MANTENIMIENTO ELECTRÓNICO Laboratorio N° 2 SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS CON MULTISIM INFORME Integrantes: Castro Yangali, Eduardo Alfaro Simpe, Gleen Villanera Sánchez, Villiams Sección C15-B
Profesor: Ramón Robalino
Fecha de Realización: 15 de agosto Fecha de Entrega: 22 de agosto
2011-II
CONTENIDO
Introducción Teórica ........................................................................................... 3 La Simulación de un proyecto electrónico ...................................................... 3 El simulador estrella de TECSUP ................................................................... 3 Otro Simulador................................................................................................ 3 Resultados Obtenidos ........................................................................................ 4 Paso 1. Conceptos generales del software..................................................... 4 Paso 2. Identificación de la organización de componentes ............................ 5 Paso 3.- INSTRUMENTOS VIRTUALES ........................................................ 7 Paso 4. Simulación de circuitos analógicos .................................................. 16 Paso 5. Simulación de circuitos digitales ...................................................... 17 Transmisor de 4 a 20 mA implementado con Opamp (Tomado del circuito integrado AD694).......................................................................................... 18 Aplicación de lo aprendido ............................................................................... 19 Observaciones ................................................................................................. 21 Conclusiones .................................................................................................... 21 Recomendaciones............................................................................................ 21 Referencias Bibliográficas ................................................................................ 21
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Introducción Teórica La Simulación de un proyecto electrónico Cada vez que hemos querido comprobar el diseño de un circuito, recurrimos a la simulación del mismo. Y de la misma manera que realizamos el diagrama esquemático, construimos el circuito. Ahora bien, las características del simulador han pasado desapercibidas, por el usuario de hoy en día, pues, si analizamos los antiguos software de simulación, nos daremos cuenta de que son muy engorrosos, tediosos, y de difícil manipulación.
El simulador estrella de TECSUP El simulador Multisim1 (usado en el instituto TECSUP para las aplicaciones electrónicas), tiene gran potencia y versatilidad. Este posee: componentes electrónicos, circuitos integrados, periféricos, escenarios, instrumentos de medición y muchas otras aplicaciones que son de gran ayuda en un proyecto electrónico. Estas ayudan van desde el diseño y simulación del proyecto, hasta la documentación del mismo (el simulador, puede presentar el circuito en un documento, mostrar una lista de componentes, resultados de simulación, y versatilidad de simulación).
Ilustración 1. Simulador Multisim
Otro Simulador Pero el Simulador Multisim, no es el único simulador disponible en el mercado un ejemplo claro de otros buenos simuladores es el Simulador Proteus, que también tiene gran potencia en este ámbito, e incluso presenta un banco de componentes mucho más amplio que el Multisim. Palabra tergiversada: Emulador Un emulador modela de forma precisa, como si fuera el hardware mismo. El simulador tan solo trata de simular en comportamiento.
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Simulador Multisim de NATIONAL INSTRUMENTS (Adquirió la firma, en febrero del 2005).
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Resultados Obtenidos Paso 1. Conceptos generales del software
Barra de menús: es una barra desde donde se puede tener acceso a todas las acciones que se puedan realizar con los componentes. Como por ejemplo: guardar el archivo, simular, etc. Herramienta de diseño: se utiliza cuando se gestiona varios elementos del esquema. Como por ejemplo: para abrir un nuevo diseño. Barra de componentes: ayuda a disminuir el tiempo de búsqueda entre los elementos o componentes que se necesiten para implementar o simular un circuito. Como por ejemplo: un switch SPDT se encuentra dentro de place basic. Barra estándar: nos facilita el abrir un nuevo archivo o simplemente para guardar según el avance. Barra de visualización: ayuda a reducir el tiempo en búsqueda para hacer zoom dentro del circuito. Barra de simulación: en esta barra se puede encontrar el símbolo de play o stop para poder dar marcha a la simulación. Es importante porque no se tiene q estar entrando a la barra de menús. Barra principal: son opciones de tipo avanzada que sirven para crear componentes por ejemplo, hacer el layout, etc. Lista de componentes en uso: es una barra deslizable, donde se guardan en forma progresiva los últimos componentes utilizados en el circuito. Esto ayuda a reducir un tiempo de búsqueda de un componente en un circuito muy grande. Barra de instrumentos: en esta barra se puede encontrar equipos electrónicos como el multímetro, osciloscopio, etc. Ventana de edición: Es el área donde se puede trabajar, implementar o modificar un circuito. Hojas de cálculo: en esta parte del Multisim, contiene las actividades de las últimas herramientas utilizadas.
