür.
Şekil.6. Multimetre ile direnç ölçümü ekranı
OHM Yasası: Sabit sıcaklıkta ve frekansta bir direncin değeri bu direncin iki ucuna uygulanan
gerilimin dirençten geçen akıma oranına ohm yasası denir.
Yukarıdaki tanım bağıntılarında R reel katsayısı, direnç elemanının direnci (rezistansı); V
katsayısı, iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel farkını; I katsayısı ise, iletkenden geçen akım
şiddetini ifade etmektedir.
Dirençler, kullanılacak yere ve amaca göre çeşitli şekillerde üretilirler. Başlıca direnç çeşitleri;
 Sabit Dirençler: Fiziksel olarak bir bozulmaya uğramadığı sürece değeri değişmeyen
yani aynı kalan dirençlerdir.
 Değişken Dirençler: Direnç değeri, 0 Ω ile üretici firma tarafından belirlenmiş bir üst
sınır aralığında değişen dirençlerdir. Bu dirençler potansiyometre olarak da
bilinmektedir.
 Foto Rezistif Dirençler: Bunların isminden de anlaşılacağı gibi direnç değeri, üzerine
düşen ışığın şiddetine göre değişen özel dirençlerdir. Kısaca LDR (Light Dependent
Resistor) olarak bilinmektedir.
 Isıya Duyarlı Dirençler: Direnci ısıya bağlı olarak değişen doğrusal olmayan
dirençlerdir (PTC: Positive Temperature Coefficient; NTC: Negative Temperature
Coefficient)
 Tümleşik Dirençler: Yarıiletken teknolojisiyle üretilen jonksiyon dirençler ve ince-film
dirençlerdir.
Dirençlerin Bağlama Şekilleri ve Eşdeğer Direnç Hesapları:
a. Seri bağlama: Dirençlerin aynı akım yolu üzerinde olacak şekilde uç uca eklenmeleriyle
oluşan bağlanma şeklidir. Şekildeki R1 ve R2 dirençleri seri bağlanmıştır. A
ampermetresinden geçen akım, R1 ve R2 dirençlerinden aynen geçer. Buna göre seri bağlı
dirençlerden geçen akımlar birbirine eşittir.
I
+
R1
V
-
R2
b. Paralel bağlama: İki veya daha fazla direncin, her iki uçlarının kendi aralarında
birleştirilmeleri ile oluşan bağlama şeklidir. Üreteçten çıkan ana kol akımı, düğüm
noktasında direnç sayısı kadar kola ayrılır. Bu durumda paralel bağlı dirençlerde ana
koldan gelen akım paralel bağlı dirençler üzerinden geçerken, direncin büyüklüğüyle ters
orantılı olarak dağılır. Böylece dirençler üzerinden geçen akımların toplamı, ana koldan
geçen akıma eşit olur. Dirençlerin uçları aynı noktaya bağlı olduğundan dolayı paralel
bağlı dirençler üzerindeki gerilim değerleri birbirine eşittir.
I
+
V
R2
R1
I= I1+ I2
Düğüm: İki veya daha çok elektronik devre elemanının birbirleri ile bağlandıkları bağlantı
noktalarına düğüm adı verilir. Düğüm, akımın kollara ayrıldığı yolların birleşme noktaları olarak
da tarif edilebilir.
Düğüm noktasını besleyen akımlar (giren akımlar) : İ1, İ3, İ4, İ7
Düğüm noktasından beslenen akımlar (çıkan akımlar) : İ2, İ5, İ6
Bu düğüm için;
İ1 + İ3 + İ4 + İ7 = İ2 + İ5 + İ6
Kirchoff’un Akım Yasası (KAY): Bir elektrik devresinde, bir düğümde bulunan kollara ilişkin
akımların aynı andaki cebirsel toplamı sıfıra eşittir. Akımların cebirsel toplamı yapılmadan
önce düğüm noktası esas alınarak referans bir yön seçilmelidir. Böylece bu yon ile uyumlu
olan akım değeri pozitif alınırken uyumsuz olan yon ise negatif olarak alınır. Düğüm noktası
bir devre elemanı olmayıp iki veya daha fazla devre elemanlarının bağlandığı nokta olarak
tanımlanır. Kirchoff „un Akımlar Yasası denklemine, düğüme doğru yönelen akımlar negatif
işaretli, dışarı doğru yönelen akımlar ise pozitif işaretli olarak gireceklerdir. Bunun tersi de
olabilir.
