INFORME DE LABORATORIO

NÉSTOR MARIO CASTAÑO ARBELÁEZ

C. C. 9.970.172

Tutor

NELSON HUMBERTO ZAMBRANO CORTES

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍAS E INGENIERÍAS

CEAD DOSQUEBRADAS, PEREIRA

CAD PARA ELECTRÓNICA

MANIZALES

2014

Introducción

El diseño asistido por computador (CAD, por sus siglas en inglés), es de suma

importancia en la electrónica, puesto que con los simuladores, se facilita bastante la

prueba y posterior construcción de los circuitos electrónicos, lo cual, no conllevaría

ningún riesgo y costo para el diseñador.

En esta práctica, se puede comprobar la potencia y aplicabilidad del software para

simulación, en este caso, aplicado a cinco prácticas, las dos primeras, se realizan

utilizando el Multisim, en las dos siguientes, el Proteus, y en la última, el Matlab, en la

primera de ellas, se simula y comprueba el funcionamiento de un circuito mixto, en el

cual, se miden algunos valores de voltaje y corriente, para la segunda práctica, se debe

medir el tiempo de carga de un condensador, así como también su corriente, en la

tercera, se implementa un circuito digital con compuertas lógicas, para comprobar su

respectiva tabla de verdad, en la cuarta práctica, se calcula el tiempo de carga para un

temporizador y por último, en la quinta práctica, se deben realizar varios ejercicios de

modelamiento matemático.

Objetivos

Objetivo general

Realizar el montaje y comprobar el funcionamiento de varios circuitos con simuladores y

hacer el modelamiento matemático de algunos ejercicios.

Objetivos específicos

Comprobar los valores de voltaje y corriente en un circuito eléctrico mixto.

Calcular el tiempo de carga de un condensador en un circuito RC.

Obtener la respectiva tabla de verdad en un circuito digital con compuertas.

Realizar los cálculos matemáticos para el tiempo de carga en un temporizador.

Llevar a cabo el modelamiento matemático con algunos ejercicios.

Práctica N° 1. Circuitos AC/DC

Objetivos

Reconocer los elementos propios de la simulación por computadora para el

diseño de circuitos AC/DC.

Comprobar por medio de mediciones los cálculos matemáticos en la simulación.

Medir la desviación de valores entre un circuito simulado y uno implementado.

Materiales

Software de simulación

Fuente de voltaje regulada

Multímetro

Resistencias

Procedimiento

Realizar los cálculos teóricos para el circuito que se presenta en la figura 1. Allí se debe

calcular el valor de voltaje de cada resistencia, la corriente total, la caída de voltaje en

(a), (b) y (c), y las corrientes que circulan en R1, R3, R8 y R10.

Figura 1. Circuito mixto

Fuente: Nelson Humberto Zambrano Cortes

Las resistencias impares (R1, R3, R5…) tienen un valor de 2,2 kΩ y las resistencias

pares (R2, R4, R6…) un valor de 980 Ω. La tensión (B1) del circuito es de 12,5 V.

Resultados

Los valores para voltajes y corrientes obtenidos en la simulación con el Multisim, son

los siguientes:

Voltajes:

VR1 = 917.1 mV VR2 = 917.1 mV VR3 = 917.1 mV VR4 = 1.734 V

VR5 = 3.893 V VR6 = 1.032 V VR7 = 3.893 V VR8 = 1.032 V

VR9 = 1.577 V VR10 = 486 mV VR11 = 486 mV

VA = 11.58 V VB = 2.063 V VC = 1.032 V

Corrientes:

IR1 = 416.8 μA IR3 = 416.8 ΩA IR8 = 1.053 mA IR10 = 495.9 ΩA

IT = 1.769 mA

A continuación, se realizarán los cálculos teóricos para ser comparados con los

obtenidos en la simulación:

Por consiguiente, los resultados obtenidos teóricamente son los siguientes:

