GUIA RAPIDA DEL MULTISIM 2001
“Circuitos analógicos y digitales”
C1
1nF
R1
1kohm
Vc
L1
10mH
V1
1V
0.71V_rms
1000Hz
0Deg
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XBP1
Autores:
Lluís Ferrer i Arnau
Joan Mon González
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Simulações com multisim, Exercícios de Máquinas Elétricas
Simulações com o software Multisim
Tipologia: Exercícios
2020
1 / 38
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GUIA RAPIDA DEL MULTISIM 2001
“ Circuitos analógicos y digitales”
C 1nF
R
1kohm
L1 Vc
V1 10mH 1V 0.71V_rms 1000Hz 0Deg
in out
XBP
Autores:
Lluís Ferrer i Arnau
Joan Mon González
Índice:
- ÍNDICE:
- 1 INTRODUCCIÓN
- 2 PANTALLA PRINCIPAL
- 2.1 COMO DIBUJAR UN CIRCUITO
- 3 MEDIDAS CON EL MULTÍMETRO
- 3.1 M EDIDA DE RESISTENCIAS
- 3.2 M EDIDA DE TENSIONES
- 3.3 M EDIDA DE INTENSIDADES
- 4 MEDIDAS CON EL OSCILOSCOPIO
- 4.1 CIRCUITO RC EN ALTERNA
- 5 ANÁLISIS DE TRANSITORIOS
- 5.1 DESCARGA DE UN CONDENSADOR.
- 5.2 CARGA DE UN CONDENSADOR.
- 6 ANÁLISIS DE LA RESPUESTA FRECUENCIAL DE UN CIRCUITO
- 6.1 ESTUDIO DE LA RESPUESTA FREQÜÈNCIAL CON “AC ANALYSIS ”...............
- 6.2 ESTUDIO DE LA RESPUESTA FRECUENCIAL CON “B ODE PLOTTER”
- DE CIRCUITOS DIGITALES.......................................................................... 7 COMPONENTES PRINCIPALES PARA EL DISEÑO Y SIMULACIÓN
- 7.1 CIRCUITOS I NTEGRADOS TTL
- 7.2 CIRCUITOS I NTEGRADOS CMOS
- 7.3 COMPONENTES DE VISUALIZACIÓN E INDICADORES
- 7.4 DIODOS LED
- 7.5 I NTERRUPTORES, PULSADORES Y PINES DE PRUEBA
- 8 SIMULACIÓN DE CIRCUITOS DIGITALES
- 8.1 SIMULACIÓN DE UN CIRCUITO LÓGICO
- DIGITALES 9 INSTRUMENTOS PAR EL ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE CIRCUITOS
- 9.1 CONVERSOR DE FUNCIONES LÓGICAS
- 9.1.1 Obtención de la expresión booleana simplificada
- 9.1.2 Implementación de una función lógica
- 9.1.3 Obtención de la tabla de la verdad de un circuito lógico
- 9.2 GENERADOR DE DATOS DIGITALES - datos digitales....................................................................................... 9.2.1 Simulación de un circuito combinacional utilizando el generador de
- 9.3 ANALIZADOR LÓGICO
- 9.3.1 Obtención del cronograma de un circuito digital
El programa Multisim posee una gran base de datos de diferentes componentes electrónicos, ofreciéndonos la posibilidad de crear nuevos componentes. Una manera sencilla de localizarlos, es seleccionarlos desde la barra de componentes. Dicha barra está situada por defecto a la izquierda de la pantalla principal, y nos permite acceder a diferentes paletas donde encontraremos el componente que buscamos. Sino aparece la barra de componentes, se puede activar seleccionando la opción “Component Bars” que forma parte de la función “View” situada en el panel del menú..
Fig. 2 Menú de componentes
2.1 Como dibujar un circuito
El primer paso para dibujar un circuito es seleccionar los componentes. Una vez se ha seleccionado un componente se pueden cambiar sus características como puede verse en la Fig. 3. Después de colocar los componentes se han de conectar. Para esto hay que hacer “clic” con el botón izquierdo del ratón sobre el extremo del componente y arrastrar el ratón hasta el punto al que se quiera unir, Fig. 4.
Fuentes de alimentación
Componentes básicos
Transistores
Diodos
IC’s Analógicos
IC’s Digitales TTL
IC’s Digitales CMOS
Componentes Digitales
IC’s Mixtos
Indicadores
IC’s de control
Componentes eletromecánicos
Componentes RF
Miscelánea (TIL, VHDL,...)
