محاكاة الدوائر الكهربائية - الهندسة - ثاني ثانوي

R3 C2 رابط الدرس الرقمي www.ien.edu.sa los p V 2000k الدرس الثاني محاكاة الدوائر الكهربائية تمثل الدوائر الإلكترونية مكونًا أساسيًا للعديد من الأجهزة المحيطة بك، وقد تواجه هذه الدوائر أعطالًا لا تتعلق بتصميمها، بل نتيجة التوصيل السيئ أو لمشاكل تتعلق بمصادر الطاقة وغيرها. لا ينبغي التركيز على تصميم الدائرة فحسب، بل من المهم استخدام أحد برامج محاكاة الدوائر، وذلك لفائدتها الكبيرة في عمليات التصميم. تتيح هذه البرامج للمهندس تصميم الدوائر في بيئة خاضعة للتحكم . وعند الحصول على التصميم المطلوب للدائرة، يشرع المهندس بإنشائها على أرض الواقع. ستستخدم في هذا الدرس برنامج ملتي سيم لايف (Multisim (Live) لتصميم الدوائر الكهربائية ومحاكاتها. ما برنامج ملتي سيم لايف What is Multisim Live هو برنامج يتيح لك محاكاة الدوائر الكهربائية والمخططات المبنية على بنية محاكاة سبايس (SPICE)، كما يتيح برنامج ملتي سيم لايف محاكاة الدوائر الإلكترونية من خلال المتصفح الإلكتروني على أي جهاز حاسب. Multisim Live FEATURES CIRCUITS PRICING RESOURCES ▾ LOG IN SIGN UP Discover Electronics with Online SPICE Simulation SIGN UP FOR FREE SEE HOW IT WORKS 1000 100F 17 FEATURED CIRCUITS 1004 شكل :27 برنامج محاكي الدوائر ملتي سيم لايف 43 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 •

وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 إنشاء حساب Create an Account اذهب إلى الموقع الإلكتروني: https://www.multisim.com للوصول إلى برنامج ملتي سيم لايف. يتعين عليك في البداية إنشاء حساب في الموقع الإلكتروني لتتمكن من حفظ مشاريعك. اضغط على Sign up إنشاء حساب) واملا الحقول اللازمة. بعد إنشاء حسابك ارجع إلى الموقع: https://www.multisim.com ثم اضغط على تسجيل الدخول (Log in). بمجرد دخولك للحساب، سيُعرض الاسم الذي اخترته هنا. Multisim Live PRICING FEATURES CIRCUITS RESOURCES HELLO, BINARY_ACADEMY CREATE CIRCUIT My Circuits My Favorites CIRCUITS Y RESOUR My Circuits My Favorites My Groups Public Circuits Reference Circuits Groups My Groups Public Circuits Reference Circuits Groups Discover Electronics with Online SPICE Simulation SEE HOW IT WORKS 81 1303 NOWE 7:00F 42 1000 اضغط لإنشاء دائرة جديدة. عند تسجيل الدخول لحسابك، يمكنك الوصول إلى الدوائر التي صممتها سابقا، ، وللمشاريع المفضلة التي شاركها أشخاص آخرون أو مجموعات مجتمع المصممين التي انضممت إليها. FEATURED CIRCUITS شكل 2.8: إنشاء حساب يمكنك الوصول إلى هذه الخيارات دون تسجيل الدخول. من هنا يمكنك الوصول إلى الدوائر التي صممها الآخرون ومجموعات مجتمع المصممين التي انضممت إليها. 44

? I تصميم الدائرة Design a Circuit لتشاهد كيف يمكن استخدام برنامج ملتي سيم لايف لإنشاء دائرتك الأولى. اضغط على CREATE CIRCUIT إنشاء دائرة). + لوحة الإعدادات الوضع التلقائي لتخطيط المحاكاة تراجع وإعادة وتكبير، وتصغير HELLO, BINARY_ACADEMY CREATE CIRCUIT Untitled Circuit Grapher A Split يتيح لك هذا الخيار عرض التخطيط والرسوم بآن واحد في شاشة واحدة. يمنحك وضع العرض المتعدد أداة متعددة الأغراض تتيح لك عرض الرسوم البيانية والمخططات، وتعديلها، وحفظها، وتصديرها. الرسم التخطيطي (Schematic) هو المكان الذي تضع فيه المكونات وتوصلها معًا، وكذلك يستخدم لإضافة مجسات probes) المحاكاة. مساحة العمل قائمة تصفح الملفات Interactive ▼▾ Schematic إيقاف المحاكاة تشغيل المحاكاة شكل 2.9 واجهة المستخدم لبرنامج ملتي سيم لايف يقع شريط أدوات المكونات على الجانب الأيسر من الشاشة ويتيح لك الوصول إلى كافة المكونات. () 45 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

