ÍNDICE:

02

1

INTRODUCCIÓN

03

2

PANTALLA PRINCIPAL

03

2 .1 COMO DIBUJAR UN CIRCUITO

04

3

05

MEDIDAS CON EL MULTÍMETRO

3.1 MEDIDA DE RESISTENCIAS

05

3.2 MEDIDA DE TENSIONES

07

3.3 MEDIDA DE CORRIENTES

08

4

08

MEDIDAS CON EL OSCILOSCOPIO

4.1 CIRCUITO RC EN ALTERNA

08

5

12

ANÁLISIS DE TRANSITORIOS

5 .1 DESCARGA DE UN CONDENSADOR

12

5.2 CARGA DE UN CONDENSADOR

15

6

16

ANÁLISIS DE LA RESPUESTA EN FRECUENCIA DE UN CIRCUITO

6.1 RESPUESTA EN FRECUENCIA CON "ANÁLISIS DE CA"

17

6.2 RESPUESTA EN FRECUENCIA CON EL "TRAZADOR DE BODE"

18

7

20

DISEÑO Y SIMULACIÓN DE CIRCUITOS DIGITALES

7.1 CIRCUITOS INTEGRADOS TTL

20

7.2 CIRCUITOS INTEGRADOS CMOS

20

7.3 COMPONENTES DE VISUALIZACIÓN E INDICADORES

20

7.4 DIODOS LED

21

7.5 INTERRUPTORES, PULSADORES Y PINES DE PRUEBA

21

8

22

SIMULACIÓN DE CIRCUITOS DIGITALES

8.1 SIMULACIÓN DE UN CIRCUITO LÓGICO

22

9

24

INSTRUMENTOS PARA CIRCUITOS DIGITALES

9.1 CONVERSOR DE FUNCIONES LÓGICAS

24

9.1.1

OBTENCIÓN DE LA EXPRESIÓN BOOLEANA SIMPLIFICADA

25

9.1.2

IMPLEMENTACIÓN DE UNA FUNCIÓN LÓGICA

26

9.1.3

OBTENCIÓN DE LA TABLA DE LA VERDAD DE UN CIRCUITO LÓGICO

9.2 GENERADOR DE DATOS DIGITALES

27 29

9.2.1 SIMULACIÓN DE UN CIRCUITO COMBINACIONAL UTILIZANDO EL GENERADOR DE DATOS DIGITALES 9.3 ANALIZADOR LÓGICO 9.3.1 OBTENCIÓN DEL CRONOGRAMA DE UN CIRCUITO DIGITAL

31 32 34

1 Introducción El programa Multisim es una versión nueva del programa Electronic Workbench. Muy utilizado para la simulación de circuitos electrónicos, tanto analógicos como digitales. La utilización de este programa es un buen comienzo para el aprendizaje de la electrónica por parte del alumno. En este pequeño tutorial se van a describir las pantallas y componentes de los que consta el programa para poder realizar simulaciones tanto de circuitos analógicos como de circuitos digitales.

2 Pantalla principal La pantalla principal del Multisim (Fig. 1) muestra en su parte superior un menú y una barra de botones, para acceder a algunas funciones sin tener que entrar dentro del menú. Dichas barras se pueden activar o desactivar entrando en "Vista" y seleccionando "Barras de Herramientas". Las barras de componentes y de instrumentos se activan desde la barra de herramientas.

Figura 1: Pantalla Principal El programa Multisim posee una gran base de datos de diferentes componentes electrónicos, ofreciéndonos la posibilidad de crear nuevos componentes. Una manera sencilla de localizarlos, es seleccionarlos desde la barra de componentes. Dicha barra está situada por defecto a la izquierda de la pantalla principal, y nos permite acceder a diferentes paletas donde encontraremos el componente que buscamos. Sino aparece la barra de

componentes, se puede activar seleccionando la opción "Barra de Componentes" que forma parte de la función "Vista" situada en el panel del menú.

Figura 2: Menú de componentes

2.1 Como dibujar un circuito El primer paso para dibujar un circuito es seleccionar los componentes. Una vez se ha seleccionado un componente se pueden cambiar sus características como puede verse en la Fig. 3. Después de colocar los componentes se han de conectar. Para esto hay que hacer "clic" con el botón izquierdo del ratón sobre el extremo del componente y arrastrar el ratón hasta el punto al que se quiera unir. Fig. 4.

Figura 3: Parámetros de la Resistencia

Figura 4: Conexión de componentes

3 Medidas con el multímetro 3.1 Medida de resistencias Para medir resistencias se tiene que seleccionar el símbolo Ω del multímetro y colocar sus puntas entre los extremos del circuito de los que se quiere medir la resistencia (Fig. 5). Una vez conectado hay que activar el botón RUN que está en la esquina superior derecha de la pantalla principal del programa.

