Multisim 8 y Electronics Workbench
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Colegio Técnico Profesional de San Sebastián Manual Electrónico de Multisim 8 Generación 2007 Telecomunicaciones 10−3 Multisim 8 Trial Este trabajo lo que intenta es permitir al usuario entender y poder utilizar a profundidad el Programa Multisim 8 Trial para circuitos Electrónicos. Lo siguiente será una explicación de cómo utilizarlo, este es una versión un poco más avanzada del programa Workbench. Con el primero podremos simular circuitos tanto digitales como analógicos mediante instrucciones que servirán como soporte para tener un mejor conocimiento del mismo. Se estudiará brevemente este programa efectuando algún análisis mayor sobre casos reales. ¿Qué es Multisim 8 Trial? Multisim es un simulador interactivo de circuitos electrónicos que permite al usuario diseñar esquemáticos en poco tiempo. ¿Qué hace? Combina el diseño de circuitos con la simulación en un ambiente completamente de laboratorio para PC. ¿Qué contiene? Multisim tiene una gran lista de funcionalidades únicas como lo son los instrumentos virtuales, cosimulación patentada y el único simulador interactivo con change−onthe−fly (cambios al vuelo). Incluye una versión completamente integrada de MultiCap para la captura de diseño y simulación. Ofrece poderosos análisis (incluyendo de Monte Carlo, análisis de peor caso, etc) que permiten explorar y entender el comportamiento del circuito. En su versión Educacional, Multisim 8 ofrece: − Un mejor cableado − Perfiles de simulación − Más y mejores partes comunes. − Incremento de la velocidad de simulación de hasta un 67%. − Osciloscopio TekTronix − BreadBoard en 3D 1 − 7000 componentes adicionales con modelos. − Pruebas de medición − Verificador de regulaciones eléctricas. Todo creado un ambiente de diseño intuitivo (la preparación para una simulación es tan simple como dibujar un circuito). Con simulación interactiva (partes interactivas pueden ser cambiadas sobre el vuelo) Partes animadas como LED's y displays de 7 segmentos. Cuenta con instrumentos virtuales y análisis y graficación Pantalla principal La siguiente será la pantalla que visualizaremos una vez que abramos este programa para trabajar con él. 2 Menú Encontramos las herramientas para abrir, guardar e iniciar nuevos proyectos y obtener ayuda sobre ellos. Barra de Herramientas En ella se encuentran algunos de los botones de la barra de menú como el de abrir o guardar archivos, imprimir Además de permitirnos aumentar o disminuir el tamaño del circuito, ponerlo a funcionar entre otros. Barra de Instrumentos 3 Multisim es el único software que provee una variedad de Instrumentación virtual que son cableados dentro del esquemático así como si se conectara un instrumento real al circuito. Así como los instrumentos reales, los instrumentos virtuales son completamente interactivos, por lo tanto puedes cambiar su configuración mientras la simulación esta corriendo e inmediatamente ver los nuevos resultados. Induzca a sus estudiantes al mundo de la instrumentación electrónica con 20 instrumentos irrompibles que se ven y operan tal como en la práctica real. El uso de costoso Hardware y su mantenimiento se reduce, los estudiantes aprenden sin ningún riesgo y todos tienen acceso a la instrumentación dentro del laboratorio. Analizador lógico de 16 Canales − 16 Channels Logic Analyzer Movimiento a través de los datos y muestra los niveles lógicos con cursores. Instrumentos Agilent® − Agilent Instruments® Implementaciones simuladas que se ven y operan como estos productos líderes: 54622D Scope, 34401A DMM y el generador de ondas 33120A. Amperímetro − Amperimeter Para una lectura, simple y rápida de salidas de corriente. Generador de gráficas de Bode − Bode Plotter Nos indica la respuesta en frecuencia, graficando la ganancia contra la frecuencia (hasta 