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Paso 2. Identificación de la organización de componentes
Componentes reales Son componentes que simulados se aproximan a las características de los mismos (reales) Componentes virtuales Son componentes simulados que cumplen su función en el diseño, más no las características reales.
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2. Opamp, componente de Multisim
Campo Base de datos
descripción Crear y modificar componentes Se agrupan según el tipo de funcionamiento Se agrupan según la función Especifica el código del componente requerido Es la representación normada del componente
Ejemplo Master database
Función
Detalla el funcionamiento del componente
Modelo y fabricante
Es el productor del componente Describe la forma física según norma Es el sitio web donde se encuentra más características
Dual JFET- Input generalpurpose operational amplifier Texas instruments/TL082
Grupo Familia Componente Símbolo
Norma/ encapsulado Hipervínculo
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Analog Opamp TL082CP
PDIP-8 www.ni.com
Paso 3.- INSTRUMENTOS VIRTUALES Instrumentos AC y DC Nombre
Generador de Funciones
Multímetro
Vatímetro
Función Onda triangular, seno y cuadrada Frecuencia Duty Cycle Amplitud Offset AC y DC Corriente Voltaje Resistencia Pérdida en Decibelio Medición de potencia Factor de potencia
Ícono
Símbolo
Panel
XFG1
XMM1
XWM1 V
I
7
Osciloscopio de 2 canales
Osciloscopio de 4 canales
Trazador de Bode
Hasta dos canales Escala en Y y X Y offset Trigger Cursor Hasta cuatro canales Escala en Y X Y offset Trigger Cursorr
Respuesta en frecuencia Ganancia y cambio desfase Hasta 10 GHz
XSC1 Ext Trig + _ B
A +
_
+
_
XSC2 G T A
B
C
D
XBP1 IN
OUT
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Contador de Frecuencia
Análisis-IV
Frecuencia Periodo Pulse Tiempo de elevación/caída Acoplamiento AC o DC Trigger
Diodos PNP BJT NPN BJT PMOS NMOS
Distorsión de intermodulació Analizador de n Distorsión Distorsión armónica total
XFC1 123
XIV1
XDA1 THD
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Instrumentos Digitales Y Lógicos
Nombre
Función
Ícono
Símbolo
Panel
XWG1 0
16
O
Generador de Palabras
Configuración de Ciclo, disparo, y paso Vista de datos Hex, DEC, Booleano y ASCII Timing Trigger
O O X X X 15
31
R
T
10
XLA1 1
Analizador Lógico
16-Canales Cursor Historial de datos Trigger Reloj Interno/externo F
C Q T
Circuito Digital para tabla de verdad y expresión booleana. Convertidor Tabla de Lógico verdad para circuito digital. Expresión booleana para circuito
XLC1 AB
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Instrumentos de RF Nombre
Función
Amplitud vs. Frecuencia Componentes de Analizador de señal (Potencia y Espectros Frecuencia) Span cero, completo y personalizable Circuito digital a tabla de verdad y expresión booleana. Analizador Tabla de verdad de Redes a circuito digital Expresión Booleana a circuito digital
Ícono
Símbolo
Panel
XSA1
IN T
XNA1
P1 P2
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Instrumentos Virtuales de fabricante Nombre Generador de Funciones de AGILENT
Multímetro de AGILENT
Osciloscopio de AGILENT
Función
Ícono
Símbolo
Tipo: 33120A Refleja el comportamie nto del instrumento real Tipo: 34401A Refleja el comportamie nto del instrumento real Tipo: 54622D Refleja el comporta miento del instrumento real
XFG2 Agilent
XMM2 Agilent
XSC3
Agilent
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Panel
Tipo: DS2024 Osciloscopio Refleja el de comportamie TETRONIX nto del instrumento real
XFG2 Agilent
Puntas de prueba Nombre
Punta Dinámica
Prueba de Referencia
Función
Corrientes, voltajes y frecuencia Referenciada al circuito GND Fijada a la red o al cursor del ratón Trigger events Corrientes, voltajes y frecuencia Referenciada a cualquier otras prueba Fijada a la red Trigger events
Ícono
Símbolo
Panel
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Prueba de Corriente
Emula el comportamiento de puntas de prueba de corriente de abrazadera industrial Varias proporciones de voltaje a corriente
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Bode plotter: produce un gráfico de respuesta en frecuencia de un circuito y es más útil para el análisis de circuitos de filtro. También se puede utilizar para medir la ganancia de voltaje de una señal o de cambio de fase. Word generador: se utiliza para generar buses de datos binarios. Logic analyzer: El analizador lógico muestra hasta 16 señales digitales en un circuito. Utilizar este instrumento para la adquisición rápida de datos de los estados lógica y el análisis de temporización para ayudar a diseñar sistemas grandes y llevar a cabo la solución de problemas. Logic converter: se utiliza para analizar circuitos digitales y hacer conversiones. Simplificaciones de tabla de la verdad y no tiene hardware. IV Analyzer: se usa para medir la curva de corriente-voltaje de los circuitos de electrónica básica como diodos. Spectrum analyzer: El analizador de espectro mide la amplitud frente a frecuencia. Se realiza una función similar en el dominio de la frecuencia de un osciloscopio en el dominio del tiempo. Funciona mediante el barrido a través de un rango de frecuencias. La amplitud de la señal en la entrada del receptor se representa frente a la frecuencia de la señal.
