Cap 1 - Simula

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A N IM ACI N, SIM UL AC I NELECT RNI CA YDI S EO DECI R CU I TOS IM PRE SOS

SIM U L A C IN D ECIR CU IT O S YDISE O D ECIR C U IT O SIM PRESOS 3

Animacin, Simulacin Electrnica

y Diseo de Circuitos Impresos

Introduccin

Los lectores de Saber Electrnica estn acostumbrados al uso de laboratorios vir-

tuales que permiten simular circuitos para poder entender su funcionamiento o para

evaluar su desempeo antes de realizar un montaje. Hace unos 7 aos comenzamos a

hablar del Workbench y an hoy seguimos desarrollando artculos empleando este pro-

grama.

Desde hace un tiempo, quienes hacemos Saber Electrnica comenzamos a pensar

de qu manera podamos obtener un entorno amigable que resulte atractivo para quie-

nes comienzan, de forma que la electrnica les resulte fcil y que estas herramientas tam-

bin les permitan realizar desarrollos ms complejos.

Hoy contamos con Laboratorios Virtuales que ensean los conceptos y leyes de la

electrnica recreando prototipos reales que le muestran cmo fluye la corriente por un cir-

cuito, cmo reproduce el sonido un parlante o cmo procesa una seal una compuerta

lgica; estos laboratorios no slo hacen animaciones, tambin permiten simular el

funcionamiento de un circuito. Por ejemplo, si Ud. quiere saber cmo funciona el Scor-

pion que publicamos en esta edicin antes de armarlo, puede dibujarlo en un programa

simulador y ver en la pantalla de la PC cmo se desempea el aparato. Pero an ms

si encuentra un circuito que est buscando pero no posee el dibujo de la placa de circui-

to impreso, Ud. puede dibujar el circuito en un laboratorio virtual PCB y hacer que el pro-

grama genere el impreso automticamente.

Pues todo esto y muchas otras cosas permiten hacer los programas que conforman

el Laboratorio Virtual de New Wave Concepts.

Se trata de tres programas que pueden funcionar individualmente o en conjunto:

1) Bright Spark (animacin electrnica): Le permite aprender electricidad y

electrnica mediante animacin y simulacin electrnica. Con este tipo de programa pue-

de ensear o aprender electricidad y electrnica viendo realmente lo que sucede con el

comportamiento de circuitos o poniendo en prctica leyes y postulados. No es preciso que

tenga conocimientos previos ya que combinando pantallas animadas con simulaciones

realistas, lo ayuda a comprender diferentes conceptos trayendo circuitos a la vida.

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A N IM ACIN, SIM UL AC INELECT RN ICA YDI S EO DECI R CU I TOS IM PRESO S

4 SIM U L AC IN D ECIR CU IT O S YDISE O D ECIR C U IT O SIM PRESOS

Las actividades que puede realizar con este programa incluyen: Ley de Ohm, cir-

cuitos serie y paralelo, circuitos AC y DC, leyes de Kirchoff, resistencia, capacidad, l-

gica (tcnicas digitales), diodos, transistores y mucho ms.

2) Livewire (simulacin electrnica): Es una herramienta que le permite ex-

perimentar con circuitos electrnicos para saber cmo funcionan sin tener que armarlos

realmente.

Es un Laboratorio que permite hacer simulaciones virtuales empleando anima-

cin y sonido que demuestran los principios de funcionamiento de los circuitos electrni-

cos, teniendo la oportunidad de visualizar qu ocurre con el desempeo del circuito cuan-

do se realiza alguna modificacin.

Cuando tiene que montar un circuito y no est seguro de que va a funcionar, pri-

mero dibjelo con el Livewire y averigue cmo se comporta (sin necesidad de montar elcircuito realmente y mucho menos, tener que comprar los componentes). El programa in-

cluye, transistores, diodos, circuitos integrados, bobinas, resistencias, capacitores y cien-

tos de otros componentes que pueden ser conectados para investigar los conceptos de

voltaje, corriente y carga.

Su uso es muy sencillo, simplemente debe arrastrar los componentes sobre el

rea de trabajo y los tiene que conectar siguiendo pasos muy simples hasta formar el cir-

cuito que Ud. quiera. Una vez armado el circuito sobre dicho tablero tiene que seguir pa-

sos muy simples para conectarle instrumentos (osciloscopios, fuentes de alimentacin, mul-

tmetros, frecuencmetros, etc.) y as ver cmo opera. Si se trata de una alarma, por ejem-plo, puede accionar virtualmente un sensor y ver qu ocurre con el sistema de aviso, si

como sistema de aviso hay luces, ver cmo se encienden y si se dispara una sirena, po-

dr comprobar cmo suena. Es decir, trabajar en forma virtual como lo hara en el mun-

do real.

3) PCB Wizard 3 (diseo de circuitos impresos): Es un programa muy f-

cil de aprender y fcil de utilizar. Si quiere obtener un circuito impreso, simplemente de-

be arrastrar los componentes sobre un tablero o documento y los tiene que conectar

siguiendo pasos muy simples hasta formar el circuito que Ud. quiera. Una vez armado elcircuito sobre dicho tablero tiene que ejecutar una instruccin (seleccione la opcin del

men convertir a PCB) y PCB Wizard har el resto es decir, el circuito impreso apa-

recer automticamente.

Puede hacer circuitos impresos de una y dos capas; adems, podr interactuar

con el programa Livewire para simular el funcionamiento del circuito que ha dibujado y

as sabr rpidamente si el prototipo hace lo que Ud. quiere an antes de armarlo fsica-

mente.

Tiene una amplia gama de herramientas que cubren todos los pasos tradiciona-

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CM OHACER UNCI RCU I T O CONCUA L QU I ERA DE ESTOSTRESPROGRAM AS


les de produccin en PCB (diseo de circuitos impresos), incluyendo dibujos esquemti-

cos, capturas esquemticas, ubicacin de componentes y archivos de generacin para

producir kits y prototipos. En suma, PCB Wizard es un programa que ofrece una gran

cantidad de herramientas inteligentes que permiten que disear circuitos impresos sea

muy fcil.

