MULTISIM
Iniciando
Esta é a primeira parte do trabalho trabalho sobre o MultiSIM2001 e é dirigida para o estudo de circuitos em corrente contínua, desta forma os instrumentos e componentes aqui descritos são básicos para o estudo e simulação de circuitos em CC. A licença usada para fazer fazer este trabalho trabalho (fornecida (fornecida pelo fabricante, Electronics Workbench , através do seu representante no Brasil Anacom ) tem o texto em inglês, desta forma toda vez que for feito referência em inglês o mesmo será colocado em itálico e itálico e entre parênteses e antes o termo equivalente em português. Devemos reiterar mais uma vez que você deve ter conhecimentos mínimos de eletricidade eletricidade para que possa compreender este trabalho. Atenção !! clicar com o botão do mouse significa clicar com o botão esquerdo, quando for necessário usar o botão direito será escrito clicar com o botão direito do mouse.
A Tela de Entrada A seguir a tela inicial do MultiSIM2001, que será será a interface entre você e o programa. Procure Procure entende-la o máximo possível. A inicialização do programa deve ser feita clicando no ícone do mesmo ou indo em: Iniciar >>> Programas >>>MultiSIM2001. Em seguida será exibida a seguinte tela:
Figura01: Tela inicial do MultiSIM2001
Construindo um Circuito Para construir um circuito, de preferência você já deve ter o rascunho desse circuito. Comecemos com um circuito resistivo série como o da figura02.
Exemplo1: Circuito série em CC Seja um circuito constituído por duas resistências em série, uma de 3K Ω e outra de 2K Ω,
alimentado por uma bateria de 15V.. Calcular as tensões nas resistências e a corrente no circuito. De acordo com a teoria a resistência equivalente será igual a 5K Ω e, portanto a corrente no circuito ser á igual a 15V/5K Ω =3mA e, portanto a tensão em cada resistência será igual. U1=3mAx3K=9V
U2=3mA.2K=6V
A seguir na figura2 o circuito com os instrumentos (amperímetro e voltímetros) conectados.
Figura02: Circuito para exemplo1
Configurando a Área de Trabalho
Para configurar a área de trabalho, por exemplo mostrar ou não a Grade (grid ), ), colocar Limites da Página ( Show Show Page Bounds ) e outros itens, você deve clicar com o botão direito na área de trabalho, aparecerá um menu onde poderá escolher Mostrar a Grade (Show ) , ou indo no menu Ver (view ) selecionar Mostrar a Grade (Show Grid Grid Show Grid ). ). Experimente. Outra configuração importante é a cor do fundo. Para mudar a cor do fundo e dos componentes, clique com o botão direito na área de trabalho, selecione Cor ( Color ) se abrirá
uma caixa de seleção da figura3. Nesta caixa você poderá escolher a Cor do Fundo (background ), ), Fio (wire (wire ) e de cor de Componentes (component ). ). Experimente.
Figura03: Escolhendo cores de fundo fio e componentes Essa mesma caixa pode ser acessada indo em Opções (Options) >> Preferências (Preferences) >> Circuito (Circuit). Para deixar as suas modificações como Padrão (Default) basta clicar em Colocar como Padrão (Set as Default). Experimente. Experimente.
Escrevendo na Tela Caso deseje escrever um texto na área de trabalho vá em Colocar (Place )>>> )>>>Colocar Texto (Place Text ). ). Em seguida clique na tela e escreva o seu texto. Clicando na área de trabalho com o botão direito você também terá acesso a Colocar Texto ( Place Text ). ). Experimente. Experimente.
Mudando a Fonte do Texto e das Propriedades do Componente Clique com o botão direito na área de trabalho em Fonte (Font ) aparecerá uma caixa de diálogo, figura4, onde você poderá mudar o tamanho e o estilo da fonte do texto, identidade de componentes, rótulo e outros. Experimente .
Figura04: Escolhendo a fonte da ID, valor,rótulo,atributos, valor,rótulo,atributos, nome dos pinos, número dos nós e do texto Atenção!! A modificação será executada somente para os itens selecionados.
Configurando Configurando e Inserindo Componentes
Inserindo um Componente
Caso a caixa de componentes não esteja visível vá em Ver (View )>>> )>>> Barra de Componentes (Component Bars ) >>> Base de Dados do MultiSIM (Multisim Databases)
Figura05: Tornando ou não visível a barra de componentes
A figura06 mostra as caixas de componentes do MultiSIM2001. Como treinamento abraas uma por uma para ver o conteúdo cada .
Figura06: Caixas de componentes
Inserindo uma Fonte
Abra a caixa de componentes Fontes (Sources ), ), figura07:
(a)
(b)
Figura07: (a) Caixa de componentes Fontes (Sources) Fechada – (b) Aberta
Clique em Fonte de Tensão CC (DC Voltage Source), em seguida clique na área de trabalho (observe que o ponteiro tem a imagem da fonte), será inserida uma fonte CC. Observe que o valor padrão é 12V. Para mudar o valor, dê duplo clique no ícone da bateria, se abrirá a caixa de diálogo da figura08. Experimente.
Figura08: Caixa de diálogo Bateria (Battery)
Girando um Componente
Após ter especificado o novo valor da bateria dê OK. Caso deseje girar o componente clique com o botão direito em cima dele, se abrirá a caixa de diálogo da figura09. Experimente.
Figura09: Caixa de diálogo para recortar, copiar e girar o componente
Flip horizontal: gira o componente ao redor do eixo vertical Flip vertical: gira o componente ao redor do eixo horizontal Gira o componente no sentido horário Gira o componente no sentido anti- horário
Configurando a Forma de Retirar Componentes das Caixas
Neste ponto devemos mostrar as diversas opções de retirar componentes das caixas. Indo em Opções (Options) >>> Preferências (Preferences ), ), se abrirá uma tela com diversas guias (abas), figura10. q
Circuito (Circuit ): ): nesta aba poderemos poderemos fazer ajustes de de mostrar ou não não alguns
elementos da área de trabalho e cores. q
q
q
Espaço de Trabalho (Workspace ): ): ajustes ajustes de dimensões e zoom. Conectar (Wiring ): ): formas de conectar os dois componentes. Componentes (Component Bin ): ): ajuste de simbologia, funcionalidade funcionalidade das caixas de
componentes e modo de colocar os componentes. q
q
Fontes (Font ): ): ajuste do tipo da fonte e onde aplicar.
Miscelânea ( Miscellaneous Miscellaneous): ajuste do tempo de auto salvar.
Figura10: Caixa de diálogo Preferências (Preferences) com a guia Caixa de Componentes (Components Bins) selecionada
Obs: É importante lembrar que, caso o projeto tenha como objetivo construir a placa de circuito impresso (PCB) usando algum software, como por exemplo o Utiboard, é necessário usar componentes padronizados pois os mesmos vêem com a especificação do encapsulamento encapsulamento (footprint). Na figura10 pode-se selecionar a norma de simbologia usada (ANSI ou DIN) (sugiro manter o default, ANSI). Em Funcionalidade da Barra de Ferramentas (Component tools funcionality ) podemos ter as opções: q
q
Auto Show parts bins, keep keep open on clic: Ao passar o cursor sobre a caixa de de componente ela se abrirá automaticamente, automaticamente, mas a caixa continua aberta (para fechar deveremos clicar no x acima à direita da mesma). Experimente Auto Show Only : Ao passar o cursor sobre a caixa de componente ela se abrirá automaticamente automaticamente e após retirar o componente componente a mesma se fechará automaticamente. automaticamente.
Experimente. q
No Auto Show, clic to Open: Para abrir a caixa você deverá clicar no ícone da
mesma. Após retirar o componente para fechar a caixa você deverá clicar no x acima à direita da mesma. Experimente Em Modo de Colocar Componentes (Place Component Mode ) podemos ter as opções: q
Colocar um componente (Place single component ): ): Neste caso será será inserido inserido um
componente por vez na área de trabalho. Experiment. q
Colocar continuamente componentes com multiseção somente (Continous ): Todas as partes de um componente são colocadas Placement Multi-section part only ):
seqüencialmente. seqüencialmente. Por exemplo os CI’s que contém mais de uma porta. A cada clique na área de trabalho será colocada uma das secções do CI. Para sair teclar em ESC no teclado. Experimente q
): Os componentes Colocar Continuamente Componente (Continous placement ): são colocados continuamente. Para sair clicar em ESC no teclado . Experimente
Inserindo os Resistores
A forma de inserir resistores é semelhante à usada para inserir a fonte. A diferença é que o resistor se encontra na caixa Básicos (Basic ), ), figura11. Insira os dois resistores, mudando os seus valores para os especificados na figura02. Observar que existem dois tipos de resistor: o virtual e o com valor fixo padrão. A diferença entre os dois é que o primeiro pode ter qualquer valor enquanto o segundo só valores padronizados. Sugiro trabalhar com o virtual. O mesmo conceito vale para outros componentes.
(a)
(b)
Figura11: a) Caixa de componentes componentes Básicos (Basic) – (b) (b) Caixa de componentes componentes Básicos aberta
Para mudar e girar o resistor o processo é semelhante ao visto para bateria. Experimente. A seguir a caixa de diálogo Resistor.
Figura12: Caixa de diálogo resistor
O posicionamento dos componentes antes de ligar os componentes está indicado na figura a seguir.
Figura13: Posicionamento dos componentes antes da conexão
Configurando, Configurando, Conectando e Atributos de Componentes
Conectando os Componentes
No MultiSIM existem dois modos de conectar os terminais de componentes, manual e automático. No modo automático o programa escolhe o melhor caminho para ligar os dois terminais. Para escolher entre manual e automático vá em: Opções (Options)>>>Preferências (Preferences)>>>Conectar (Wiring).
Figura14: Caixa de diálogo Preferências (Preferences) com a aba wiring selecionada s elecionada
Dica: Use sempre o modo automático Para conectar os terminais de dois componentes, posicione o cursor em um dos terminais o mesmo se transformará em uma cruz, figura15. Experimente
Figura15: Ponteiro posicionado no terminal da bateria
Clique no primeiro terminal e em seguida clique no outro terminal a conexão será feita.
Figura16: Posicionando o ponteiro no terminal do outro componente
Atenção!! Para mudar a direção do fio de conexão clique na área de trabalho e em seguida arraste o cursor na direção desejada. Coloque um terra no circuito (sem ele não pode ser feita a simulação). Rótulo, ID e Atributos de um Componente
Além do valor, outros atributos podem ser dados a um componente tais como: rótulo (label ), ), ID (identificação para o programa) e Falha (fault ). ). Na caixa de diálogo Resistor Virtual (Virtual Resistor ) selecione a aba Rótulo (Label ), ), figura17. Nesta aba além do Rótulo (Label ) e Identificação (Reference ID ) algumas propriedades ou características do componente podem ser especificadas (o beta de um transistor por exemplo). A aba
Falha (Fault ) permite escolher uma falha para o componente tal como circuito aberto,
curto circuito, fuga, etc.
Figura17: Caixa de diálogo Resistor Virtual com a aba Label selecionada
A aba Mostrar (Display ) permite que as informações relativas ao rótulo, ID e atributos sejam mostradas ou não. Você pode mostrar essas características para somente o componente que desejar.
Figura18: Circuito com ID, valor e rótulo do componente visualizados Desconectando um Fio
Para desconectar dois componentes, é suficiente apagar o fio que os liga. Para isso clique com o botão direito em cima do fio aparecerá uma caixa de diálogo como na figura19, clique em Apagar (delete ), ), ou simplesmente selecione o fio (clique com botão esquerdo) e em seguida clique Delete no teclado. Experimente. Apagando um Componente
Para apagar um componente basta selecionar o componente (clicando nele ou arrastando o mouse sobre ele), em seguida clicar em Delete no teclado, ou clicando com o botão direito clicar em Cortar (cut), como na figura09. Experimente
Figura19: Apagando uma conexão Colorindo um Fio
Dar cores diferentes para fios ligados em determinados pontos do circuito facilita a visualização das funções de cada parte do circuito, principalmente em circuitos digitais. Para colorir um fio basta clicar com o botão direito sobre o fio que aparecerá a mesma caixa de diálogo da figura19. Selecione Cores (color ) que aparecerá a caixa de diálogo da figura20. Selecione a cor desejada. Experimente Atenção, em alguns instrumentos, a cor do fio conectado ao instrumento será a cor do resultado da indicação do instrumento. Por exemplo o osciloscópio.
Figura20: Escolhendo uma cor para o fio
Também é possível colorir um componente. Clicando com o botão direito em cima do símbolo do componente se abrirá a caixa de diálogo da figura09 selecione Cores (color ). ). Aparecerá uma caixa semelhante à da figura19. Experimente
Inserindo Instrumentos e Simulando
Os Nós do Circuito
Chamamos de nó ao ponto de conexão de dois ou mais componentes. Os nós são importantes do ponto de vista do programa pois é a partir deles que é feita a descrição de um circuito. A descrição de um circuito circuito pode ser feita através do esquemático esquemático ou através através de um texto chamado de netlist. O netlist consiste em dizer que componente está conectado entre dois nós. Além disso existem algumas analises onde é necessário especificar o nó. Os nós de um circuito são numerados a partir de 1 (nó zero por convenção é a referência terra). Para visualizar os nós de um circuito clique com o botão direito na área de trabalho, selecione Mostrar (Show ) em seguida selecione o que deseja mostrar (rótulos,referencia ID, número do nó, etc). Experimente.
(a)
(b)
Figura21: ( a ) Janela de seleção Mostrar (Show) - ( b ) Mostrando somente os nós de um circuito
Observe na figura21 que todas as outras opções foram desabilitadas. Experimente todas as outras opções possíveis e veja o resultado. Experimente. Inserindo Instrumentos de Medida
A simulação de um circuito consiste em medir correntes, tensões, potências, ver formas de onda e outras propriedades de um circuito. No caso do nosso exemplo deveremos medir a corrente e as tensões nos resistores, para isso devemos inserir instrumentos adequados. Os principais instrumentos usados em CC são: O voltímetro, amperímetro e wattímetro Para medir corrente inserimos um amperímetro em série com c om o circuito. Para medir as tensões deveremos inserir um voltímetro entre os pontos de medida (em paralelo). Portanto não esqueça: Para inserir o amperímetro devemos abrir o circuito.
Os voltímetros e amperímetros se encontram na caixa de componentes componentes Indicadores (Indicators ). ).
(a)
(b)
Figura22: ( a ) Caixa de componentes Indicadores fechada – ( b ) aberta
Clicando no amperímetro ou no voltímetro será mostrada uma caixa de diálogo que pede para escolher o instrumento na vertical ou horizontal e com uma determinada polaridade. É claro que você pode girar o componente caso deseje. Experimente.