Figura 5: Conexión del multímetro para medir resistencias En el caso de que se quiera medir la resistencia equivalente de un circuito que tenga fuentes de tensión o de corriente (Fig. 6), primero se debe desconectar las fuentes y después conectar el multímetro. Recordamos que desconectar una fuente de tensión equivale a cortocircuitarla y una fuente de corriente equivale a dejarla en circuito abierto. En la figura 7 se muestra como habría que conectar el multímetro si quisiéramos medir la resistencia de Thevenin o equivalente del circuito de la fig.6 entre los terminales de la resistencia de 2 KΩ.

Figura 6: Circuito con fuentes de tensión y de corriente

Figura 7: Circuito con fuentes de tensión y de corriente

3.2 Medida de tensiones Para medir tensiones o diferencias de potencial hay que conectar el multímetro entre los nodos correspondientes y seleccionar la opción "V" de voltios. La Fig. 8 muestra como medir la tensión sobre la resistencia de 2KΩ del circuito.

Figura 8: Conexión de un multímetro para medir tensión

3.2 Medida de corrientes Para medir corrientes o intensidades hay que conectar el multímetro en serie con el elemento cuya corriente se quiere medir y seleccionar la opción "A" de amperes. La Fig. 9 muestra como medir la corriente por la resistencia de 2KΩ del circuito.

Figura 9: Conexión de un multímetro para medir corriente

4. Medidas con el osciloscopio El osciloscopio es un instrumento que nos permite visualizar la forma de inda de una tensión, y con ello medir amplitudes, frecuencias y desfasaje entre dos señales.

4.1. Circuito RC en alterna: Armamos el siguiente circuito:

Figura 10: Conexión del osciloscopio El osciloscopio dispone de 2 entradas de señal, que en este caso conectaremos una, canal B al capacitor y el otro, canal A, a la fuente, dispone de dos terminales para la masa o referencia de la señal, las que se encuentran unidas internamente, por lo que basta con conectar solo una (Fig. 11).

Figura 11: Conexión del osciloscopio con masa común Luego de armado el circuito comenzamos con la simulación. Hacemos doble clic en el osciloscopio y se despliega la siguiente pantalla (Fig. 12).

Figura 12: Pantalla del osciloscopio En ella podemos ver las dos ondas, pero como tienen el mismo trazo y color es difícil diferenciarlas, por lo que vamos a cambiar el color de una de ellas. Para esto hacemos clic con el botón derecho sobre la conexión del canal al que vamos a cambiar de color y despliega el menú de la figura 13:

Figura 13: Menú para cambio de color de las trazas en el osciloscopio

Luego de elegir el color de la traza, el cable cambiará el color de rojo (color por defecto), al color seleccionado. Al iniciar la simulación, la señal tendrá el color elegido. En la Fig. 14 se puede ver en color rojo la señal del canal A y en color azul la del canal B. Se puede cambiar tanto la escala vertical (amplitud) como la escala horizontal (tiempo). Por ejemplo la señal del canal A ocupa 2 cuadros en la tensión de pico y esta seleccionada una amplitud por cuadro de 1 Voltio, por lo cual su valor de pico será de: 2 cuadros x 1 V/cuadro = 2 V de pico. En cambio la señal del canal B tiene un valor de: 1.5 cuadros x 20 mV = 30 mV de pico.

La medición de la frecuencia de una señal se hace de forma indirecta, primero se mide su periodo y después se aplica la formula F=l/T. Para medir un periodo hay que contar los cuadros horizontales que ocupa y multiplicarlos por el valor de la base de tiempos. En el caso de la señal del canal A se puede observar que su periodo (T) ocupa 5 cuadros y que la base de tiempos está seleccionada a 20 µs por cuadro, por lo cual tenemos que: T = 5 cuadros x 20 (µs/cuadro = 100 µs. La frecuencia (F) será pues de 10 kHz.

Figura 14: Pantalla del osciloscopio En caso de querer medir con mayor precisión se pueden utilizar los cursores como lo muestra la próxima figura (Fig. 15):

Figura 15: Uso de los cursores en el osciloscopio Para medir el ángulo de desfase entre dos señales también hay que hacerlo de forma indirecta. Mediante los cursores se mide el tiempo de desfase (t r) y después se aplica la siguiente regla de tres para hallar el ángulo de desfase: Si T



360°

tr



x

T= Periodo del señal. tr = tiempo de desfase entre las dos señales x = ángulo de desfase entre las dos señales. En la Fig. 13 se puede ver que tr = 24.5 µseg y antes se ha hallado que el periodo era de 100 µseg, por lo tanto el ángulo de desfase es de 88.2°.

5 Análisis de transitorios En este apartado vamos a estudiar dos casos típicos de transitorio:  La descarga de un condensador.  La carga de un condensador

5.1. Descarga de un condensador: Vamos a armar un circuito RC con condiciones iniciales como se ve en la figura:

Figura 16: Circuito de estudio Vamos al menú Simulate  Analyses and Simulation y nos aparece esta ventana:

Figura 17: Pantalla de selección de análisis

Figura 18: Pantalla con valores por defecto para el análisis transitorio

En ella vamos a realizar los siguientes cambios: 

En condiciones iniciales elegimos: Definidas por el usuario.