Cmo hacer un circuito con cualquiera

de estos tres programas

Para hacer una animacin, una simulacin o el diseo de un impreso, debe dibu-

jar el circuito, y la forma de hacerlo es exactamente la misma con cualquiera de los tres

programas. Para ello tenga en cuenta que en primer lugar, debe tener el programa e ins-

talarlo en su computadora pero si no lo tiene puede bajar una DEMO de nuestra web:

www.webelectronica.com.ar

Haga click en el cono password e ingrese la clave: newave. Tenga en cuentaque en futuras ediciones seguiremos explicando el funcionamiento de estos programas pe-

ro que en todos los casos daremos archivos autoejecutables disponibles para todos nues-

tros lectores a travs de Internet.

Hacemos esta aclaracin porque si bien precisa los programas para hacer sus

propios diseos, sabemos que no todos pueden comprar estos productos. Tambin pue-

de utilizar los programas que estn en el CD 200 Ediciones que se describe en esta

obra.

Cuando le decimos que haga el montaje de un circuito, somos conscientes que de-

ber tener un soldador para soldar los componentes a una placa; de la misma mane-ra, para simular el funcionamiento de un circuito precisar un laboratorio virtual. El

Workbench o el Livewire permiten hacer simulaciones pero, mientras que el Workbench

tiene un precio de venta al pblico de unos 180 dlares americanos, el Livewire cuesta

unos 50 60 dlares y se maneja en un entorno ms amigable que puede ser compren-

dido por inexpertos y resultar til para desarrollos profesionales.

Una vez ms recordamos que los pasos que explicaremos a continuacin son los

mismos para cualquiera de los tres programas; empleamos el PCB Wizard como ejem-

plo, pero Ud. puede trabajar con el Livewire o el Bright Spark.

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PCB Wizard en funcionamiento

Presione el bo-

tn INICIO en la esqui-na izquierda de su

pantalla, dirjase al

men Programas y eli-

ja PCB Wizard 3 (figu-

ra 1).

Si desea apren-

der completamente a

utilizar el programa,

dirjase a la columnaHELP de la barra del

men (figura 2).

El mejor modo

de comenzar a traba-

jar con este tipo de programas es explorando algunos de los archivos ejemplos provistos

con el software. Hay muchos archivos habilitados que muestran cada paso del proceso

del circuito diseado, desde el diagrama del circuito hasta cmo finalizar el circuito im-

preso. Sern almacenados por ejemplo en la carpeta: C:/ program files/ new wave con-

cepts/ PCB Wizard 3/ Examples.Como una forma de entrenamiento, le sugerimos que baje el programa DEMO de

la web y trabaje con algunos de los archivos de ejemplo eligiendo muestras de circuitos,

del men de ayuda.

En cada archivo ejemplo, presione styles del lado izquierdo de la barra de herra-

mientas para cambiar el modo en el cual aparece cada circuito. Presione sobre el botn

Real World, por ejemplo, y ver el circuito como aparecera cuando sea profesionalmen-

te manufacturado.

Para explicar los diferentes botones del men de cada programa podramos rea-

lizar un listado de cada botn con su explicacin, pero sto no sera didctico. Es prefe-rible que usted comience a utilizar el

programa de inmediato para que

pueda aprender sobre la marcha.

Por lo tanto vamos a armar y probar

un circuito de demostracin muy sen-

cillo, utilizando muy pocos mandos

(botones).

En la figura 3 se observa la

pantalla del PCB Wizard con la des-

Figura 1

Figura 2

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PCB WI Z ARD ENFU N CI ON AM I EN T O


cripcin de sus partes fun-

damentales.

Los elementos principales

de este laboratorio virtualson:

Barra de men

La barra de men (figura

4) es utilizada para acce-

der al rango de herramien-

tas y rasgos en PCB Wi-

zard. Muchas de las op-

ciones del men pueden

accederse haciendo click

en los botones de la barra

de herramientas o presio-

nando la tecla shortcuts.

Barra de herramientas

Las barras de herramientas proporcionan maneras rpidas de realizar las tareas

en el PCB Wizard (figura 5). La mayora de los botones corresponde a un orden del me-n. Usted puede averiguar lo que cada botn hace deslizando su cursor encima del mis-

mo: en un recuadro aparece desplegando el nombre del botn.

Diseo de pgina

La hoja de diseo es donde se ponen los objetos y se editan. Las barras deslizan-

tes le permiten moverse alrededor del diseo. Posee un rango de encuadre y opciones de

vistas que tambin estn disponibles (vea nuevamente la figura 3).

Galera

La galera proporciona el acceso rpido a los componentes. Usted puede arras-

trar el objeto inicialmente de la galera hacia su diseo. Al principio la galera estar es-

condida.

Figura 3

Figura 5

Figura 4

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Barra de estados

Es una barra pequea que describe el orden actualmente seleccionado (es la par-

te inferior de la figura 3).

A modo de ejemplo, crearemos un cir-

cuito sensible a la temperatura como el que

se muestra en la figura 6. El circuito encende-

r un LED cuando la temperatura disminuya

por debajo de un nivel establecido como um-

bral. Intentaremos que Ud. aprenda a:

A greg ar comp onentes de la g aler a.

Cablear componentes ( in terconec-

tarlos).

Cambiar los valores de los compo-

nentes y modelos.

Para hacer este circuito se necesita:

Un termistor ( tipo N TC )

Un t ransistor BC5 4 8 B

Un LED verde

Un resistor de 1k - (4 ba ndas) mar rn , negra , r o ja y dorad as, (5 ba ndas) ma-

r rn , negra , negra , mar rn y dorada .

Un resistor d e 6 8 0 - (4 bandas) azul , gr is , mar rn y dorada, (5 bandas) azul ,

g r i s, negra , negra y dorad a.

Un res is tor var iable de 100k

Una bater a 9V.