(a)
(b)
Figura23: (a) Amperímetro horizontal e vertical (b) Configurando a resistência interna
amperímetro diretamente diretamente sobre o fio será será feita a conexão. Experimente. Experimente. Dica1: Colocando o amperímetro Dica2: Ajustar a resistência interna do amperímetro em 1mOhms (0,001 Ohms) dá maior precisão.
Experimente.
Você pode configurar as resistências resistênci as internas e o tipo de aplicação CC ou CA, para isso basta dar duplo clique que aparecerá a caixa de diálogo da figura24b.
(a)
(b)
Figura24: (a) voltímetro horizontal e vertical (b) Configurando a resistência interna
Resultado de uma Simulação
Após ter configurado os instrumentos o passo seguinte é a simulação. Para iniciar a simulação clique no botão de iniciar simulação (ver figura01). A figura25 mostra o resultado da simulação. Experimente.
Figura25: Resultado da simulação do circuito da figura02
O Multímetro e o Subcircuito
Nesta página mostraremos o Multímetro Multímetro do MultiSIM2001 e o Wattímetro. Wattímetro. Em relação a outras versões, a principal diferença é que é possível usar mais de um multímetro na área de trabalho e o Wattímetro não está disponível em versões anteriores. Também mostraremos como construir um subcircuito. O Multímetro
Como alternativa para os instrumentos usados poderíamos ter usado o multímetro (instrumento com múltipla funções) da barra de instrumentos. É o primeiro instrumento da barra de instrumentos. Quando você abre o multímetro ele já vem configurado para usar como voltímetro em CC. Para usar como amperímetro, ohmímetro ou decibelímetro devemos fazer a seleção de função como na figura26.
(a)
(b)
(c)
Figura26: Multímetro configurado como voltímetro,(a) ícone na barra de instrumentos e (b) visão frontal e (c) ajustes de resistências internas
A A seguir o mesmo circuito da figura01 após a simulação usando os instrumentos do Multímetro.
Atenção!! Após ser efetuada a simulação, para ver os resultados das medidas você precisa dar duplo clique no ícone do multímetro.
Figura27: Resultado da simulação do circuito da figura02 usando o Multímetro
O Ohmímetro do Multímetro
Um ohmímetro é usado para medir resistência. Para usar o multímetro como ohmímetro ohmímetro deveremos ligá-lo como na figura28 a seguir, desligando toda e qualquer fonte de alimentação e aterrando um dos terminais
Em seguida é só iniciar a simulação. Experimente.
Figura28: Multímetro usado como ohmímetro
O Decibelímetro do Multímetro
Antes de mostrar como usar o multímetro como decibelímetro rapidamente relembremos o conceito de decibel (dB). Dado um circuito no qual de define claramente entrada e saída o ganho em dB do circuito é definido como sendo:
Figura29: Quadripolo genérico
Caso Vs >Ve dizemos que houve um ganho, neste caso Ganho(dB)>0 Caso Vs
Consideremos como exemplo o circuito da figura02 onde temos um divisor divisor de tensão. Seja Seja a tensão de saída em R2 (V2=Vs) (V2=Vs) que no exemplo resultou em 6V portanto de a entrada for a tensão da bateria teremos uma atenuação e o ganho em dB valerá:
O Wattímetro
O Wattímetro mede potência (em Watts), medindo também o fator de potência (FP) ou cosseno fi de um circuito. O fator de potência dá uma medida da defasagem entre a tensão e a corrente em um circuito. Em circuitos puramente resistivos o FP é 1, isto é, a defasagem entre a corrente e a tensão é zero.
A seguir na figura30 o ícone na barra de instrumentos, o símbolo na área de trabalho e o painel frontal aberto.
(a)
(b)
(c)
Figura30: Wattimetro – (a) ícone na barra de instrumentos instrumentos – (b) Símbolo ( c ) Wattímetro aberto
A seguir exemplos de aplicação do Wattímetro. Exemplo2: Seja o circuito (12V ligada em 12 Ω) no qual desejamos calcular a corrente e a potência dissipada na resistência.
Figura31: Medida de potência em um circuito
Observe a conexão do Wattímetro na figura31. Como existem duas bobinas, uma de corrente e outra de tensão (ver livro Analise de Circuitos em Corrente Alternada - Rômulo Oliveira Albuquerque - Editora Érica), a bobina de corrente estará em série e a de tensão em paralelo com o circuito do qual se quer determinar a potência. Experimente
Atenção !! a observação referente à bobina se refere ao instrumento analógico. O Subcircuito
O conceito de subcircuito tem a finalidade de permitir que se construa circuitos complexos sem que os mesmos sejam visualizados e conseqüentemente ocupem espaço na folha de trabalho. Um subcircuito pode ser considerado como uma caixa preta da qual temos acesso aos seus terminais, mas podemos modificar o circuito interno. Siga os seguintes passos para construir um subcircuito. Exemplo3:
1. Desenhe o circuito normalmente. Como exemplo consideremos uma resistência ligada em série com uma bateria.
Figura32: Criando um subcircuito – parte 1
2. Vá em Colocar (Place ) >>> Colocar entrada/saída (Place input/output ). ). Conecte cada terminal nas extremidades do seu subcircuito.
Figura33: Colocando os terminais no subcircuito
3. Selecione o circuito (agora com os terminais). Vá em Colocar (Place ), ), selecione Colocar como subcircuito (Place as subcircuit ) ou Substituir por subcircuito ( Replace ). Aparecerá a figura34. Dê um nome para o seu subcircuito (No exemplo gerador_real). Replace by subcircuit ).
Figura34: Nomeando o subcircuito
4. Dando OK na caixa da figura34, o seu subcircuito será criado, figura35.
Figura35: Subcircuito criado
5. Caso você deseje editar o subcircuito, subcircuito, basta dar duplo clique no seu ícone que aparecerá o quadro da figura36. Neste clique emEditar Subcircuito (Edit subcircuit ), ), que o subcircuito voltará a aparecer e então você poderá mudar os valores por exemplo. Experimente
Figura36: Editando um subcircuito construído
Atenção!! Para um subcircuito valem as mesmas regras de conexão de qualquer componente. Para compreender melhor vamos conectar o nosso subcircuito a um resistor de 200 Ohms, como na figura37.
http://www.eletronica24h.com.br/Cur http://www.eletronica24h.com.br/Curso%20Multisim2001/Modul so%20Multisim2001/Modulo1/aulas/aula05.html o1/aulas/aula05.html (6 de 7)4/12/2006 18:26:43
Aula05
Figura37: Analise de um circuito contendo um subcircuito
Observe que internamente, no subcircuito, temos uma b ateria de 9V em série com uma resistência de 100 Ohms, e externamente uma resistência de 200 Ohms que serão somadas. A corrente resultante será igual 30mA (9V/300 Ohms). O circuito é equivalente ao da figura38.
Figura38: Circuito equivalente ao da figura37
Mais Componentes
A seguir mostraremos mais mais alguns componentes componentes que que são essenciais essenciais na análise análise de circuitos circuitos em corrente contínua.
Potenciômetro
Um potenciômetro tem três terminais e pode ser usado como resistência variável (dois terminais) ou como potenciômetro (três terminais). O potenciômetro está na caixa de componentes Básicos (Basic ). ). Assim como para o resistor você pode escolher entre o virtual (pode mudar o valor) e o com valor padrão. A figura39 a seguir mostra o símbolo do potenciômetro.
Figura39: Potenciômetro
Com relação à figura39 temos: q
q
O valor é o valor máximo que pode ter o potenciômetro. Chave ( Key Key ) é a letra que você deve usar no teclado para mudar o valor (letra
minúscula para diminuir e maiúscula para aumentar). q
Porcentagem (%) é o valor porcentual (em relação ao valor máximo) da resistência entre o
cursor e uma das extremidades. Aplicação de Circuitos com Potenciômetro Potenciômetro
A seguir na figura40 um circuito de aplicação usando potenciômetro, na figura40a o potenciômetro é usado como potenciômetro, enquanto na figura40b é usado como resistência variável.
(a)
(b)
Figura40: ( a ) Potenciômetro ( b ) Potenciômetro como resistência variável
Dando duplo clique no símbolo do potenciômetro aparecerá a caixa de diálogo da figura41. Nesta poderemos configurar o potenciômetro.
Figura41: Caixa de diálogo para configurar o potenciômetro
Na figura41, em Diminuir (Decrease ) selecione a letra minúscula que deseja usar para a ação de diminuir o valor da resistência (entre o cursor e uma das extremidades) e em Aumentar (Increase ) selecione a letra maiúscula que será usada para aumentar o valor da resistência ( entre o cursor e a mesma extremidade). Em Incremento (Increment ) selecione de 1% a 99% a variação mínima de resistência a ser usada. Por exemplo se o valor do potenciômetro potenciômetro é de 1K, e o incremento é 1% significa significa que ao pressionar a letra de Aumentar / / Diminuir Diminuir a variação será de 10 Ohms (1%de 1000). Experimente. Exemplo4: Para os circuitos a seguir calcule a mínima e a máxima tensão tensão que o voltímetro pode
indicar. Em seguida faça a simulação do mesmo.
Circuito01
Circuito02
Atenção!! certifique-se de que a janela atual esteja ativa (parte superior onde se encontra o nome do arquivo deve estar azul) Circuito 1 Calculados VMin VMáx
Simulados VMin VMáx
Circuito 1 Calculados VMin VMáx
Simulados VMin VMáx
Lâmpada Incandescente
O MultiSIM2001 tem dois tipos de lâmpadas, real e virtual a diferença entre as duas é que a última permite mudar o valor da tensão e da potência.
(a)
(b )
(c)
(d)
Figura42: (a) Caixa de componentes Indicadores fechada (b) aberta mostrando a lâmpada real e virtual ( c ) Símbolo da lâmpada ( d ) Caixa de configuração da tensão e da potência
Clicando no símbolo da lâmpada (virtual) será aberta a caixa de configuração da figura42d, onde é possível escolher a máxima tensão tensão e a máxima potência que que lâmpada pode dissipar. dissipar. Atenção que esse é um dos componentes componentes que se danifica ao ao ser sobrecarregado (aplicar uma tensão maior do que a máxima). O outro componente que pode pode se danificar é o fusível. O Fusível
O fusível é um dos elementos de proteção que existem no MultiSIM2001. Ele se encontra dentro da caixa Dispositivos de Proteção (Protection Devices ) que por sua vez se encontra dentro dentro da caixa Eletro Mecânicos (Electro Mechanical ). ).
(a)
(b)
Figura43: (a) Caixa de componentes Eletro Mecânicos (Eletro Mechanical) fechada (b) Caixa de componentes Eletro Mecânicos (Eletro Mechanical) aberta mostrando a caixa de Dispositivos de Proteção.
Clicando na caixa de Dispositivos de Proteção será aberta a janela de seleção de componentes onde se encontra o Fusível (Fuse ). ).
Figura44: Inserindo um fusível
Atenção!! O fusível é um dos elementos que podem ser destruídos por excesso de corrente
Chaves
Nesta aula mostraremos mostraremos um elemento importante importante nas simulações, que que são as chaves. Existem diversos tipos, mas todas tem a mesma finalidade: Ligar ou desligar um circuito, desta forma tornando a simulação a mais próxima possível da realidade. Chaves Básicas
Outro elemento muito usado é a chave. Existem Existem diversos tipos. tipos.
Na caixa de componentes Básicos (Basic ) existe uma caixa chamada de Chave (switch ), ), figura45a. Quando clicamos nessa caixa será mostrada uma lista onde aparecem 5 tipos de chaves: q
q
q
q
q
Controlada por Corrente (Current Controlled ), ),
), Controlada por Tensão (Voltage Controlled ), Um pólo e duas posições , (SPDT), Um pólo e uma posição (SPST) e Temporizada (TDSW1).
(a)
(b)
Figura45: (a) Caixa de componentes Chaves (Switch) (b) Caixa de componentes
Chaves aberta
Destas as mais usada são: um pólo e duas posições e um pólo e uma posição. Chave de um pólo e duas posições. Dando duplo clique será
aberta uma caixa de diálogo que solicita que seja digitada uma letra ou número do teclado para permitir mudar de posição. A tecla ( Key ) default é a barra de espaço ( Space ). ). Chave de um pólo e uma posição. Para mudar de posição é necessário especificar uma chave ( Key ) no teclado.
Outros Tipos de Chaves
Outras chaves podem ser obtidas na caixa de componentes componentes Eletromecânicos ( Eletro Eletro Mechanical).
(a)
(b)
Eletro Mechanical ) (b) Caixa de Figura46: (a) Caixa de componentes Eletromecânicos ( Eletro componentes Eletromecânicos (Eletro Mechanical ) aberta
Quando a caixa de componentes Eletromecânicos (Eletro Mechanical) for aberta serào mostradas várias outras caixas, dentre dentre estas mostremos apenas apenas as chaves que que estão em Chaves Momentâneas (Momentary Switches).
Figura47: Caixa de chaves momentâneas
Momentary Switches ). A seguir a lista de chaves presentes na caixa Chaves Momentâneas ( Momentary
Push Bottom normal fechado 1
Push Bottom
iluminado de duas posições
Push Bottom
de duas posições
Push Bottom normal fechado 2
Push Bottom normal aberto
Todas as chaves permitem usar uma chave (key) do teclado para mudar de posição (a chave default é a chave Space). Uma chave também interessante é a chave rotativa de 4 posições (4POS ROTARY) que se Supplementary Contacts ). encontra em Contatos Suplementares (Supplementary Contacts ).
Figura48: Chave rotativa de 4 posições
Você pode usar essa chave para conectar diversas cargas como por exemplo para medir a corrente em diversos componentes como na figura a seguir. Experimente.
Figura49: Aplicação da chave rotativa
Circuitos de Aplicação
Nesta página você encontrará alguns exemplos de circuitos e os arquivos correspondentes. O arquivo do circuito se encontra no CD e você poderá fazer o download para uma pasta de onde abrirá de dentro do MultiSIM. Procure efetuar os cálculos primeiramente e depois a simulação. Tente modificar o circuito ou refaze-lo salvando com outro nome. Divisor de Tensão com Potenciômetro
Calcule os limites da tensão entre o curso e o terra: a) Valor mínimo (cursor todo para baixo)= _________ b) Valor máximo (cursor todo para cima)=__________ Para efetuar a simulação abra o arquivo Figura50 e indique os valores simulados: Valor mínimo=___________ Valor máximo =___________
http://www.eletronica24h.com.br/Curso%20Multisim2001/Modulo1/aulas/aula08.html (1 de 9)4/12/2006 18:27:40
Figura50: Divisor de tensão
Potenciômetro como Resistência Variável
Calcule os limites da corrente no circuito a) Valor mínimo (cursor todo para baixo)= _________ b) Valor máximo (cursor todo para cima)=__________
http://www.eletronica24h.com.br/Curso%20Multisim2001/Modulo1/aulas/aula08.html (2 de 9)4/12/2006 18:27:40
Figura51: Potenciômetro usado como resistência variável
Para efetuar a simulação abra o arquivo Figura51 e indique os valores simulados: a) Valor mínimo (cursor todo para baixo)= _________ b) Valor máximo (cursor todo para cima)=__________
Associação Paralelo de Resistências
Calcule as correntes no circuito: IT=_______ I1=_______ I2=________I3=_______
Figura52: Circuito paralelo
Para efetuar a simulação abra o arquivo Figura52 e indique os valores simulados
Medindo a Resistência Equivalente de um Circuito
Para medir a resistência usamos o Ohmímetro, o qual deverá ser inserido com o circuito desligado de toda e qualquer fonte. Calcule a resistência equivalente do circuito: Req=________
Figura53: Medindo a resistência equivalente de um circuito paralelo
Para efetuar a simulação abra o arquivo Figura53 e indique os valores simulados Anote o valor medido: Req=________
Medindo Potência e Corrente em Quatro Resistores
Para medir a corrente e a potência em 4 resistores como na figura54 usamos uma chave de 4 posições.
