Captura de esquemáticos con Multisim

Esta práctica da una introducción general de lo que se da en llamar “Captura de esquemáticos con MultiSim”. Ud construirá y cableará un circuito básico usando una variedad de formas, experimentando con el cableado y ejecutando una simulación básica.

Los objetivos son:

  • Familiarizarse con la pantalla general de MultiSim
  • Familiarizarse con la configuración de los parámetros del área de trabajo
  • Entender la diferencia entre componentes reales, virtuales, ideales e interactivos
  • Familiarizarse con la estructura de la base de datos de MultiSim
  • Construir y cablear un circuito básico (incluyendo cableado virtual)
  • Familiarizarse con las opciones del cableado

Para aprender a usar un laboratorio virtual no hay nada como armar y probar un circuito real. En nuestro caso vamos a dibujar un filtro pasabanda de 40 KHz construido con un operacional.

Configuración del área de dibujo

Igual a cuando Ud. realiza el dibujo de un circuito, lo primero que se hace es configurar el área de dibujo (pegar una lamina de papel del tamaño adecuado en el tablero). El proceso a seguir es el siguiente:

  1. En la parte superior de la pantalla pique en Options para que aparezca una ventana desplegable del menú, seleccione Sheet Properties y aparecerá una nueva ventana que le permite configurar el espesor de las líneas (a partir de aquí simplemente escribiremos Options >  Sheet Properties para simplificar).
  2. Elija en esa ventana el color del fondo, el color de los componentes el tamaño de las letras etc. etc.
  3. Una vez configurada el área de trabajo haga Options > Global Preference y configure los paths que son los archivos donde se guardara el resultado de su trabajo y las características generales del mismo entre otra información. Tiene la opción de dejar los paths por defecto.

Componentes

Nosotros podríamos darle el archivo de circuito de nuestro filtro, pero preferimos que construya su propia versión del mismo como se muestra a continuación.

  1. Seleccione los componentes requeridos desde la base de datos Maestro (Master Data Base), para esto vaya a Place >  Component y seleccione el componente deseado. Cada vez que use un componente en un circuito, el mismo queda guardado en “In Use List” para que el diseñador trate de usar la menor variedad posible de componentes.Nota: los componentes R1, R2 y C2 son componentes virtuales es decir que no existen en la realidad porque no pertenecen a una serie formal (del 1%, del 5% etc.). Es decir que Ud. no puede ir a comprar un resistor de 40,2 Kohms. Lo deberá fabricar conectando resistores en serie o en paralelo y midiéndolos precisamente con un tester digital. El resto de los componentes son componentes reales que Ud. puede comprar en cualquier negocio de electrónica.Ambos componentes se encuentran en diferentes lugares de la pantalla:
    • Los virtuales se ubican realizando Place > Component > Basic > virtual > Resistor virtual o capacitor virtual. Observe que los componentes aparecen con un valor de 1K y de 1 uF y luego Ud. deberá poner el valor deseado.
    • Los componentes reales se ubican directamente en la columna de la izquierda de la pantalla con su correspondiente valor prefijado.

    Nota: cuando deba colocar un operacional tenga cuidado de no confundir la entrada – con la +. Si el dibujo le queda invertido píquelo con el botón de la derecha del mouse y seleccione vertical.

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    Fig.1 Armado del circuito

  2. Tome los materiales pasivos, virtuales y reales y péguelos en la zona de trabajo.  Haga Place >  Component y seleccione analógicos en la segunda ventana desplegable de la izquierda que habitualmente está preseteada en BASIC.
  3. Seleccione un LM358N y péguelo en la zona de trabajo. Observe que este integrado tiene realmente dos operacionales y WBM le ofrece que elija el A o el B. Elija el A y péguelo. WBM le ofrecerá el B, desprécielo.
  4. Las fuentes y las masas las debe ubicar con Place > Component y seleccionando Sources.
  5. Ubique los materiales en el lugar correcto, picando y arrastrando.