10GHz). Analizador de distorsión − Distortion Analyzer Mide ambos tipos de distorsión, de Inter. Modulación y la distorsión total de armónicas para señales. Puntas lógicas − Logic Analyzer Coloca las puntas de prueba donde desees para poder documentar tu circuito con corrientes dinámicas y valores de voltaje. Establece umbrales y controla la precisión de los resultados de puntas Individuales. Contador de Frecuencia − Frequency Counter 4 Las mediciones incluyen frecuencia, periodo, pulso y aumento/caída. Elige entre acoplamiento de AC y DC y establece la sensibilidad y el nivel del gatillo. Generador de funciones − Function Generator Muestra ondas senosoidales, cuadradas y triangulares. Establece frecuencia (hasta 1Ghz), ciclo de trabajo, amplitud y offset de DC. Function Generator Agilent Function Generator Multimetro − Multimeter Mide corriente y voltaje en AC y DC, resistencia y perdida en dB. Analizador de Red − Network Analyzer Mida los parámetros S de redes con caracteres de SMITH, círculos de estabilidad y las impedancias de acoplamiento. Osciloscopio Disparo interno o externo en los limites positivos o negativos. 4 Channel Tetronix Agilent Analizador de Espectro − Spectrum Analyzer Mide amplitud contra frecuencia con un espacio ajustable y rango de frecuencia. 5 Voltímetro Para una rápida y simple indicación de voltaje. Watt Metro − Wattmeter Mide valores de potencia y muestra lecturas del factor de potencia Generador de Palabras − Word Generator Análisis IV − IV Analysis Logic Converter − Convertidor Lógico Componentes Para seleccionar un componente: Misc Electro Abrir Inductor Transistor TTL digital Indicadores Mecánico Documento Fuentes Diodos Analógico CMOS Mixto Misc RF Select a Component − Seleccione un componente: 6 Database − Base de Datos: Group − Grupo: 7 Es aquí donde selecciono el grupo de componentes que voy a utilizar. Los diferentes tipos de grupos varían del tipo de componente que quiero utilizar, los cuales son los siguientes: • Fuentes • Básicos • Dioides • Transistores • Analógicos • TTL (Transistor,transistor,bobina) • CMOS • Digital • Indicadores • Misc • RF • Electro_Mecánica Vamos a explicar unos cuantos de ellos, los que consideramos más utilizados por principiantes: Sources − Fuentes: Podemos encontrar las siguientes: • Fuentes de poder/Power Sources AC Power DC Power DGND Tierra Delta Trifásica 8 WYE Trifásica VCC VDD VEE VSS • Señal de Voltage/Signal Voltage AC Voltaje DC Voltaje Voltaje Reloj Voltaje Exponensial Voltaje FM Piecewise Linear Voltage Voltaje de Pulso Ruido Termal • Señal de Corriente/Current Signal Corriente AC Corriente Reloj Corriente DC Corriente Exponensial Corriente FM Corriente Piecewise Linear Corriente de Pulso • Función de Control/Control Function 9 VCC, VDD, VEE, VSS 10 Signal voltage 11 SIGNAL CURRENT 12 Área de trabajo Es la que nos permite montar o construir el circuito que deseamos. 13 Instrumentos • Multímetro Es un aparato con el cual podremos calcular la tensión (Voltaje), Intensidad (Corriente), él es capaz de medir corriente alterna, corriente directa, resistencias, tensión o intensidad que logra pasar por ellas. Al presionar este botón obtendremos un multímetro como el presenta a continuación Esta es la unidad que se utilizará para el circuito después de haberlo simulado. . 14 Si lo que quieres es cambiar las características originales del tester (multímetro) u observar el resultado de la medición realizada deberás dar doble clic sobre el elemento que usaste anteriormente y así saldrá en la pantalla el cuadro propuesto a continuación Generador de funciones El generador es un aparato electrónico capaz de producir ondas senoidales, cuadradas y triangulares, además de crear señales TTL. Pueden ser utilizados en pruebas de calibración de sistemas de audio, ultrasónicos y servo. Este mecanismo trabaja en un rango de frecuencia entre 0.2Hz a 2MHz. Cuando desee utilizar un generador de funciones podrá seleccionar este botón y Después de seleccionar el botón anterior le aparecerá en la pantalla la siguiente ilustración la cual podrá colocar en donde usted desee para trabajar con ella. Si quieres cambiar la frecuencia, amplitud, tipo de onda o alguna otra particularidad de este aparato, tienes que dar doble clic sobre el dibujo. • jhdkjshfjknd Botón que nos permite obtener un hgstgnfkdgotrjg: Al seleccionar el botón anterior tendrás la imagen del gnmfjdgfd la cual es la que usarás con tu circuito. 