Figura54: Medindo a potência e a corrente em quatro resistores
Para efetuar a simulação abra o arquivo Figura54 e indique os valores simulados
Medindo Potência e Corrente em Quatro Lâmpadas
Calcule a corrente corrente consumida em cada uma das lâmpadas I1=_________I2=_______ I3=_________I4=______ Use para isso a expressão
P=U.I
Figura55: Medindo a potência e a corrente em quatro lâmpadas
Indique os valores medidos de corrente na simulação: I1=_________I2=_______ I3=_________I4=______ Para efetuar a simulação abra o arquivo Figura55 e indique os valores simulados. Ponte de Wheatstone
No circuito quando R1.Rv = Rx.R3 a indicação do amperímetro será zero e nessas condições condições podemos determinar o valor de Rx Rx=(R1.Rv)/R3 Procedimento: Escolha qual resistência quer medir (Rx1 ou Rx2), para isso use a tecla B do teclado. Em seguida varie a Rv ("a" diminue e "A" aumenta) observando o valor doa indicação no amperímetro. Quando a indicação for a mínima possível, mude a posição das chaves J1 e J2 de forma a usar o Multímetro como Ohmímetro, para isso use a tecla tecla de espaço do teclado. teclado.
Figura56: Medida de resistência usando a ponte de Wheatstone.
Para efetuar a simulação abra o arquivo Figura56 e indique os valores simulados.
Os tópicos vistos não são todos do MultiSIM, mas são suficientes para que se possa estudar analisar estudar e construir circuitos em CC. Exercícios Propostos 1.Determine a intensidade de todas as correntes no circuito usando o multímetro.
2. Substitua o circuito entre A e B por um subcircuito em seguida ligue esse subcircuito em uma fonte de 12V e determine a corrente que a fonte fornecerá ao subcircuito usando um multímetro.
Introdução aos instrumentos de medição
Esta é a segunda parte do trabalho sobre o MultiSIM2001 e é dirigida para o estudo de circuitos em corrente alternada e eletrônica básica, desta forma os instrumentos e componentes aqui descritos são básicos no estudo e simulação de circuitos em CA. A licença usada para fazer este trabalho tem o texto em inglês, desta forma toda vez que for feito referência em inglês o mesmo será colocado em itálico e entre parênteses e antes o termo equivalente em português. Devemos
reiterar mais uma vez que você deve ter conhecimentos mínimos de eletricidade e eletrônica básica para que possa compreender este trabalho. O Gerador de Funções
Para mostrar como usar instrumentos em corrente corrente alternada vamos partir de um exemplo exemplo de um circuito RC alimentado por uma tensão senoidal. Para obter uma tensão (corrente) alternada (AC) temos duas alternativas: 1. Podemos usar o Gerador de Funções (GF). Um gerador de funções gera diversas formas de onda, principalmente principalmente senoidal,triangular e quadrada. A seguir seguir na figura01 o ícone e o símbolo do gerador de funções na caixa de instrumentos.
(a)
(b)
(c)
Figura01: (a) ícone na caixa de instrumentos (b) Símbolo na área de trabalho (c) Gerador de funções aberto
Como indicado na figura01c são possíveis os seguintes ajustes: Freqüência
São modificados o valor e a faixa.
Figura02: Dois sinais de freqüências diferentes (vermelho 1KHz e azul 4KHz) Ciclo de Trabalho
Só definido para onda quadrada e triangular, podendo variar de 1% a 99%. Para a onda quadrada é definido como sendo:
onde TH é o tempo no nível alto e T é o período.
(a)
(b)
(c)
Figura03: ( a ) onda quadrada com CT=80% ( b ) CT=50% e ( c ) CT=20%
Para a onda triangular é definido como sendo:
onde T+ é o tempo que a onda fica fica com inclinação positiva e T é o período.
(a)
(b)
(c)
Figura04: ( a ) onda triangular com CT=80% ( b ) CT=50% e ( c ) CT=20%
Amplitude
São modificados o valor e a faixa.
(a)
(b)
Figura05: ( a ) Valor de pico onda senoidal
(c)
( b ) onda quadrada ( c ) onda triangular
Offset
Se a uma tensão alternada for adicionada uma tensão CC, ela passa a ter um offset (deslocamento), o qual pode ser positivo ou negativo. São modificados o valor (positivo e negativo) e faixa. A figura a seguir seguir mostra as três situações possíveis: sinal sem offset (0V), com offset positivo (4V) e com offset negativo (-4V). A seguir, uma tensão senoidal de 2V de
pico é submetida a diferentes valores de offset .
(a)
(b)
(c)
Figura06: ( a ) onda senoidal sem offset ( b ) com 4V de offset ( c ) com -4V de offset
Ajustar Tempos de Subida/Descida (Set Rise/Fall Time )
O tempo de subida é definido somente para onda quadrada oseu valor default é 1.000000e-012s e pode ser ajustado, devendo ser menor que 5.000000e-04s. A figura07 mostra mostra uma onda quadrada de f=1KHz 4V de de pico com tempo de subida/descida subida/descida igual igual a 1.000000e-004s (0,1ms).
Figura07: Onda quadrada com tempo de subida/descida igual a 0,1ms
A Saída de Sinal
Atenção!! A amplitude especificada é para o sinal obtido entre os terminais + e common ou entre - e common. Para o sinal obtido entre + e - a amplitude será o dobro da especificada na caixa Amplitude. para a caixa onde Exemplo1: Ajustemos portanto o GF em 10V de pico e 1KHz (para mudar aponte o cursor para está indicado Hz ela se transforma em uma mão, clique mudando para KHz) e o liguemos a um resistor de 1K em série com um capacitor de 0,1uF, figura08a. Insira um amperímetro e três voltímetros como na figura08b. Não
se esqueça de configura-los para medir em CA.
(a)
(b) Figura08: ( a ) Circuito RC série em CA ( b ) Circuito RC série em CA com instrumentos
Compare os valores obtidos com a simulação com os valores calculados (ver livro Circuitos em Corrente Alternada Rômulo Oliveira Albuquerque Albuquerque - Editora Érica).
A Fonte de Tensão Alternada Senoidal 2. A
outra alternativa de gerador é usar a Fonte de Tensão Alternada Senoidal (AC Voltage Source ) que se encontra na caixa de componentes Fontes (Sources ). ). A figura09a mostra o seu símbolo. Dando duplo clique no seu símbolo será aberta a caixa de configuração da figura09b. Nessa figura os principais ajustes são de amplitude (de pico), valor eficaz (RMS), offset, freqüência e fase inicial (phase ). ). Para os
outros procure deixar o valor default .
(a)
(b)
Figura09: ( a ) Símbolo da Fonte de Tensão Alternada ( b ) Caixa de configuração
Atenção !! Para obter os mesmos valores anteriores você deve ajustar a amplitude em 10V ou em valor eficaz ajustar 7,07V e freqüência 1000Hz. O circuito resultante é o da figura10.
Figura10: Analisando o circuito com a fonte de tensão alternada senoidal
Observe na figura10 que usamos o amperímetro e o voltímetro da caixa Indicadores.
O Osciloscópio
O Osciloscópio
É o instrumento usado para medir e visualizar formas de onda de tensão. Permitindo ver até duas formas de onda ao mesmo tempo (dois canais de entrada). A figura11 mostra os símbolos usados na barra de instrumentos e na área de trabalho.
(a)
(b)
Figura11: ( a ) símbolo do osciloscópio na barra de instrumentos ( b ) na área de trabalho
Dando duplo clique no símbolo da figura11b será aberto o osciloscópio, figura12.
Figura12:Osciloscópio aberto
Atenção !! A cor da forma de onda apresentada no osciloscópio depende da cor do fio conectado à entrada do mesmo. Use sempre que possível esse recurso. A seguir a descrição dos ajustes. Base de Tempo
Os ajustes na base de tempo permitem controlar a escala do osciloscópio na horizontal (tempo) quando Y/T (tensão em função do tempo) é escolhido.
Figura13: A base de tempo (time base)
Escala (Scale): Aqui você escolhe a escala do eixo de tempo (horizontal) em segundos. Na figura13 está
selecionado 10ms/Div.
Figura14: Escala horizontal com 10ms/Div
X Position : Provoca deslocamento no eixo horizontal da forma de onda. Os limites são -5 e +5. Y/T : Quando for feita essa seleção, na tela será mostrada a forma de onda com tensão em função do tempo.
É o caso mais comum. A/B : Quando for feita essa seleção, a tela mostrará a composição das formas de onda em A e em B sendo A
no eixo vertical e B no eixo horizontal. B/A: B/A: Quando for feita essa seleção, a tela mostrará a composição das formas de onda em B e em A sendo B
no eixo vertical e A no eixo horizontal. As duas últimas opções são usadas quando desejamos ver figuras de Lissajour. Como exemplo seja uma forma de onda quadrada com freqüência 200Hz (período 5ms)
(a)
(b)
Figura15: ( a ) Forma de onda quadrada de 200Hz ( b ) Ajustes da base de tempo
Os Canais de Entrada - Canal A e Canal B
O Osciloscópio possui dois canais de entrada desta forma sendo possível mostrar até duas formas de onda simultaneamente. Os ajuste aqui feitos feitos permitem especificar uma escala para o eixo Y (eixo de tensão), posicionar a forma de onda em relação ao zero e escolher como conectar p sinal ao osciloscópio. A figura a seguir mostra o osciloscópio conectado a dois GF.
Figura16: Os canais de entrada de um osciloscópio
As Chaves de Entrada
O Osciloscópio tem três chaves que permitem selecionar como o sinal é conectado ao amplificador vertical. A figura17 mostra de forma simplificada essas chaves.
(a)
(b)
Figura17: ( a ) Chaves de entrada do osciloscópio ( b ) esquema elétrico das chaves de entrada
AC: Quando esta opção for selecionada (dar clique no botão correspondente) o sinal será acoplado através
de um capacitor o que remove qualquer nível DC ( Contínuo) que o sinal tiver. Esta opção adequada para ver somente a componente alternada de um sinal, como,por exemplo o ripple de uma tensão retificada. DC: Quando esta opção for selecionada o sinal será mostrado por completo (nível DC mais componente
alternada). É o caso mais comum. 0 (zero) ou GND: Em alguns osciloscópios essa chave vem com o nome de GND. Nessa opção a entrada é
aterrada.É usada quando desejamos estabelecer a referencia zero.
Ajustando Adequadamente Volts/Div e Time/Div
Para obter uma boa visualização da forma de onda é importante fazer ajustes adequados. A seguir mostramos isso. Seja um sinal senoidal de freqüência 1KHz e amplitude 10V de pico com diferentes ajustes e a forma de onda vista.
(a)
(b)
Figura18: ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1KHz ( b ) Volts/Div=5V
Se V/Div é aumentado a forma de onda na tela diminui, diminuindo a precisão da medida. Experimente mudar.
(a)
(b)
Figura19: ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1KHz ( b ) Volts/Div=20V
Caso Volts/Div seja muito pequeno a forma de onda não aparecerá totalmente na tela impossibilitando a medida. Experimente mudar.
(a)
(b)
Figura20: ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1KHz ( b ) Volts/Div=2V
A seguir diferentes ajustes da base de tempo para a mesma forma de onda. Experimente mudar.
(a)
(b)
Figura21: ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1KHz ( b ) TimeBase (Time/Div)=50us/Div
Diminuindo a base de tempo um menor número de ciclos será mostrado na tela, eventualmente impedindo de ver a forma de onda. Experimente mudar.
(a)
(b)
Figura22: ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1KHz ( b ) TimeBase (Time/Div)=2ms/Div
O Gatilho do Osciloscópio (Trigger)
O nível do gatilho (trigger ) determina as condições de inicio da forma de onda na tela. O nível de gatilho é o valor da tensão no eixo Y que deve ser cruzado pela forma de onda antes de ser mostrado na tela, varia de 999KV a +999KV. O gatilhamento é normalmente feito pelo próprio sinal que esta sendo mostrado (gatilho interno) ou pode ser usado um sinal externo (gatilho externo) a ser conectado através da entrada T logo abaixo da entrada de terra (G). O botão Sing permite visualizar uma única vez a forma de onda na tela. Uma vez atingido o fim da tela, o traço não variará mais até que Sing seja apertado novamente. O botão Nor é usado para fazer a varredura normal do traço toda vez que o nível de gatilho é encontrado. As figuras a seguir mostram diversas formas de onda para diversos níveis de gatilho.
Figura23: Forma de onda gatilhada no zero e na borda de subida
Figura24: Forma de onda gatilhada com 1V e na borda de subida
Figura25: Forma de onda gatilhada no zero e na borda de descida
Os Cursores
São dois: O cursor 1 (vermelho) e o cursor 2 (Azul) e são usados para medir com precisão tensão, diferença de tensão entre os dois cursores, tempo e diferença de tempo entre os dois cursores. A figura 26 mostra a tela com duas formas de onda e os dois cursores.
(a)
(b)
Medindo tensão e tempo tempo com os cursores – ( a ) formas de onda ( b) medidas Figura26: Medindo
Com relação à figura26 temos: T1: Medida de tempo com o cursor 1. Observar que o valor é em relação à origem. No exemplo temos T1=762,3µs T2: Medida de tempo com o cursor 2. Observar que o valor é em relação à origem. No exemplo temos T2=1,8ms VA1: Medida efetuada pelo cursor 1 no canal A, No exemplo temos VA1=5V VB1: Medida efetuada pelo cursor 1 no canal B, No exemplo temos VB1=3,4V VA2: Medida efetuada pelo cursor 2 no canal A, No exemplo temos VA2=5V VB2: Medida efetuada pelo cursor 2 no canal B, No exemplo temos VB2=3,4V T2 - T1: Diferença de medida de tempo entre os cursores 1 e 2. No exemplo T2 - T1 =1ms VA2 - VA1: Diferença de tensão entre os cursores 1 e 2 no canal A. No exemplo VA2 - VA1 =0V VB2 - VB1: Diferença de tensão entre os cursores 1 e 2 no canal B. No exemplo VB2 - VB1 =0V Reverso (Reverse ) e Salvar ( Save )
Clicando em Reverso (Reverse ) o fundo mudar de cor. Experimente. Clicando em Salvar (Save ) as formas de onda da tela serão salvas como um arquivo ASCII.
