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Jürgen Liepe

Schaltungen der Elektrotechnik und Elektronik –verstehen und lösen mit NI Multisim

9 783446 421547

www.hanser.de

ISBN 978-3-446-42154-7

Mit diesem Übungs- und Arbeitsbuch lernen Sie, Aufgaben der Elektrotechnik

und Elektronik mit Hilfe des Simulationsprogramms NI Multisim zu lösen. Das

von National Instruments entwickelte Programm stellt Anwendern ausgereifte

Werkzeuge zur intuitiven Schaltplaneingabe sowie leistungsstarke Analysen

und interaktive virtuelle Messgeräte zur Verfügung. Mit Multisim lassen sich

nach kurzer Einarbeitungszeit anspruchsvolle Lernziele erreichen. Die Studenten-

version des Programms liegt diesem Buch auf CD-ROM bei.

Nach einer kurzen Einführung in Multisim untersuchen und lösen Sie in fast

350 Aufgaben elektrische und elektronische Schaltungen selbstständig. Hierbei

helfen kurze Einführungen in die einzelnen Fachthemen und Zusammenstellungen

wichtiger Formeln.

Das Buch kann für Schüler und Studenten von der Berufsausbildung bis zur

Hochschulausbildung eingesetzt werden und ist außerdem besonders für das

Selbststudium zu empfehlen.

Auf CD-ROM

kostenfreie Studentenversion NI Multisim 11Schaltungsdateien der Aufgaben

Auf der Website

http://jliepe.deLösungen zu den Aufgaben

Schaltungen derElektrotechnik und Elektronik –verstehen und lösen mit NI MultisimEin Übungs- und Arbeitsbuch

»Studentenversion 11

inklusive«Jürgen Liepe

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2., aktualisierte Auflage

>> Weitere Informationen, Online-Demos und kostenlose Laborunterlagen unterni.com/academic/d/ 089 7413130

Vergleich vonSimulations- und realenMessdaten

NI Multisim:Interaktive SPICE-Simulation für analogeund digitale Schaltungen

Simulation vonvirtuellen Prototypenerleichtert dasVerständnis beimArbeiten im prak-tischen Labor

NI LabVIEW:GrafischeProgrammierungvon MSR-Anwendungen

Man lernt nie aus!

EinfacherLaboraufbaudurch reduziertenPlatzbedarf undPlug-and-play-Anbindung überUSB

Haptische und PC-basierte Bedienung

NI LabVIEW und NI ELVIS alsmultidisziplinäre Laborplattform fürHochschule und AusbildungMan lernt nie aus, aber hoffentlich immer dazu!Durch den Einsatz von integriertenLaborplattformen werden Einarbeitungszeitenminimiert. Zudem können Erfahrungen ausden Grundlagenübungen in fortgeschrittenenLaboren weiter vertieft werden. NI ELVISunterstützt unter anderem Experimente ausden Bereichen Mess- und Regelungstechnik,Elektronik, Nachrichtentechnik, Mechatronikund Embedded-Entwicklung.

Lernfelder und Themengebiete

- Schaltungsentwurf- Messtechnik- Regelungstechnik- Nachrichtentechnik- Mechatronik- Signalverarbeitung- Embedded-Entwicklung

Multidisziplinäre Laborplattform für Hochschule und Ausbildung

NI ELVIS:12 integrierteLabormessgeräte(Funktionsgeneratoren,Oszilloskop, DMM etc.)

© 2010 National Instruments Corporation. Alle Rechte vorbehalten. LabVIEW, National Instruments, NI und ni.com sind Warenzeichen von National Instruments.Andere erwähnte Produkt- und Firmennamen sind Warenzeichen oder Handelsbezeichnungen der jeweiligen Unternehmen.