Tenga en cuenta que Ud. puede disear su circuito en el programa Livewire o

Bright Spark o PCB Wizard 3, los dos primeros (luego) le permitirn visualizar la simula-

cin del mismo a travs de mediciones con el osciloscopio o multmetro y ver su funcio-

namiento. Si lo crea en PCB Wizard, podr pedir que le haga el impreso pero tambin

podr exportarlo a cualquiera de los otros dos programas para hacer su simulacin o ani-

macin.

Figura 6

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A GREGA N D OCOM PON EN T ES


Agregando componentes

Debemos crear un nuevo documento en el cual dibujar

su circuito. Para crear un nuevo docu-mento, haga click en el botn nue-

vo o elija nuevo del men de archi-

vo.

Sobre el nuevo documento aprendere-

mos a usar la galera para agregar

componentes a su circuito. Si la gale-

ra no est actualmente abierta, pre-

sione sobre el botn Gallery (galera)

en la barra de herramientas paraabrirlo (figura 7). Seleccione la op-

cin smbolos de circuito.

En la ventana de la galera de smbo-

los de circuito, usted podr ver todos

los componentes que se encuentran

disponibles dentro del programa (fi-

gura 8).

Figura 7

Figura 8

Figura 9

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10 SIM U L A C IN D ECIR CU IT O S YDISE O D ECIR C U IT O SIM PRESOS

En la figura 9 se pueden ver las diferentes galeras de componentes con que con-

tamos para hacer nuestros proyectos.

Los componentes dentro de la galera estn agrupados de acuerdo a su funcin.

En la parte superior de la ventana hay una lista que le permite seleccionar qu grupo se-

r exhibido.

Para hacer el circuito de la figura 6, del grupo fuentes de alimentacin, agre-

gue el componente batera al documento de trabajo, para hacer esto coloque la flecha

del mouse sobre el smbolo batera, presione y mantenga el botn izquierdo del mouse,

con el botn an sostenido, arrastre el smbolo a su circuito. Finalmente, suelte el botn

del mouse cuando el smbolo del circuito est en la posicin requerida dentro del docu-

mento de trabajo.

Ahora necesitaremos agregar el resto de los componentes para lo cual procedere-

mos de forma anloga a lo recin explicado.Agregue un resistor variable y un termistor desde el grupo de los componentes de

entrada, dos resistores del grupo de componentes pasivos, un transistor NPN del grupo

semiconductores discretos y finalmente un LED del grupo de componentes de salida.

Debemos posicionar los componentes cuidadosamente sobre el documento de tra-

bajo antes de comenzar a disear el circuito.

Tenga en cuenta que se pueden mover los com-

ponentes si nos fijamos con el mouse sobre ellos, ha-

ciendo un click y manteniendo apretado el botn mien-

tras movemos el componente sobre la posicin requeri-da. Para esto, desde la barra de herramientas, deberemos seleccionar el cursor como un

sealador estndar (figura 10).

En la figura 11 pode-

mos ver cmo quedarn los

componentes una vez arrastra-

dos sobre el documento de tra-

bajo. Tenga en cuenta que es

conveniente pensar en la posi-

cin que debern tener loscomponentes antes de colocar-

los sobre el documento de tra-

bajo. La posicin de los com-

ponentes al comienzo puede

ayudar a producir un diagra-

ma de circuito ms claro.

Para alinear los pins

del resistor R2 con la base del

transistor, necesitar rotar los

Figura 10

Figura 11

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CM OCAM B IA RVAL ORES D ECOM PON EN T ES YMOD EL OS

SIM U L A CIN D ECIR CU IT O S YDISE O D ECIR C U IT O SIM PRESOS 11

componentes, para ello seleccione el resistor R2 haciendo un click

con el mouse y entonces presione sobre el botn rotar hacia la iz-

quierda o a la derecha de la barra de herramientas (figura 12).

Una vez que los componentes han sido ubicados, usted puede co-

menzar a unirlos. Para hacer esto usted debe primero

presionar sobre el botn seleccionar de la barra de

herramientas (figura 13).

Luego, mueva el mouse sobre el pin superior de la ba-

tera (figura 14). Mientras sostiene el mouse sobre el pin

se dar cuenta que aparecer un recuadro describien-

do ese pin en particular.

Presione y mantenga con el botn izquierdo del mouse,

sin soltarlo mueva el mouse hasta el punto donde deseahacer la unin.

Usted puede dibujar curvas, deslizando el botn del

mouse sobre el mismo o presionando sobre una parte

vaca del circuito, como por ejemplo la posicin (b) de

la figura 15. Como vamos a conectar el extremo de la

batera con R3, para completar la unin, deslice el bo-

tn del mouse sobre la parte superior de R3 sin dejar de

presionar el botn izquierdo del mouse (figura 16).

Ahora agregue, una segunda unin a la parte superiordel resistor variable VR1 para acoplarlo con la unin

existente.

Para unir dos pistas, simplemente deslice el botn del

mouse sobre una pista existente. Se dar cuenta que,

cuando haga esto, se agrega automticamente una

unin en el punto de conexin.

Puede unir el resto del circuito utilizando el diagrama

de la figura 6 como gua.

Si se equivoca, en cualquier momento puede presionarel botn deshacer para corregir cualquier error.

Cmo cambiar valores de componentes y modelos

Con el diagrama de circuito de la figura 6, puede comenzar a ajustar el valor de

los componentes.

Figura 12

Figura 13

Figura 14

Figura 15

Figura 16

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En su circuito, el resistor R3 se-

r utilizado para limitar la corriente

que pase a travs del LED. Es bueno in-

cluir resistores cuando utiliza leds, sin

ellos, los leds se pueden quemar.

Para una tensin de 9 volt, el

valor del resistor debe cambiar a unos

800 Ohm para limitar la corriente a

unos 10mA, cuando el led est encen-

dido. Nosotros usaremos un resistor de

680 porque ste es un valor comer-

cial.