Tiempo inicial (tiempo en el que queremos que se inicie la simulación): lo dejamos en 0 (cero).



Tiempo final (tiempo en el que queremos que se detenga la simulación): en nuestro caso lo vamos a poner en 0.01 seg.



Dejamos tildado “Configuración de paso de tiempo máximo”, que es el número de pasos de cálculo que hará el programa.

La pantalla queda así:

Figura 19: Configuración de la pantalla de simulación Pasamos ahora a la pestaña donde determinamos las variables que son de nuestro interés, para lo que hacemos clic en la pestaña Salida y pasamos a esta pantalla:

Figura 20: Configuración de la pantalla de variables de salida Acá vemos que están identificadas las magnitudes simulables sobre cada elemento, en C1 la corriente y potencia, igual que en R1, mientras que la tensión es única porque están en paralelo. Vamos a seleccionar la tensión, para ello hacemos clic en V(1) y luego en agregar:

Figura 21: Selección de las variables que vamos a analizar

Hacemos clic en Run y obtenemos la siguiente gráfica:

Figura 22: Gráfica del transitorio de descarga del capacitor Como podemos ver en la gráfica, el capacitor se descarga desde 10V hasta 0V en forma exponencial y negativa por la referencia de corriente.

5.1. Carga de un condensador: Vamos a armar un circuito RC como se ve en la figura:

Figura 23: Circuito para simular la carga del capacitor Mantenemos todo lo inicializado en el caso anterior, con excepción de condiciones iniciales donde vamos a seleccionar configurar a cero, y en el capacitor destildamos la opción de condiciones iniciales. Ejecutamos la simulación y obtenemos:

Figura 24: Carga del capacitor Como podemos apreciar en la figura anterior, con el cursor podemos obtener el valor exacto de los parámetros para cada punto de la gráfica.

6. ANÁLISIS DE LA RESPUESTA EN FRECUENCIA DE UN CIRCUITO Para el análisis vamos a utilizar un circuito RLC como el de la figura 24, donde vamos a analizar la función transferencia, que en este caso es la relación entre la tensión de entrada (de la fuente) y la de salida (sobre el capacitor), para ello tenemos dos posibilidades: 

Respuesta en frecuencia con "Análisis de CA"



Respuesta en frecuencia con el "trazador de Bode"

Figura 24: Circuito de Ejemplo

6.1. Respuesta en frecuencia con "Análisis de CA" Luego de armar el circuito de la figura 21, vamos al menú: Simular  Análisis y simulación y nos aparece la pantalla correspondiente, donde seleccionamos Análisis de Alterna (AC sweep):

Figura 25: Pantalla de Simulación de CA Los parámetros que debemos contemplar en la simulación son:

• Frecuencia inicial: Frecuencia a la que queremos empezar hacer el análisis. • Frecuencia final: Frecuencia final del análisis. • Tiempo de barrido: Tipo de representación del eje horizontal de las frecuencias. • Número de puntos por década: Resolución con la que queremos realizar el análisis. • Escala vertical: Tipo de representación de la ganancia en el eje vertical: dB, lineal, etc. Cuando ya se han seleccionado los parámetros se tiene que hacer clic en Run para empezar la simulación. La pantalla que nos aparecerá será como la de la Fig. 26.

Figura 26: Pantalla de la gráfica de la simulación de CA De observar las gráficas podemos observar que se trata de un filtro pasa bajos de 2° orden, con frecuencia de resonancia cercana a los 45 KHz.

6.2. Respuesta en frecuencia con el trazador de Bode: Conectaremos el instrumento “trazador de Bode” como muestra la figura:

Figura 27: Conexión del trazador de Bode El trazador de Bode tiene dos pares de terminales, uno para la entrada y otro para la salida. Iniciamos la simulación y nos muestra la siguiente gráfica.

Figura 28: Gráficas de magnitud y fase En esta pantalla se pueden seleccionar los siguientes parámetros: 

Representar la magnitud o la fase de la respuesta en frecuencia.



El intervalo de frecuencias a estudiar.



El rango de la escala vertical de magnitud o fase.



El tipo de escala que se quiere utilizar: lineal o logarítmicas.



Se puede desplazar el cursor punto a punto.

Como podemos ver, por los dos métodos se obtienen los mismos resultados.

7. Componentes principales para el diseño y simulación de circuitos digitales A continuación se comentan las paletas de los componentes que se pueden añadir al diseño de circuitos digitales.

7.1Circuitos Integrados TTL

Figura 29: Integrados TTL Podemos encontrar circuitos integrados de compuertas lógicas, de circuitos combinacionales (multiplexores, decodificadores, etc...), como de circuitos secuenciales (flip-flop, contadores, etc...) de la subfamilia estándar (STD) y de la de bajo consumo "low-power Schottky" (LS).