Uma alternativa de ajuste para o osciloscópio é especificar o tempo de simulação. Indo em Simular (Simulate ) >>> Ajuste Padrão dos Instrumentos (Default Instrument Setting Instrument Setting ) se abrirá a janela da figura27, nesta existem vários ajustes que podem ser feitos:
Figura27: Janela de ajustes dos instrumentos
): Existem quatro opções para especificar as condições iniciais. Condições Iniciais (Initial Conditions Initial Conditions ): Deixar que as condições iniciais sejam automaticamente determinadas pela simulação, impor condição inicial igual a zero, definida pelo usuário e calcular o ponto de operação DC . Instrument Analysis ) temos: Em Analise dos Instrumentos (Instrument Analysis q
q
Inicial time ): Tempo Inicial (Inicial time ): o mais comum é especificar zero. End time ): Tempo Final (End time ): o valor default é muito grande em termos de forma de onda significa que a
mesma ficará se deslocando quando a forma de onda for mostrada na tela em Auto. Para parar você pode especificar um tempo final ou usar sing como já explicado anteriormente. q
Passo de tempo máximo (Maximum time step ): ): é aqui que você especifica a precisão do gráfico. Um
valor muito pequeno dá uma maior precisão, mas aumenta o tempo de simulação. Um valor grande a forma de onda não sairá perfeita. Experimente mudar esse valor para ver o que acontece.
Para exemplificar consideremos uma tensão senoidal de 1V de pico e freqüência 1KHz (1ms de período), com os seguintes ajustes na figura27 e com o osciloscópio ajustado em 200µs/Div. Condições Iniciais: Deixar que as condições iniciais sejam automaticamente determinadas pela
simulação. Tempo Inicial: 0 Tempo Final: 0,001s (1ms)
A forma de onda aparecerá como na figura28.
Figura28: Forma de onda para os ajustes especificados acima em Ajuste Padrão dos Instrumentos
O Traçador do Diagrama de Bode (Bode Plotter)
O Traçador do Diagrama de Bode (Bode Plotter ) é uma ferramenta que permite obter a curva de resposta de um circuito (ganhoxfrequencia), (ganhoxfrequencia), sendo muito útil na determinação da freqüência de de corte de de um circuito e da analise analise do comportamento do circuito em função da freqüência.
(a)
(b)
Figura29: ( a ) Símbolos do Bode Ploter na caixa de componentes e ( b ) na área de trabalho.
Figura30: Bode Ploter aberto
Na figura26 temos os seguintes ajustes: q
q
q
q
Magnitude: Clicando nesse botão será mostrado o gráfico do ganho em função da
freqüência. Phase: Clicando nesse nesse botão será será mostrado o gráfico gráfico da fase em função da da freqüência. Vertical (com Magnitude Selecionado) Log: Clicando nesse botão a escala vertical (Ganho) será especificada em dB (é a
forma mais usual). Lin: Clicando nesse botão a escala vertical será especificada de forma linear (não use essa alternativa).
Vertical (com Phase Selecionado) q
Lin: Clicando nesse botão a escala vertical será especificada de forma linear em graus.
Limites: São os limites inicial (I) e final (F) para o ganho ou fase conforme seleção.
Horizontal (com Magnitude ou Phase selecionados) q
q
Log: Clicando nesse botão botão a escala horizontal horizontal (freqüência) (freqüência) logarítmica (é a forma forma
mais usual). Lin: Clicando nesse botão botão a escala horizontal horizontal será especificada especificada de forma linear não use essa alternativa).
Limites: São os limites inicial (I) e final (F) para a freqüência para Magnitude ou Phase
selecionados. Indicação do Cursor: A indicação do valor do ganho e a correspondente freqüência é feita no
quadro ao lado das setas horizontais. Na figura30 as indicações são de -3,093dB e 1,622KHz.
Exemplo2: Para exemplificar o uso desse instrumentos consideremos um filtro passa baixas.
Seja o circuito da figura31 do qual queremos determinar a freqüência de corte. De acordo com a teoria (Circuitos em Corrente Alternada Alternada - Ed Érica - Rômulo Oliveira Albuquerque) Albuquerque) o circuito é um filtro passa baixas e a sua freqüência de corte pode ser calculada por:
Figura31: Filtro Passa Baixas para o exemplo
Observações q
q
Para que esse instrumento funcione é necessário que na entrada esteja conectado um GF ou a fonte de tensão alternada.
Observe que a entrada (In ) do traçador do diagrama de Bode deve ser conectado no ponto considerado como entrada no circuito e a saída ( out ) do traçador do diagrama de Bode deve ser conectado no ponto considerado como saída do circuito.
Você pode usar o Bode Plotter para determinar, por exemplo, a freqüência de corte do filtro. A freqüência de corte é a freqüência na qual o ganho será 3dB abaixo do ganho no patamar (no caso 0dB). Desta forma é a freqüência para a qual o ganho será -3dB. Tente então ajustar os limites para obter uma indicação a mais precisa possível. A figura a seguir mostra a curva do ganho e da fase.
(a)
(b) Figura32: ( a ) Curva do ganho com o cursor indicando a freqüência de corte ( b ) curva da fase com o cursor indicando a freqüência de corte
Na freqüência de corte a defasagem entre o sinal de saída e o de entrada é 45º e o ganho é 3dB abaixo do ganho na região do patamar. Como exercício determine a freqüência de corte dos circuitos a seguir, usando o Bode Plotter.
A Analise Gráfica
A analise gráfica é outra alternativa para visualizar gráficos gerados pelos instrumentos (osciloscópio e Bode Plotter) ou por outras analises existentes no MultiSIM (Analise Transiente e Analise AC) e permite medir com mais precisão. Para exemplificar consideremos o filtro analisado na aula anterior.
Figura33: Circuito para analise gráfica
Após ter iniciado a simulação efetue os ajustes nos dois instrumentos como já visto, em seguida para ativar a análise gráfica vá em Ver (View ) >> Mostrar Gráfico (Show Grapher ) aparecerá a janela da figura34. Nesta janela o número de abas (tabs ) dependerá do numero de simulações executadas. Toda vez que for feita uma simulação será adicionada uma aba correspondente ao instrumento usado. No caso temos dois instrumentos, portanto teremos dois gráficos
Figura34: Janela Analise Gráfica (Analysis Graphs) sem configuração
Obs: Caso deseje apagar um dos gráficos, clique com o botão direito no gráfico em seguida Editar (Edit ) >>Cortar (Cut )
Com relação à janela da figura34 temos duas abas: Bode Plotter-XBP1
São os mesmos gráficos representados no Bode plotter com uma maior precisão. Oscilloscope-XSC1
São as mesma formas de onda vistas no osciloscópio com maior precisão. Observe que existe uma marca vermelha que indica a seleção do gráfico e da página (aba). (aba). Mudando As Propriedades da Página
Existem algumas propriedade da página que podem ser modificadas como por exemplo o nome da página. Para muda essas propriedades clique com o botão direito em cima do título padrão (no caso Bode Plotter-XBP1) aparecerá a janela da figura35.
Figura35: Janela para mudar Propriedade/Editar a página
Caso deseje Apagar/Copiar (Cut/Copy ) ou Colar (Paste ) o gráfico clique em Editar (Edit). Experimente. Clicando em Propriedades (Properties) aparecerá a janela da figura36, nesta você poderá mudar: ), Título do gráfico (Title ), ), Cor da fonte (Font) e Cor do fundo (Background Nome da página (Tab Name ), ), além disso pode esconder/mostrar (Show/Hide ) os gráficos. Experimente mudar o Nome da página (Tab color ), Name ), ),Título do gráfico (Title ) e a Cor do fundo (Background color ). ).
Figura36:Janela de configuração da página
Clique para ver como configurar a aba
Mudando As Propriedades do Gráfico
Para modificar determinadas propriedade de um gráfico você deve primeiro seleciona-lo (Clique nele, observe a marca vermelha de seleção do lado esquerdo do gráfico). Em seguida clique com o botão direito no gráfico, aparecerá uma janela igual à da figura35. Escolha Propriedades (Properties) aparecerá a janela da figura37.
Figura37: Janela Propriedades do Gráfico (Graph Properties)
Dicas: A janela da figura37 também pode ser acessada clicando com o botão direito na linha do gráfico. Experimente. A janela da da figura37 tem as seguintes abas das quais serão detalhadas apenas as mais relevantes : q
q
q
q
q
Geral (General (General ) Eixo Esquerdo (Left Axis ) Eixo do Fundo (Bottom (Bottom Axis)
Eixo Direito (Right Axis ) Eixo de Cima ( Top Axis )
q
Traços (Traces (Traces )
Os Cursores
São dois e são usados para medir com precisão as grandezas dos eixos vertical e horizontal. Para habilitá-los ir na aba Geral (General )e )e selecionar Cursor ativado (Cursor On ). ). Você pode também clicar no ícone a seguir.
A seguir o gráfico da curva do ganho da figura34 já configurado as escalas horizontal e vertical e com os cursores ativados.
Figura38: Curva de resposta em freqüência do circuito da figura33 com os cursores ativados
Observe na figura38 as indicações dos cursores. A seguir a descrição das indicações relevantes: X1: Indicação no eixo X do ponteiro 1. No exemplo 136,4674Hz
Y1: Indicação no eixo Y do ponteiro 1. No exemplo -31,8175mdB X2: Indicação no eixo X do ponteiro 2. No exemplo 1,7378KHz Y2: Indicação no eixo Y do ponteiro 2. No exemplo -3,4089dB dx: Diferença entre as indicações dos ponteiros no eixo X. No exemplo 1,6013KHz dy: Diferença entre as indicações dos ponteiros no eixo Y. No exemplo -3,3770dB
Componentes Eletrônicos
A seguir mostraremos mais alguns componentes eletrônicos eletrônicos usuais tais como o diodo e o transistor. A Caixa de Componentes Diodos Nesta caixa de componentes encontramos o Diodo, SCR, DIAC,TRIAC, ZENER, Ponte Retificadora e o Varactor.
Figura39: Caixa de componentes Diodos Diodos (Diodes)
1 Diodo Comercial 6 Diodo Virtual
2 Diodo Zener 7 L ED
3 Ponte 8 S CR
A Caixa de Componentes Transistores
Nesta caixa encontramos transistores bipolares e de efeito de campo.
4 DIAC 9 TRIAC
5 Varactor
Figura40: Caixa de componentes Transistores (Transistors)
1 Transistor Comercial NPN
2 Transistor Comercial PNP
3 Transistor de 4 terminais
4 Par Darlington NPN
5 Par Darlington PNP
6 Transistores MOSFET
7 Transistor Comercial NPN
8 Transistor Comercial PNP
O Diodo Retificador
O diodo se encontra na caixa de componentes Diodos, e podem ser de dois tipos o virtual e o comercial (o modelo é o do fabricante). A figura41a mostra um diodo comercial (1N4001) polarizado polarizado diretamente e figura41b mostra o mesmo diodo polarizado reversamente.
(a)
(b)
Figura41: ( a ) Diodo comercial polarizado diretamente ( b ) Diodo comercial polarizado reversamente
O Retificador Controlado de Si (SCR)
No circuito a chave D dispara o SCR e a chave R desliga ( reseta ) o SCR. Experimente.
Figura42: Retificador Controlado de Si (SCR) em CC
O Diodo Emissor de Luz (LED)
Existem diversos tipos de diodo emissor de luz em função da radiação que emitem. A figura43 mostra um LED vermelho polarizado diretamente.
Figura43: O Diodo Emissor de Luz (LED)
Modelo de um Dispositivo Eletrônico
Para compreender determinadas determinadas funções do MultiSIM MultiSIM precisamos saber o que é o modelo de um componente. Para exemplificar consideremos consideremos os circuitos da figura44. Na figura44a temos um diodo e uma resistência de 1K conectados a uma bateria de 100V e na figura44b uma chave que substitui o diodo. Obs: O diodo se encontra na caixa de componentes Diodos, e podem ser de dois tipos o virtual e o comercial (o modelo é o do fabricante).
(a)
(b)
Figura44: ( a ) Circuito Circuito com diodo diodo ( b ) circuito circuito com chave chave - Modelo Modelo adequado
Como podemos ver da figura44 os resultados resultados das duas correntes correntes são praticamente iguais. iguais. O erro é desprezível. Podemos então afirmar que o modelo aproximado de um diodo quando em condução é o de uma chave fechada. Consideremos Consideremos que a bateria agora é de 1,5V, figura45. Observe Observe que neste caso o erro entre as duas corrente é de aproximadamente 100% . Neste caso não podemos mais usar o modelo
da chave fechada para representar o diodo.
Figura45: ( a ) Circuito Circuito com diodo diodo ( b ) circuito circuito com chave chave - O modelo não serve
Melhoremos o nosso modelo, para isso consideremos em série com a chave uma bateria de 0,6V.
Figura46: ( a ) Circuito Circuito com diodo diodo ( b ) circuito circuito com chave chave e bateria bateria - Melhorando Melhorando o modelo
Como podemos verificar verificar o modelo que considera o diodo conduzindo conduzindo como uma bateria bateria de 6V é melhor do que o anterior (chave fechada). O modelo pode melhorado mais ainda se adicionarmos em série com a bateria uma resistência de pequeno valor, desta estaremos representando de forma mais
realistica um diodo quando em condução.
Figura47: ( a ) Circuito com com diodo ( b ) circuito com com chave, bateria e resistência - Melhorando Melhorando o m modelo odelo
Modelar um dispositivo eletrônico, eletrônico, é portanto usar componentes componentes básicos tais como resistências, resistências, fontes de tensão. tensão. fontes de corrente e capacitâncias para representa-lo. representa-lo. O construtor construtor do simulador simulador então modela o componente eletrônico a partir das informações fornecidas pelo fabricante do componente, desta forma ao simular um circuito os resultados serão semelhantes aos obtidos em um circuito real. A seguir a figura48 apresenta um diodo (1N4001GP da General Instruments ) polarizado reversamente.
Figura48: Diodo 1N4001GP da General Instruments polarizado reversamente.