Para cambiar el valor, haga do-

ble click sobre el resistor R3 con lo cualse exhibirn las caractersticas del mis-

mo (figura 17). El campo VALOR para

el resistor se muestra en la parte inferior

de la ventana y consiste en un valor y

un multiplicador (figura 18). Ingrese

680 en el primer recuadro de valor (es

el valor del resistor), y luego presione

una vez sobre la flecha de la derecha

del segundo recuadro para cambiar el

multiplicador de K (x1000) a x1.

Para completar el diseo del cir-

cuito, necesitar especificar exacta-

mente qu tipo de transistor va a ser

utilizado. Estos tipos son conocidos co-

mo modelos. Presione el botn derecho

del mouse sobre el transistor Q1 y del

men que aparece, elija el transistor

BC548B de la lista de modelos (figura

19).

Usted se dar cuenta de que el

transistor est etiquetado como

BC548B en el diagrama de circuito.

La mayora de los componentes

dentro de PCB Wizard, proveen modelos diferentes. Los leds por ejemplo, estn disponi-

bles en una gama de diferentes colores. Pruebe ahora, presione el botn derecho del

mouse sobre el LED y seleccione verde de la lista de modelos habilitados.

Figura 17

Figura 18

Figura 19

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L ASI M U L ACI N D ECI RCU I T OS CON ELL I VEW I RE


La Simulacin de Circuitos

con el Livewire

La Simulacin del Circuito

En la figura 20 se ve el circuito a transis-

tor completo, montado como sensor de

temperatura. Usted puede ver como tra-

baja sin necesidad de armarlo fsicamen-te. Para simular el funcionamiento abra

el programa Livewire, abra el circuito del

sensor (que se supone que lo guard en

el disco rgido de su PC, caso contrario

vuelva a armarlo segn lo explicado an-

teriormente) y presione el botn Run

(play) de la parte superior de la barra de

herramientas para simular su circuito (fi-

gura 21).Puede chequear que su circuito est fun-

cionando ajustando la barra deslizante

al lado del termistor (figura 22). Esto es-

tablecer la temperatura para el sensor.

Tambin puede cambiar el modelo de termistor para lo

cual debe hacer un doble click con el botn derecho del

mouse para que aparezca una tabla de propiedades, se-

leccionando Models aparecer el listado de termistores

disponibles (figura 23).

Investigue qu sucede con el LED cuando cambia la tem-

peratura. El LED debera encenderse cuando la temperatu-

ra est lo suficientemente fra. El nivel de temperatura en

el cual se enciende el LED es controlado por el resistor

variable VR1. Experimente ajustando la barra deslizan-

te prxima al resistor VR1 para cambiar este nivel.

Haga click con el mouse sobre el LED, aparecer un re-

cuadro que exhibe las lecturas de la corriente (A para

Figura 20

Figura 21

Figura 22

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L ASI M U L ACI N D ECI RCU I T OS CON ELL I V EW I RE


ampere) y la potencia desarrollada por el ele-

mento (W para watt), tal como lo especifica el

ejemplo de la figura 24.

Nota:

Pruebe esto con el LED encendido y apa-

gado y note los valores para cada momento.

Ver que la corriente del LED encendido es de

10mA y que el LED est apagado cuando no

hay corriente.

Luego, posicione

el mouse sobre uno de los

cables de su circuito (figu-

ra 25), aparecer un re-

cuadro que le indica el

voltaje y la corriente de

esa unin en particular

(la tensin especificada

se toma con respecto al

terminal especificado como masa).

Si la corriente fluye a travs del con-ductor, ver que aparecer una flecha junto

al cursor, la cual le indicar la direccin del

flujo de corriente actual.

No debe olvidar guardar su documen-

to. PCB Wizard, Bright Spark y Livewire, le

dan la posibilidad de seleccionar la opcin

REMIND TO SAVE DOCUMENT (recurde-

me salvar el documento), en la cual usted po-

dr especificar, cada cunto tiempo deseaque cada uno de los tres programas le re-

cuerde guardarlo. Para esto dirjase a la op-

cin herramientas (TOOLS) y seleccione op-

ciones (OPTIONS), tal como se ve en la figu-

ra 26. Luego deber seleccionar las opcio-

nes requeridas del recuadro mostrado en la

figura 27. Esta opcin graba automticamen-

te el proyecto.

Figura 23

Figura 24Figura 25

Figura 26

Figura 27

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CM OVI SU A L I Z A R L AA N I M A CI N D ELCI RCU I T O?


La otra manera para salvar un proyecto es hacerlo manualmente para lo cual de-

ber ir al men File y luego seleccionar la opcin Save o Save As. La diferencia

entre los dos es, que para poder guardar un archivo nuevo hay que usar s o s la fun-

cin Save As (figura 28); primeramente le pedir que indique la ruta de la carpeta de

destino (figura 29) as ms adelante puede abrir nuevamente el proyecto y trabajar con

l. Al hacer cambios en el circuito para volver a guardarlo solo hay que apretar en el me-

n la opcin Save.

Cmo Visualizar la Animacin del Circuito?

Una vez diseado su circuito con Livewi-

re o Bright Spark usted podr visualizar

la animacin del mismo.

Uno de los principales beneficios de la

simulacin de circuitos, es que le permi-

te ver en pantalla las representaciones yconceptos normalmente ocultos como

voltajes, corrientes y cargas, tal como

hemos comenzado a explicar al comien-

zo de este artculo. Del lado izquierdo

de la ventana principal de Livewire, us-

ted encontrar la barra de estilos. Esta

barra muestras los diferentes modos en

que puede lucir su circuito.

Figura 28

Figura 29

Figura 30

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L ASI M U L ACI N D ECI RCU I T OS CON ELL I V EW I RE


Con la simulacin

en funcionamiento, presio-

ne el botn niveles de

voltajes (voltage le-

vels). Su circuito lucircomo el exhibido en la fi-

gura 30, con diferentes

barras que muestran los

diferentes niveles de volta-

jes y flechas que indican

la direccin del flujo de

corriente actual.

Como prueba,

ajuste la barra deslizado-ra sobre el resistor R1. Ve-

r que el voltaje y la co-

rriente dentro de su circui-

to cambian en la medida

que lo hace la barra desli-

zadora.

