MANTENIMIENTO ELECTRNICO

MANTENIMIENTO ELECTRNICOLABORATORIO N 2SIMULACIN DE CIRCUITOS ELECTRNICOS CON MULTISIM

INFORMEALUMNOS:NEIRA RIVEROS, Jorge Luis QUISPE VILA, Jean Carlos PROFESOR:CAMPUSANO QUISPE, Luis RosasGRUPO:C5 5 CFecha de realizacin: 18 de marzoFecha de entrega: 25 de marzo

2014 IINTRODUCCIN

Hoy en da, la simulacin de circuitos electrnicos se ha convertido en parte fundamental del diseo electrnico pues nos permite conocer el comportamiento de un circuito sin la necesidad de tenerlo en fsico. De esta forma, ahorramos tiempo y dinero al encontrar algo y corregir posibles errores en las primeras fases del diseo. De manera similar, se puede experimentar con distintos escenarios y observar cmo afectan las tolerancias de los componentes.Uno de los programas ms usados por los estudiantes de electrnica es el Multisim, pues nos ofrece la posibilidad de simular circuitos electrnicos con una amplia variedad de componentes que tiene el software, adems de observar magnitudes con instrumentos de medicin y la creacin de PCB (placas).En este laboratorio, simularemos circuitos en el software Multisim y aprenderemos a usar los recursos que este nos ofrece. En el siguiente informe, detallaremos los pasos realizados y resultados obtenidos en el laboratorios, tambin responderemos a las preguntas de la gua y explicaremos una aplicacin de lo aprendido correspondiente a este laboratorio.

Los integrantes del grupo.

MARCO TERICO

SIMULADOR DE CIRCUITOS ELECTRNICOSUn simulador de circuitos electrnicos es una herramienta de software utilizada por profesionales y estudiantes en el campo de la electrnica. Ayuda a crear algn circuito que se desee ensamblar, ayudando a entender mejor el mecanismo, y ubicar las fallas dentro del mismo de manera ms fcil y sencilla. Los simuladores de circuitos cuentan con mltiples herramientas que te permiten realizar casi cualquier circuito, se pueden colocar circuitera bsica como resistores, condensadores, fuentes de voltaje, leds, tambin se pueden usar semiconductores como compuertas AND, OR, XOR y circuitera ms compleja como un TIMER, Flip flop, Buffer y Unidades Aritmtica y Lgica.Como ejemplo de simuladores tenemos a los siguientes programas: Multisim Livewire PCB Wizard Proteus Kicad Micro-Cap Simulador de Construccin de Circuitos Digitales con Escenarios Virtuales Designworks Pad2pad Eagle TinyCad

NI MULTISIMMultisim es una poderosa herramienta para el diseo electrnico. Fue diseado por la empresa National Instruments pensando en las necesidades de educadores y estudiantes, adems de cumplir ampliamente con los requerimientos de los ingenieros y diseadores a nivel profesional. Cuenta con nuevas caractersticas tcnicas como puntas de prueba industriales, intercambio de datos con instrumentos virtuales y "reales", corrector de errores y sugerencias de cambios sobre el circuito, simulacin integrada con microcontroladores, etc.

VENTAJAS DE LOS SIMULADORESUtilizar un simulador de circuitos le permite alingeniero electrnicohacer pruebas sin correr el riesgo de daar algn circuito, si eso llegase a ocurrir, implicara mayor gasto de material semiconductor.Cuando un circuito trabaje correctamente en el simulador, ser ms fcil armarlo en una tabla de prototipo (protoboard), y se puede tener la seguridad de que el circuito funcionar correctamente.Con el simulador se puede hallar de manera ms fcil los errores y problemas que surgen a la hora de ensamblar los circuitos elctricos, con algunas herramientas que los programas ya cuentan como por ejemplo:multmetros, generadores de voltaje uosciloscopios.Algunos programas cuentan con diferentes vistas al circuito que se est armando. Se puede observar como si se estuviese conectando en un protoboard, o como un diagrama de conexiones. Tambin se puede ver como una placa de circuitos la cual se puede mandar a fabricar con alguna compaa y as obtendr un trabajo final funcionando.DESVENTAJAS DE LOS SIMULADORESAlgunos simuladores de circuitos no estn lo suficientemente actualizados, y no cuentan con todos los chips del mercado, y eso seria un contratiempo para el diseador, ya que deber darse a la tarea de fabricar su propio semiconductor, y eso podra tomarse su tiempo.Cuando no se sabe cmo manejar el programa de simulacin, genera retrasos en los diseos, se debe estudiar de manera completa todos los componentes y opciones que tiene el programa, para poder realizar el trabajo de manera correcta.