Como podemos verificar da figura48 a corrente indicada é 669,812nA (atenção, o ajuste a resistência interna do amperímetro em 1mOhm permite obter uma indicação mais precisa) A definição dos parâmetros do modelo de um dispositivo é feita através de uma sintaxe. Por exemplo para o diodo 1N4001GP da General Instruments o seu modelo é: .MODEL D1N4001GP__DIODE__5 D + IS = 6.698e-07 RS = 0.04255 CJO = 1.949e-11 VJ = 0.3905 TT = 4.933e-06 M = 0.3576 BV BV = 50 + N = 2.412 EG = 1.11 XTI = 3 KF = 0 AF = 1 FC = 0.5 IBV = 0.005177 TNOM = 27 Atenção !!! O objetivo deste trabalho não é estudar o modelamento de dispositivos eletrônicos, eletrônicos, mas apenas mostrar de uma forma bem simplificada o que é o modelo de um componente. Editando o Modelo de um Componente Eletrônico
Para obter os parâmetros que definem o modelo do diodo dê duplo clique clique no símbolo do diodo aparecerá a janela da figura49 na qual selecionando Editar Modelo (Edit Model ) você poderá modificar esses parâmetros (por exemplo a corrente de saturação IS).
Figura49: Janela Diodo
Experimente mudar o valor da corrente de saturação e simular novamente. Mudando O Beta de um Transistor
Para mudar o beta de um transistor dê duplo clique no transistor se abrirá a janela da
Figura50: Janela transistor virtual
Após ter clicado em Editar Modelo (Edit Model) aparecerá a janela da figura51.
Figura51: Mudando o beta do transistor
A seguir um circuito com o transistor com os parâmetros da figura51
Figura52: Circuito Circuito de polarização polarização por divisor divisor de tensão tensão na base - transistor como como beta=200
Experimente repetir com beta=400.
Circuitos Digitais - Como Inserir Portas Lógicas
Um circuito digital opera basicamente basicamente com portas lógicas lógicas as quais são encontrada em um circuito integrado (CI). O MultiSIM2001 tem uma biblioteca relativamente grande de circuitos integrados comerciais da família TTL e CMOS. Como Inserir Portas Lógicas Para construir um circuito lógico você pode obter as portas indo em: q
Miscelânea Digital (Misc Dig ): ): pelo nome funcional (AND, NAND, etc). Como por exemplo, AND2 (porta AND com duas entradas), OR2 (porta OU de duas entradas), etc. Para isso clique na caixa Miscelânea Digital (Misc Dig ). ).
q
Obtendo os componentes nas caixas CMOS ou TTL pelo código do CI como, por exemplo, O CI 7400 (4 portas NAND de duas entradas). Neste caso clique na caixa TTL. Caso deseje um CI CMOS, como por exemplo, o CI4017 (contador Johnson) clique na caixa CMOS.
Figura01: Caixas de componentes digitais Em ambos os casos após clicar na caixa correspondente será aberta uma janela, como na figura02c, para seleção da porta lógica ou do CI. Sendo que no segundo caso (portas escolhida pelo código) ao clicar na área de trabalho para inserir a porta será aberta uma janela solicitando para escolher qual parte do CI. Por exemplo o CI 7400 tem 4 partes (4 portas NAND de duas entradas): U1A,U1B,U1C e U1D. Observe que também será especificada a pinagem. Experimente fazer.
(a)
(b)
(c)
Figura02: ( a ) Caixa de CI's TTL ( b ) famílias TTL ( c ) família de CI's 74xx disponíveis
A forma como cada porta é retirada dependerá de como foi configurado Modo de Colocar Componente (Place Componente Mode ) que está em Opções (Options ) >>> Preferências (Preferences )>>> )>>> Componentes (Component Bin Component Bin ). ). Temos as opçôes : q
q
q
): Neste caso será será inserido um componente por vez Colocar um componente (Place single component ): na área de trabalho. Experiment.
Colocar continuamente componentes com multiseção somente (Continous Placement Multi-section part only ): ): Todas as partes de um componente são colocadas seqüencialmente. Por exemplo os CI’s que contém mais de uma porta. A cada clique na área de trabalho será colocada uma das secções do CI. Para sair teclar em ESC no teclado. Experimente
): Os componentes são colocados Colocar Continuamente Componente (Continous placement ): continuamente. Para sair clicar em ESC no teclado. Experimente
Após selecionar o CI, figura2c, figura2c, dando OK será apresentada tela da figura3a onde você deverá escolher qual das secções (no caso 4 secções) será colocada na área de trabalho. A figura3b mostra
que a secção "A" é uma porta NAND de duas entradas e mostra também quais os pinos de entrada (1 e 2) e de saída (3).
(a)
(b)
Figura3: ( a ) Escolhendo qual secção do CI será colocada colocada no circuito ( b ) secção A do CI 7400
Ponta de Prova (Probe) Lógica Como sabemos, circuitos lógicos operam com dois níveis de tensão: Nível 1 (5V se TTL e de 4,5V a 18V de CMOS) e Nível 0 (0V), portanto para fornecer os níveis lógicos de entrada podemos usar chaves. A chave que usamos para isso se encontra em Básicos (Basics ) (veja o CD MultiSIM parte 1). A indicação do nível lógico pode ser feita através de um indicador chamado de ponta de prova (Probe Probe ). ).
Figura4: Indicador de de nível lógico lógico - caixa de componentes Indicadores (Indicators)
Figura5: A chave de um pólo e duas posições
Exemplo1: A figura a seguir mostra um circuito que permite levantar a tabela verdade (TV) de uma porta lógica. Observe que as entradas estão conectadas a duas chaves de 1 pólo e duas posições e que as mesmas mudam de posição quando teclamos as letras "A" e "B" no teclado. Outro componente usado em circuitos digitais é o indicador de nível lógico.
A
B
0
0
0
1
1
0
1
1
S
O Gerador de Palavras Binárias ( Word Generator )
O Gerador de palavras binárias gera uma palavra de 32 bits na sua saída. A seguir o seu ícone e símbolo.
(a)
(b)
(c)
Figura07: Gerador de palavras binárias – ( a ) Ícone na barra de instrumentos – ( b ) símbolo na área de trabalho ( c ) Gerador de palavras configurado Endereçando os Dados Armazenados
Os dados podem ser ser armazenados em 1FFF (8191) posições. O número número de posições é
determinado pelo endereço final especificado em Final, e o endereço inicial especificado em Inicial. Se você especificar que o endereço inicial é 2 e o final é 4, quando da simulação só sairão os dados colocados nos endereços 2, 3 e 4, apesar dos dados das posições 0 e 1 aparecerem. Cada informação armazenada tem 32 32 bits bits que que são são ser representados representados hexadecimal, mas para editar o conteúdo podemos usar a representação binária também. Por exemplo na figura acima na segunda linha linha (endereço 1) temos a informação 00000001 00000001 e na última linha linha a informação 0000000A. O endereçamento é feito por 4 palavras em hexadecimal em Address. No exemplo indicado na figura07, temos 11 posições de endereços (de 0 a A) e o conteúdo de cada posição se encontra na coluna da esquerda.
Entrando com os Dados
Para entrar com os dados, primeiramente deveremos estabelecer estabelecer o numero de posições (no exemplo 11 posições) e entrar com o conteúdo de cada posição. Para especificar o numero de posições você deve entrar com o endereço inicial (sugiro que seja sempre 0000) e com o endereço final (no exemplo exemplo acima 000A). Para entrar entrar com o conteúdo use o quadro
Editar (Edit ) abaixo à direita, onde você poderá entrar com os valores em:
Binário (binary ) 0 ou 1 Hexadecimal (Hex ) neste caso os valores possíveis são 16 (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F) (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F)
atenção portanto. OU pode entrar com a palavra codificada em ASCII.(não aconselho !! mas se quiser...). Existem várias formas de transferir os dados armazenados para fora: Ciclicamente (Cycle ), ), Salva (Burst ) e Passo-a-Passo (Step ). ). Ciclicamente os dados dados armazenados entre entre o endereço indicado indicado em Inicial ( Initial ) e Final (Final ) saem ciclicamente (repetem-se).
Em Salva (Burst ), ), saem uma só vez os dados armazenados entre o endereço inicial e o final. Step), os dados saem à medida que clicamos em Step. Em Passo a Passo (Step), Exemplo2: Vamos configurar o gerador de palavras de forma a gerar a seqüência acender 4 lâmpadas conforme a seqüência a seguir.
(a)
(b)
Figura08: Seqüência para o exemplo6
O gerador deverá ser configurado como na figura a seguir.
(a)
(b)
Figura09: ( a ) Gerador de palavras palavras configurado para para gerar a seqüência da da figura08 ( b ) Conexão do gerador de palavras aos indicadores Observe na parte de baixo a indicação da saída dos dígitos binários, no exemplo aparece 1111 (F em hexadecimal) que é o que está armazenado na primeira posição É importante também observar a posição do bit mais significativo na conexão ao circuito. Ponto de Quebra (BreakPoint)
Pontos de quebra na seqüência devem ser inseridos quando desejamos parar a seqüência num determinado ponto. Para Para isso posicione o cursor no ponto onde deseja efetuara aparada e em seguida clique em Ponto de Quebra (BreakPoint ) (aparecerá um asterisco à direita da palavra). Disparo (Trigger )
Se selecionado Interno (Internal ( Internal ) será usado o relógio relógio ( clock ) interno para gatilhar as palavras que saem. Se Externo ( External ) for selecionado, neste caso o gatilho será efetuado por um sinal externo. Aconselho a usar sempre o gatilho interno. Sinal de Pronto (Data Ready )
Usado quando o gatilho é externo. Esta saída fornece um nível alto quando os dados estão prontos. Você pode usar um indicador pra ver isso. Sequências (Pattern )
Pattern você poderá salvar as suas seqüências ou abrir seqüências pré Clicando em Pattern você
existentes
Figura10: Pré ajuste de seqüências (salvar – abrir seqüência – limpar seqüência) Na figura10 existem as alternativas: q
q
q
q
Limpar o Buffer (Clear Buffer): limpa Buffer): limpa aos dados armazenados. Abrir (Open ) : abre uma seqüência salva. Salvar (Save ): ): Salva uma seqüência criada. Contar para Cima (Up Counter ): ): Abre uma seqüência de contagem crescente pré
existente. q
Contar para Baixo (Down Counter ): ): Abre uma seqüência de contagem decrescente
pré existente. q
Right): Abre uma seqüência de contagem com Deslocamento Para Direita (Shift Right): Abre deslocamento para a direita pré existente.
q
Deslocamento Para Esquerda (Shift Left): Abre uma seqüência de contagem
com deslocamento para a esquerda pré existente.
Analisador Lógico ( Logic Analyser )
O analisador lógico permite visualizar vários sinais digitais ao mesmo tempo. Tem 16 entradas para sinais lógicos, que estando ativadas mostram o número do nó a qual está conectada.
(a)
(b)
Figura11: Analisador Analisador lógico – ( a ) ícone da barra barra de instrumentos instrumentos ( b ) símbolo na área de trabalho A seguir o Analisador Lógico aberto.
Figura12: Analisador lógico mostrando 4 formas de onda Na figura12 à esquerda estão indicadas as 16 entradas, sendo que 4 estão sendo usadas (observar a diferença). A cor das formas de onda é a mesma da cor do fio ligado na entrada.
Os cursores (dois), permitem medir tempo (T1 e T2) e a diferença de tempo (T2 –T1). Na figura12 a indicação dos ponteiros é:
Figura13: Medidas efetuadas com os cursores Observar que os cursores fornecem também o valor, em hexadecimal, da informação mostrada.
Exemplo3: A figura14 a seguir como foi feita a conexão do analisador lógico a um circuito contador de 0 a 9.
Figura14: Analisador lógico conectado a um circuito contador de 0 a 9 Configuração do Relógio (clock )
Clicando em Ajustar (Set ), ), será aberta a janela de configuração da figura15. Nesta deve-se escolher entre relógio interno (Internal ) ou externo (external ), ), a freqüência do clock e clock e a taxa de amostragem (Sampling ( Sampling setting setting ). ). Aconselho a usar sempre o clock interno.
Figura15: Configurando Configurando o clock e a taxa de amostragem A caixa de seleção de amostragem tem dois ajustes:
Amostras Pré Gatilho (Pre trigger Samples ): ): O analisador armazena dados até atingir o número especificado.
Amostras Pós Gatilho ( Pos trigger Pos trigger Samples): Após Samples): Após o sinal de gatilho os dados são armazenados até o número especificado, sendo em seguida enviados para a tela. Consideremos dois exemplos para efeito de comparação.
Na figura15 a taxa de amostragem pós gatilho é de 10, com um relógio de 1KHz. A figura16 mostra as formas de onda para esse ajuste. Obs: Uma amostra corresponde a um ciclo inteiro, no exemplo 1ms.
Figura16: Analisador lógico configurado com amostragem pós gatilho igual a 10 Configuremos o mesmo clock para clock para uma amostragem pós-gatilho igual a 5.
Figura17: Analisador lógico configurado com amostragem pós-gatilho pós-gatilho igual a 5 Observe a diferença. No segundo caso 5 amostras à taxa de 1KHz significa ocupar 5ms na tela, sempre considerando Clock /Div igual a1. Experimente outros valores.
Formas de Onda de um Circuito Lógico A seguir mostraremos uma aplicação interessante. A partir de um circuito lógico combinacional obter a saída para todas as combinações de entrada. Para gerar as entradas usaremos o gerador de palavras e para ver as formas de onda associadas usamos o analisador lógico.
Figura18: Circuito lógico combinacional
Observe que a lógica executada pelo circuito é a de uma OU EXCLUSIVO. Construído o circuito o passo seguinte é a conexão do gerador de palavras e do analisador lógico ao circuito, figura19.
Figura19: : Circuito lógico analisado com gerador de palavras e analisador lógico Como são duas as variáveis de entrada (B e A) as combinações possíveis são 4 (00,01,10,11), portanto a configuração do gerador de palavras deverá fornecer estas combinações. combinações. A figura20 mostra a configuração do gerador de palavras e do clock do clock do analisador lógico.
(a)
(b)
Figura20: Configuração do gerador de palavras e do clock do analisador lógico Feitos os ajustes e iniciada a simulação e aberto o analisado lógico, obtemos as formas de onda, sendo que a primeira de cima para baixo é a saída e as subseqüentes
são A e B e a última é o clock (1KHz). clock (1KHz).
Figura21: Formas de onda da entrada e da saída do circuito da figura19 para as 4 combinações de entrada
O Conversor Lógico (Logic Converter )
O Conversor Lógico é usado para efetuar transformações em lógica digital combinacional como por exemplo: q
Fornecer a tabela verdade de um circuito lógico a partir do seu circuito.
q
Obter a expressão booleana a partir da tabela verdade.
q
Obter o circuito lógico a partir da tabela verdade.
q
Obter a expressão lógica simplificada.
q
Obter o circuito implementado só com portas NAND de duas entradas.
A figura22 a seguir mostra o ícone ícone e o símbolo usado na área área de trabalho.