National Instruments Germany GmbHGanghoferstraße 70 b • 80339 MünchenTel.: +49 89 7413130 • Fax: +49 89 7146035info.germany@ni.com • ni.com/germany

LiepeSchaltungen der Elektrotechnik und Elektronik –

verstehen und lösen mit NI MultisimEin Übungs- und Arbeitsbuch

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Jürgen Liepe

Schaltungen derElektrotechnik und Elektronik –verstehen und lösen mit NI MultisimEin Übungs- und Arbeitsbuch

2., aktualisierte Auflage

Mit 474 Bildern, 355 Aufgaben, 17 ausführlichen Übungsbeispielenund einer CD-ROM

Fachbuchverlag Leipzigim Carl Hanser Verlag

Alle in diesem Buch enthaltenen Programme, Verfahren und elektronischen Schaltungen wurden nachbestem Wissen erstellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Ausdiesem Grund ist das im vorliegenden Buch enthaltene Programm-Material mit keiner Verpflichtungoder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autor und Verlag übernehmen infolgedessen keineVerantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die aufirgendeine Art aus der Benutzung dieses Programm-Materials oder Teilen davon entsteht.

Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werkberechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinneder Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher vonjedermann benutzt werden dürften.

Bibliografische Information der Deutschen NationalbibliothekDie Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der DeutschenNationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internetüber http://dnb.d-nb.de abrufbar.

ISBN 978-3-446-42154-7

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt.Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oderTeilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlagesin irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke derUnterrichtsgestaltung – mit Ausnahme der in den §§ 53, 54 URG genannten Sonderfälle –,reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitetwerden.

Fachbuchverlag Leipzigim Carl Hanser Verlag

© 2010 Carl Hanser Verlag MünchenInternet: http://www.hanser.de

Lektorat: Mirja Werner, M.A.Herstellung: Dipl.-Ing. Franziska KaufmannCovergestaltung: Stephan RönigkSatz: PTP-Berlin Protago-TeX-Production GmbHDruck und Bindung: Druckhaus „Thomas Müntzer“ GmbH, Bad LangensalzaPrinted in Germany

Vorwort

Fast 40 Jahre habe ich in der Berufs-, Meister- und Techniker-Ausbildung Elektrotechnikund Elektronik unterrichtet und kenne die Schwierigkeiten, die Schüler und Studenten beimErkennen der elektrotechnischen Gesetzmäßigkeiten oder beim Verstehen elektronischerSchaltungen zum Ausbildungsbeginn haben. Das Begreifen und Vorstellen von vermeintlichabstrakten Vorgängen fällt sehr schwer. Anfang der 90er Jahre lernte ich die Simulations-software ELECTRONICS WORKBENCH kennen, die heute nach der Übernahme durchNational Instruments und vielen Verbesserungen und Erweiterungen MULTISIM heißt. Sieermöglicht vollkommen neue Möglichkeiten des Kenntniserwerbs, denn hier ist der Ler-nende am Lernprozess nicht mehr passiv beteiligt, sondern setzt sich aktiv mit dem Lehrstoffauseinander. Er konzentriert sich voll auf die Unterrichtsinhalte, die sehr effektiv auf diejeweiligen Anforderungen angepasst werden können. Es ist für mich eine Freude, dass dieFirma National Instruments für dieses Buch auf CD eine kostenlose EvaluationssoftwareMULTISIM zur Verfügung stellt.

In dem vorliegenden Arbeitsbuch werden nach einer Einführung in das Programm MULTI-SIM 152 Aufgaben aus dem Bereich der Elektrotechnik und 194 Aufgaben aus der Elektronikvorgestellt, die mit dem Simulationsprogramm gelöst werden können. Die Aufgabenauswahlgewährleistet ein schrittweises Erarbeiten der Stoffgebiete. Eine parallele Nutzung entspre-chender Lehrbücher (siehe Literaturverzeichnis) wird zur Ergänzung und Vertiefung emp-fohlen. Alle im Buch anführten Schaltungen liegen auf CD als Datei im Ordner „Schaltun-gen“ vor. Die Dateibezeichnung entspricht dabei der Aufgabenbezeichnung. Die Lösung dermeisten Aufgaben finden Sie auf meiner Home-Page http://jliepe.de.

Auf Grund der Aufgabenstruktur kann das Buch für Schüler und Studenten von der Berufs-ausbildung bis zur Hochschulausbildung eingesetzt werden. Ein besonderer Vorteil für dieLehrenden ergibt sich bei der Begabtenförderung oder bei der Nachhilfe, denn sehr einfachkönnen Aufgaben erweitert oder ergänzt werden. Das Buch ist auch hervorragend für dasSelbststudium zur Auffrischung oder Erweiterung von Kenntnissen geeignet.