11 i V १ Interactive ✈ Schematic عند إضافة مكون إلى مساحة العمل، يمكنك الوصول إلى الخصائص الآتية: ألق نظرة على شريط أدوات المكونات، وبشكل أكثر تحديدا، على الفئات التي ستستخدمها في هذا الدرس لتصميم الدوائر. التحليل والتعليق التوضيحي المصادر الحذف الانعكاس Grapher X S1 V1 ང\/ X مفتاح التشغيل نسخ الدوران مكونات غير فعالة مؤشرات المفاتيح طريقة تغيير مُعرِّف أو قيمة مكون: ID: V1 V1 5V تغيير قيمة المكون تغيير مُعرِّف المكون معلومة لتغيير تسمية أحد المكونات، يمكنك الضغط على اسم الأداة التي تريد تغييرها ثم الضغط مرة أخرى لفتح نافذة المعرّف. لتغيير قيمة أحد المكونات، يمكنك الضغط على القيمة التي تريد تغييرها لفتح نافذة القيمة المقابلة لها. شكل 2.10 شرح أدوات برنامج ملتي سيم لايف وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 HIP V1 10V V1 Voltage: 10V (+/- x10 x0.1 46

2 1 HELLO, BINARY ACADEMY CREATE CIRCUIT ستصمم الآن دائرتك الأولى في برنامج ملتي سيم لايف، وستوصل أولا مقاومة بقيمة 1K2. لتوصيل مقاومة > اذهب إلى الموقع الإلكتروني /https://www.multisim.com، ثم اضغط على CREATE CIRCUIT إنشاء دائرة). 1 > من Components toolbar (شريط أدوات المكونات) ، اضغط على علامة التبويب Passive ) مكونات غير فعّالة ) . 2 3 > اسحب Resistor المقاومة ) ، وأفلتها في مساحة العمل. 4 * Untitled Circuit i Interactive ▼ Schematic w سلام I -> Grapher Split 4 R1 1k Passive 3 HT Resistor Capacitor Inductor Potent- iometer Fuse Trans- formers... ((W) Coupled Inductors Resistors... شكل 2.11: توصيل المقاومة 47 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 X

1 بعد ذلك ستوصل المصدر. لتوصيل المصدر من Components toolbar (شريط أدوات المكونات ، اضغط على علامة التبويب Sources (المصادر). 1 2 3 وأفلته في مساحة العمل. > اسحب (Voltage VCC مصدر جهد مستمر) * Untitled Circuit i Interactive ▼ Schematic Sources R1 1ΚΩ Grapher Split -M- ru MW AC Voltage AC Current Clock Voltage Clock Current Triangular Triangular Voltage Current 2 Hilt Ф Ф © © DC Voltage DC Current Step Voltage Step Current AM Voltage FM Voltage (VCC) www FM Current Chirp Voltage Chirp Current Thermal Noise Three Phase Three Phase Delta Wye D وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 ✓ 3 V1 شكل 2.12: توصيل المصدر 48

49 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 الآن بعد أن وضعت المقاومة والمصدر في مساحة عملك، عليك توصيلهما باستخدام الأسلاك. ثم 1 لإجراء التوصيلات > اضغط على العُقدة العليا الموجبة للمصدر 2 على العقدة اليسرى للمقاومة. 3 > اضغط على العُقدة اليمنى للمقاومة ثم على العقدة السالبة السفلية للمصدر. 4 الفرع (Branch من الدائرة هو جزء من حلقة لا يوجد بها أي عقدة يمكنك الضغط على السلك وتحريكه لزيادة امتداده أو تقليصه للوصول إلى أفضل نتيجة. 1 V1 + 5V V1 5V 4 <- 1 عقدة 1 --> 2 R1 شكل 2.13: إجراء التوصيلات ΙΚΩ R1 w 3 1kQ

وبذلك تكون قد انتهيت تقريبًا من التصميم ، يتعين عليك أخيرًا إضافة المجسات في الدائرة لمعاينة جميع القيم والقياسات داخلها. عند توصيل مجس للتيار تشير أسهمه من الطرف السالب (-) إلى الطرف الموجب ( + ) لمصدر الطاقة، وحينها ستكون قيمة التيار سالبة. لاضافة مجس التيار من Components toolbar (شريط أدوات المكونات)، اضغط على علامة التبويب Analysis and annotation ( التحليل والتعليق (التوضيحي. 1 > اسحب Current probe مجس (التيار) ، 2 وأفلته على Q 1 v WW وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 3 التوالي مع المقاومة Split Item Document + ID PR1 Type Probe PR1 . Probe type [?] ✓ i Interactive ▼ Schemat Ai V/A Analysis and annotation Function Flip current measurement Measurement labels ) Grapher plot V A 2 V/A V Abc 0/1 Voltage Current Voltage and Current Voltage Reference Text Digital Annotation PR ✓ R1 3 A 1 w 1k V1 T 5V 2 Current عندما ترى القيم تظهر في أجهزة القياس سالبة، فهذا يعني أن هذه الأجهزة متصلة عكس اتجاه سريان التيار. في هذه الحالة يمكنك تغيير اتجاه سريان التيار عن طريق تحديد المجس ثم الانتقال إلى لوحة التكوين وبالضغط على خيار عكس قياس التيار (Flip current measurement). شكل 2.14: إضافة مجس التيار 50