Luego presione el botn corriente actual (Current Flow). En este estilo la corriente

es grficamente animada utilizando los puntos que se mueven alrededor del circuito.

Adems, los colores representan los niveles de voltajes. Si el nivel del voltaje esde 5V o ms, la unin se exhibir en color rojo, si est por debajo de 5V, ser azul y

cuando sea de 0V estar en color verde (figura 31).

Usando los Instrumentos en

la Simulacin de Circuitos

Simulando un circuito con el osciloscopio

Presentamos en la figura 32 el diagrama de un simple inyector de seales. Se trata

de un oscilador con el integrado 555 el cual nos generar en su salida una seal de onda

cuadrada. Esta seal podr modificarse a travs del cambio de los valores de C1 y R2.

Figura 31

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SI M U L AN D O U NCI RCU I T O CON ELOSC ILOSCO IPO


Para poder bus-

car los instrumentos que

disponemos en el pro-

grama, vamos a la ga-

lera y hacemos un clickcomo muestra la figura

33. Inmediatamente

aparece la galera.

Dentro de ella, en la

parte Measuring se en-

cuentran los instrumen-

tos de medicin. Ver fi-

gura 34.

Dentro de esaseccin en la galera

podemos encontrar un

multmetro analgico,

uno digital, un wattme-

tro, un osciloscopio de

2 canales y un analiza-

dor lgico.

Sacamos el osci-

loscopio, de la misma

manera que sacba-

mos los componentes

hacia la mesa de traba-

jo, como muestra la fi-

gura 35.

Una vez que sa-

camos el osciloscopio,

podemos cerrar la ven-

tana de la galera para

tener ms campo de vi-sin en nuestra panta-

lla.

El osciloscopio

graba niveles de volta-

jes sobre un determina-

do perodo de tiempo.

Veremos que

contiene los dos cana-

Figura 32

Figura 33

Figura 34

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USAN D O L OSIN ST RU M EN T OS EN L ASI M U L ACI N D ECI RCU I T OS


les (CH1 y

CH2). Cada

canal tiene

una terminal

positiva yuna negati-

va. (Ver figu-

ra 36).

Normalmente, el lado positivo es unido

a la seal a medir y el lado negativo a 0 volts.

El voltaje que se lee es calculado como

la diferencia de po-

tencial entre las termi-

nales positivas y ne-gativas.

Comenzamos

entonces conectando

la terminal negativa

del canal 1 a 0 volts,

como muestra la figu-

ra 37. Y luego la ter-

minal positiva del mis-

mo canal a la salidadel capacitor C3,

donde deberamos

obtener una seal de

onda cuadrada.

Debemos lue-

go, hacer un click so-

bre el osciloscopio

con el botn derecho

del mouse y nos apa-recer la opcin para

agregar el grfico

(Add Graph) como

vemos en la figura 38.

Inmediatamente despus, debe hacer un click con el botn izquierdo del mouse y

sin soltarlo arrastrar hasta formar un recuadro, suelte el botn cuando el tamao del gr-

fico sea de su agrado, tal como se muestra en la figura 39.

Para visualizar la animacin presionamos sobre Run en la barra de herramientas

Figura 35

Figura 36

Figura 37Figura 38

Figura 39

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y encendemos el circui-

to a travs de la llave

de encendido, para ver

cmo el osciloscopio ya

nos muestra la seal desalida. (Ver figura 40).

Haciendo doble click

sobre el grfico podre-

mos ver las propieda-

des de nuestro grfico,

las cuales podrn ser

modificadas segn

nuestra necesidad. Como podemos ob-

servar, es posible ajustar la tensin m-xima y mnima de medicin, la base de

tiempo y el color del trazo para cada

canal.

Como nuestro circuito funciona con 6

volts, cambiamos las tensiones mnimas

y mximas para dicho voltaje, como se

ve en la figura 41.

Vemos los resultados en la figura 42.

Pero vamos a modificar ahora la base

de tiempos. (Figura 43).

Observamos el resultado en la fig. 44.

Ahora damos Stop en la simulacin

para conectar el otro canal del oscilos-

copio en otra parte del circuito, y ver

cmo aparecen las dos formas de onda

de ambos canales.

Cuando damos Play a la simulacin

Figura 40

Figura 41

Figura 42

Figura 43 Figura 44

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USAN D O L OSIN ST RU M EN T OS EN L ASI M U L ACI N D ECI RCU I T OS


vemos la diferencia

entre el canal 1 y el

canal 2. Vea la figura

45.

Damos ahora

doble click sobre el

grfico como muestra

la figura 46 para lue-

go cambiar de color

el trazo del canal 2,

que al ser de color

azul se confunde con

las marcas del oscilos-

copio.Vemos en la fi-

gura 47 que haciendo

doble click sobre el

color azul en el canal

2 del osciloscopio

aparece una paleta de

colores que sern la

opcin para el color

del trazo de cada ca-

nal del osciloscopio.

Elegimos en este caso

el verde.

Vemos en la fi-

gura 48 que el trazo

del canal 2 del oscilos-

copio se ha cambiado

a verde.

Si queremosahora hacer algunas

mediciones con otro

instrumento, debemos

primero dar Stop a

la simulacin, luego

seleccionar el oscilos-

copio y el grfico para

as deletearlos. Luego

accione nuevamente

Figura 45

Figura 46

Fig. 47Figura 48

Figura 49

7/21/2019 Cap 1 - Simula

19/30



la galera en la par-

te Measuring y se-

leccione, por ejem-

plo, el multmetro di-

gital como muestrala figura 49, de la

misma manera que

procedimos con el

osciloscopio.

Lo conectamos como muestra la figura 50, el nega-

tivo a 0 volts y el positivo del multmetro a la salida

del integrado, para ver la tensin de salida.

Damos comienzo a la simulacin apretando Run y

cerrando la llave de encendido. Vemos que el circui-to oscila, dando por un momento la tensin de fuen-

te en la salida como vemos en la figura 51, y en

otro momento la tensin en la salida es de casi 0

volts, ver figura 52.