15 Para observar los resultados propuestos por el wattmeter da doble clic en el anterior, • Osciloscopio Es un dispositivo de visualización gráfica que muestra señales eléctricas variables en el tiempo. El eje vertical (y) representa el voltaje y el horizontal (x) el tiempo. Con un Osciloscopio podemos: • Determinar el periodo (tiempo para realizar un ciclo completo comprendido por Vp+ y Vp−) y el voltaje de una señal. • Fijar indirectamente la frecuencia (Inverso del periodo) de una señal. • Establecer que arte de la señal es DC y cual AC. • Localizar averías en un circuito. • Medir la fase entre dos señales. • Comprobar que parte de la señal es ruido y como varía este en el tiempo. Este es la representación de un osciloscopio en el programa Multisim el cual usarás en tu circuito. Después de presionar el botón anterior adquirirás la siguiente ilustración Presiona dos veces continuas el dibujo que se muestra arriba y alcanzarás ver los resultados o cambiar el periodo, posición en x o y, 16 • Osciloscopio con 4 canales Tiene un funcionamiento similar al anterior pero este consta de cuatro terminales. Esta es la figura que lo representa Con él obtendrás el siguiente osciloscopio que como puedes ver tiene cuatro terminales en la parte inferior fuera de las otras dos (tierra). Después de dar doble clic observarás una tabla similar a la del osciloscopio anterior pero con unas pequeñas diferencias. 17 • Diagrama de Bode El diagrama de Bode nos muestra el desfase que se da en un filtro por ejemplo el cual explicaremos más adelante. Elemento que ilustra el diagrama de Bode Al seleccionarlo podrás situar lo siguiente donde prefieras. Para cambiar la longitud, magnitud u otros deberás hacer lo mismo que en los elementos anteriores y así lograrás esto: 18 • Contador de Frecuencias • Con el contador de frecuencias conseguiremos medirlas frecuencias (Cada cuanto se repite un ciclo completo mencionado anteriormente) de cada dispositivo o del circuito completo. Con el puntero podremos colocar el contador de frecuencias en el lugar indicado. Y con doble clic será posible cambiar las cualidades del mismo con ayuda del siguiente cuadro. • Generador de palabras Con el podremos Él siguiente representa el generador: 19 El cual nos dará la siguiente figura. Para asignarle los valores al Generador de Palabras hay que dar doble clic sobre la figura. • Analizador Lógico El analizador lógico nos permitirá Lo siguiente simboliza a un analizador lógico: 20 Para ubicarlo en el circuito se le da esta figura. Para poder ver las deducciones o cambiar las particularidades se usa este cuadro: • Convertidor Lógico Con este dibujo se pretende representar el convertidor. 21 Con el puntero lo colocaremos donde se deba según el circuito. Si quieres cambiar sus características deberás hacer lo mismo que hiciste con los demás. • Analizador IV 22 WORKBENCH Manual Lo siguiente será una breve explicación para darle el debido uso a este programa, el cual nos brindará ayuda para poder montar circuitos analógicos o digitales por lo que no se necesita tener estudios avanzados en electrónica si se desea hacer una simulación básica. El tema se explicará en su mínima expresión para que resulte comprensible para el lector. Índice Pantalla Principal .3 Menú Barra de Herramientas Área de trabajo Componentes ¿Cómo dibujar un circuito? ¿Cómo medir resistencias? ¿Cómo medir tensiones? ¿Cómo medir intensidades? Osciloscopio ¿Cómo conectar un osciloscopio? 