51 1 -W- يمكنك أيضًا إضافة مجسات أخرى لتتمكن من معاينة قياسات فرق الجهد : لإضافة مجس فرق الجهد > من Components toolbar (شريط أدوات المكونات اضغط على علامة التبويب Analysis and annotation ) التحليل والتعليق التوضيحي). 2 1 > اسحب Voltage probe ) مجس فرق الجهد ) ، ثم أفلته على الجانب الأيسر من المقاومة. 4 3 وأفلته إلى الجانب الأيمن > اضغط على Add a reference probe إضافة مجس مرجعي . Interactive D Schematic Analysis and annotation * Untitled Circuit 5 Grapher A Split V 2 Voltage A V/A V Abc 0/1 Current Voltage and Current Voltage Reference Annotation Text Digital PR1 A 1 V- 4 3 PRA X ☑☑ V1 5 2 Do وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 R1 w ΚΩ من المقاومة. تابع الصفحة التالية

وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 PR1 A - 1 PR2 V V - R1 www 1kQ V1 5 2 شكل 2.15: إضافة مجس فرق الجهد 5 V لتسمية المكونات والمؤشرات > اضغط على المصدر V1 لتحديده. 1 > اضغط مرةً أخرى على المصدر V1 لفتح صندوق ID (المعرف). 2 > غير الاسم إلى ٧ . 3 من المهم تسمية المكونات وأجهزة القياس الموجودة في الدائرة. PR1 i A - 2 3 ID: V1 V1 1 5V 1 PR2 + REF1- V V-R1 WW 1KQ 2 REF1 V يُوصل هذا المجس على التوازي مثل جهاز الفولتميتر 52

وفي النهاية ستظهر الدائرة بهذه الصورة. V1+ REF1- V-R w 1KQ REF1 V A V 1 V 5V 2 شكل 2.16: تسمية المكونات والمؤشرات 35 تجنب وضع الدائرة في بيئة بها سوائل أو رطوبة أو غبار، حيث يمكن أن تتسبب هذه العوامل البيئية في حدوث قصور أو خلل في الدائرة، وبالتالي وقوع الحوادث لا سمح الله. 25 شكل 2.17 مثال على توصيل دائرة حقيقية 53 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 +1

< (i) 1 2 Interactive Errors and Warnings والآن أصبحت الدائرة جاهزة لتشغيل المحاكاة ومعاينة القياسات من المجسات. لتشغيل المحاكاة > اضغط على Run simulation ) تشغيل المحاكاة لبعض الوقت. > اضغط على stop/reset simulation إيقاف إعادة ضبط المحاكاة. * Untitled Circuit {} >! II 985.88ms + Schematic Grapher [?] Interactive 2022-05-08 12:37:21 Description No ground node was found in ... Type A وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 لا حاجة للتأريض (Grounding) عند تصميم دوائر التيار المستمر البسيطة، لذلك يمكنك إهمال رسالة التنبيه التي تعرض > V1+ REF1 REF1- i 5.0000mA v 5.0000V A V V www 1k 5 2 شكل 2.18: تشغيل المحاكاة الآن وقد صمَّمت الدائرة بقيم المصدر والمقاومة ، يمكنك التحقق من قانون أوم: 5mA = 5 ⇒ 5 × 10-3=- 1kQ 5 103 تم التحقق من قانون أوم من خلال القيم التي تعرضها أدوات القياس. ونتيجة لذلك 54

55 I Do 1 3 يمكنك دائمًا حفظ مشروعك لاستخدامه لاحقًا. لحفظ المشروع > اضغط على File navigation menu (قائمة تصفح الملفات . > اضغط على Save ( حفظ ) . 2 من نافذة Save Circuit ( حفظ الدائرة)، غير الاسم إلى Ohm's law (قانون أوم). > اضغط على OK (موافق) . . * Untitled Circuit New file Schematic Grapher \Split 2 Save * Save as... Untitled Circuit Stream to... ✓ Export > V1+ Save Circuit REF1- Go to > € 5.0000mA v 5.0000 V Circuit Details [?] Ww 1ΚΩ Visibility وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 Multisim Live Private Public 5V 5.000 Name Ohm's law 3 2 W Description 1ks add a tag 4 OK Cancel شكل 2.19: حفظ المشروع