Ich bedanke mich bei Herrn Ingo Földvári und Herrn Philipp Krauss von der Firma NationalInstruments für die Ermunterung zu diesem Buch und die gewährte technische Unterstüt-zung. Frau Erika Hotho und Frau Franziska Kaufmann vom Fachbuchverlag Leipzig dankeich für die sehr gute Zusammenarbeit bei der Gestaltung dieses Buches. Bei meiner Familieund besonders meiner Frau möchte ich mich für die Geduld bedanken, die sie während derErarbeitung aufbringen mussten.

Bei der Arbeit mit diesem Buch wünsche ich viel Freude.

Leipzig, Juli 2008 Jürgen Liepe

Vorwort zur 2. Auflage

Das vorliegende Fachbuch hat eine sehr positive Resonanz gefunden, sodass bereits ein Jahrnach Erscheinen eine Neuauflage erforderlich war. Um die Lesbarkeit zu verbessern, wurdenzahlreiche Abbildungen größer dargestellt, gefundene Fehler wurden korrigiert.

Leipzig, Januar 2010 Jürgen Liepe

Geleitwort

Einer der ältesten Menschheitsträume, Dinge vorausbestimmen zu können, bevor sie Reali-tät werden, hat zumindest in einem technischen Umfeld unlängst realistische Züge ange-nommen. Die Rede ist hier mitnichten von Prophezeiungen oder gar Wahrsagerei – neinschlicht und einfach von Simulationen.

Was aber versteht man genau unter Simulation? Eine etwas nüchterne Definition diesesBegriffes findet sich in den VDI-Richtlinien (VDI 3633,1993): „Simulation ist die Nachbil-dung eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Mo-dell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind. Insbeson-dere werden die Prozesse über die Zeit entwickelt. Im weiteren Sinne wird unter Simulationdas Vorbereiten, Durchführen und Auswerten gezielter Experimente mit einem Simula-tionsmodell verstanden.“ Die Simulation stellt damit ein wichtiges Hilfsmittel des Techni-kers bzw. Ingenieurs dar – vor allem im Bereich der technischen Wissensvermittlung – undfördert insgesamt das systemdynamische Denken. Der Lernende hat die Möglichkeit, sinn-volle Parameter als Bedingungen anzugeben, woraufhin veranschaulicht wird, wie sich dasrepräsentierte System unter entsprechenden Bedingungen verhalten würde. Simulationensind also eine gute Möglichkeit, Theorie sichtbar zu machen und vor allem Ursache- undWirkungszusammenhänge aufzuzeigen. Dies macht sie zu wertvollen und anschaulichenInstrumenten der Erkenntnis für vor allem abstrakte, nicht leicht zugängliche Denksysteme.Kurzum, sie erlauben ein neues Arbeiten mit Theorien in einem experimentellen Sinne.

Die Vorzüge des didaktischen Potenzials der Simulation sind zwar unumstritten, dennochmüssen einige entscheidende Fragen im Vorfeld geklärt werden, wie beispielsweise: Wannsind welche Simulationswerkzeuge sinnvoll einsetzbar? Wie viel Gewicht soll auf die fun-dierte Vermittlung von Grundlagen und „dem Rechnen mit Papier und Bleistift“ gelegt wer-den, in welchen Bereichen bringt ein Simulationswerkzeug Vorteile und ab wann ist es nötig,einen Übergang in die Praxis zu schaffen?

Garanten für den Erfolg der Simulation in der Didaktik sind die interdisziplinäre Zusammen-arbeit zwischen allen Beteiligten und die Verzahnung von Theorie, Empirie und Praxis: Leh-rer, Ausbilder und Dozenten müssen diesen integralen Ansatz vorleben. Theorie, Simulationund Praxis müssen nahtlos ineinander übergehen. Firmen müssen sicherstellen, dassSchnittstellen zum Informationsaustausch zwischen ihren Werkzeugen bestehen. Lernin-halte müssen diese Ansätze aufgreifen und in didaktische Materialien abgebildet werden.

Oft fällt es den Lernenden – unabhängig vom Fachgebiet (Physik, Nachrichtentechnik,Energietechnik o. ä.) – schwer, die im praktischen Elektroniklabor ermittelten Werte richtigzu interpretieren. Dies liegt weniger an der Art der Vermittlung von Theorie, sondern viel-mehr an deren unzureichender Vertiefung und aussagekräftigen Vergleichen mit der Praxis.