Cmo Crear Circuitos Impresos

Ya vimos cmo armar

los esquemas circuita-

les, y cmo probar si

funcionan,entonces

ahora que sabemos

que el proyecto andaperfectamente, pode-

mos crear la placa de

circuito impreso.

Vemos en la figura 53

el diagrama de nues-

tro inyector de sea-

les, el cual fue disea-

do y salvado en el Li-

vewire, para luego

Figura 50 Figura 51

Figura 52

Figura 53

7/21/2019 Cap 1 - Simula

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CM OCREARCI RCU I T OSIM PRESOS


abrir el programa PCB Wizard 3 con el

que crearemos nuestro impreso. Cabe

mencionar que este programa (PCB Wi-

zard 3) contiene dos galeras de compo-

nentes: una con los smbolos de los com-ponentes y con la cual podemos armar

exactamente igual que con el Livewire, los

esquemas circuitales; la nica diferencia

es que no cuenta con los instrumentos de

medicin, tal como lo tiene el Livewire. Y

la otra galera pertenece a los encapsula-

dos de los componentes, los que luego

aparecen dibujados en los circuitos impre-

sos como en la realidad.

Continuando entonces con la crea-

cion de nuestro impreso, debemos sin ce-

rrar el Livewire, abrir el programa PCB

Wizard 3 como muestra la figura 54.

Luego que abri el programa (figu-

ra 55), dejndolo en segundo plano, va-

mos al Livewire y en Tools (herramientas)

deslizamos el mouse hasta Convert y

luego soltamos el botn del mouse en (De-

sign to printed circuit board). (Figura 56)

Ver que una ventana aparecer

para conducirlo a travs del proceso de

conversin. (Figura 57).

La ventana contiene una serie de

pginas que le permitirn decidir cmo

ser convertido su circuito impreso. Figura 56

Figura 57Figura 58

Figura 54

Figura 55

7/21/2019 Cap 1 - Simula

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Estas pginas abarcan reas tales como el tamao y la forma del impreso (figura

58), qu componentes son utilizados (figura 59), agregar conexiones de fuentes digita-

les, por ejemplo en los casos en que se usan compuertas lgicas, y en cuyo diagrama es-quemtico no aparecen las conexiones de positivo y negativo de dichos componentes,

colocando esa opcin podr conectar automticamente los bornes de alimentacin a ta-

les integrados. O si usa una batera esta opcin le dar la indicacin de cual debe ser

el positivo y cual el negativo. (Figura 60).

Colocando prximo (Next) nuevamente pasamos a otra ventana la cual nos per-

mitir ver cmo se colocan automticamente los componentes en el tablero, cmo son ro-

tados si es necesario, y cmo se fijan al impreso. (Vea la figura 61).

La pgina siguiente se trata del ruteo automtico para la unin de los componen-

tes, si pueden haber pistas diagonales, si esde una faz o de doble faz, y el grueso de

las pistas (Grid), (ver la figura 62).

La prxima pantalla nos da la opcin para

que agregue cobre en todas las partes va-

cas del impreso, con lo que nos ayuda a

ahorrar percloruro frrico a la hora de ha-

cer el impreso. Nos da tambin la opcin

de cambiar la distancia entre pistas, para

Figura 59Figura 60

Figura 61 Figura 62

Figura 63

7/21/2019 Cap 1 - Simula

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que no pasen unas muy cerca

de otras pudiendo provocar

algn cortocircuito. (Ver figu-

ra 63).

Colocando Next nue-

vamente nos encontramos por

fin con la ltima pantalla an-

tes del proceso de conver-

sin, donde slo debemos ha-

cer click en Convert, como

muestra la figura 64.

Inmediatamente des-

pus vemos que los compo-

nentes aparecen movindosehacia adentro de lo que ser

el circuito impreso. (Figura

65).

Y ya est!! Nuestro cir-

cuito impreso ya est listo.

Le comentamos que

podr ver su impreso desde

varios aspectos diferentes:

por ejemplo en la figura 66 lo vemos desde

la opcin normal, o en la figura 67 que se ve

como si fuera profesionalmente manufactura-

do. (Opcin Real World). O solamente de la

parte del cobre (Artwork) en la figura 68; op-

cin Unpopulated como se ve en la figura

69, opcin Prototype como se ve en la figu-

ra 70 o puede verlo de otras maneras dife-

rentes con otras opciones como muestran las

figuras 71.P o d e -

mos salvar

nuestro circui-

to impreso

dndole un

nombre. Y

tambin pode-

mos hacer

Figura 64

Figura 65

Figura 66

Figura 68 Figura 69

Figura 67

7/21/2019 Cap 1 - Simula

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nuestro impreso

manualmente, o

sea crearlo no-

sotros mismos.

Para eso abri-

mos un nuevo

documento PCB

Wizard 3, y co-

mo muestra la

figura 72, saca-

mos la galera

en la parte packages (encapsula-

dos) y buscamos los componentes

necesarios para sacarlos de la mis-ma manera que hacamos con el Li-

vewire.

Buscamos el componente, lo selec-

cionamos, lo arrastramos hacia

afuera, damos doble click sobre l y

le damos su denominacin. En las fi-

guras 73 a 81 se muestran los pa-

sos para lograr lo dicho. En la figu-

ra 82 vemos que ya tenemos todos

Figura 70 Figura 71

Figura 72

Figura 73

Figura 74

Figura 75

7/21/2019 Cap 1 - Simula

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los componentes necesarios para armar nuestro impreso y que hay una opcin en la ba-

rra de herramientas de abajo, en la que podemos cambiar la medida en que vamos a

mover cada componente.

Por ejemplo, usted puede agregar la opcin Show Grid, la cual crear una espe-

cie de fondo cuadriculado lo que le permite alinear fcilmente cada componente, ajus-

tando esa opcin usted puede agrandar o achicar ese fondo cuadriculado con lo cual

cambiar el espacio en que se mover cada componente.