Figura22: Conversor Lógico (a) Ícone Ícone na barra de instrumentos (b) símbolo na área de trabalho
A seguir a figura23 mostra o conversor lógico aberto
Figura23: Conversor lógico aberto
A tabela a seguir mostra todas as conversões possíveis. Para efetuar uma conversão, após serem feitas as conexões das variáveis de entrada e da saída basta clicar no botão correspondente. correspondente. Botão Clique aqui para para fazer a
Tipo de conversão a ser feita
conversão Nº 1
Obtem a Tabela Verdade se fornecido o circuito lógico
2
Obtem a expressão lógica completa, dada a TV
3
Obtem a expressão lógica simplificada, dada a TV
4
Obtem a Tabela Verdade se dada a expressão lógica
5 Obtem o circuito lógico com portas dada a TV 6
Obtem o circuito lógico com portas NAND dada a TV
Exemplo04: Para exemplificar o uso do conversor lógico consideremos o circuito (observe que um circuito que tem a lógica de um OU Exclusivo). Obtenha a sua TV
(a)
(b)
Figura24: ( a ) circuito para exemplo 4 ( b ) tabela verdade verdade a ser preenchida para o exemplo exemplo 4 Selecione, no Conversor Lógico, quais as variáveis de entrada (A,B,C,D,E,F,G,H) Ligando-as às entradas do seu circuito. Ligue a saída do seu circuito em out no conversor lógico como na figura a seguir.
Figura25: Circuito lógico conectado ao Conversor Lógico A seguir mostraremos algumas das conversões possíveis usando o exemplo.
Obtendo A Tabela Verdade
Para obter a expressão expressão lógica lógica clique no botão botão de conversão conversão Nº1, o resultado será:
Figura26: Obtendo a tabela verdade do circuito da figura24a
Obtendo A Expressão Lógica
Para obter a expressão expressão lógica lógica clique no botão botão de conversão conversão Nº2, o resultado será:
Figura27: Obtendo a expressão lógica do circuito da figura24a Observe que a expressão obtida na figura27 já é a mínima não podendo ser simplificada. simplificada . Caso isso fosse possível para obter a expressão simplificada bastaria clicar no botão Nº3. Obtendo a Tabela Tabela Verdade a Partir da Expressão Lógica Lógica Devemos primeiramente escrever a expressão lógica.
Escrevendo a Expressão Lógica
Para escrever a expressão lógica siga a seqüência : 1. Coloque o cursor no espaço logo abaixo da tabela verdade (ver figura83). 2. Para entrar com a variável digite a letra correspondente para o complemento digite a letra da variável e em seguida tecle ‘ no teclado. Exemplo: A’ é o complemento de A. 3. Para efetuar a operação E entre duas variáveis ou expressões, não é necessário colocar o ponto de multiplicação. 4. Para efetuar a operação OU , use o símbolo + do teclado.
5. Caso necessite obter a negação de uma operação entre parêntese
, use (A.B+C)’.
Exemplo 5: Escrever Escrever a expressão expressão de S=A.B .C e em seguida obtenha a sua TV.
Para obter a TV de uma expressão lógica primeiro escreva a expressão da mesma de acordo com o explicado a cima. Após isso clique no botão a seguir para obter a TV.
Figura28: Obtendo a TV a partir da expressão lógica Dica!! Observe que não é necessário ter circuito para obter a TV a partir da expressão lógica. Escrevendo a Tabela Verdade Para escrever a tabela verdade, selecione as variáveis de entrada, em seguida onde aparece "?" aponte o cursor do mouse (aparecerá uma mão). Clique, aparece 1, mais um clique e aparece 0, se você clicar mais uma vez aparece X (irrelevante). Experimente fazer o caminho inverso ao da figura28, isto é, entre com a TV e obtenha a expressão lógica.
Obtendo o Circuito Lógico Para obter o circuito lógico, você precisa entrar com a expressão lógica.
Exemplo6: Vamos supor que a TV é dada. Você precisa obter a expressão lógica.
Insira a TV como explicado acima e em seguida clique no botão
a expressão completa (não simplificada) será fornecida.
Figura29: ( a ) inserindo a TV de um circuito lógico ( b ) obtendo a expressão lógica Para obter o circuito com quaisquer portas lógicas clique no botão
para obter o circuito só com portas NAND de duas entradas clique no botão
O resultado será:
(a)
(b)
Figura30: ( a ) Circuito implementado com portas quaisquer ( b ) com portas NAND
Display Hexadecimal
Existem dois tipos: O display hexadecimal display hexadecimal decodificado que já tem incorporado um decodificador para sete segmentos, e o display de display de sete segmentos que necessita de um decodificador para poder funcionar, ambos estão na caixa Indicadores.
Figura31: (a) Caixa Indicadores (b) tipos de displays existentes Exemplo05: A seguir o display decodificado decodificado conectado à chaves chaves com entrada digital digital 001. Observar que que o MSB (Dígito Mais Significativo) Significativo) é o terminal terminal 4 e LSB (Dígito Menos Significativo) Significativo) é o terminal 1.
(a)
(b)
Figura32: (a) Display codificado indicando o número 1 (b) indicando o número 3
Os Tipos de Analises SPICE
Esta é a quarta parte do trabalho sobre o MultiSIM2001 e é dirigida para a analise avançadas usando o SPICE bem como complementar o estudo dos instrumentos apresentando mais três instrumentos. Devemos reiterar mais uma vez que você deve ter conhecimentos mínimos de eletricidade e eletrônica básica para que possa compreender este trabalho. As seguintes analises são possíveis: q
q
q
Analise DC (DC Operating Point) Analise AC (AC Analysis ) ou Analise em Frequencia Analise Transiente (Transient Analysis ) ou Analise Analogica
As outras analise existentes são derivadas das analises acima. Varredura de parâmetros (parameter sweep ): ): ë usada quando desejamos saber o que
acontece com o circuito quando quando variamos um ou mais mais parâmetros entre dois limites, limites, como por exemplo o beta do transistor. Varredura DC (DC sweep ): determina o ponto de operação dos nós do circuito. circuit o. Função de Transferência (Transfer Function ): ): Determina a função de transferência para
pequenos sinais (região linear), calculando também as impedâncias de entrada e saída. Analise de Fourier ( Fourier Analysis ): ): Obtém a transformada de Fourier de uma
determinada forma de onda.
Varredura de Temperatura (Temperature sweep ): ): analisa o comportamento do circuito
para diferentes temperaturas. a temperatura default é 27ºC. Sensibilidade (Sensitivity ): ): Determina a sensibilidade de um nó em função da variação de
um determinado parâmetro como por exemplo resistência. Distorção (Distortion Analysis ): ): Permite medir a distorção harmônica e a de intermodulação. Pior Caso (Worst Case ): ë uma analise estatística que dá o pior caso de uma analise em
função de variações de parâmetros. Polos-Zeros: Esta analise determina determina os pólos e os zeros de uma função função de transferência transferência de
pequenos sinais.Primeiramente sinais.Primeiramente ela determina o ponto de operação DC e o modelo linearizado para os dispositivos não lineares. É usada na determinação da estabilidade de um sistema. Monte Carlo: Ë uma analise estatística estatística que determina o desempenho desempenho de um circuito quando quando
parâmetros são variados. Para iniciar qualquer uma dessas analises ir em Simular (Simulate ) >> Analise (Analysis ) ou clique no ícone:
Aparecerá a janela Analises.
Figura01: acessando a janela Analises janela Analises (Analyses) (Analyses)
Analise DC
A Analise DC determina o ponto de operação (ponto quiescente) quiescente) de um circuito. Quando essa analise é executada, as fontes AC são zeradas e os capacitores são colocados em aberto e os indutores são colocados em curto circuito e os resultados serão armazenados para futuras analises ( Post Processor ). ). Exemplo01: Vamos considerar um exemplo. Seja o circuito da figura02 (amplificador emissor
comum), para o qual desejamos determinar os valores quiescentes.
Figura02: Amplificador Figura02: Amplificador emissor comum emissor comum para analise DC
Construído o circuito, indo em Simular (Simulate )>> )>> Analises (Analysis ) >> ou use o ícone:
Escolha>>Ponto de Operação DC (DC Operating Point ) será apresentada a janela da figura03.Nesta janela selecione quais variáveis (correntes, tensões) deseja que apareçam no circuito. Em seguida clique no número dos nós que deseja que seja calculado a tensão e selecione o ramo ( branch ) no qual deseja que seja calculada a corrente. Os valores das tensões nos nós são em relação ao terra (nó 0).
Figura03: Janela Janela Analise do Ponto Ponto de Operação DC – Variaveis de saída saída (ramos e nós) não selecionadas
Figura04: Janela Ponto de Operação DC (DC Operating Point) após selecionar nós e ramos
Após serem feitos os ajustes clicando clicando em Simular (Simulate ) aparecerá a janela da figura3.
Figura05 Resultados da simulação da analise DC do circuito da figura02
Na figura05 temos os seguintes resultados: q
q
q
q
q
tensão do nó 1 em relação ao terra: 0V tensão do nó 2 em relação ao terra: 1,77524V tensão do nó 3 em relação ao terra: 0V tensão do nó 4 em relação ao terra: 12V tensão do nó 5 em relação ao terra: 8,29880V
q
q
q
q
tensão do nó 6 em relação ao terra: 1,00294V tensão do nó 1 em relação ao terra: 0V Corrente no ramo que contem a fonte V2: 5,36572mA e o sinal menos é uma convenção do SPICE que considera para todo dispositivo a convenção de bipolo receptor. Corrente no ramo que contem a fonte V1: 0A
Caso desejemos saber o valor da corrente em um outro trecho devemos inserir no ramo uma fonte com valor de tensão zero. Por exemplo caso queiramos saber o valor da corrente de base então então adicionamos a fonte VB como na na figura06.
Figura06: Determinando a corrente de base
Clique aqui para obter o arquivo de simulação do circuito da figura06
Efetuando uma nova analise analise DC obtemos obtemos os resultados resultados da figura07.
Figura07: Resultados Resultados da simulação da analise DC do circuito da figura02 com a adição da fonte VB=0V para determinação da corrente de base.
Como podemos verificar da figura07 a corrente de base vale IB=45,13661uA. Como exercício exercício procure calcular calcular todas as variáveis (IB, IC, VCE, etc) etc) antes de executar executar a analise DC. Mude também o beta do transistor dando duplo clique no transistor acessando a janela da figura08.
(a)
(b) Figura08: Mudando o beta do transistor ( a ) Janela Transistor virtual ( b ) Janela de edição do modelo
Exercícios Propostos Analise DC
Como exercício determine a intensidade de todas as correntes para os circuitos a seguir executando uma analise DC. 1.
2.
A Analise Transiente (Transient Analysis )
Na analise transiente o MultiSIM2001 divide cada ciclo em intervalos de tempo e executa uma analise DC para cada ponto. As respostas são desenhadas em função do tempo resultando formas de onda de tensão para o nó selecionado. Consideremos um circuito contendo contendo um resistor resistor em série com com um capacitor e ligados à uma uma Exemplo01: Consideremos fonte de tensão AC como na figura09. Vamos obter as formas de onda da tensão de entrada (tensão no nó 1) e da tensão de saída (tensão no resistor, nó 2).
Figura09: Circuito RC série para analise transiente Para iniciar a analise ir em Simular (Simulate )>> )>> Analises (Analysis ) ou escolha o ícone:
Escolha>> Analise Transiente (Transient Analysis ). ). Aparecerá a janela da figura08. Nesta janela existem diversas aba com diversas configurações, configurações, mas as principais principais são abas são: Parâmetros de Analise ( Analysis Parameters ) e Variáveis de Saída (Output Variables ). ). Na aba Parâmetros de Analise (Analysis Parameters ) temos os seguintes parâmetros: Os limites de tempo (semelhante (semelhante aos ajustes do do osciloscópio) que devem ser feitos em Tempo inicial
(Start time ), ), no exemplo 0s, e Tempo final (End Time ), ), no exemplo0,004s=4ms. exemplo0,004s=4ms. A precisão dos gráficos será dada pelo número de pontos escolhido em Número de Mínimo de pontos no Time Points Points ), ), no exemplo 600 pontos. Caso você deseje pode deixar o tempo (Minimum Number of Time programa especificar automaticamente automaticamente o numero que ele achar conveniente, para isso selecione Gerar Automatically ). Passos de Tempo Automaticamente (Generate Time steps Automatically ). Experimente as duas formas.
Figura10: Janela de configuração Analise Transiente (Transient Analysis) com a aba análise de Parâmetros selecionada Para efetuar uma análise deveremos deveremos escolher em que nós ou ramos deveremos obter os resultados resultados da análise. Para isso selecione a aba Variáveis de saída (Output variables ) e escolha quais as variáveis, corrente ou tensões ou todas ( all variables ) em seguida para cada variável selecionada clique em Desenhar durante a simulação (Plot during simulation ). ). As variáveis secionadas serão mostradas na coluna da direita. A figura11 a seguir mostra os nós selecionados. selecionados.
Figura11: Janela de configuração Analise Transiente (Transient Analysis) com a aba análise de Variáveis de saída ( saída (Output variables ) selecionada e já e já com as variáveis adicionadas à lista da direita. Após terem sido feitos os ajustes basta clicar em Simulate que Simulate que será iniciada a simulação. Os resultados estão indicados na figura12.
Clique aqui para obter o arquivo do circuito da figura9
Figura12: Resultados da simulação simulação Após os gráficos serem apresentados apresentados poderão ser editados para isso consulte Módulo2 - Aula4.
Exemplo02: Seja o circuito RC serie da figura13 para o qual desejamos obter o gráfico da tensão no capacitor em função do tempo (carga).
. Figura13: Circuito RC série em CC - Carga do capacitor
Para obter o gráfico da tensão no capacitor em função do tempo deveremos ir em Simular (Simulate ) >>Analise (Analyses )>> )>> Transiente (Transient ). ). Aparecerá a janela Analise Transiente. Nesta janela deveremos configurar as condições iniciais para zero ( set to zero ) e com tempos compatíveis com os do circuito (veja que a constante de tempo é 12s).
Figura14: Janela de configuração Analise Transiente (Transient Analysis) com a aba análise de Parâmetros selecionada e configurada Após clicar em Simular (Simulate ) obteremos o gráfico da figura15 (já configurado).
Clique aqui para obter o arquivo de simulação do circuito da figura13
Figura15: Gráfico da tensão no capacitor em função do tempo (carga) do circuito da figura13
Exemplo03: Caso desejemos obter a curva da descarga do capacitor a chave deve ser colocada para baixo.
Figura16: Circuito Figura16: Circuito RC série em CC - Descarga do capacitor A seguir deveremos configurar configurar as condições iniciais, para isso duplo duplo clique no capacitor, aparecerá aparecerá a janela Capacitor Virtual (Virtual Capacitor ). ). Nesta janela selecione Condições Iniciais (Inicial Condition Inicial Condition ). ).