Voltajes:

VR1 = 917 mV VR2 = 917 mV VR3 = 917 mV VR4 = 1.735 V

VR5 = 3.894 V VR6 = 1.032 V VR7 = 3.894 V VR8 = 1.032 V

VR9 = 1.5774 V VR10 = 484 mV VR11 = 484 mV

VA = 11.583 V VB = 2.0634 V VC = 1.032 V

Corrientes:

IR1 = 416.82 μA IR3 = 416.82 ΩA IR8 = 1.053 mA IR10 = 496 ΩA

IT = 1.77 mA

VOLTAJE CORRIENTE SIMULADO CALCULADO

VR1 IT 917.1 mV 1.769 mA 917 mV 1.77 mA

VR2 IR1 917.1 mV 416.8 μA 917 mV 416.82 μA

VR3 IR3 917.1 mV 416.8 μA 917 mV 416.82 μA

VR4 IR8 1.734 V 1.053 mA 1.735 V 1.053 mA

VR5 IR10 3.893 V 495.9 μA 3.894 V 496 μA

VR6 1.032 V 1.032 V

VR7 3.893 V 3.894 V

VR8 1.032 V 1.032 V

VR9 1.577 V 1.5774 V

VR10 486 mV 484 mV

VR11 486 mV 484 mV

VA 11.58 V 11.583 V

VB 2.063 V 2.0634 V

VC 1.032 1.032

Práctica N° 2. Circuito RC

Objetivos

Identificar las características teóricas de un circuito RC.

Calcular el tiempo de carga del condensador.

Comparar los valores teóricos, simulados y los reales.

Materiales

Software de simulación

Fuente de voltaje regulada

Multímetro

Osciloscopio

Resistencias

Condensadores

Pulsador

Procedimiento

Con base al circuito de la figura 2, realizar los cálculos, el estudiante elige los valores

R1, R2 y C1 para un voltaje B1 = 9 voltios. Calcular el valor de la corriente de la fuente

de voltaje al momento de cerrar el circuito, calcular el tiempo de carga del condensador

C1.

Figura 2. Circuito RC

Fuente: Nelson Humberto Zambrano Cortes

Realizar la simulación y comprobar los valores calculados, modificar los valores de C1 y

R2, diligenciar la siguiente tabla con los valores obtenidos de tiempo de carga y

corriente del circuito:

R1 R2 C1 t (s) I (A)

10 kΩ 2 Ω 50 μF 2.31 9.73 x 10-6

20 kΩ 2 Ω 40 μF 3.676 4.786 x 10-6

30 kΩ 2 Ω 30 μF 4.128 3.09 x 10-6

40 kΩ 2 Ω 20 μF 3.694 2.35 x 10-6

50 kΩ 2 Ω 10 μF 2.324 1.93 x 10-6

Realizar el montaje físico, comprobar los valores calculados de forma teórica. Variar los

valores de C1 y diligenciar una nueva tabla para los valores experimentales, adjuntar

imágenes tomadas del osciloscopio con la carga del condensador.

Los valores anotados en la tabla anterior, corresponden a cinco constantes de tiempo,

es decir, el 99 % de la carga que equivale a 8.91 V.

Cálculo teórico:

A continuación, se hace el cálculo teórico para la carga al 99 %, lo cual equivale a cinco

constantes de tiempo, no sobra recordar que una sola constante de tiempo es lo que

demora el condensador para cargar al 63 %, el tiempo de carga dependerá de los

valores de resistencia y capacitancia:

( )( )

Error relativo:

En este caso, se tomará el valor del dato simulado como si fuera el verdadero o real,

para compararlo con el teórico:

| |

| |

| |

Cálculo teórico:

( )( )

Error relativo:

| |

| |

| |

Cálculo teórico:

( )( )

Error relativo:

| |

| |

| |

Cálculo teórico:

( )( )

Error relativo:

| |

| |

| |

Cálculo teórico:

( )( )

Error relativo:

| |

| |

| |

Práctica N° 3. Circuito Digital

Objetivos

Generar la función a partir de un circuito dado.