Figura 76 Figura 77

Figura 78 Figura 79

Figura 80 Figura 81

7/21/2019 Cap 1 - Simula

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Vemos en la figura 83

que ya ubicamos los com-

ponentes como para unir-

los a travs de las pistas,

pero algunas denomina-ciones de componentes

se encimaron sobre otras.

Para ubicar correctamen-

te cada denominacin

junto al componente co-

rrespondiente tenemos

una opcin como muestra

la figura 84 que nos per-

mitir fijar o no las deno-

minaciones de cada com-

ponente sobre la placa

de circuito impreso. Nota-

mos la diferencia entre la figura 83 y la 85 en la que cada componente lleva su denomi-

nacin correcta. La figura 86 nos muestra cmo hacer para crear las pistas que unirn a

Figura 83

Figura 84

Figura 82

Figura 85

Figura 86

7/21/2019 Cap 1 - Simula

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cada componente. Dando un doble click sobre

esa opcin, le podemos modificar el ancho de

la pista.

Para unir cada componente, con

Track (pistas) deber hacer igual que con el

Livewire, hacer click sobre la terminal de un componente y arrastrar el puntero hasta el

prximo componente a unir, como muestra la figura 87. Para hacer las curvas debe ir ha-ciendo un click cambiando la direccin de la pista hasta formar la curva o el codo de-

seado, ya sea para esquivar algn otro componente o como nos muestra la figura 88 pa-

ra unir las terminales 2 y 6 del integrado.

La misma figura nos muestra tambin que es mejor si rotamos el capacitor C1, pa-

ra poder optimizar espacio en la placa de circuito impreso. Para rotarlo, lo seleccionamos

primero y haciendo click sobre la opcin Rotate lo rotamos 90 grados con cada click, ade-

ms tenemos la opcin de rotarlo hacia la izquierda (Rotate Left) o hacia la derecha (Ro-

tate Right). La opcin que est al lado es para colocar el componente en espejo.

Figura 87

Figura 88Figura 89

Figura 90

7/21/2019 Cap 1 - Simula

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Si necesitramos

agregar alguna termi-

nal adicional, debe-

ramos usar la opcin

que se muestra en lafigura 89, en la cual

dando un doble click,

aparece un recuadro

para ajustar el dime-

tro de la terminal y

del agujerito donde

debern soldarse los

cables de entrada o

salida, segn el caso.

Como vemos en la figura 90, ya terminamos de unir to-

dos los componentes, y ahora le pondremos una placa

de circuito impreso, para poder luego apreciarlo desde

las diferentes opciones que nos da el programa (figura 91).

Podremos verlo entonces al igual que anteriormente, desde la opcin Normal (fi-

gura 92), la opcin vista de

componentes (figura 93), la

opcin componentes sobre im-

presos en la figura 94; opcin

Unpopulated como se ve en la

figura 95, o Prototype como se

ve en la figura 96.

Bueno, podemos decirle enton-

ces que si ya tiene claros todos

estos conceptos que le hemos

explicado hasta ahora, Ud ya

est en condiciones de crear sus

propios prototipos de electrni-

ca a partir de cero. Podr crearsus propios inventos electrni-

cos, probarlos, verlos funcio-

nando, medirlos con instrumen-

tos como ser osciloscopios, mul-

tmetros, ampermetros, etc.

Adems de poder crear los cir-

cuitos impresos que desee.

Figura 95

Figura 91

Figura 92

Opciones

Figura 93 Figura 94

Figura 96

7/21/2019 Cap 1 - Simula

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SN T ESI S YREQU ERI M I EN T OS PARA U NL ABO RAT ORI OVI RT U AL


Sntesis y Requerimientos para

un Laboratorio Virtual

El Simulador

Livewire es un Laboratorio Virtual que permite hacer simulaciones virtuales empleando animacin

y sonido que demuestran los principios de funcionamiento de los circuitos electrnicos, teniendo la oportuni-

dad de visualizar qu ocurre con el desempeo del circuito cuando se realiza alguna modificacin. Dicho

de otra forma, si Ud. quiere montar un circuito y no est seguro de que va a funcionar, primero dibjelo con

el Livewire y averigue cmo se comporta (sin necesidad de montar el circuito realmente y mucho menos, te-

ner que comprar los componentes). Ud. cuenta con switches, transistores, diodos, circuitos integrados, bobi-

nas, resistencias, capacitores y cientos de otros componentes que pueden ser conectados para investigar los

conceptos de voltaje, corriente y carga. No hay lmites para el diseo de los circuitos ni conexiones o com-

ponentes que fallen; puede interconectar cientos de componentes en un solo circuito y tampoco hay lmites

en la cantidad de prototipos que se pueden simular. Si quiere saber cmo se comporta un circuito, simple-

mente debe arrastrar los componentes sobre un tablero o documento y los tiene que conectar siguiendo

pasos muy simples hasta formar el circuito que Ud. quiera. Una vez armado el circuito sobre dicho tablero

tiene que seguir pasos muy simples para conectarle instrumentos (osciloscopios, fuentes de alimentacin, mul-

tmetros, frecuencmetros, etc.) y as ver cmo opera. Si se trata de un amplificador de audio, por ejemplo,

y le coloca una seal de entrada, podr experimentar cmo reproduce el parlante. Es decir, trabajar en for-ma virtual como lo hara en el mundo real. Este laboratorio virtual simulador de circuitos electrnicos posee

las siguientes caractersticas:

Smbolos de c i rcui tos y paquetes de componentes.

Herramientas para el d iseo de c i rcui tos inte l igentes, que unen su c i rcui to automt icamente mien-

t ras t rabaja.

Produce la s imulac in de c i rcui tos interact ivos, ta l como s i t rabajaran en el mundo real .

Permi te la s imu lac in rea l i sta de m s de 6 00 compo nentes ya a lmacenad os en e l p rograma .

Posee inst rumentos v i r tuales que inc luyen osc i loscop ios y a nal iza do res lg icos, que a yuda n a la inves-

t iga cin y di seo de circuitos. Tam bi n t iene multmetros, fuentes de a limentaci n y much os otros instrumentos.