Cableado

  1. Para cablear el circuito, acerque el cursor a cualquier pin de cualquier componente y notará como el cursor cambia de apariencia.
  2. Mueva el puntero para dibujar la conexión hacia la terminal del segundo componente y haga un clic izquierdo para terminar.
  3. De doble clic sobre los componentes virtuales para configurar el valor deseado.
  4. Rote y mueva un componente dentro del circuito para ver como el movimiento de los componentes afecta el cableado que se modifica como si fuera de goma. Los componentes pueden rotarse también cuando están siendo pegados desde la base de datos. Para tal fin utilice ctrl.+R o si quiere hacerlo con el mouse pulse el boton izquierdo sobre el componente para seleccionarlo y el derecho para que aparezca un menú en donde esta la función rotar.
  5. Genere los puntos de conexión A y B haciendo Place > juntion.
  6. Seleccione el capacitor virtual desde In Use List y colóquelo entre los puntos A y B del circuito. Note como al ser un componente pasivo es automáticamente conectado. Esta función se utiliza cuando se debe elegir un componente por tanteo.

El dibujo definitivo del filtro de 40 KHz se puede observar en la figura 2.

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Fig.2 Filtro selectivo de 40 KHz completo

Uso del instrumental

Ud. ya sabe armar un circuito. Pero la segunda gran facilidad del WBM es probar los circuitos. Nuestro programa cuenta con un completísimo armario de instrumentos virtuales. Todos ellos fueron diseñados para que se parezcan lo mas posible a los instrumentos reales.

Si Ud. sabe manejar un osciloscopio seguramente va a saber utilizar el osciloscopio virtual sin ningún problema. En realidad contamos con todos los osciloscopio que Ud. desee no solo con uno de cada tipo (hay de dos tipos, el clásico de dos canales y uno de 4 canales).

Conecte los instrumentos según la figura 3. Observe la figura 3 mientras desarrolla los pasos siguientes.

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Fig.3 Conexión del instrumental

  1. Reemplace el generador de clock por un generador de funciones obtenido de la barra de instrumentos de la derecha. Una vez colocado, de un doble clic sobre el icono del generador para abrir el panel del instrumento y ajuste su configuración a: Forma de señal (Waveform) sinusoidal ( sine wave) Amplitud: 1V Frequency: 40kHz
  2. Cierre el panel del instrumento
  3. Añada el analizador de Bode (Su nombre común es barredor, o instrumento utilizado para graficar la respuesta en frecuencia de un circuito) entre los nodos de entrada y salida. Haga doble clic sobre el instrumento para abrirlo y ajuste su configuración como sigue: Magnitude A. Horizontal I (Initial) = 1 kHz, F (Final) = 1 MHz B. Vertical I (Initial) = -50 dB, F (Final) = 10 dB
  4. Simule y observe la salida del analizador de bode. Para comenzar la simulación debe presionar el icono con un relámpago amarillo arriba en el centro. Seguramente va a obtener una curva con un máximo muy evidente en una frecuencia cercana a 40 KHz.
  5. Para leer la curva se debe utilizar el cursor. Debajo de la pantalla se puede observar la atenuación en dB o en veces de acuerdo a como halla predispuesto el instrumento y la frecuencia en Hz. multisim-4-300x153-2960605

    Fig.4 Pantalla del analizador de Bode

    Nota1: para que funcione el analizador de Bode debe ubicar un generador de funciones sobre la pantalla de trabajo aunque no esté conectado a nada.