8 Geleitwort

SPICE (Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis) gilt seit vielen Jahren alsStandard für die Modellierung und Simulation von Analog- und Digitalschaltungen. Jedochbringt die ursprüngliche SPICE-Engine Syntaxkomplexitäten mit sich, die eine Handhabungfür viele Anwender häufig umständlich gestalten. Gerade für den Lehrenden ist eine inten-sive Einarbeitung nahezu unmöglich, da der reguläre Schulbetrieb kaum Freiräume dazubietet. Hier schafft National Instruments Abhilfe: NI Multisim (vormals Multisim von Elec-tronics Workbench) stellt Anwendern ausgereifte Werkzeuge zur intuitiven Schaltplanein-gabe sowie leistungsstarke Analysen und interaktive virtuelle Messgeräte zur Verfügung, diedem Anspruch von kurzer Einarbeitungszeit und qualitativ hochwertigen Lernzielen gerechtwerden. Die in Multisim implementierten Messgeräte, z. B. Funktionsgenerator, Oszillo-skop, Logik- oder Spektrumanalysator, lassen in Kombination mit interaktiven Bauteilen(z. B. Schalter und Taster, Potentiometer, veränderbare Kapazitäten und Induktivitätensowie 7-Segmentanzeigen, LEDs, LCDs und weiteren Anzeigen) einen SPICE-basiertenSchaltplan zu einer virtuell erlebbaren Schaltung werden.

Der Schwerpunkt der am Markt verfügbaren SPICE-Simulatoren liegt in der Regel in derQualität von Simulationsergebnissen. So wird der Implementierung anspruchsvoller ma-thematischer Algorithmen zur nachträglichen Verarbeitung von Ergebnissen sowie der Fle-xibilität in der Darstellung von Daten kaum Bedeutung beigemessen. Auch hier spielt Multi-sim seine Stärken aus und bietet dem Anwender neben dem integrierten Post-Processorauch eine Vielzahl von Exportfunktionen. Professionelle Datenmanagement-Werkzeugekönnen diese Daten importieren und mittels mathematisch intensiven Analysen und design-spezifischen Darstellungen sowie Berichten neue Erkenntnisse über das Verhalten der zuentwickelnden Baugruppe liefern.

Ein sicherlich naheliegender, dennoch bisher selten konsequent durchgeführter Schritt in-nerhalb der Elektronikausbildung ist es, die beiden Disziplinen – Simulation und Laborpra-xis – miteinander zu integrieren. Werden bereits während der Erstellung der Lehrunterlagendie beiden traditionell getrennt betrachteten Gebiete als eine integrierte Einheit behandelt, sokönnen die verschiedenen Einzelschritte besser aufeinander abgestimmt werden. Seit derErweiterung der NI-Produktpalette durch Multisim im Februar 2005 wurden viele Weichengestellt, um die Welten der Simulation und der Mess- und Prüftechnik miteinander in Ein-klang zu bringen. Konkret wurden die Entwicklungsumgebung LabVIEW und die Schal-tungssimulationssoftware Multisim aufeinander abgestimmt. Dadurch gelingt ein echtes undnahezu nahtloses designbegleitendes Messen und Testen, was in der Industrie seinesgleichensucht. In vielen Laboren wird LabVIEW für die PC-basierte Mess-, Steuerungs- und Rege-lungstechnik eingesetzt, um charakteristische Signale, die mithilfe der Simulation ermitteltwurden, auf einfache Art und Weise mit ihren Pendants realer Schaltungen zu vergleichen.Eventuelle Abweichungen können quantifiziert und mithilfe der Messtechnik auf ihre Ursa-che zurückgeführt werden. Die reale Ursache, z. B. die Auswirkung einer rauschenden Span-nungsversorgung auf die zu entwickelnde Elektronik, kann dann wiederum in den standar-disierten Datenformaten gespeichert und als Quelle für die Simulation genutzt werden. Nö-tige Schaltungserweiterungen lassen sich direkt mit den realen Stimuli auf ihre Wirkungüberprüfen.