7.2. Circuitos Integrados CMOS Este tipo de familia lógica posee diferentes tensiones de alimentaciones que pueden variar entre 2V y 15V. En la librería del Multisim disponemos IC's de esta familia con tensiones de alimentación de: 2V, 4V, 5V, 6V, 10V, 15V.

Figura 30: Integrados CMOS Igual que ocurre en los IC's de TTL, aquí también encontraremos compuertas lógicas, circuitos combinacionales y circuitos secuenciales, pero de la familia CMOS para diferentes tensiones de alimentación.

7.3 Componentes de visualización e indicadores Uno de los indicadores luminosos más empleados en la simulación de circuitos digitales son las puntas de prueba, nos permiten saber el nivel o estado lógico en el que se encuentran las entradas, las salidas o cualquier punto intermedio del circuito digital. Por defecto la tensión correspondiente a un '1' lógico es de 2.5V, este valor se puede modificar para adecuarlo a la familia o subfamilia lógica con la que estamos trabajando accediendo a sus propiedades, para ello liaremos "doble click" encima del componente.

Figura 31: Componentes de visualización e indicadores

7.4 Diodos LED’s: Se utilizan como indicadores luminosos para comprobar el estado lógico de las salidas o de cualquier otro punto de prueba. El modelo eléctrico es el mismo que el de otro cualquier diodo.

Figura 32: Diodos LED’s

7.5 Interruptores, pulsadores y pines de prueba: Se encuentran en las paletas de Básicos y Electromecánicos

Figura 33: interruptores, pulsadores y pines de prueba

8. Simulación de circuitos digitales: Para simular circuitos con componentes digitales, tenemos dos opciones, la simulación ideal o la real. La opción ideal simula el circuito rápidamente sin considerar variaciones en la energía digital, ni tolerancias internas, como contrapartida la opción real simula el circuito exactamente, pero tarda más que la opción ideal. Al usar una simulación real es necesario agregar la fuente de alimentación VCC y la GND digital aunque no se requieran en el esquema del circuito a simular. Por defecto la opción seleccionada es la ideal, si deseamos cambiarla tenemos que seleccionar la opción Simular  Configuración de Simulación de modo mixto.

Figura 34: Pantalla de selección del modo de simulación

Figura 35: Pantalla de selección de la forma de simulación

8.1. Simulación de circuitos digitales: Realizar la simulación del circuito de la figura siguiente empleando conmutadores para variar el valor de las entradas y usar un LED para visualizar el valor de la salida.

Figura 36: Circuito digital a simular Ahora vamos a insertar los conmutadores conectando uno de sus terminales a masa y el otro a Vcc. A la salida conectamos un led con una resistencia de 470 Ω para limitar la corriente, y ya podemos variar las entradas y ver como esto afecta a la salida.

Figura 37: Circuito digital a simular con las llaves conmutadoras

9. Instrumentos para el análisis y simulación de circuitos digitales: Son fundamentalmente 4 instrumentos que se encuentran incluidos en la barra de instrumentos (fig. 38).

Figura 38: Barra de instrumentos digitales

9.1 Conversor de funciones lógicas: El conversor de funciones lógicas Fig. 39 nos permite a partir de la tabla de la verdad obtener la expresión booleana simplificada o sin simplificar de la salida de un circuito lógico, su implementación con puertas básicas o con puertas NAND. También a partir de la expresión booleana podemos hallar la tabla de la verdad o realizar la implementación del circuito lógico que cumpla la expresión booleana, o simplemente encontrar la tabla de la verdad analizando un circuito lógico dado.

Figura 39: Conversor de funciones lógicas

Figura 40: Panel del conversor de funciones lógicas

9.1.1. Obtención de la expresión booleana simplificada: Veamos con un ejemplo como lo hacemos a partir de un ejemplo. Sea un circuito de cuatro entradas y una salida que cumple con la siguiente tabla de verdad:

Figura 41: Tabla de verdad

Para ello vamos a colocar en el área de trabajo al conversor de funciones lógicas, y lo abrimos haciendo doble clic sobre el:

Figura 42: Configuración del conversor de funciones lógicas Para llenar la tabla hacemos clic sobre las primeras cuatro variables, y haciendo clic en cada valor de salida, lo asignamos.

Figura 43: Conversión de tabla de verdad a booleana simplificada El apóstrofe indica que la variable está negada.

Esto corresponde a la ecuación: F  B.C

9.1.2. Implementación de una función lógica: Queremos implementar la función lógica: F  A.B  C.D empleando exclusivamente compuertas NAND de 2 entradas. Abrimos el conversor de funciones lógicas y cargamos en la última línea el valor de F, luego seleccionamos la conversión de ecuación a NAND y obtenemos:

Figura 44: Conversión de ecuación a circuito con compuertas NAND

9.1.3. Obtención de la tabla de verdad de un circuito lógico: Vamos a obtener la tabla de verdad del circuito de la figura 45.

Figura 45: Circuito a analizar Una forma de hacerlo es conectar las entradas y salidas al conversor lógico:

Figura 46: Conexión del conversor lógico Hacemos doble clic en el conversor y seleccionamos conversión de circuito lógico a tabla de verdad.