    Nota2: también es imprescindible que el circuito tenga por lo menos una conexión a masa

  6. Añada un osciloscopio para monitorear los voltajes de entrada y salida. Dando doble clic en el icono del osciloscopio abra el panel del instrumento y ajuste su configuración como se muestra a continuación:  Timebase = 20 us/Div  Channel A= 1V/Div  Channel B = 1V/Div
  7. Asegúrese de que los cables desde la salida del amplificador operacional son rojos para obtener un oscilograma rojo. Los de entrada puede hacerlos negros. Si no es así, entonces haga clic derecho sobre el segmento del cable y escoja “Color” para cambiar la configuración. Finalmente simule y observe la salida.
  8. Cambie el valor del potenciómetro (R3) presionando “Shift A” (mayúsculas) para incrementar la resistencia y “A” para decrementar la resistencia durante la simulación (Esto depende de cómo se ubique el ángulo del cursor del potenciómetro al dibujarlo.
  9. Observe la respuesta en el osciloscopio.Nota: la respuesta del análisis de Bode puede ser configurada únicamente después de una nueva simulación del circuito. mutiisim-5-300x279-3011582

    Fig.5 Oscilograma

  10. Mientras la simulación se esta ejecutando, use la punta de prueba dinámica para ver los niveles de voltaje en el circuito. Este instrumento se encuentra al final de la paleta de instrumentos. multisim-6-221x300-2746735

    Fig.6 Punta de prueba dinámica

  11. Nuestro filtro esta cerca de la frecuencia de trabajo pero requiere un ajuste cambiando R1 y C2 en forma pareja. Si se aumentan baja la frecuencia. En la figura 8 se pueden observar los nuevos valores. multisim-7-300x203-1471104

    Fig.7 Nuevos valores para ajustar la frecuencia

    De cualquier modo cuando se realice la prueba real se va a requerir un ajuste en campo de estos valores.

Trasmisor de 40 KHz

El filtro que acabamos de diseñar se puede utilizar como un radar ultrasónico o sonar que detecte la presencia de obstáculos delante de un móvil.

Pero para tener el circuito completo se requiere un generador de ondas ultrasónicas. El WBM no solo lo ayuda en el diseño de sus circuitos sino que tiene un asistente con circuitos predesarrollados. Haga “Tols > Circuits wizard >555 timers wizard” y aparecerá una ventana de predisposición de un multivibrador astable con el 555. Llénelo según la fig. siguiente y luego pulse en “Wild circuits”.

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Fig.8 Predisposición del astable en 40 KHz

En la fig.9 se puede observar el resultado

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Fig.9. Circuito del astable con 555 sin modificar los parámetros de simulación

Como puede observar la frecuencia está indicando un valor bastante mas bajo que el correcto de 40 KHz. Esto nos indica muchas veces que una simulación puede dar valores aproximados solamente. Si deseo obtener valor exactos debo adecuar los parámetros de la simulación y no dejar los colocados por defecto.

La sonda puede predisponerse para que muestre solo los datos deseados como frecuencia y valor pico a pico de la salida.

Si desea precisión ajuste la configuración de la simulación para cuadrar el circuito:

  1. Simulate > Interactive Simulation Settings.
  2. De un clic en la pestaña de Análisis y luego otro clic en el botón redondo para configurarlo de forma personalizada es decir, selecione Customize.
  3. Encuentre la configuración para el Error de Tolerancia Relativa (RELTOL) y cambie el valor a “1e-12″.
  4. De un clic en OK hasta que todos los cuadros de configuración de la simulación estén cerrados.

Re-ejecute la simulación y observe ahora que la frecuencia es la correcta, cosa que se puede confirmar utilizando un frecuencímetro virtual o un osciloscopio.

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Fig.10 Medición precisa luego de modificar los parámetros de simulación

Ud. puede guardar este nuevo perfil de la simulación para utilizarlo en otras ocasiones haciendo:

  1. Seleccione Save Simulation Settings desde el Menú de Simulación.
  2. Llame a su perfil de simulación por ejemplo “Error de tolerancia bajo” y de un clic en guardar.
  3. Puede insertar una descripción, “El perfil de esta simulación tiene un RELTOL de 1e-12″. Clic en OK.

Conclusiones

Con estas simples indicaciones Ud. está en condiciones de comenzar a trabajar con el WBM. Luego ingrese al Foro de Simuladores de Circuitos y seguramente encontrará quien le explique algo que no entiende.

Descargas

  • Versión Evaluación de 30 días de NI Multisim

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