23 Para entender mejor el funcionamiento de ambas necesitamos entender el significado de varias palabras que realmente vamos a escuchar muy seguido: • Circuitos Resonantes: • Circuitos en Paralelo: • Circuitos en Serie: • Resistencia: • Capacitores: • Inductores o Bobinas: • Circuitos Resonantes: • Representación Vectorial de los parámetros: • Elementos Pasivos de un Circuito Electrónico: • Vectores: Es la representación geométrica de una magnitud que posee dirección y sentido. • Elemento Reactivo: • Desfasaje o desfase: • Efecto Resistivo: • Reactivo: • 6,28: 2 (2x3,14) • En fase: • Bornes: • Resonancia: • Contrarrestar: • Reactancia Inductiva: • Frecuencia de Resonancia: • Circuito Tanque: • Señales Senoidales: • Frecuancia de Resonancia: • Ángulo de Fase: • Reactancia Efectiva: • Angulo de fase en función de la frecuencia: • Frecuencia Propia: • Diferencia de Fase: • Excitación del Circuito: • Tensión: • Frecuencia: • Generador−Circuito • Admitancia: Es el inverso de la Impedancia • Impedancia: • Conductancia: • Susceptancia Capacitiva: • Susceptancia Inductiva: • Susceptancia Total: • Elementos Reactivos: • Elementos Reales: • Selectividad: • Impedancia Máxima: • Factor de Pérdidas: • Factor de Mérito: Es el que tiene el elemento a la frecuencia de Resonancia • Salida Óptima: • Componentes de pérdida: • Decibel (dB): Es un submúltiplo del bel (1 bel = 10 dB). Es una unidad relativa que expresa una 24 relación logarítmica de potencias. • Logaritmo: Es una expresión matemática (MAS INFORMACION) • Hipsometro (Receptor de nivel): Es un instrumento básicamente sencillo que mide el nivel con que una señal llega al receptor. • Filtros Sofométricos: • Filtro Pasabajo: • Filtro Pasa alto: • Pasabanda: • Eliminabanda: • Frecuencia de Corte: • − Circuitos en Serie: − Circuitos en Paralelo: − Resistencias: − Capacitores: − Bobinas − Circuitos Resonantes Empecemos por los botones más básicos cómo lo son: Cortar Pegar Abrir Nuevo Copiar Imprimir Guardar 25 Estos botones nos permiten realizar estas acciones precisamente (copiar, pegar, etc) Para utilizarlos basta con seleccionar el objeto, ya sea un circuito ya montado o solo una resistencia o un capacitor y presionando con el mouse la función lo que queremos que realice. Archivo/File: Selecciono New/Nuevo cuando quiero una nueva hoja de trabajo donde realizar mi circuito. También puedo usar: Con Open/Abrir me abre un circuito o trabajo que ya haya realizado y salvado. Dependiendo donde haya metido el archivo, le doy Buscar en: y selecciono el lugar donde lo salve anteriormente, puede ser en Ewb512 (Electronics Workbench 512), en Mis Documentos, Archivos de Programas, etc. Puedo usar: 26 En Save/ Guardar o Save as/Guardar como uso exactamente el mismo método anterior. Selecciono el lugar en donde lo quiero meter y lo guardo puede ser en Ewb512 (Electronics Workbench 512), en Mis Documentos, Archivos de Programas, etc. En Import/Importar o Export/Exportar mando mi archivo o trabajo al lugar que desee como por ejemplo al Disco de 3½ (A:), al importar abro el archivo y al exportar guardo el archivo. Para la función de impresión seleccionamos el botoncito que tiene la impresora, o usamos o nos vamos a Archivo (File), Imprimir (Print). 27 Sea cuál sea el método que utilizemos siempre nos va a salir una tablita como la siguiente: En la cuál, como podemos ver al ponerla no nos sale el Print, o sea no podemos presionar el botón Print y por consiguiente no podemos imprimir. Se preguntaran entonces, cómo se hace para poder imprimir mi proyecto? Pues bien, para poder imprimir, lo que el programa pide es que en el circuito debe de haber por lo menos uno de los instrumentos; por ejemplo un multímetro, se darán cuenta de que nos sale un tipo de tabla con cuadritos balncos, allí se puede seleccionar el tipo de instrumento que quieres imprimir . 