RESULTADOS DE LABORATORIO

INTERFASE DE USUARIO1. Como primera parte del laboratorio, describiremos el conjunto de mens, barras de herramientas y hojas de clculo que nos ofrece el interfaz de usuario del Multisim. Podemos pedir informacin a la ayuda del programa presionando F1. Tambin podemos llamar al asistente de ayuda haciendo click en el cono que tiene como figura a un signo de interrogacin.2. Los elementos que encontramos en la ventana del Multisim son los siguientes:a. Barra de mens: Contiene a todas las herramientas del Multisim organizadas por categoras, tales como File, Edit, View, etc.b. Herramientas de diseo: Es un panel en el que podemos visualizar y manipular los diseos y esquemticos activos. Tambin nos muestra si alguno de los diseos est en estado de simulacin.c. Barra de componentes: Contiene a los grupos en las que estn agrupados todos los componentes del Multisim. Haciendo click en uno de esos grupos podemos escoger el componente deseado y ubicarlo en el rea de diseo.d. Barra estndar: Aqu se encuentran las opciones para manipular el archivo, tales como Nuevo, Guardar, Abrir, Imprimir, etc.e. Barra de visualizacin: Contiene a las opciones para cambiar la vista del circuito, opciones como aumentar o disminuir zoom.f. Barra de simulacin: Estas opciones nos permiten controlar la simulacin como iniciar o detener.g. Barra principal: Contiene, en forma de conos, a todas las ventanas que pueden se habilitadas en el Multisim.h. Lista de componentes en uso: Aqu se guardan, en una lista, todos los componentes que estn en uso en el esquemtico actual.i. Barra de instrumentos: Contiene a los instrumentos de medicin de variables como corriente, voltaje, etc.j. Ventana de edicin: Aqu es donde ubicamos a los componentes y los unimos para formar circuitos electrnicos.k. Hojas de clculo: Es una ventana en la que nos muestra en forma detallada a los componentes que usamos en nuestro esquemtico.

COMPONENTES3. Multisim divide a los componentes en grupos, relacionados de acuerdo a la funcin que cumplen en un circuito y organizados en familias. Estos grupos son:SourcesAnalogAdvanced-PeripheralsPower

BasicTTLMisc DigitalMisc

DiodesCMOSMixedRF

TransistorsMCUIndicatorsElectro-Mechanical

4. Defina:a. Componentes reales: Son los componentes que fabrican las grandes empresas y que usamos en nuestros circuitos. Nunca tienen valores iguales dos componentes similares, es decir, tienen un margen de error. Tambin corren el peligro de quemarse por exceso de corriente.b. Componentes virtuales: Son los que estn en los simuladores, estos son componentes ideales pues tienen un margen de error igual a 0% en cuanto a sus valores, si deseamos podemos ponerle un margen de error para que se asemejen a los reales.

5. La siguiente imagen nos muestra la ventana de seleccin de un componente. Llene la informacin de la misma en la siguiente tabla.

CAMPODESCRIPCINEJEMPLO

Base de datosSelecciona la base de datos donde estn los componentes.Master Database

GrupoGrupo de componentes de misma funcin.Analog

FamiliaGrupo de componentes similares.OPAMP

ComponenteEscogemos el componente deseado.TL082CP

SmboloRepresentacin grfica del componente.

FuncinRol que cumplen los componentes en el esquemticoDual JFET-Input General-Purpose Operational Amplifier

Tipo de componenteMaterial del que est hecho el componente-

ToleranciaMargen de error en el valor del componente-

Modelo y fabricanteNos muestra quin hizo el componenteIIT/TL081_2

Norma/encapsuladoSistema estndar que utilizaANSI

Hipervnculo--

INSTRUMENTOS VIRTUALES6. Agrupar los diferentes instrumentos que el Multisim nos ofrece en las siguientes categoras.a. Instrumentos AC y DCNombreFuncinconoSmboloPanel

Generador de funcionesGenera ondas seno, triangular y rectangular con una frecuencia y amplitud.

Bode PlotterRealiza una grfica entre la frecuencia y la ganancia de una onda.

Frequency counterMide a la frecuencia, periodo, pulso y aumento / cada.

b. Instrumentos Digitales y LgicosNombreFuncinconoSmboloPanel

Word GeneratorManda seales digitales de palabras dentro de un circuito.

Logic ConverterRealiza conversiones lgicas entre tabla, diagrama y funciones lgicas.