Çevre: Bir düğümden başlayarak, bu düğüme tekrar gelinceye kadar elektriksel yollar üzerinden
sadece bir kez geçmek şartı ile oluşturulan kapalı devreye çevre veya göz ismi verilir.
İ1 akımının dolaştığı kapalı çevre için;
VS – VR1 – VR2 – VR3 = 0
İ2 akımının dolaştığı kapalı çevre için;
VR3 – VR4 – VR5 = 0
Kirchoff’un Gerilim Yasası (KGY): Bir elektrik devresinde kapalı çevre boyunca devre
elemanlarının uçlarındaki gerilimlerin cebirsel toplamı kaynak gerilimlerinin cebirsel toplamına
eşittir. Gerilimlerin cebirsel toplamı yapılmadan önce referans bir akım yönü seçilir ve bu akımın
pasif elemanlar üzerindeki meydana getirdiği gerilim düşümü pasif işaret kuralı gereğince pozitif
olarak alınır. Kaynaklarda bu akımın negatif uçtan girmesi durumunda gerilim negatif, pozitif
uçtan girmesi durumunda ise pozitif alınır. Sonuçta, bütün gerilimlerin cebirsel toplamı sıfıra eşit
olmalıdır.
Deney 1: Multisim Devre Tasarım Programı İle Ohm Ve Kirchoff Yasaları
SONUÇ RAPORU
Öğrencinin Numarası:
Öğrencinin Adı Soyadı:
İşlem Basamakları:
A. Ohm Yasası Uygulaması
I
R
A
V
Şekil.7 Uygulaması yapılacak 1. devrenin şeması
1. Şekil.7‟deki devreyi Multisim programı üzerine kurunuz.
2. Tablo.1 de verilen gerilim ve direnç değerlerine karşılık gelen akımları hesaplayınız
( Hesaplama belirtilen boşluğa yapılacaktır).
3. Aynı değerler için akımları multisim programında multimetre ile ölçünüz. Ölçüm
sonuçlarını Tablo.1‟de belirtiniz.
Tablo.1. Şekil.7 hesaplama ve ölçüm tablosu
Gerilim
Değerleri
Direnç
Değerleri
Koldan geçen I
akımının
hesaplanması
Programda
ölçülen değer
V= 5V
1kΩ
2kΩ
V= 12V
2.5kΩ
5kΩ
4000Ω
9000Ω
B. Kirchoff’un Akım Yasası Uygulaması
V
İ3
İ1
i2
A
I
R2
R1
A1
R3
A2
A3
Şekil.8 Uygulaması yapılacak 2. devrenin şeması
1. Şekil 8‟deki devreyi Multisim programı üzerine kurunuz.
2. Tablo.2 de verilen gerilim ve direnç değerleri için devreden geçen toplam akım (I)
değerini hesaplayınız ( Hesaplama belirtilen boşluğa yapılacaktır).
3. Aynı değerler için tabloda istenen akımları (I, i1, i2, i3) multisim programında multimetre
ile ölçünüz. Ölçüm sonuçlarını Tablo.2‟de belirtiniz.
Tablo.2. Şekil.8 hesaplama ve ölçüm tablosu
V = 12V
R1= 100Ω
R2= 330Ω
R3= 470Ω
A (I akımının) değerinin
hesaplanması
A (I)
Ölçüm
Değerleri
A1 (i1)
A2 (i2)
A3 (i3)
R1= 2.2kΩ
R2= 6.8kΩ
R3= 10kΩ
C. Kirchoff’un Akım Yasası Uygulaması
I
R1
R2
R3
V
Şekil.9 Uygulaması yapılacak 3. devrenin şeması
1. Şekil 8‟deki devreyi Multisim programı üzerine kurunuz.
2. Tablo.3 de verilen gerilim ve direnç değerleri için devreden geçen akımı (I) hesaplayınız.
( Hesaplama belirtilen boşluğa yapılacaktır).
3. Aynı değerler için dirençler üzerindeki gerilimleri multisim programında multimetre ile
ölçünüz. Ölçüm sonuçlarını Tablo.2‟de belirtiniz.
V = 9V
R1= 680Ω
R2= 820Ω
R3= 1.5kΩ
I akımının hesaplanması
V1 (R1 gerilimi)
Ölçüm
Değerleri
V2 (R2 gerilimi)
V3 (R3 gerilimi)
R1= 1kΩ
R2= 3.3kΩ
R3= 4.7kΩ