Fig. 47: conversión de circuito lógico a tabla de verdad

9.2. Generación de datos digitales: El instrumento generador de datos digitales nos permite obtener secuencias de palabras de hasta 32 bits de longitud, con lo que podemos excitar a un circuito digital y analizar sus respuestas.

Fig. 48: Generador de datos digitales

Haciendo doble clic sobre el generador, se abre la siguiente pantalla:

Fig. 49: Configuración del generador de datos digitales

A la derecha de la ventana tenemos las diferentes palabras de 32 bits expresadas en hexadecimal que formarán la secuencia con la que trabajaremos, como máximo la secuencia estará compuesta por 8192 palabras generadas al azar. Durante el proceso de simulación se activará el generador, y cada uno de los bits que forma la palabra a transmitir, será enviado en paralelo a los terminales de salida. El valor de cada uno de los bits aparecerá representado en los círculos correspondientes a los terminales de salida que están situados en la parte inferior de la ventana anterior. Para cambiar el valor de los bits de las palabras a generar, seleccionamos la palabra que vamos a modificar y escribimos su nuevo valor en cualquiera de los tres campos de representación de que disponemos (Hexadecimal. ASII o binario), usando el formato de codificación apropiado. La creación de la secuencia de palabras a generar, consiste en especificar mediante 4 dígitos hexadecimales el inicio de la secuencia y el final, rellenando los campos "Initial" y "Final". Mediante el panel de control (Fig. 50) podemos seleccionar una forma distinta de enviar a las salidas las palabras correspondientes a la secuencia previamente creada o crear una secuencia patrón.

Fig. 50. Panel de control del generador de datos Si elegimos la opción "Ciclo", se enviarán las palabras de forma repetitiva siguiendo la secuencia creada con anterioridad, hasta el momento en que pulsemos "Ciclo" nuevamente. La opción "Ráfaga", nos permite enviar la secuencia de palabras creada de forma consecutiva, empezando por la siguiente a la que está iluminada. Para la ejecución paso a paso de la secuencia establecida tenemos que seleccionar la opción "Paso” cada vez que pulsemos "Paso" se enviará la siguiente palabra de la secuencia establecida. La opción “Configurar" nos abre una nueva ventana (Fig. 51) para poder configurar la secuencia de palabras a generar siguiendo un patrón (contador ascendente, contador descendente, registro de desplazamiento derecha o registro de desplazamiento izquierda), guardar la secuencia creada o abrir una secuencia que habíamos guardado previamente.

51. Configuración de la secuencia patrón

9.2.1 Simulación de un circuito combinacional utilizando el generador de datos digitales Realizar la simulación de una conversión de código BCD - siete segmentos (74LS47) utilizando el generador de datos digitales. Implementaremos el esquema del circuito a simular conectando los terminales de salida correspondientes a los 4 bits bajos de los terminales de salida del generador de datos a la entrada BCD del conversor 74LS47. Emplearemos el generador de datos digitales para suministrar al conversor 74LS47 todas las combinaciones posibles de la entrada y conectaremos las siete salidas al display de 7 segmentos de ánodo común.

Generaremos una secuencia de 16 palabras de 4 bits que se irán incrementando siguiendo el patrón de un contador ascendente de 4 bits, para ello: Indicaremos como inicio de la secuencia la posición 0000H y como final la posición 000FH. Seguidamente configuraremos desde el panel de control y escogeremos "Contador Arriba”. Como frecuencia seleccionaremos 100Hz para poder observar los valores generados en el display.

52. Simulación del circuito

9.3. Analizador lógico: Permite observar la evolución temporal de hasta 16 señales distintas.

53. Analizador lógico Si hacemos doble clic nos aparece la pantalla de configuración del analizador lógico

54. Pantalla del analizador lógico La señal de reloj avisa al analizador lógico cuando debe leer una muestra. Para su configuración seleccionamos “Configurar”, si elegimos interna podremos modificar la frecuencia

55. Configuración de la señal de reloj La señal de entrada "Clock Qualifier" se utiliza para filtrar la señal del reloj. Si se fija a "x", esta deshabilitada, así que la señal del reloj determina cuando se leen las muestras. Si se fija a "1" o a "0", se leen las muestras solamente cuando la señal del reloj coincide con la señal seleccionada del "Clock Qualifier". También podemos fijar el número de muestras que se visualizarán antes y después del disparo. El analizador lógico dispone de una serie de opciones para configurar el "disparo" (Fig. 55). Para acceder a ellas tenemos que seleccionar "configurar" en la correspondiente sección. Dichas opciones nos permitirán seleccionar si el analizador se disparará (comenzará la

visualización) cuando aparezca el primer flanco de subida, de bajada o ambos, en la señal de reloj. Mediante la opción "Pattem" se iniciará la visualización cuando tengamos en los terminales de entradas un determinado patrón o una combinación de diferentes patrones.