Geleitwort 9

Der Aha-Effekt für den Lernenden tritt dann ein, wenn ihm plastisch vor Augen geführtwird, dass sich Schaltungen in der Theorie und Praxis unterschiedlich verhalten. Reale Ein-flüsse zu verstehen, vorherzusagen und entsprechende Maßnahmen dagegen einzuleiten,darum geht es in erster Linie bei der praktischen Arbeit eines Technikers und Ingenieurs.Diesem Buch gelingt der Brückenschlag zwischen Theorie und Praxis auf einem didaktischhohen Niveau, ohne dass der Spaßfaktor dabei zu kurz kommt.

In diesem Sinne danke ich Herrn Liepe für sein unermüdliches Engagement bei der Erstel-lung dieses für die Theorie und Praxis der Schaltungssimulation wegweisenden Standard-werks.

Dipl.-Ing. Rahman JamalTechnical & Marketing Director Central Europe

National Instruments Germany GmbH

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung in die Simulationssoftware MULTISIM 131.1 Was ist und was kann MULTISIM?................................................................................ 131.2 Installation....................................................................................................................... 151.3 Hilfe und Support............................................................................................................ 16

1.3.1 Benutzeroberfläche ........................................................................................... 171.3.2 Tastatur-Befehle ................................................................................................ 241.3.3 Arbeit mit der Maus-Taste................................................................................ 251.3.4 Erklärung ausgewählter Menü-Befehle ............................................................ 27

1.4 Übersicht der Übungsbeispiele....................................................................................... 72

2 Gleichstromkreis 732.1 Grundstromkreis............................................................................................................. 732.2 Reihenschaltung von Widerständen .............................................................................. 792.3 Parallelschaltung von Widerständen.............................................................................. 842.4 Gemischte Widerstandsschaltungen .............................................................................. 862.5 Brückenschaltungen........................................................................................................ 922.6 Betriebszustände des Grundstromkreises .................................................................... 1052.7 Netzwerke ...................................................................................................................... 112

3 Schaltvorgänge am Kondensator 119

4 Schaltvorgänge an der Spule 125

5 Wechselstromkreis 1275.1 Grundlagen des Wechselstromes ................................................................................. 1275.2 Widerstand, Kondensator und Spule an einer Wechselspannung ............................. 1325.3 Reihenschaltung von Widerstand, Kondensator und Spule ....................................... 1375.4 Parallelschaltung von Widerstand, Kondensator und Spule ...................................... 1415.5 Ausgewählte Wechselstromschaltungen ...................................................................... 144

5.5.1 Reihen- und Parallelresonanz......................................................................... 1445.5.2 Kompensation ................................................................................................. 1505.5.3 Strombegrenzung und komplexer Spannungsteiler...................................... 1515.5.4 Vierpole und passive Filter ............................................................................. 1545.5.5 Phasendrehglieder........................................................................................... 1665.5.6 Wechselstrombrücken .................................................................................... 167

12 Inhaltsverzeichnis

6 Drehstromsysteme 1716.1 Entstehung von Drehstrom und Verkettung von Wechselspannungen .....................1716.2 Drehstromleistung.........................................................................................................1756.3 Kompensation in Drehstromnetzen .............................................................................180

7 Analoge Schaltungen der Elektronik 1837.1 Halbleiterdioden............................................................................................................183

7.1.1 Kennwerte ........................................................................................................1837.1.2 Arbeitspunkteinstellung..................................................................................1857.1.3 Anwendungsschaltungen ................................................................................186

7.2 Z-Dioden........................................................................................................................2007.3 Transistoren ...................................................................................................................204

7.3.1 Bipolare Transistoren ......................................................................................2047.3.2 Feldeffekttransistoren......................................................................................234

8 Operationsverstärker (OPV) 2508.1 Grundschaltungen des OPV..........................................................................................250

8.1.1 Grundlagen und idealer OPV .........................................................................2508.1.2 Invertierender OPV.........................................................................................2548.1.3 Dynamisches Verhalten eines OPV ................................................................2558.1.4 Nichtinvertierender OPV................................................................................2568.1.5 OPV als Differenzverstärker ...........................................................................258

8.2 Ausgewählte Anwendungsbeispiele mit OPV ..............................................................260

9 Oszillatoren 268

10 Digitale Schaltungen der Elektronik 27410.1 Schaltungen logischer Grundfunktionen .....................................................................274