Logic AnalyzerNos muestra el diagrama de tiempos de una seal digital.

c. Instrumentos de RFNombreFuncinconoSmboloPanel

IV AnalyzerGrafica la curva Corriente Voltaje de diodos y transistores.

Distorsion AnalyzerCalcula la distorsin de amplificadores y dispositivos que deben funcionar en forma lineal.

Spectrum AnalyzerDeterminar el espectro de frecuencia de las seales no senoidales

Network AnalyzerMide los parmetros S de redes con caracteres de SMITH, crculos de estabilidad y las impedancias de acoplamiento

d. Instrumentos virtuales de fabricantesNombreFuncinconoSmboloPanel

Agilent Function GeneratorGenerador de funciones de Agilent

Agilent MultimeterMultimetro de Agilent

Agilent OscilloscopeOsciloscopio de Agilent

Tektronix OscilloscopeOsciloscopio de Tektronix

e. Puntas de pruebaNombreFuncinconoSmboloPanel

MultimeterMide tensin, corriente, resistencia y ganancia.

WattmeterMide potencia con seales de voltaje y corriente

OscilloscopeMuestra el comportamiento de hasta dos seales elctricas

Four cannel OscilloscopeOsciloscopio de hasta 4 seales

7. Describa los siguientes instrumentos:a. Bode Plotter: Grafica la relacin entre frecuencia y ganancia.b. Word Generator: Envia palabras en forma de datos digitales dentro de un circuito.c. Logic Analyzer: Analiza el diagrama de tiempos de seales digitales.d. Logic Converter: Convierte representaciones digitales a su equivalente, es decir, entre tabla de verdad, diagrama o esquema lgico, y funciones lgicas.e. IV Analyzer: Mide la curva corriente voltaje de diodos, transistores, etc.f. Spectrum Analizer: Determinar el espectro de frecuencia de las seales no senoidales.SIMULACIN DE CIRCUITOS ANALGICOS8. Estudie la respuesta de un circuito RLC.

En el Bode Plotter

9. Observando los resultados de la simulacin, conteste:a. Qu tipo de circuito se est simulando? Es un circuito RLCb. Cul es la frecuencia de resonancia del circuito? Segn la frmula: , la frecuencia de resonancia sera 50,33 kHz. El cual es muy cercano al valor obtenido por el Bode Plotter.10. Utilizando el instrumento IV Analyzer, determine la curva caracterstica para el diodo 1N4007 y el transistor 2N3055.a. Diodo 1N4007

b. Transistor 2N3055

SIMULACIN DE CIRCUITOS DIGITALES11. Utilizando el Logic Converter, genere la tabla de verdad del circuito lgico siguiente.

Obtenemos la siguiente tabla de verdad.

12. Para la tabla de verdad siguiente, utilizando el Logic Converter:ABCY

1011

1110

1001

1100

0011

0111

0001

0101

a. Obtenga la funcin lgica Y

Y = A'B'C'+A'BC'+AB'C'+AB'C+ABC'+ABCY (simplificado) = C'+Ab. Implemente la funcin lgica sin simplificar.

APLICACIN DE LO APRENDIDOc. Implemente un control PID con opamps.

En la siguiente grafica se ve el comportamiento del proceso de control, donde la variable del proceso es igual Set point.

d. Realizar la simulacin de un conversor de cdigo BCD a EXCESO 3 utilizando el Word generador. Poner a la salida del circuito integrado un display de 7 segmentos para observar la simulacin.Cdigo BCD: Decimal codificado en binario es un estndar para representarnmeros decimalesen elsistema binario, en donde cada dgito decimal es codificado con una secuencia de 4bitsEXCESO 3: Elcdigo Exceso 3se obtiene sumando "3" a cada combinacin del cdigo BCD natural. Ver la tabla inferior a la derecha.

Conexin en multisim:

Se obtuvo la siguiente grfica:

e. Realice el diagrama Ladder de un arranque Estrella Tringulo.Para realizar el circuito de fuerza se us el programa CADE-SIMU.

Circuito de mando en Multisim con diagrama ladder:

PREGUNTAS1. Cmo diferenciara en un esquemtico de Multisim los componentes reales de los virtuales?Cuando seleccionamos un componente en Multisim y lo ubicamos en nuestro esquemtico, estamos insertando un componente virtual y, adems, es de color negro. Tenemos la opcin de escoger tambin un componente real, agregndole si deseamos una tolerancia o margen de error. Este componente tendr el color azul y ser un componente real.