56. Configuración del disparo La señal de entrada "Trigger Qualifier" se utiliza para filtrar la señal de disparo. Si se fija a "x", está deshabilitada, así que la señal de disparo determina cuando se realiza el disparo. Si se fija a "1" o a "0", el disparo se realizará solamente cuando la señal de disparo coincida con la señal seleccionada del "Trigger Qualifier".

9.3.1 Obtención del cronograma de un circuito digital Obtener un cronograma del circuito de la Fig. 57 que refleje los valores de las salidas S1 y S2 para todas las posibles combinaciones de los valores de las entradas A, B y C, siendo la entrada C el bit más significativo del siguiente circuito digital implementado con un decodificador y puertas lógicas.

57. Circuito digital a analizar

Una vez dibujado el esquema del circuito digital en el área de trabajo insertaremos los instrumentos necesarios para realizar la simulación; el generador de datos y el analizador lógico. A continuación conectaremos las 3 entradas A, B y C a los terminales de salida del generador de datos correspondientes a los 3 bits bajos y a los 3 primeros terminales de entrada del analizador lógico. Seguidamente conectaremos las dos salidas S1 y S2 a los 2 terminales siguientes del analizador lógico.

58. Elementos empleados en el análisis Ahora solamente nos queda configurar los dos instrumentos, pero antes modificaremos el identificador de nodo de las líneas que hemos conectado a los terminales de entrada del analizador lógico para que las señales que obtengamos en el cronograma tengan el mismo nombre que les hemos asignado en el esquema, por defecto el programa Multisim asigna un número diferente a cada línea o nodo del esquema que dibujamos para su identificación. Hacemos "doble click" encima de aquellas líneas que queramos modificar y cambiamos el nombre asignado a dicho nodo Fig. 59.

59. Modificación el nombre de nodo Tenemos que generar una secuencia de 8 palabras de 3 bits diferentes para obtener todas las posibles combinaciones que podemos aplicar en la entrada del circuito a simular Fig. 60. para ello: Entraremos en la ventana de configuración del generador de datos indicando como inicio de la secuencia la posición 0000H y como final la posición 0007H. Seguidamente introduciremos las 8 palabras escribiendo sus valores en cualquiera de los tres campos de representación de que disponemos (Hexadecimal, ASCII o binario). Como frecuencia escogeremos 500 Hz. Para la configuración del analizador lógico, tenernos que configurar la señal de reloj y la señal de disparo. Escogeremos la señal de reloj interna a una frecuencia de 1 KHz, ya que las señales de entrada del circuito varían a una frecuencia de 500 Hz. Seguidamente configuraremos la señal de disparo para que se realice en el flanco descendente de la señal de reloj, de esta manera podremos visualizar correctamente las señales en el cronograma desde el momento inicial. Una vez que hemos configurado los instrumentos iniciaremos la simulación seleccionando la opción "Ráfagas" del generador de datos, y en la ventana de visualización del analizador lógico obtendremos un cronograma que nos reflejará el comportamiento del circuito para cada una de las combinaciones de las variables de entrada, una vez tenemos el cronograma correspondiente a la secuencia generada ya podemos detener la simulación. Seleccionando Vista  Graficador podremos ver el gráfico obtenido en una ventana como la que sigue:

60. Gráfico del cronograma obtenido A este gráfico podemos importarlo, salvarlo en un archivo, etc.

Medición de una impedancia en Corriente Alterna Problema: Quiero encontrar la impedancia de un circuito y no encuentro esa opción en los instrumentos. ¿Cómo puedo hacer esto? Solución: En Multisim está la opción muy potente, Añadir Expresión, que le permite introducir una ecuación matemática, mientras se hace un análisis. Dado que la frecuencia es una variable para calcular la impedancia, debe ejecutar el análisis AC. En el siguiente ejemplo, vamos a analizar un circuito RC simple como se muestra en la figura 61:

Figura 61: Circuito RC simple A 1 Khz: Z = (1000 - j159) Ω En forma polar es: 1012.56 / -9° La ley de Ohm dice: V = Z.I Si trabajamos en forma polar tenemos:

donde: 9° = 0.157 [rad]

El valor de la impedancia es:

Y el valor de la fase de la impedancia es:

Análisis en AC en Multisim: 1. Colocamos una punta de prueba en el nodo 1, esto nos permite encontrar el valor de la corriente y la tensión en el análisis de AC. La punta de prueba se encuentra en Place  Probe. En esa ventana elegimos el tipo de punta de prueba que vamos a usar

Figura 62: Selección del tipo de punta de prueba 2. Hacemos luego clic en el cable donde queremos colocar la punta.

Figura 63: Circuito RC simple con puntas de prueba 3. Vamos a Simular  Análisis y Simulación  Análisis de CA. Seleccionamos la pestaña Salida y allí seleccionamos Añadir Expresión. 4. En el listado de la columna Funciones buscamos y seleccionamos con doble clic mag() y luego clic en Copiar función a expresión.