Generar la tabla de verdad que representa al circuito presentado.

Comprobar de forma simulada y en el montaje físico el funcionamiento del

circuito.

Materiales

Software de simulación

Fuente de voltaje regulada

Multímetro

Compuertas lógicas

Resistencias

Leds

Procedimiento

Implementando los conocimientos en el diseño de circuitos digitales básicos, el

estudiante encontrará de forma teórica la función del sistema de la figura 3. Debe

representar la tabla de verdad de la función, por medio del software de simulación

comprobará los estados de las variables y la tabla de verdad.

Figura 3. Circuito Digital

Fuente: Nelson Humberto Zambrano Cortes

Implementar la función con compuertas digitales lógicas en un circuito físico donde se

evalúen los estados de las variables, a la salida de cada compuerta And se colocarán

Led’s para comprobar el funcionamiento parcial de la función. Comprobar todos los

estados de la tabla de verdad, adjuntar fotografías del procedimiento.

A B C D [(B OR C) OR (A AND NOT B)] AND [(C OR NOT D) AND (A AND D)]

1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0

1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1

1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0

1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1

1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0

1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1

1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0

0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1

0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0

0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0

0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1

0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0

F = [(B OR C) OR (A AND NOT B)] AND [(C OR NOT D) AND (A AND D)]

A = 1, B = 1, C = 1, D = 1

A = 1, B = 1, C = 1, D = 0

A = 1, B = 1, C = 0, D = 1

A = 1, B = 1, C = 0, D = 0

A = 1, B = 0, C = 1, D = 1

A = 1, B = 0, C = 1, D = 0

A = 1, B = 0, C = 0, D = 1

A = 1, B = 0, C = 0, D = 0

A = 0, B = 1, C = 1, D = 1

A = 0, B = 1, C = 1, D = 0

A = 0, B = 1, C = 0, D = 1

A = 0, B = 1, C = 0, D = 0

A = 0, B = 0, C = 1, D = 1

A = 0, B = 0, C = 1, D = 0

A = 0, B = 0, C = 0, D = 1

A = 0, B = 0, C = 0, D = 0

Práctica N° 4. Circuito temporizador

Objetivos

Reconocer el funcionamiento del circuito temporizador.

Realizar los cálculos matemáticos para el tiempo de ciclo del temporizador.

Comprobar el funcionamiento del circuito.

Acoplar la señal para el funcionamiento de un dispositivo de mayor consumo.

Materiales

Software de simulación

Fuente de voltaje regulada

Multímetro

Osciloscopio

Circuito temporizador digital 555

Resistencias

Condensadores

Transistores

Motor DC

Procedimiento

Realizar los cálculos matemáticos para el circuito temporizador 555 para un tiempo de

carga alto de 300 ms y un tiempo bajo de 200 ms.

Realizar la simulación por medio de software de diseño, comprobar los tiempos

calculados, modificar los valores hasta llegar al máximo tiempo admisible por el circuito

integrado.

Figura 4. Circuito temporizador

Fuente: www.voltagecurrent.info

Realizar el montaje del circuito temporizador 555, en la salida se debe conectar un

motor DC, para ello es preciso el uso de un transistor BJT que permita el paso de la

corriente que necesita el motor.

Cálculo del tiempo:

( )( )

Tiempo de 300 ms:

Cálculo del tiempo:

( )( )

Tiempo de 200 ms:

Práctica N° 5. Modelamiento matemático

Objetivos

Profundizar en el manejo del software y en las operaciones básicas para el

modelamiento matemático a través de un software específico.