Paso 4. Simulación de circuitos analógicos
3. Simulación de un circuito RLC. Análisis de Frecuencia.
Cuestionario ¿Qué tipo de circuito se está simulando? Un circuito eléctrico de carácter alterno, RLC con frecuencia de 1KHz. ¿Cuál es la frecuencia de resonancia del circuito? Aproximadamente 55kHz. 16
Paso 5. Simulación de circuitos digitales
4. Circuito Lógico Combinatorio
Nota: Existen dos tipos de simulación lógica. La ideal (importa, la función lógica del circuito) y la real (importa, los parámetros reales del circuito, ejemplo: los retardos) A 1 1 1 1 0 0 0 0
B 0 1 0 1 0 1 0 1
C 1 1 0 0 1 1 0 0
Y 1 0 1 0 1 1 1 1
Tabla 1. Tabla de verdad. Usando el Logic Converter
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Transmisor de 4 a 20 mA implementado con Opamp (Tomado del circuito integrado AD694)
5. Transmisor a 0voltios entrega 4 mA aproximadamente.
6. Transmisor a 10 voltios entrega 20 miliamperios aproximadamente.
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Aplicación de lo aprendido
Ilustración 7. Control PID con Opamp. Diseño tomado de Ecircuitcenter.
Cuestionario ¿Cómo diferenciaría en un esquemático de Multisim los componentes reales de los virtuales? Los componentes reales tienen color azul, y los virtuales el color negro. ¿Qué es un footprint? Es la asignación con la que se reconoce un pin. ¿Qué es un DRC y cómo se realiza? Es una opción que sirve para detectar errores en el circuito.
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¿Cómo se crea un componente?
Ilustración 8. Creación de un componente. Por Zone.NI
Ilustración 9. Diagrama de flujo de la creación de un componente electrónico. (Orientado al diseño PCB –Printed Circuit Board-)
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Observaciones
Se observó que el Multisim permite usar herramientas básicas, que un laboratorio con mediana tecnología puede tener. También posee herramientas de otros software interactivos, el labvew. Se observó que podemos modificar el tiempo de simulación. Se observó que el transmisor con Opamp, entrega de 4 a 30 mA.
Conclusiones
Multisim proporciona herramientas de simulación “real” e ideal, y para acceder a ellos nos ubicamos en el panel derecho del espacio de trabajo. La simulación real en su contraparte con la ideal, toma mucho más tiempo en la simulación. La utilización de instrumentos virtuales facilita en gran medida en los análisis de diseños de circuitos analógicos y/o digitales, asemejándose a los instrumentos reales y tener que simular sin ser un experto en sintaxis SPICE.
Recomendaciones
Usar el comando help de Multisim, cuando no sepa que significa un término, o tenga dudas con los instrumentos. Trabajar con orden y seguridad antes durante y después de la experiencia. Apagar todas las fuentes de alimentación al terminar la experiencia.
Referencias Bibliográficas Se tomaron algunas imágenes de la siguiente dirección:
http://www.ingenieria-electronica.com/NR/rdonlyres/29043E49-8FB7432A-A935-2ADFA2D1CC43/1030/Instrumentos_virtuales.pdf http://www.ecircuitcenter.com/circuits/op_pid/op_pid.htm http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/10828#toc1
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