5. En el campo Expresión, clic entre los paréntesis para situar el cursor, luego seleccionar V(probe) en la columna Variables 6. A continuación tipiamos “/” y repetimos los puntos 3 y 4 seleccionando esta vez I(probe), de modo que la en el campo expresión nos queda: mag (V(Probe1)) / mag (I(Probe1))

7. Clic en OK 8. Clic nuevamente en Añadir Expresión 9. Esta vez seleccionamos la función ph() (fase), repetimos el proceso en forma similar al caso anterior para obtener la expresión: ph (V(Probe1)) – ph (I(Probe1))

10.

Hacemos clic en Run y nos aparece el Graficador.

11.

Seleccionar Cursor » Mostrar Cursores

12. Deslizamos el cursor a 1Khz

Figura 3: Visor de Gráficos

13. En la gráfica x1 muestra la frecuencia (1.0000 Khz) e y1 muestra la magnitud (= 1.012 K) y la fase (= 157 m[rad]) lo que es aproximadamente igual al valor calculado con las ecuaciones. La diferencia estriba en los redondeos que se hizo en el cálculo.

Subcircuitos en Multisim Se llama subcircuito a cualquier circuito o porción de un circuito, que puede representarse como un bloque. (Ver Osciloscopio Agilent.ms14). Esto toma importancia cuando el diseño de un circuito consta de varias partes que pueden diseñarse y armarse por separado. El ejemplo más simple sería una fuente que alimenta un circuito, puedo diseñar y simular la fuente, separándola como un subcircuito conectado al circuito principal. Supongamos el siguiente circuito:

El circuito corresponde a un rectificador de onda completa, que trabaja como fuente de alimentación que alimenta un impedancia RC compuesta por la resistencia de 1 KΩ y un capacitor de 0.1 µF. Vamos a incluir a la fuente en un bloque como subcircuito

Para ello vamos a seleccionar con el mouse a estos elementos dentro nuestro circuito:

Y haciendo clic con el botón derecho nos aparece el siguiente menú:

Y tomamos la opción Reemplazar por Subcircuito, entonces se abrirá una ventana para colocar el nombre del subcircuito, que en este caso llamaremos “Fuente”:

Damos y nos aparece:

Ahora colocamos el bloque donde nos quede cómodo y la pantalla nos queda de esta forma:

Donde nos queda identificado el bloque con el nombre que le dimos y mantiene la/s conexión/es que tenía. Si queremos abrir el circuito resumido en el bloque, hacemos doble clic en el y nos aparece esta pantalla:

Hacemos clic en y nos aparece el circuito:

Prestemos atención a la parte de Herramientas de Diseño, donde en el diagrama jerárquico nos aparece el subcircuito Fuente, que es otra forma de acceder a esta parte del circuito.

Conexiones Virtuales en Multisim Una característica sencilla pero poderosa de Multisim que ayuda a organizar de una mejor manera nuestros circuitos se conoce como conexión virtual. Una conexión virtual sirve para conectar dos nodos o más nodos en un circuito de manera no cableada, de este manera se ahorra trazar cables y por lo tanto se simplifica el diseño. Veamos un ejemplo. En el siguiente circuito debemos conectar la alimentación positiva y negativa (fuentes V1 y V2) a las terminales 8 y 4 del amplificador operacional:

Podríamos simplemente realizar conexiones desde las fuentes a las terminales respectivas pero para simplificar el cableado utilizaremos conexiones virtuales. Para empezar vamos a reorganizar las fuentes de la siguiente manera:

Acá hemos creado los nodos (+V y -V) en las fuentes V1 y V2 respectivamente (para crear esos nodos basta con dar clic en la terminal de la fuente, trazar el nodo y dar clic en el espacio de trabajo; después hay que renombrar el nodo, basta con dar doble clic sobre el nodo para abrir su configuración y cambiar el nombre).

Ahora bien, el objetivo es conectar los nodos +V y –V de manera virtual (sin cables) a las terminales 8 y 4 del amplificador operacional. Para esto dibujemos dos nodos en las terminales de alimentación tal como se ilustra en la siguiente figura:

Ahora damos doble clic en el nodo 3 y lo renombramos a +V. Al seleccionar Aceptar Multisim me dirá que dicho nodo ya existe y ofrecerá conectar ambos nodos mediante un conector especial llamado conector En Página, o bien si deseo renombrar el nodo para que no haya conflicto:

Seleccionamos la primera opción y damos clic en Aceptar. Multisim conectará virtualmente los nodos +V mediante conectores En Página:

Repitiendo el mismo procedimiento para el nodo -V tenemos:

Como podemos ver, las conexiones virtuales son una forma excelente de simplificar el cableado de los circuitos. Los conectores En Página también pueden ser colocados de manera manual y se pueden encontrar en el menú Colocar>>Conectores.