Fig. 3 Parámetros de la resistencia
Fig. 4 Conexión de componentes
3 Medidas con el multímetro
3.1 Medida de resistencias
Para medir resistencias se tiene que seleccionar el símbolo Ω del multímetro y colocar sus puntas entre los extremos del circuito de los que se quiere medir la resistencia, Fig. 5. Una vez conectado hay que activar el botón RUN que está en la esquina superior derecha de la pantalla principal del programa.
R
1kohm R 2kohm R
4kohm
V 12V I 1A
A
B
Fig. 7 Circuito con fuentes de tensión e intensidad
Fig. 8 Forma de conectar el multímetro para medir la resistencia equivalente del circuito 7
3.2 Medida de tensiones
Para medir tensiones o diferencias de potencial hay que conectar el multímetro entre los nodos correspondientes y seleccionar la opción “V” de voltios. La Fig. 9 muestra como medir la tensión VAB del circuito.
Fig. 9 Conexión del multímetro para medir tensiones
3.3 Medida de intensidades
Para medir una intensidad de una rama de un circuito hay que conectar el multímetro en serie con dicha rama y seleccionar la opción “A” de Amperios. La Fig. 10 muestra como medir la intensidad que pasa por R1 del circuito.
Fig. 10 Conexión del multimetro para medir intensidades.
4 Medidas con el osciloscopio
El osciloscopio es un instrumento que sirve para visualizar señales periódicas. Nos permite entre otras cosas medir amplitudes, frecuencias y desfases entre dos señales.
4.1 Circuito RC en alterna
El primer paso será montar el circuito RC de la Fig.11. Los elementos que lo forman son:
- Una fuente de tensión alterna de 2 V de pico y una frecuencia de 10 kHz.
- Una resistencia de 10 kΩ.
- Un condensador de 100 nF.
R
10kohm
C 100nF
V 2V 1.41V_rms 10000Hz 0Deg
Fig. 11Circuito RC
IMPORTANTE: Siempre que se monte un circuito se tiene que colocar un punto referenciado a masa.
Fig. 13 Selección del color del canal del osciloscopio
Una vez se ha montado el circuito se tiene que iniciar la simulación, para lo cual se activará el interruptor RUN que hay en la parte superior derecha de la pantalla principal del programa.
Para ver la pantalla del osciloscopio hay que pulsar dos veces seguidas encima del instrumento y aparecerá una pantalla como la de la Fig. 14.
En la Fig. 14 se puede ver en color rojo la señal del canal A y en color azul la del canal B. Se puede cambiar tanto la escala vertical (amplitud) como la escala horizontal (tiempo). Por ejemplo la señal del canal A ocupa 2 cuadros de pico y esta seleccionada una amplitud por cuadro de 1 Voltio, por lo cual su valor de pico será de: 2 cuadros x 1 V = 2 V de pico. En cambio la señal del canal B tiene un valor de 1,5 cuadros x 20 mV = 30 mV de pico.
Para medir la frecuencia de una señal se hace de forma indirecta, primero se mide su periodo y después se aplica la formula F=1/T. Para medir un periodo hay que contar los cuadros horizontales que ocupa y multiplicarlos por el valor de la base de tiempos. En el caso de la señal del canal A se puede observar que su periodo (T) ocupa 5 cuadros y que la base de tiempos está seleccionada a 20 μs. por cuadro, por lo cual tenemos que T = 5 cuadros x 20 μs/cuadro = 100 μs. la frecuencia (F) será pues de 10 kHz.
Fig. 14 Pantalla de l’osciloscopio
En el caso de querer medir con mayor precisión se pueden utilizar los cursores como muestra la Fig. 15.
Fig. 15 Cursores del osciloscopio.
- Seleccionar el menú “Transient Analysis” que está dentro del menú “Simulate”, Fig. 17.
Fig. 17 Menú de análisis de transitorios
- Una vez seleccionado este menú aparecerá una ventada como la de la Fig. 18. Los parámetros que se tienen que rellenar son:
- “Initial Conditionts”. Son les condiciones iniciales. Hemos de escoger “user defined”(definidas por el usuario).
- “Start Time”. Indica en que instante de tiempo queremos que empiece la simulación. En nuestro caso al inicio de todo (0 segundos).
- “End time”. Indica hasta que instante queremos simular. En nuestro caso será 0,001 s.
- “Màxim time step settings”. Este apartado se refiere al paso de integración que utilizará el programa para resolver las ecuaciones diferenciales del circuito.
Fig. 18 Opciones del menú
- El siguiente paso es indicar que variables queremos simular. Para esto iremos al submenú OUPUT VARIABLES. Ver Fig. 19.
- Las variables 1, 4 y 5 se refieren a las tensiones de estos nodos. Para saber el numero de un nodo determinado hay que “clicar” con el ratón dos veces encima de él.