10.1.1 Transistor als Schalter .....................................................................................27410.1.2 TTL- und CMOS-Schaltkreise ........................................................................282

10.2 Kombinatorische Schaltungen ......................................................................................29610.3 Sequentielle Schaltungen...............................................................................................311

10.3.1 Kippschaltungen..............................................................................................31110.3.2 Zähler und Frequenzteiler ...............................................................................32810.3.3 Register, Schieberegister..................................................................................34610.3.4 Analog/Digital- und Digital/Analog-Umsetzer .............................................360

Literaturverzeichnis 373

Sachwortverzeichnis 374

1 Einführung in die SimulationssoftwareMULTISIM

1.1 Was ist und was kann MULTISIM?

NI MULTISIM, ehemals ELECTRONICS WORKBENCH, ist ein sehr leistungsfähiges undinnovatives Softwareprogramm, das die Schaltungserfassung, die Entwicklung von elektri-schen und elektronischen Schaltungen, die Eingabe von Schaltungsdaten sowie die Simulationund Analyse der Schaltung effizient und auf einem hohen Niveau ermöglicht. Es basiert aufdem Standard-Simulationsprogramm SPICE, arbeitet jedoch mit einer rein grafischen Oberflä-che. Kenntnisse der „SPICE-Sprache“ sind nicht erforderlich. Das Programm ist hervorra-gend für die Ausbildung und Lehre, aber auch für die professionelle Schaltungsentwicklunggeeignet.

Bild 1.1 Das Start-Fenster vonMULTISIM

Aus einer umfangreichen, logisch geordneten Bibliothek mit über 17000 Bauelementen könnenreale, virtuelle, animierte oder interaktive Elemente ausgewählt werden, was durch eine kom-fortable Suchfunktion unterstützt wird. Bei Bedarf kann zusätzlich eine eigene Benutzerdaten-bank generiert werden. SPICE- und XSPICE-Modelle werden ebenso unterstützt wie HF-Modelle bis zu einer Frequenz von 4 GHz. Nach der Auswahl erfolgen die Platzierung derBauelemente und Messgeräte auf der Arbeitsoberfläche und die Festlegung der Bauelemen-teparameter. Die Verdrahtung der Bauelemente kann automatisch durch Anklicken desQuell- und des Zielanschlusses oder manuell mit einem gewünschten Leitungsverlauf erfol-gen. Eine mögliche virtuelle Verdrahtung gestattet bei aufwendigen Schaltungen einen über-sichtlichen Schaltungsaufbau. Mit Hilfe eines leistungsfähigen und flexiblen Symboleditorskönnen komplexe Bauelemente generiert werden. So lassen sich beispielsweise Baugruppenzusammenfassen oder neue ICs erstellen. Für vier ausgewählte Grundschaltungen (555-Timer,Filter, OP-Verstärker und Transistorverstärker in Emitterschaltung) stehen Schaltungsassis-tenten zur Verfügung. Die Simulation der aufgebauten Schaltung erfolgt mit Hilfe von20 virtuellen Messgeräten. Diese sind teilweise sowohl optisch als auch funktionell mit realen

14 1 Einführung in die Simulationssoftware MULTISIM

Geräten identisch. So werden beispielsweise Geräte der Firmen Tektronix und Agilent einge-setzt, deren Bedienung wie bei den Originalen vorgenommen werden muss. Mit diesemumfangreichen Gerätepark, der sich über die Kopierfunktion stückzahlmäßig beliebig erwei-tern lässt, ist eine optimale, gefahrlose und zerstörungssichere Schaltungsuntersuchunggewährleistet. MULTISIM stellt neben der benutzerdefinierten Untersuchung 24 verschie-dene Analysefunktionen zur Verfügung, die eine umfassende, effiziente und bei realen La-boruntersuchungen kaum mögliche Funktionskontrolle erlauben. Die Simulationsergeb-nisse können in einem Diagrammfenster dargestellt und weiterverarbeitet werden. So ist eineExportfunktion zum Tabellenkalkulationsprogramm EXCEL möglich. Ein besonderer Post-prozessor erlaubt weitere Berechnungen mit den Simulationsergebnissen.