Prod uce la s imulac in rea l ista de tod os los comp onentes y s i hace a lgo mal , stos explotar n o se

des tru i rn . S i conec ta una lampa r i ta d e 1 2 V sobre una fuente de 2 4 V, po dr ver en panta l la c mo se que-

ma d i c ha l mpa ra .

O f rece pub l i cac iones in tegrad as de tex tos , g r f i cos y sopo r te p ara or togra f a y g ramt i ca .

La s imulac in en t iempo real permi te local izar y soluc ionar fa l las.

Los c i rcu i tos que haya armad o con e l Li vew i re pod r e jecu tar los con e l PCB W izard pa ra ha cer e l

correspondiente c i rcui to impreso.

7/21/2019 Cap 1 - Simula

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DESCRI PCIN D E L OSPROGRAM AS


El Generador de Circuitos Impresos

PCB Wizard 3 es un programa muy fcil de aprender y fcil de utilizar. Si quiere obtener un circui-

to impreso, simplemente debe arrastrar los componentes sobre un tablero o documento y los tiene queconectar siguiendo pasos muy simples hasta formar el circuito que Ud. quiera. Una vez armado el circuito

sobre dicho tablero tiene que ejecutar una instruccin (seleccione la opcin del men convertir a PCB) y

Wizard har el resto es decir, el circuito impreso aparecer automticamente. Puede hacer circuitos impre-

sos de una y dos capas; adems, podr interactuar con el programa Livewire para simular el funcionamien-

to del circuito que ha dibujado y as sabr rpidamente si el prototipo hace lo que Ud. quiere an antes de

armarlo fsicamente. Tiene una amplia gama de herramientas que cubren todos los pasos tradicionales de

produccin en PCB (diseo de circuitos impresos), incluyendo dibujos esquemticos, capturas esquemticas,

ubicacin de componentes y archivos de generacin para producir kits y prototipos.

En suma, PCB Wizard es un programa que ofrece una gran cantidad de herramientas inteligentes

que permiten que: disear circuitos impresos sea muy fcil. Este laboratorio virtual generador de circuitosimpresos posee:

Smb olos de c i rcui tos y pa quetes de co mp onentes.

Herramientas para el d iseo de c i rcui tos inte l igentes, que unen su c i rcui to automt icamente mien-

t ras t rabaja.

Ruteo automt ico integrado.

G enerador d e repor te de comp onentes u ti l izad os para que tenga la l i sta de ma ter ia les necesa-

r ia pa ra su proyec to .

Herramientas para cubr i r con cobre las reas vacas automt icamente para reduci r los costos de

producc in ya que a l tener menos cobre para ser comido de la p laca , e l c ido durar un t iempo mayor .

Posib i l idad de inc lu i r publ icac iones, integradas con textos, grf icos, soporte para la comprobacin

de or togra f a .

O pc iones CA D/ CA M f lex ib les, i nc luyendo ayuda p ara la expor tac in de arch ivos G erber y Exce-

l lon N C-Dri l l .

En laces con Livew i re pa ra q ue e l c i rcu i to a rmado en PCB W izard pueda ser simu lado.

Para Aprender Electricidad y Electrnica

Mediante Animacin y Simulacin Electrnica

Si quiere ensear o aprender electricidad y electrnica viendo realmente lo que sucede con leyes

fsicas o el comportamiento de circuitos, este laboratorio virtual le resultar ideal. No es preciso que tenga

conocimientos previos ya que combinando pantallas animadas con simulaciones realistas, lo ayuda a com-

prender diferentes conceptos trayendo circuitos a la vida. La ventaja de los laboratorios virtuales de este ti-

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SN T ESI S YREQU ERI M I EN T OS PARA U NL ABO RAT ORI OVI RT U AL

po es que traen una gran variedad de hojas de trabajo animadas e interactivas. Entre otras cosas, las acti-

vidades que puede realizar con este programa incluyen: Ley de Ohm, circuitos serie y paralelo, circuitos AC

y DC, leyes de Kirchoff, resistencia, capacidad, lgica (tcnicas digitales), diodos, transistores y mucho ms.

Las principales caractersticas del Bright Spark son:

1 - La simulac in de c i rcui tos anim ad os con resul tad os sorp rendentes y exactos.

2 - G ran ca nt idad de co mp onentes anim ad os inc luyendo resistores, cap aci tores, interruptores, senso-

res de dist into t ipo, circuitos lgicos, diodos, transistores, etc.

3- Le permi te constru i r sus propios c i rcui tos o exper imentos para que tenga un l ibre aprendizaje.

4 - Demost rac in n ica d e la an ima c in que sucede dent ro d e cada compo nente y de ca da cab le .

5 - Tiene am permetros, vol t metros y construcc iones grf icas que le perm i ten real izar med ic iones.

6- Trae un recuadro de sugerencias que hace alus in a la s imulac in que se est l levando a cabo,

dando las lecturas de tensin, corr iente, potencia y energa.

7 - O f rece pub l i cac iones in tegrad as de tex tos , g r f i cos y sopo r te pa ra o r togra f a y g ramt i ca .

8 - Tiene l inks con el PCB W iza rd 3 que p ermi ten obtener los ci rcui tos impresos de los pro totipo s.

9- Es tan s imple que la edad mnima recomendada es 8 aos y es tan verst i l que resul ta ideal pa-

ra la p resentac in d e t rab a jos de gra do en la car re ra de ing en ier a .

Requerimientos del sistema:

Para todos los casos, las condiciones mnimas que debe reunir una computadora para correr bien

los programas de este laboratorio virtual son:

PC o compatible con un procesador superior a 133MHz

Microsoft Windows 95, 98, ME, NT 4.0, 2000, XP o un sistema operativo ms actual.

16 MB de memoria RAM (se recomiendan 32 MB).

10 MB de espacio disponible en el disco duro.

CD Room.

Monitor VGA o una resolucin ms alta.

Mouse o un cursor compatible.

Cap 1 - Simula

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