2. Qu es un footprint?El footprint, o huella en espaol, se refiere a la disposicin fsica que se requiere en la placa de circuito impreso con el fin de montar un componente o unin fsica.

3. Qu es un DRC y cmo se realiza?Un DRC es el conjunto de reglas de diseo que dispone el usuario al programa para realizar un PCB (circuito de diseo impreso). Se designan reglas tales como el grosor de los Pads o vas, los ngulos que tendrn en sus curvas, el tamao de los agujeros, su forma, la separacin entre componentes, etc. Esto se realiza en software de diseo de PCB tales como Ultiboard, Eagle o Proteus (Ares).

4. Cmo se crea un componente? Haga un diagrama de flujo del proceso para la creacin de un componente (analgico o digital) orientado al diseo PCB.Para crear un componente en Multisim, debemos seguir los siguientes pasos:1) Ingresar informacin inicial del componente en el men Tools / Component Wizard. Debemos ingresar nombre, autor, funcin, tipo de componente e indicar si se usar solo en simulacin, solo en PCB o en ambos.2) Luego, debemos ingresar el Footprint que tendr el componente al crear un PCB. Podemos escoger uno ya listo o crear uno nuevo.3) Creamos ahora el smbolo que tendr el componente en la simulacin. Aqu seleccionamos el smbolo tanto en norma DIN como en ANSI.4) Ahora asignamos los parmetros de los pines y realizamos un mapeo para asignar los pines del componente de simulacin a los pines del componente del PCB.5) En el siguiente paso, debemos asignar un modelo de simulacin, el cual lo podemos descargar de un fabricante, o crearlo nosotros mismos y luego cargarlo al componente.6) Luego debemos realizar el mapeo de los pines del smbolo a los pines del modelo.7) Guardamos nuestro componente creado en una base de datos.8) Finalmente realizamos pruebas del componente creado. En el Mutisim creamos un circuito y usamos los instrumentos de medicin, si lo obtenido resulta lo que esperbamos entonces realizamos bien los pasos.9) Y para comprobar su footprint, entramos al Ultiboard y observamos su huella. Si todo est conforme entonces podremos usar el nuevo componente para realizar PCBs.

DIAGRAMA DE FLUJOINICIO

Entramos al men Tools / Component Wizard

SUsaremos el componente en PBC?

Creamos el footprint del componente.Ingresamos informacin inicial del componente.

NO

Creamos el smbolo del componente.

Asignamos los pines del smbolo.

Asignamos el modelo de simulacin.

Mapeamos los pines del modelo al smbolo.

Funciona bien en la simulacin?

NO

Guardamos.

S

Funciona bien en el PCB?

NOSFIN

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Debemos conocer a todos los elementos del Multisim para lograr que la simulacin de un esquemtico sea correcta. Los instrumentos nos ayudarn a saber si el esquemtico se comporta como nosotros deseamos. El software multisim es un simulador muy potente, el cual nos permite crear nuestros propios diseos y a comprobar si funcionan, para luego implementarlo. Se logr ver que existe la manera de crear nuestros propios componentes, esto ayudara mucho en los casos donde el programa no lo tenga. Se llega a concluir que los instrumentos del software multisim como: osciloscopio, multmetro, bode plotter, Word generator, entre otros, son herramientas bsicas para analizar circuitos. Esto fue comprobado con la visualizacin se seales proporcionadas por los instrumentos, los cuales nos ayudaron a entender mejor el comportamiento de los circuitos dejados en la aplicacin. Se observ que se requiere componentes reales para pasar nuestro diseo de multisim a ultiboard de manera satisfactoria. Finalmente se logr aprender conceptos de simulacin en tiempo real y a utilizar las herramientas que proporciona el programa para simular circuitos analgicos y digitales.

RECOMENDACIONES

Se recomienda crear componentes que no tenga el software multisim (diseo propio). Para lo cual se recomienda hacer un estudio de estos. Se recomienda usar la herramienta de ayuda de multisim, ya que proporciona buena informacin de cmo funciona el componente, instrumento y otros.

BIBLIOGRAFA

http://es.wikipedia.org/wiki/Simulador_de_circuitos_electr%C3%B3nicos#Ventajas http://electronica.yoreparo.com/laboratorios_virtuales/programas-de-diseno-electronico-y-simulacion-t316534.html http://electronicacompleta.com/simuladores-de-circuitos/introduccion-al-multisim/ http://www.ni.com/white-paper/9392/es/ http://electronicacompleta.com/simuladores-de-circuitos/instrumental-en-multisim/