Bild 1.2 Schaltungsbeispiel

MULTISIM wird in drei verschiedenen Ausstattungsformen bereitgestellt: POWER PRO fürIndustriekunden, EDUCATION für die Lehre und Ausbildung und STUDENTSUITE fürSchüler, Auszubildende und Studenten. Für dieses Buch wurde die EDUCATION-Versionverwendet. Mit der beiliegenden Studentenversion können aber fast alle dargestellten Bei-spiele realisiert werden. Bei der Erklärung der Menü-Befehle und bei den zutreffenden Schal-tungen werden die Abweichungen genannt.

Die entwickelte und überprüfte Schaltung kann von MULTISIM an das Programm ULTI-BOARD übergeben werden. Es erlaubt die Leiterplattenentflechtung, die Durchführung vonCAD-Operationen, Bauelementeplatzierung und Layout-Funktionen. Außerdem ist die

1.2 Installation 15

Zusammenarbeit mit dem Programm MULTISIM MCU-MODUL möglich, mit dem die Co-Simulation von Mikrocontrollern auf der Basis von Assembler und C-Code durchgeführtwerden kann. Alle drei Programme sind Bestandteil der NATIONAL INSTRUMENTS CIR-CUIT DESIGN SUITE.

1.2 Installation

MULTISIM gibt es in drei Versionen: der Einzelbenutzer-, der Mehrplatz- und der Schul-bzw. Hochschulversion.

Die Einzelbenutzerversion ist nur für den Computer lizenziert, auf dem sie installiert wurde.Soll die Software auf einem anderen Computer genutzt werden, muss nach der Deinstalla-tion ein neuer Aktivierungscode angefordert werden.

Unterstützte Betriebssysteme: Die Circuit Design Suite 11.0 (MULTISIM) unterstütztWindows XP (32 Bit), Windows Vista/7 (32 und 64 Bit), Windows Server 2003 R2 (32 Bit)und Windows Server 2008 R2 (64 Bit). Die Circuit Design Suite 11.0 läuft nicht unter Win-dows NT/ME/98/95/2000, Windows XP x64 oder anderen Windows-Server-Versionen alsR2. National Instruments unternimmt zwar alle Anstrengungen, um den technologischenNeuerungen von Microsoft Windows zu folgen. Allerdings wurden zahlreiche potentielleProbleme mit Software von National Instruments unter Windows 7 entdeckt. Besuchen Siedie Website ni.com/info und geben Sie den Infocode windows7 ein, um weitere Informatio-nen hierzu zu erhalten.

Bild 1.3 Installationsstart

Installieren Sie MULTISIM (Vollversion, zur Installation der beiligenden Studentenversionsiehe S. 16) wie folgt:

1. Notieren Sie sich die Seriennummer, die Sie mit MULTISIM erhalten haben.2. Beenden Sie alle Programme.3. Legen Sie die CD von MULTISIM in das CD-ROM-Laufwerk ein. Klicken Sie im Start-

fenster auf „Installation der NI CIRCUIT DESIGN SUITE“, um die Installation zu starten.4. Folgen Sie zur Installation des Programms den Aufforderungen auf dem Bildschirm.

16 1 Einführung in die Simulationssoftware MULTISIM

5. Bei der Anfrage, ob ELVISmx installiert werden soll, klicken Sie auf den Button Beenden.Hinweise zu ELVISmx finden Sie unter http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/9123.

Für MULTISIM wird außerdem ein Aktivierungscode benötigt, den Sie innerhalb einer Evalu-ierungszeit von 30 Tagen eingeben müssen. Nach dem Ablauf dieser Frist startet MULTISIMohne Eingabe des Codes nicht mehr. Die Aktivierung erhalten Sie automatisch während derInstallation oder auch jederzeit über die Website http://www.ni.com/activate. Dabei werdendie Seriennummer und die Computer-ID, die Sie vom NI Licence Manager erhalten, benötigt.

Bei der Mehrbenutzerversion gibt es nur eine Seriennummer, die für alle Computer gilt. Esmuss jedoch für jeden Computer, auf dem MULTISIM installiert ist, ein Aktivierungscodeangefordert werden.