Materiales

Software de simulación

Procedimiento

Realizar los siguientes ejercicios:

1. Compruebe los valores para las siguientes funciones por medio de Matlab:

a. Área de un triángulo =

b. Ecuación de segundo grado = √

c. Polinomio =

2. Almacenar la matriz:

a. Calcular la transpuesta de la matriz y almacenarla en m2.

b. m3 = m1 * m2

c. m4 = m1 + m2

3. Generar dos vectores v1 y v2 con cuatro elementos cada uno.

a. Comparar cuál vector tiene elementos mayores, el resultado se almacena en

v3, donde el mayor elemento de v1 contra v2, en v3 se almacena con un 1, si

no es mayor con un 0.

b. Comparar cuál vector tiene elementos iguales, el resultado se almacena en

v4, donde los elementos iguales de v1 contra v2 se almacenan con el valor, si

es diferente se almacena un 0.

4. Representar gráficamente la función seno de un ángulo α de 0 a π, con un salto

de π/8. Añadir títulos a la gráfica y a los ejes.

5. Representar la gráfica 3D de la función:

√

6. Hallar el factorial de un número ingresado por el usuario.

7. Realizar un programa que permita el cálculo de la ley de Ohm, el usuario

ingresará dos valores cualesquiera y entregará el faltante.

1. Compruebe los valores para las siguientes funciones por medio de Matlab:

a. Área de un triángulo =

b. Ecuación de segundo grado = √

2. Almacenar la matriz:

a. Calcular la transpuesta de la matriz y almacenarla en m2.

b. m3 = m1 * m2

c. m4 = m1 + m2

3. Generar dos vectores v1 y v2 con cuatro elementos cada uno.

a. Comparar cuál vector tiene elementos mayores, el resultado se almacena en

v3, donde el mayor elemento de v1 contra v2, en v3 se almacena con un 1, si

no es mayor con un 0.

b. Comparar cuál vector tiene elementos iguales, el resultado se almacena en

v4, donde los elementos iguales de v1 contra v2 se almacenan con el valor, si

es diferente se almacena un 0.

4. Representar gráficamente la función seno de un ángulo α de 0 a π, con un salto

de π/8. Añadir títulos a la gráfica y a los ejes:

5. Representar la gráfica 3D de la función:

√

6. Hallar el factorial de un número ingresado por el usuario.

7. Realizar un programa que permita el cálculo de la ley de Ohm, el usuario

ingresará dos valores cualesquiera y entregará el faltante.

Conclusiones

En la primera práctica, se pudo observar que los resultados obtenidos, tanto en la

simulación como los calculados teóricamente son aproximadamente iguales entre ellos.

En la segunda práctica, a diferencia de la primera, los resultados obtenidos en la

simulación tienen ciertas diferencias con respecto a los calculados teóricamente, por

ello fue necesario calcular también el porcentaje de error relativo, el cual para todas las

medidas estuvo comprendido en un rango de aproximadamente 7.5 % hasta 9 %, a

pesar de no ser errores significativamente altos, aun así, representaría una imprecisión.

En la tercera práctica, a partir del circuito lógico construido con compuertas, se halló la

función booleana, a la cual se le realizó la correspondiente tabla de verdad, ésta fue

comprobada con la respectiva simulación, obteniéndose en todos los casos una

correspondencia exacta con los valores de la tabla.

En la cuarta práctica, el ancho del pulso del temporizador depende del tiempo de carga

y descarga del condensador, este mismo tiempo, también depende de los valores que

tengan la resistencia (R1) y el condensador (C1) con nodo común conectado al pin 6

del temporizador 555.

Por último, en la quinta práctica, se realizan algunos ejercicios de modelamiento con

Matlab, obteniéndose en todos los casos, resultados satisfactorios.

Referencias

González, F. & Hernández, J. (2002). Curso práctico de electrónica digital y circuitos

integrados. Pereira: CEKIT.

Monroy, J. O. (2010). CAD para Electrónica. Sogamoso: Universidad Nacional Abierta y

a Distancia –UNAD–