28 Veáse que ya seleccionados los Instrumentos (Instruments) ahora sí me da la opción de imprimir. Presionando el Esquemático (Schematic), las Partes de la lista (Parts list), la Descripción (Description) o la Lista Modelo (Model list) de lo que trata son diferentes estilos de impresión. Lo puede personalizar según desee que quede impreso su trabajo. Con los Subcircuitos (Subcircuits) me imprime los, valga la redondancia, subcircuitos que haya realizado Cancelo con el botón Acepto presionando el botón Con el botón me va a salir la siguiente tabla: La ventana de configurar impresión, allí debajito de impresora dice Nombre; le da click en la flechita y allí selecciona el modelo de impresora que quiere utilizar. 29 En tamaño seleccione el tamaño que desea en la hoja. Y en origen también selecciono dependiendo de cuál quiero que sea el origen de la impresión. 30 En Orientación selecciono si quiero que me imprima Verticalmente o Horizontalmente y en propiedades dependiendo de la impresora y de los gustos escojo esta sección. Uso Exit/Salida cuando quiero salirme del programa. Con el teclado selecciono: F4 Las últimas cuatro opciones son para Install/Instalar, Importar o Exportar a SPICE o Exportar a PBC. 31 Pantalla Principal Esta es la pantalla que nos dará el programa Workbench una ves instalado en su computadora. Menú Esta es una breve presentación de las distintas posibilidades de este programa y el modo de entrar en cada una de ellas. Barra de Herramientas Esta barra nos resultara de gran importancia ya que con su aporte podremos realizar el trabajo que se desee y esto lo conseguimos con la ayuda de cada uno de los elementos que se nos muestran a continuación. 32 Área de Trabajo Aquí es donde se podrá dibujar el circuito que se desee junto con los elementos que se nos mostraron anteriormente. Componentes: Aquí se toma parte en la composición o formación de este programa Integrados Fuentes Encontramos las diferentes opciones para alimentar un circuito. 33 Componentes Básicos • Resistencias: Dispositivo que se opone al flujo de corriente. • Condensadores: Dispositivo eléctrico el cual se fabrica por medio de dos áreas de un material conductor dieléctrico separados a una distancia específica su finalidad es almacenar energía para estabilizar sistemas. • Bobinas: Componente de un circuito eléctrico formado por un alambre aislado que se arrolla en forma de hélice con un paso igual al diámetro del alambre. • Transformadores: Es una máquina electromagnética que permite aumentar o disminuir el voltaje en un circuito eléctrico de corriente alterna • Interruptores: Dispositivo con que se abre o cierra un circuito eléctrico. Transistores Un transistor es un componente electrónico formado por varios materiales semiconductores unidos entre sí convirtiéndose en la parte fundamental de los aparatos electrónicos. Entre estos mencionaremos NPN, PNP, FET, MOSFET Diodos Los diodos son una válvula electrónica el la que hay dos electrodos (Ánodo y Cátodo) cuya diferencia de potencial produce un flujo de electrones desde el cátodo hacia el ánodo, de los cuales encontramos Cuadro de diodos, diodo emisor de luz etc. ¿Qué son circuitos? Son un conjunto de conductores conectados por donde pasa la corriente eléctrica, es un camino o recorrido 34 que vuelve al punto de partida. Circuitos Analógicos Circuitos Integrados operacionales Circuitos Integrados Mixtos Circuitos Digitales Compuertas Lógicas • AND, • OR, • INERSOR, • OR EXCLUSIVO, • BUFER Digitales Biestables. 