Figura17: Configurando as condições iniciais do capacitor, da figura14, para a descarga Após configurar as condições iniciais dê OK. Inicie a simulação indo em Simular (Simulate )>> )>>Analise (Analyses )>> )>> Transiente (Transient )
Figura18: Configuração da janela da analise transiente para obter a curva da descarga do capacitor Observe o tempo inicial ligeiramente diferente de zero, isso é para que o o software não entenda o gráfico e op eixo vertical como sendo o mesmo para efeitos de cor. Experimente colocar zero.
Clique aqui para obter o arquivo de simulação do circuito da figura16 A seguir o gráfico resultante já com os eixos configurados.
Figura19: Curva da descarga do capacitor do circuito circuito da figura16 considerando considerando tensão inicial 12V
Exercícios Propostos Analise Transiente Determine o ganho do circuito através de uma analise transiente.
A Analise AC
A analise AC é uma analise para pequenos sinais isso significa que todas as variáveis estão relacionadas de forma linear. Primeiramente o ponto quiescente é determinado e em seguida serão obtidos os modelos para pequenos sinais dos dispositivos. As entradas são consideradas consideradas senoidais, por isso nessa analise é necessário especificar uma fonte AC. Caso o gerador de funções seja ajustado para outra forma de onda ele automaticamente muda internamente para senoidal. Da mesma forma não importa a amplitude do sinal pois a analise dá como resposta a relação entre as tensões entre dois pontos (Ganho). desejamos obter a curva de resposta resposta em Exemplo05: Consideremos o circuito da figura20 para o qual desejamos freqüência. Se considerarmos a saída no nó 2 (Vs) e a entrada no nó 1 (Ve) teremos um circuito com o comportamento de um filtro passa baixas (FPB).
A freqüência de corte é dada por:
Figura20: Circuito para analise AC - Obtenção da curva de resposta em freqüência
Para obter a curva de resposta em freqüência é preciso especificar qual será o nó de saída, no caso o nó2. Indo em Simular (Simulate )>> )>>Analise (Analyses )ou )ou use o ícone:
Escolha >> Analise AC (AC Analysis ) será mostrada a janela Analise AC, da figura21. Nesta janela existem 4 abas:
), Variáveis de Saída (Output variables ), Miscelâneas Output variables ), Parâmetros da Freqüência (Frequency Parameters ), (Miscellaneous Options ) e Sumario (Summary ). ). Consideremos as duas primeiras. primeiras. Em Parâmetros da Freqüência (Frequency Parameters ) temos os ajustes: ): Ë a freqüência inicial no gráfico. Freqüência Inicial (Start Frequency -FSTART ): ): É a freqüência final no gráfico. Freqüência Final ( Stop frequency - DSTOP ): ): Escolha como deve ser a variação no eixo horizontal (Década, (Década, oitava ou linear). Tipo de Variação (Swep type ): Escolha a default : Década. Numero de pontos por década: Esta escolha dá a precisão do gráfico. Quanto maior o valor maior o número de pontos.
Figura21: Ajustes da aba Parâmetros da Freqüência
Selecionando a aba Variáveis de Saída (Output Variables ) obteremos a janela da figura22, na qual deveremos então escolher quais as variáveis (corrente ou tensões ou todas (all variables ) que serão analisadas. Após selecionar as variáveis agora você deve selecionar que nós ou ramos devem ser analisados para isso selecione da coluna coluna da esquerda esquerda em seguida clicar em Desenhar durante a simulação (Plot during simulation ), ), transferindo os nós e/ou os ramos selecionados para a coluna coluna da direita. A figura22 a seguir mostra mostra os nós selecionados.
Figura22: Janela de configuração Analise AC com a aba análise de Variáveis de saída (Output variables) selecionada e já com as variáveis adicionadas à lista da direita.
Após terem sido feitos os ajustes basta clicar em Simulate que será iniciada a simulação. Os resultados estão indicados na figura23.
Figura23: Resultados da analise AC do circuito da figura20
Clique aqui para obter o arquivo de simulação
Os resultados da analise AC mostrados na figura23 figura23 mostram o ganho em função da freqüência freqüência e a fase do ganho em função da freqüência. Caso queiramos mostrar somente um gráfico, o outro deve se r apagado ( clique aqui para ver como fazer). A seguir na figura24 o gráfico do ganho reconfigurado.
Figura24: Curva de resposta em freqüência com o gráfico reconfigurado reconfigurado
Exercícios Propostos Analise AC
Determine a curva de resposta em freqüência do circuito usando uma análise AC
Varredura DC (DC Sweep)
A analise Varredura DC (DC sweep) calcula o ponto quiescente de cada nó para vários valores da tensão DC de uma ou mais fontes do circuito. . O resultado pode então ser colocado na forma gráfica gerando uma curva chamada de curva característica de transferência que relaciona a tensão no nó (pode ser a saída) com a tensão da fonte (pode ser a de entrada) . Exemplo06: Consideremos o circuito da figura25, um limitado usando diodo.
Figura25: Circuito limitador
As configurações para a analise Varredura DC (DC sweep ) são feitas indo em Simular (Simulate ) >>Analise (Analyses ) ou use o ícone:
Escolha >> Varredura DC (DC Sweep ) será mostrada a janela da figura26. Nesta janela existem 4 abas, duas das quais consideraremos:
Parâmetros para Analise (Analysis Parameters ) e Variáveis de Saída (Output Variables ). ). Parâmetros para Analise (Analysis Parameters ) q
q
q
q
Fonte 1 (Source 1): é a fonte de entrada (Ve) Valor Inicial (Start Value ): ): é o valor inicial da tensão de varredura de entrada. No caso 0V.
): é o valor final da tensão de varredura de entrada. No caso 12V. Valor Final (Stop Value ): Incremento (Increment ): ): É o degrau de variação entre o valor inicial e o final. A precisão do gráfico é
determinada pelo valor do incremento. Quanto menor esse valor mais preciso será o gráfico.
Figura26: Janela Analise de Varredura DC com a aba Parâmetros para Analise (Analysis Parameters) selecionada
A outra aba de interesse é a aba Variáveis de Saída (Output Variables ): ): Como nas outra analises vistas, aqui escolhemos quais as variáveis e quais os nós que serão usados na analise. No nosso exemplo queremos fazer uma varredura na tensão de entrada e saber o que acontece coma tensão de saída (nó 2), portanto selecione o nó 2.
Figura27: Janela de configuração Varredura DC (DC sweep) com a aba análise de Variáveis de saída (Output variables) selecionada selecionada e já com as variáveis variáveis adicionadas à lista da direita.
Após terem sido feitos os ajustes basta clicar em Simular (Simulate) que será iniciada a simulação. Os resultados estão indicados na figura28. Clique aqui para obter o arquivo de simulação do circuito da figura25
Figura28: Curva característica característica de transferência transferência resultante da analise Varredura DC
Exercícios Propostos Varredura DC
Determine a curva característica de transferência (VsxVe) do circuito usando uma analise varredura DC (DC sweep )
Varredura de Parâmetros (Parameters Sweep )
Essa analise é usada para analisar o comportamento do circuito quando um parâmetro variar, como por exemplo o beta de um transistor, o valor de uma resistência ou de um capacitor, etc. O resultado é o mesmo se forem feitas varias análises para diferentes valores do parâmetro. . Essa analise pode ser feita conjuntamente com outras analises de três formas: Na Análise Transiente. Na Análise DC . Na Análise AC. . Varredura
de Parâmetros na Analise Transiente
Exemplo07: Por exemplo desejamos saber o que acontece com a curva de carga de um capacitor quando o capacitor varia entre dois limites (2uF e 5uF). Poderíamos ter feito duas analises uma para cada valor, ao invés disso faremos uma analise transiente com varredura de parâmetro sendo que os dois resultados serão visualizados no mesmo gráfico.
Figura29: Circuito RC para analise transiente com varredura de parâmetros Para efetuar os ajustes deveremos ir em Simular (Simulate) >> Analises (Analyses ) ou use o ícone:
Escolha >> Varredura de Parâmetros (Parameters (Parameters Sweep ) aparecerá a janela de ajustes da figura30, nesta janela deveremos efetuar alguns ajustes.
Figura30: Janela de configuração Varredura de Parâmetros (Parameters Sweep) com a aba Parâmetros para Analise (Analysis Parameters) selecionada Na janela de configuração da figura30 você deverá escolher: q
q
q
Em Parâmetros a serem Variado s (Parameters (Parameters Sweep ), ), que tipo de parâmetro será mudado (Parâmetro de Modelo ou Parâmetro de Dispositivo) Em Tipo de Variação (Sweep Variation Type ), ), qual o tipo de varredura (linear, década ou oitava) Em Inicio (Start ), ), Fim (Stop), Número de pontos (# of points) e Incremento (Increment ), ), os limites e passo incremento) da varredura.
O passo seguinte é escolhe em que nó (não esqueça portanto de habilitar ver os nós) será feita a analise, no nosso caso nó 2. Portanto selecione a aba Variáveis de Saída (Output variables ) e como já explicado em lições anteriores selecione o nó para analise no caso o nó2 (tensão no capacitor).
Figura31: Varredura de Parâmetros na Analise AC - Aba Variáveis de Saída selecionada mostrando o nó 2 selecionado para analise Clique em Mais (More ) na figura30 a aba aumentará de tamanho, figura32. Em Analise para ser Varrida (Analysis to Analysis to Sweep Sweep ) selecione Analise Transiente (Transient Analysis ). ).
Figura32: Selecionando o tipo de analise a ser varrida Clique em Editar Analise (Edit analysis) na figura32, aparecerá a janela para editar a analise escolhida (Analise transiente).
Figura33: Janela Varredura de Parâmetros da Analise Transiente - ajuste de limites de tempo e número de ponto s Na figura33 após efetuar os ajustes clique em Aceitar (Accept ) em em seguida em Simular (Simulate ). ). Aparecerão os gráficos da figura34.
Figura34: Tensão no capacitor em função do tempo para dois valores C=2uF e C=5uF
Clique aqui para obter o arquivo do circuito da figura29 Atenção!! O gráfico da figura34 já está configurado.
Exercício Proposto: Varredura de Parâmetros na Analise Transiente
Usando uma varredura de parâmetros na Analise Analise Transiente, obtenha as formas formas de onda da tensão em R1 para R1=1K e R1 =10K, = 10K, em seguida meça as amplitudes das mesmas.
Varredura de Parâmetros na Analise DC
A analise de varredura de parâmetros DC, é uma analise DC na qual variamos um parâmetro de um dispositivo dispositi vo (resistor capacitor, etc) ou o parâmetro de um modelo (beta, corrente de saturação, etc) entre dois limites. Os resultados são tabulados mostrando mostrando as correntes nos ramos escolhidos e as tensões nos nós escolhidos.
Exemplo08: Como exemplo consideremos um transistor na configuração emissor comum, figura35.
Figura35: Transistor na configuração emissor comum - Varredura de parâmetros - Análise DC
Ajustando os Parâmetros No circuito da figura35, como exemplo, faremos uma análise varredura de parâmetros variando o beta (hf) de 200 a 400. Para isso deveremos efetuar os ajustes indo em Simular (Simulate )>> )>> Analises (Analyses ) ou clique no ícone:
Escolha >> Varredura de Parâmetros (Parameters Sweep ). ). Na janela que aparecerá Parâmetros a serem Varridos (Parameters Sweep ) deveremos escolher que parâmetros (dispositivo ou modelo) serão mudados, mudados, os limites, o passo e em Mais Opções (More Options ) o tipo de analise a ser varrida. Selecionamos Parâmetros do Modelo (Model Parameters ) , pois iremos variar um parâmetro do modelo, beta (bf), e escolhemos os limites (bf=200 e bf=400) com passo (incremento) de 200.
Figura36: Janela Varredura de Parâmetros com a aba Parâmetros para Analise (Analysis
Parameters) selecionada selecionada e com os ajustes feitos
As Variáveis de Saída A seguir deveremos escolher que variáveis de saída serão apresentadas nos resultados. Por exemplo vamos mostrar as corrente de coletor e de base e a tensão V CE, para isso deveremos selecionar a aba Variáveis de Saída (Output Variables ). ). A figura37 mostra o nó (3) e os ramos que contém VBB e VCC selecionados para serem analisados.
Figura37: Varredura Varredura de Parâmetros Parâmetros na Analise DC - Aba Variáveis de Saída selecionada selecionada mostrando o nó 3 e os ramos ramos que contém VCC e VBB selecionado selecionado para analise analise
Resultados da Analise
A seguir clicamos em Simular (simulate ) os resultados aparecerão tabulados, Tabela1.
Linha
Nó, Ramo, Transistor, Beta
Valores Simulados
1
3, ideal_npn__bjt_npn__1__1 bf=200
8,597649515
2
vvbb#branch, id i deal_npn__bjt_npn__1__1 bf bf=200
-8,50587E-06
3
vvcc#branch, id ideal_npn__bjt_npn__1__1 bf bf=200
-0,001701175
4
3, ideal_npn__bjt_npn__1__1 bf=400
5,223815816
5
vvbb#branch, id i deal_npn__bjt_npn__1__1 bf bf=400
-8,47023E-06
6
vvcc#branch, id ideal_npn__bjt_npn__1__1 bf bf=400
-0,003388092
Tabela 1: Resultados da analise Varredura de Parâmetros - Analise DC Na tabela1 acima temos os seguintes resultados: q
Linha1: Tensão no nó 3 (V CE) para beta=200
V CE = 8,597V
q
Linha2: Corrente no ramo vvbb (corrente de base) para beta=200 I B= 8,5058uA
q
Linha3: Corrente no ramo vvcc (corrente de coletor) para beta=200 I C= 1,7011mA
q
Linha4: Tensão no nó 3 (V CE) para beta=400
q
Linha5: Corrente no ramo vvbb (corrente de base) para beta=400 I B= 8,47uA
q
Linha6: Corrente no ramo vvcc (corrente de coletor) para beta=400 I C= 3,388mA
V CE = 5,2238V
Observar que os valores negativos para as correntes se devem à convenção adotada pelo SPICE.
Clique aqui para obter o arquivo de simulação do circuito da figura35 Exercício Proposto: Varredura de Parâmetros na Analise DC Determinar os valores da corrente de coletor e da tensão coletor emissor para Rc variando de 2K a 6K com passo de 2K.