(()) 1 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 1 ( G C لاستعراض الدوائر السابقة التي صممتها ، يمكنك الانتقال إلى خيار دوائري My Circuits) سيتغير الاسم هنا أيضًا بعد حفظك لمشروعك. لفتح مشروع > اضغط على File navigation menu (قائمة تصفح الملفات 1 > اضغط على Go to ) الذهاب إلى ) . > اضغط على My Circuits دوائري). 3 Ohm's law Schematic Grapher A Split New file Save Save as ... Stream to... ☑ ✓ Export > 2 Go to > Multisim Live اضغط على New file (ملف جديد) لبدء مشروع جديد. V1+ 3 REF1 V ☑My Circuits Public Circuits Circuit details Multisim Live FEATURES PRICING CIRCUITS RESOURCES HELLO, BINARY_ACADEMY CREATE CIRCUIT My Circuits Search MOST POPULAR TAGS digital resistors 4-bit ac sweep inductors thyristor rectifiers power supply capacitors ac circuits rectifier buck amplifier circuit fundamentals systems triac diodes comparator common emitter bode dac/adc basic concepts bjt opamp fundamentals Popularity All Circuits 5V V1+ REP1- K Ohm's law by Binary Academy ww ΙΚΩ جميع المشاريع التي سبق حفظها موجودة هنا. شكل 2.20: فتح مشروع SEARCH FEATURED ☐) 56

57 11 A V1+ مثال 1: التوصيل على التوالي Series Connection في الدوائر التي تكون توصيلاتها على التوالي كما يظهر في المثال، يمكنك أن تلاحظ ما يلي: V2 + REF1 REF1- REF2- REF2 12 i V R1 V R2 1 V V 2 V V A w w > 5V 1k 3 V1+ 11 REF1 REF1- i 1.0000mA v 1.0000V 1 A V V 1 ww 1K2 > 5 3 V2+ 4K2 مثال مثال REF2 12 REF2- v 4.0000V i 1.0000mA الله 2 V V A القيم التي تعرضها أدوات القياس تؤكد النتائج، وستلاحظ أيضًا أن وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 جهازي الأميتر يعرضان شدة التيار ذاتها : 4KQ وينتج عنها : 5V = 1V + 4V I = 1mA T V = V, + V2

وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 A V 18V [1 A 12 A مثال 2 : التوصيل على التوازي Parallel Connection في الدوائر التي تكون توصيلاتها على التوازي كما يظهر في المثال ، يمكنك أن تلاحظ ما يلي: V1+ REF1 REF1- i V - R2 V 2 www 13 i V2+ REF2- V-R1 V 1 www 3ΚΩ V 6kQ A REF2 V1+ |1 A REF1 EF1- i 3.0000mA v 18.000V V V 2 ww 13 i 9.0000mA A V2+ 6kQ A 12 REF2 i 6.0000mA A EF2- V v 18.000V V w 3ΚΩ V 18V V₁ = V₁ = V₁ = 18V 2 I = I, + I2 = I¸ ⇒⇒ 9mA = 3mA + 6mA = 9mA مثال مثال i 9.0000mA 58

59 | A 1 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 V O S 12V 3 2 الله تمرينات 1 صمم الدائرة الآتية: X 12V .1 شغل وضع المحاكاة، ثم أغلق المفتاح S، واكتب ما تلاحظه. 2. صل الأميتر بالدائرة، واكتب القيمة التي يعرضها. .3 غيّر قيمة المصدر إلى 5 ثم إلى 17 ماذا تلاحظ في كل حالة؟ .4 غير قيمة المصدر إلى 15 ثم إلى 20 ماذا تلاحظ في كل حالة؟

وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 - A i 2 R1 1kQ V1 10V 1 V1 + REF1- V V- R2 3 1kQ REF1 V 2 صمم الدائرة الآتية: راقب ودون القيم التي تعرضها أجهزة القياس في الجدول أدناه. أجهزة القياس القيم الأميتر الفولتميتر ماذا تلاحظ حول فرق الجهد المار عبر R2؟ وضح إجابتك. 60

61 وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 1 X1 X2 WW>> 3 3 صمم الدائرة الآتية: اضبط المصباحين 1 و 2 على جهد تشغيل 10V 2 S شمـ 10V +lif A i 1.0000A شغل عرض المحاكاة واكتب ما تلاحظه حول المصباحين. اشرح ملاحظتك. أغلق المفتاح ، ماذا تلاحظ بشأن المصباحين وجهاز الأميتر؟ اشرح ملاحظتك.