35 Indicadores Son instrumentos de medida que suministran informaciones sobre algún funcionamiento Amperímetro, Voltímetro, display El amperímetro desvía la corriente por una bobina a través de una derivación y mide la intensidad de la corriente que fluye por el circuito, al que se conecta en serie. El voltímetro, en cambio, se conecta en paralelo y permite medir diferencias de potencial. Para que la corriente que pase por él sea mínima, la resistencia del voltímetro tiene que ser muy alta, al contrario que en el amperímetro. Controles Obtenemos un dispositivo que regula el funcionamiento de un aparato, mecanismo o sistema. Misceláneo Instrumentos • Multímetro: Aparato con el cual lograremos medir la tensión (Voltaje), intensidad (Corriente) • Generador de Funciones • Osciloscopio • Diagrama de Bode • Generador de Palabras 36 • Analizador Lógico • Convertidor Lógico ¿Cómo se podría dibujar un circuito? En primer lugar se debe seleccionar los componentes que se van a utilizar, después debemos acomodar estos componentes como se desee, seguidamente unirlos colocando el puntero en un extremo del dispositivo para luego arrastrarlo hasta el siguiente elemento, si se desea cambiar su característica puede dar doble clic sobre el mimo o clic derecho y elegir la opción propiedades de los componentes ¿Cómo medir resistencias? Seguramente se estarán preguntando que es una resistencia y para darles un concepto más breve diremos que es un dispositivo electrónico pasivo el cual se opone al flujo de corriente. Para medir el valor de una resistencia se debe unir cada extremo de la misma con las puntas del multímetro y seleccionar el símbolo así obtendremos el valor de ésta. . S i lo que se desea es medir la resistencia equivalente primero hay que unir las resistencias y después conectar el multímetro a ellas. ¿Cómo medir tensiones? Al referirnos a tensiones nos estamos refiriendo a cuanto voltaje consume un elemento dado pero para poder calcular tensiones (Voltaje) debemos montar el circuito con su respectiva fuente y colocar el tester (multímetro) en paralelo (tiene dos puntos en común) con el componente ¿Cómo medir intensidades? Cuando nos referimos a intensidades estaremos hablando de cuanta corriente pasa por un determinado elemento ahora si lo que se busca es la intensidad (Corriente) del circuito conectamos el multímetro en serie 37 con el mismo. Osciloscopio. Para tener una idea mas clara sobre este tema daremos una breve definición sobre este instrumento y es que es un dispositivo de visualización gráfica que nos muestra señales variables eléctricas en un tiempo, obsérvese su ilustración Para poderlo ajustar a las medidas que se requiera debe darle doble clic sobre el dibujo anterior y aparecerá lo siguiente: ¿Cómo conectar un osciloscopio? Después de tener clara la idea de que es un osciloscopio podremos montar un circuito junto con este elemento. El que nosotros formemos un circuito con un capacitor fue como un ejemplo solamente, pero de igual manera se puede formar con otros dispositivos lo único que se quiere es mejorar su comprensión facilitando todo a su vez. Primero debe seleccionarse el osciloscopio que se encuentra en la barra de herramientas. En la ventana de instrumentos ahí se podrá elegir luego escoja los otros dispositivos (resistencias, capacitares, bobinas) que necesite, seguidamente ordénelos y únalos. El osciloscopio consta de cuatro terminales. La primera terminal horizontal debemos conectarla al extremo inicial del primer dispositivo como se muestra en el dibujo del lado izquierdo. En la segunda terminal horizontal debemos conectar al extremo final del primer dispositivo y al inicial del segundo elemento como se muestra en la figura. En la cuarta terminal se debe de conectar hacia el camino de tierra como se muestra en la figura Si se desea poner de diferentes colores cada conexión para obtener una mejor visualización lo que se necesita es dar doble clic sobre la misma y de esta manera le aparecerá la siguiente tabla en la que usted podrá elegir el color. 38 Base de datos del maestro Base de datos corporativo Base de datos del usuario 39 40