Varredura de Parâmetros na Analise AC
Na varredura de parâmetros AC um parâmetro é variado entre dois limites, e como resposta obteremos mais de uma curva de resposta em freqüência
Exemplo09: Seja o filtro passa baixas da figura20 para o qual foi feita uma analise AC obtendo-se a curva de resposta em freqüência. Vamos obter novamente a curva de resposta em freqüência para dois valores de C, obtendo a rtesposta em, um mesmo gráfico
Figura38: Filtro Passa Baixas para ser analisado por Varredura de parâmetros AC Vamos obter as curvas para dois valores de capacitor: C=0.01uF(10nF) e C=0.1uF(100nF) Para isso deveremos efetuar os ajustes indo em Simular (Simulate )>> )>> Analises (Analyses ), ), ou clique no ícone:
Escolha >>Varredura de Parâmetros ( Parametes Sweep ). ). Na janela Parâmetros a serem Varridos (Parameters Sweep ) deveremos escolher qual o tipo de parâmetros (dispositivo ou modelo) serão mudados, os limites, o passo e em Mais Opções (More Options ) o tipo de analise a ser varrida. Selecionamos Parâmetros de Dispositivo (Device Parameters ) , pois iremos variar um parâmetro de um dispositivo, valor de C, escolhemos os limites (C=0.01uF e C=0.1uF) com passo (incremento) de 0.09uF (Observe que os
valores estão em Farads). Em Mais Opções (More Options ) escolhemos Analise AC (Analysis (Analysis AC )
Figura39: Ajustando os parâmetros da analise AC Em Edição da analise (Edit Analysis) efetue os ajustes de Freqüência Inicial (Start Frequency ), ), ), Tipo de Variação (Sweep Type ), ), Numero de Pontos por década Freqüência Final (Stop Frequency ), (Number of points per decade ) e a Escala Vertical (Vertical Scale ). ). Dê Aceito (Accept ) e em seguida Simular (Simulate ). ).
Figura40: Janela de edição Varredura da analise AC Após simular aparecerão os gráficos do ganho e da fase da figura41.
Figura41: Curvas de resposta em freqüência do ganho e da fase com varredura de parâmetros
Obs: Colocando o cursor em cima do gráfico, na parte inferior da tela aparecerá o valor da capacitância usada para obter o gráfico.
Clique aqui para obter o arquivo de simulação do circuito da figura38 Exercício Proposto Varredura de Parâmetros na Analise AC Para o circuito determinar a sua curva de resposta resposta em freqüência para para C1 variando de 0,1uF a 10uF. Determine a freqüência de corte inferior para cada caso.
Varredura de Temperatura (Temperature Sweep)
Fazendo a Varredura de Temperatura (Temperature Sweep ) poderemos analisar o comportamento do circuito em relação à uma variação de temperatura. Exemplo10: Analisemos o comportamento da corrente de fuga em um diodo quando a temperatura temperatura variar entre dois limites.
Figura42: Analise do comportamento da corrente de fuga quando a temperatura varia Para iniciar a analise ir em : Simular (Simulate )>> )>> Analises (Analyses ), ), ou clique no ícone
Escolha>> Varredura de Temperatura (Temperature Sweep ). ). Aparecerá a janela da figura43, na qual já escolhemos qual parametro será variado (temperatura), os limites (27 oC a 57oC ) e o tipo de analise (ponto de operação DC).
Figura43: Janela Parâmetros para analise (Analysis Parameters) da analise Varredura de Temperatura configurada para uma varredura de temperatura de 27 o C a 57 o C A seguir deveremos escolher quais variáveis deverão ser analisadas em função da variação de temperatura. Para isso seleciona a aba Variáveis de saída (Output variables), figura44 onde escolhemos a corrente no circuito.
Figura44: Janela Janela de configuração configuração das variáveis a serem serem analisadas na varredura varredura de temperatura. A seguir iniciar a simulação. Os resultados serão mostrados de forma tabulada. Tabela2: Resultados da simulação Varredura de temperatura da corrente de fuga (IS) do circuito da figura42. Corrente no Ramo vvcc
Valor da Corrente
vvcc#branch, Temperature=27
-669,83nA
vvcc#branch, Temperature=37
-1,23825uA
vvcc#branch, Temperature=47
-2,20561uA
vvcc#branch, Temperature=57
-3,79818uA
Clique aqui para obter o arquivo de simulação do circuito da figura42 Exercício Proposto
Determine a variação variação da ttensão ensão de coletor coletor para os valores valores de temperatura: 20ºC, 40ºC, 60ºC, 80ºC, 100ºC e 120ºC.
Analise Fourier
A analise Fourier de um sinal permite obter as harmônicas e suas amplitudes.
Exemplo11: Seja uma onda quadrada de 1KHz e 12V de amplitude de pico. Queremos executar uma analise Fourier deste sinal determinando as suas harmônicas e amplitudes. Para executar a analise ir em Simular (Simulate )>> )>> Analises (Analyses ), ), ou clique no ícone
Escolha>> Analise Fourier (Fourier Analysis )
Figura45: Circuito para analise Fourier Na figura46 em P arâmetro para Analise (Parameters Analysis) deveremos efetuar algumas configurações. Em Freqüência Fundamental (Fundamental Frequency) deveremos especificar a freqüência fundamental do sinal, no caso 1KHz. Em Número de Harmônicos (Number of Harmonics ) deveremos especificar até que harmonicos deve ser feita a analise, o valor default (9) default (9) é mais que suficiente. Em Tempo final para amostragem (Stopping time for sampling ) sampling ) xdeverem0os especificar um numero próximo do período ou então clicar em Estimar (Estimate ). ).
Em Resultados (Results ) deveremos especificar como desejamos ver os resultados. Por exemplo vamos disponibilizar os resultados na forma de gráficos. Em Mostrar (Display ) selecionamos se desejamos ver os gráficos e/ou os resultados tabulados.
Figura46: Janela de configuração Parâmetros para Analise da Analise Fourier Obs: Você pode pedir para mostrar somente o gráfico ( Graph ) e depois somente os dados tabulados (Chart ). ). A seguir deveremos especificar as variáveis e os nós para os quais será executada a analise.
Figura47: Janela Figura47: Janela de configuração configuraçã o das variáveis a serem analisadas na Analise Fourier A seguir iniciar a simulação. Os resultados serão mostrados de forma gráfica e tabulada.
Curso
Figura48: Resultados Resultados gráficos da Analise Fourier mostrando as amplitudes das harmônicas e da fundamental A seguir os resultados tabulados onde podemos observar o valor das amplitudes das harmônicas da fundamental e da componente DC. Tabela 3: Resultados da Analise Fourier de uma onda quadrada de freqüência 1KHz e amplitude 5V
Clique aqui para obter o arquivo de simulação do circuito da figura45
Exercícios Proposto Analise Fourier Executando uma analise Fourier obtenha o espectro em freqüência do sinal resultante do batimento entre dois sinais um de 100KHz e outro de 10KHz. O circuito a seguir é uma chave síncrona que permite obter esse sinal. Considerar o saída em R1 e 50 harmônicas.
Analisador de Distorção ( Distortion Analyser ) Esse instrumento permite analisar e medir a distorção em sinais na faixa de 20Hz a 20KHz. A figura49 mostra o ícone na barra de componentes, o símbolo na área de trabalho bem como o mesmo aberto.
(a)
(b)
(c)
Figura49: analisador de distorção (a) ícone na barra de instrumentos (b)símbolo na área de trabalho (c) aberto
Os tipos de medidas possíveis são: Distorção Harmonica total (Total Distortion Harmonics -TDH) ou Distorção de Saída Mais Ruído ( Signal Plus Noise and Distortion - SINAD).
Exemplo12: Seja o circuito a seguir para o qual desejamos determinar a distorção na saída. O sinal é senoidal de freqüência 1KHz e amplitude de 8V.
Figura50: Medindo a distorção na saída de um amplificador As formas de onda de entrada e saída estão mostradas na figura51.
Curso
Figura51: Formas de onda de entrada (preto) e saída (laranja) dom circuito da figura50
Inicie a simulação e o resultado da distorção será indicado, no caso7,436%.
Figura52: Resultado da medida da distorção na saída do circuito da figura50
Clique aqui para obter o arquivo de simulação do circuito da figura50
Aula11: Analisador de Espectros ( Spectrum Analyser )
É um instrumento usado para analisar um sinal em função da freqüência, sendo análogo ao osciloscópio só que opera no domínio da freqüência e não tempo. A figura53 mostra o ícone na na barra de instrumentos e o símbolo símbolo na área de trabalho
(a)
(b)
(c)
Figura53: Analisador de espectros (a) ícone na barra de instrumentos (c) aberto
O Analisador de espectros tem vários parâmetros de ajuste:
q
q
q
q
A faixa de freqüências freqüências para a qual o instrumento opera. opera. Faixas de freqüências ( Frequency span ). ). Nível de referencia ( reference level ) Faixa de medida ( measurement range )
Exemplo13: Seja o circuito da figura54, modulador AM DSB/SC com sinal modulante de
freqüência 10KHz e portadora de 212KHz. Vamos obter o seu espectro em freqüências.
Figura54: Modulador AM DSB/SC em ponte para analise
Clique aqui para obter o arquivo de simulação do circuito da figura54
Os principais ajustes (entrada das freqüências) são:
Curso
Faixa de Freqüências
É a faixa de freqüências freqüências de analise do sinal. Existem duas freqüências freqüências limites : Inicial (Start ) com valor mínimo de 1KHz e Final (End ) com o valor máximo de 4GHz. O valor zero não é permitido para nenhum desses extremos. Para selecionar a faixa de freqüência existem duas formas: Controlando a faixa e controlando a freqüência Controle de Faixa de Freqüência (Frequency Span )
Nesse método ajustamos a faixa e o centro da faixa. A freqüência central é 212KHz e a faixa de freqüências 50KHz. Ao abrir o instrumento, inicialmente encontramos encontramos os valores indicados na figura55.
Figura55: Ajuste de freqüência por controle de faixa - antes de clicar em Entrar (enter) Entrar (enter)
Ao entrar com com um dado na figura55 figura55 o botão Entrar (Enter ) se tornará ativo. A figura mostra antes de clicar em Enter.
Figura56: Após entrar entrar com a faixa e centro da faixa e an antes tes de clicar em Enter
Após clicar em Entrar (Enter) o valor inicial (Start ) e Final (End ) se ajustarão automaticamente, automaticamente, figura57.
Figura57: Após clicar em Entrar em Entrar (Enter) (Enter) os limites Inicial (Start) Inicial (Start) e Final e Final (End) (End) se ajustarão automaticamente
Ligando o botão de inicio de simulação obteremos o resultado como indicado na figura58.
http://www.eletronica24h.com.br/Curso%20Multisim2001/Modulo4/Aulas/ http://www.eletronica24h.com.br/Curso%20Multisim2001/Modulo4/Aulas/aula11.htm aula11.htm (4 de 6)4/12/2006 18:39:26
Curso
Figura58: Resultado da simulação da analise do sinal modulado AM DSB/SC
Observe que a Amplitude é melhor visualizada em dB, no caso a Faixa (Range ) está ajustada em 5dB/Div. 5dB/Div. Experimente mudar esses esses valores e a seleção para ver o que acontece. acontece. Controle de Freqüência
Outra forma de entrar com os dados é entrar com a freqüência inicial (Start ) e final (End ) e quando for clicado em Entrar (Enter ) o valor da freqüência central se ajustará automaticamente. automaticamente. Experimente. Essas dias formas de entrar com as freqüências só podem ser usadas se Controle de Span Control ) for ajustado para Ajuste de Faixa (Set Span ). Faixa (Span Control ).
Figura59: Ajustando entrada de freqüências para Ajuste de Faixa (Set Faixa (Set Span)
Se a Faixa completa (Full Span ) é selecionado a analise será feita para toda a faixa (1KHz a 4GHz). Se Faixa zero (Zero Span) é selecionada , só a freqüência definida pelo campo central (center ) é mostrada. Clique para ver o funcionamento do Analisador de Espectros
Analisador de Redes
O analisador de redes tem muitas aplicações mas neste texto comentaremos somente a sua aplicação na determinação de parâmetros H, Z e Y. Sabemos que todo circuito pode ser representado por um quadripolo e o mesmo pode ser representado por uma rede característica a qual pode ser descrita através da tensão e corrente de saída (V2 e I2) e tensão e corrente de entrada (V 1 e I1).
Figura59: Quadripolo genérico
Parâmetros H
Para a descrição do quadripolo em termos de parâmetros H : V1= h11 .I1 + h12.V2 e I2 = h21.I1 + h22.V2 Onde h11, h12, h21 e h22 sào chamados chamados de parâmetros híbridos híbridos pois não tem a mesma unidade. São assim definidos:
Exemplo14: seja o circuito para o qual desejamos determinar determinar os parâmetros H.
Figura60: Circuito para exemplo14
Para determinar h11 deveremos fazer V2=0 , resultando o circuito a seguir.
Figura61: Determinando o pa parâmetro râmetro h11
Por analise de circuito obtemos a relação entre V1 e I1:
Para determinar h12 deveremos fazer I1 =0 (abrir a entrada) resulta o circuito da figura62 e por analise de circuitos observamos que a relação entre V1 e V2 é 0,5 isto é:
Curso
Figura62: Determinando o parâmetro h12
Para determinar h21 deveremos fazer V2 =0 (curto circuitar a saída) resulta o circuito da figura63 e por analise de circuito observamos que a relação entre I2 e I1 é -0,5 isto é:
Curso
Figura63: Determinando Determinand o o parâmetro h21
Para obter os mesmos parâmetros por simulação usando o analisador de redes deveremos liga-lo como na figura60. Aberto o instrumento veremos que os botões estarão inoperantes. Para tornar os botões operantes será necessário iniciar a simulação. ã direita existem 4 campos de entrada de ajustes: Marker , Trace ,Format , Data e Mode . Em Marker deveremos selecionar Re/Im (Parte real parte imaginaria). imaginaria).
Em Trace serão escolhidos quais parâmetros serão visualizados (um, dois, três ou quatro). Basta clicar no nome do parâmetro para o mesmo ser visualizado na tela à esquerda.
Em Format escolhemos qual parâmetro será obtido, no nosso exemplo parâmetro H (em
Curso
função disso a tela à esquerda deve mudar). Em Setup você poderá fazer algumas configurações como mudar cor, espessura de linha, background da tela, etc.
Em Data , salvamos os dados, abrimos arquivo, fazemos impressão, etc.
Em Mode deveremos escolher Medidas (measurement ). ).
Clicando em Setup , figura64, poderemos entrar com alguns ajustes tais como:
Figura64: Ajustes de medida
Curso
Freqüência Inicial (Start Frequency ): ): freqüência a partir da qual será feita a analise. Freqüência Final (Stop Frequency ): ): a analise será feita até essa freqüência.
É importante notar que no nosso exemplo não existem elementos que tenham as suas características modificadas pela freqüência como capacitores e indutores, portanto o valor do parâmetro só terá parte real. Em Impedância Característica (Characteristic Characteristic Impedance ) os resultados são normalizados em relação ao valor especificado nesse campo. Caso desejemos que uma resposta não normalizada deveremos colocar nesse campo 1. Após todos os ajustes terem sido feitos, iniciada a simulação obteremos os resultados da figura65.
] Figura65: Resultados Resultados da simulação simulação para obter os parâmetros parâmetros H do circuito da figura60 figura60
Clique aqui para obter o arquivo de simulação do circuito da figura60 Exercício Proposto Analisador de Redes
Determine os parâmetros H do circuito a seguir usando o Analisador de Redes.