Die Schulversion von MULTISIM kann als Mehrbenutzerversion oder auch als Serverver-sion installiert werden. Bei der Serverversion wird MULTISIM lokal installiert und die Akti-vierung erfolgt über den Volumen-Lizenz-Manager (VLM) von National Instruments.

Zur Installation der beiliegenden Studentenversion: Nach dem Einlegen der CD öffnet sichein Fenster mit den Ordnern „NI MULTISIM 11 Student Edition“, „Schaltungen 2. Auflage“,der die im Buch dargestellten Schaltungen enthält, und „Erste Schritte mit NI MULTI-SIM.pdf“. Für die Installation doppelklicken Sie den Ordner „NI MULTISIM 11 StudentEdition“ an. Im nächsten Fenster öffnen Sie den Ordner „setup.exe“. Damit startet das In-stallationsprogramm und fordert Sie in einem neuen Fenster zur Eingabe von Benutzeranga-ben auf. Wenn Sie die Studentenversion nutzen wollen, aktivieren Sie Produkt mit folgen-der Seriennummer installieren und geben Sie die Serien-Nummer auf der CD-Hülle ein.Ein zusätzlicher Aktivierungscode ist dann nicht notwendig. Wollen Sie die Vollversionverwenden, dann markieren Sie Installation zur Evaluierung dieses Produktes.Diese steht Ihnen dann 30 Tage zur Verfügung. Wenn Sie das Produkt innerhalb dieser Fristnicht erwerben wollen, können Sie danach wieder zur Studentenversion wechseln.

+ Hinweis: Diesem Buch liegt die zum Zeitpunkt der Drucklegung aktuelle Studentenver-sion 11 bei. Die Beispiele im Buch basieren auf der EDUCATION-Version 10.1. Version 11arbeitet mit der gleichen Oberfläche wie Version 10.1; es gibt keine Auswirkungen auf dieSchaltungsaufgaben.

1.3 Hilfe und Support

MULTISIM bietet eine umfangreiche Hilfe an. Sie können aus dem Programm heraus wieüblich die Hilfe-Funktion nutzen, die aber nur in der englischen Version bereitsteht.

Eine sehr umfangreiche Anleitung finden Sie unter dem Programm-Punkt Documenta-tion, der PDF-Produktbroschüren von den Programmen MULTISIM, MCU-MODUL undULTIBOARD enthält. Eine weitere Hilfe-Möglichkeit finden Sie im Internet. Die Websitehttp://www.ni.com/multisim bzw. http://www.ni.com/academic/circuits bietet neben vielenBeispielprogrammen und Tutorien auch den Zugang zum technischen Support und zu Dis-kussionsforen.

1.3 Hilfe und Support 17

Bild 1.4 Das Hilfe-Fenster von MULTISIM

1.3.1 Benutzeroberfläche

Wir starten MULTISIM in WINDOWS über die Schaltfläche Start, Programme, MULTI-SIM oder über einen angelegten Button im Desktop. Das Programm kann in zwei verschie-denen Ausführungen geöffnet werden: in der ausführlichen oder in der vereinfachten Ver-sion (in der Studentenversion gibt es keine Versionsunterschiede). Die Umschaltung erfolgtüber den Menüpunkt Optionen, vereinfachte Version. Die vereinfachte Version enthälteine eingeschränkte Auswahl von Befehlen.

Die gewünschte Anzeige der Symbol-Leisten kann über Ansicht, Werkzeugleisten aus-gewählt werden oder über das Klicken mit der rechten Maus-Taste an einer freien Stelle desMenüfensters. Dann erscheint das Fenster der Werkzeugleisten, das die Schaltfläche Anpas-sen… enthält. Nach einem Klick öffnet sich ein Kontextmenü (siehe Bild 1.6).

Bei der Befehlsauswahl werden für die wichtigsten Befehle Buttons (Schaltflächen) angezeigt,die wir mit der linken Maus-Taste in das Menüfenster ziehen können. Die Auswahl derToolbars erfolgt, wie im Bild 1.7 zu sehen ist, im Register Symbolleisten durch Betätigung derentsprechenden Schalter. Es erleichtert die Arbeit, wenn vor dem Erstellen einer Schaltungdie benötigten Toolbars geöffnet werden. Öffnet man zu viele, dann verliert man leicht dieÜbersicht.