- El siguiente paso es empezar la simulación. Para esto hay que hacer “clic” encima de “Simulate”.
- En la Fig. 20 podemos ver el resultado de la simulación. Activando los cursores se abre una ventana pequeña en que se da información detallada de la señal.
Fig. 19 Selección de las variables a analizar
Fig. 22 Gráfica de la carga de un condensador
6 Análisis de la respuesta frecuencial de un circuito
Como ejemplo estudiaremos la repuesta frecuencial de un circuito RLC como el de la Fig. 23..
R
1kohm
V
1V 0.71V_rms 1000Hz 0Deg
L
10mH
C1 1nF
Vc
Fig. 23 Circuito RLC para analizarlo en frecuencia
Lo que se quiere obtener es el diagrama de BODE de la función de transferencia Vc/V1. El Multisim 2001 tiene dos formas para conseguirlo:
- Mediante “AC analysis”.
- Mediante el instrumento Bode plotter.
6.1 Estudio de la respuesta freqüèncial con “AC analysis”
Se seguirán los siguientes pasos:
- Primero se montará el circuito de la Fig. 23.
- Se seleccionará el submenú “AC Análisis”, el cual está dentro del menú “Simulate/Análisis”. La pantalla que saldrá será como la de la Fig. 24.
Fig. 24 Menú de AC Análisis
- En la pantalla del menú se tienen que seleccionar los siguientes parámetros:
- “Start Frequency”: Frecuencia a la que queremos empezar hacer el análisis.
- “Stop Frequency”: Frecuencia final del análisis.
- “Sweep Type” : Tipo de representación del eje horizontal de las frecuencias.
- “Number points per decade”: Resolución con la que queremos realizar el análisis
- “Vertical scale”: Tipo de representación de la ganancia en el eje vertical: dB, lineal etc.
- Cuando ya se han seleccionado los parámetros se tiene que activar “Simulate”, para empezar la simulación. La pantalla que nos aparecerá será como la de la Fig. 25.
- El “bode plotter” tiene dos terminales para la entrada y dos para la salida.
- Después de conectar el instrumento hay que activar el interruptor “RUN” para realizar la simulación.
- Finalmente para ver el resultado se tiene que hacer “clic” dos veces encima del instrumento. La pantalla que saldrá será como la de la Fig. 27.
- En dicha pantalla se pueden seleccionar los siguientes parámetros:
- Representar la magnitud o la fase de la respuesta frecuencial.
- El intervalo de frecuencias a estudiar.
- El rango de la escala vertical de magnitud o fase.
- El tipo de escala que se quiere utilizar: lineal o logarítmicas.
- Se puede desplazar el cursor punto a punto.
Fig. 27 Pantalla del Bode Plotter
Se puede comprobar que con los dos métodos se obtiene el mismo resultado.
7 Componentes principales para el diseño y simulación
de circuitos digitales A continuación se comentan las paletas de los componentes que se pueden añadir al diseño de circuitos digitales.
7.1 Circuitos Integrados TTL
TTL STD TTL 74LS
Fig. 28 IC’s TTL
Podemos encontrar circuitos integrados de puertas lógicas, de circuitos combinacionales (Multiplexores, decodificadores, etc...), como de circuitos secuenciales (básculas, contadores, etc...) de la subfamilia estándar (STD) y de la de bajo consumo “low-power Schottky” (LS).
7.2 Circuitos Integrados CMOS
Este tipo de familia lógica posee diferentes tensiones de alimentaciones que pueden variar entre 2V y 15V. En la librería del Multisim disponemos IC’s de está familia con tensiones de alimentación de: 2V, 4V, 5V, 6V, 10V, 15V.
CMOS 74HC 2V CMOS 74HC 4V CMOS 74HC 6V
CMOS STD 5V CMOS STD 10V CMOS STD 15V
Fig. 29 IC’s CMOS
Igual que ocurre en los IC’s de TTL, aquí también encontraremos puertas lógicas, circuitos combinacionales y circuitos secuenciales, pero de la familia CMOS para diferentes tensiones de alimentación.
7.3 Componentes de visualización e indicadores
Uno de los indicadores luminosos más empleados en la simulación de circuitos digitales son las puntas de prueba, nos permiten saber el nivel o estado lógico en el que se encuentran las entradas, las salidas o cualquier punto intermedio del circuito digital. Por defecto la tensión correspondiente a un ‘1’ lógico es de 2.5V, este valor se puede modificar para adecuarlo a la familia o subfamilia lógica con la que estamos trabajando accediendo a sus propiedades, para ello haremos “doble click” encima del componente.