Crear un componente personalizado en NI Multisim Reseña: NI Multisim y NI Ultiboard proporcionan una plataforma integrada para diseñar, simular y diseñar un plaqueta completa de circuito impreso (PCB). El Administrador de la base de datos al ser altamente flexible hace que sea fácil de añadir un nuevo modelo de simulación SPICE a un símbolo esquemático definido por el usuario, que luego puede transferir una huella exacta de su disposición a la PCB. Crear un componente personalizado en NI Multisim y en NI Ultiboard se puede aprender intuitivamente y rápidamente a crear sus propios componentes personalizados. Tabla de contenidos Introducción 1. Paso 1: Introduzca Información del Componente inicial 2. Paso 2: Introduzca Huella y la información de paquete 3. Paso 3: Introducción de información Símbolo 4. Paso 4: Configurar Parámetros Pin 5. Paso 5: información cartográfica situado entre símbolo y huella Layout 6. Paso 6: Seleccione el modelo de simulación 7. Paso 7: Mapa de símbolos Pines a los nodos Modelo 8. Paso 8: Guardar componentes en la base de datos 9. Probar el nuevo componente en Multisim 10. Recursos adicionales

1. Introducción

Este tutorial es el primero de una serie de artículos sobre la creación de componentes en NI Multisim y NI Ultiboard. El propósito de este tutorial es explicar cómo podemos crear nuestros propios componentes para la simulación y / o diseño de la placa de circuito impreso (PCB) desde Multisim. Vamos a crear el componente y luego verificar su funcionamiento. El Asistente para componentes es la herramienta principal que se utiliza para crear componentes personalizados en Multisim, y le guía a través de todos los pasos necesarios para crear un nuevo componente. Componentes cuyos detalles incluyen símbolos y opcionalmente pines, el modelo y la información de la huella. Pasos en el proceso de creación son:

 Introducción de la información de los componentes.  Selección del tamaño y la configuración de los componentes.  Selección y / o editar el símbolo del componente.  Establecer parámetros pin.  Asignación de los pines de símbolos a los pines de la huella.  Selección del modelo de simulación.  Asignación de los pines de símbolos a los pines modelo.  Ahorro de la parte de la base de datos.

El tutorial nos guiará a través del proceso de creación de una simulación y componentes compatibles con el diseño de PCB en Multisim. En aras de la exhaustividad, aprenderemos cómo crear un componente avanzado con dos secciones. Vamos a crear una pieza con dos símbolos esquemáticos, dos modelos, pero sólo una huella. Muchos de los componentes son fáciles de crear y no todos los pasos que se indican son necesarios en la

mayoría de circunstancias. Multisim también permite a los usuarios crear componentes para simulación únicamente o para layout.

En la segunda parte del proceso de creación de componentes, titulado Creación de un componente personalizado en NI Ultiboard, se describe cómo crear un landpattern (huella para componentes de montaje superficial) en Ultiboard. Este landpattern se crea manualmente con el fin de definir con precisión la forma, tamaño, y las dimensiones de un dispositivo de montaje superficial (SMD). Esta huella se puede añadir a la base de datos Multisim para definir un componente personalizado.

Componentes de Sección simple versus componentes de múltiples secciones

Un componente de una sola sección es un componente que tiene un solo dispositivo por chip. Un componente de múltiples secciones es un componente que tiene múltiples compuertas o dispositivos por chip. Ejemplos de dispositivos de múltiples secciones incluyen a compuertas lógicas o amplificadores operacionales. Cada uno de estos dispositivos dentro del chip se identifican con letras desde la A a la Z.

Componentes para Simulación

Están diseñados para ayudar a verificar los diseños, por lo que no se transfieren al diseño de la placa. No hay huella asociada con ellos, y sus símbolos son de color negro por defecto en el entorno Multisim para identificarlos fácilmente. Un ejemplo de un componente que se usa sólo en simulación es una fuente de tensión ideal.

Componentes para Layout

Estos componentes no contribuyen a la simulación. No tienen modelo SPICE asociado o modelo de comportamiento. Se conecta en paralelo con el circuito y no tendrá ningún impacto en la simulación. Cuando se conecta en serie, se va a crear un circuito abierto. Estos componentes son de color verde en el entorno Multisim. Un ejemplo de un componente de este tipo de componentes es un conector.

Creación de un componente: Texas Instruments ® THS7001 en NI Multisim

El Texas Instruments ® THS7001 es un ejemplo de un componente de múltiples secciones. Este componente tiene un amplificador de ganancia programable (PGA) con una etapa de pre-amplificación separada presentado en un solo circuito integrado (IC). En este chip, ambos comparten el las secciones de alimentación y conexiones a la tensión de referencia. La ganancia programable se controla digitalmente a través de tres entradas compatibles con TTL. Para más detalles sobre este componente, consulte el archivo datasheet_ths7001.pdf ubicado en la sección Descargas. En los pasos siguientes, aprenderemos a utilizar el Asistente para componentes para crear el THS7001 en Multisim. 2. Paso 1: Ingresar la información inicial del componente

1. Seleccionar Tools » Component Wizard del menú principal de Multisim. La ventana del Component Wizard se abrirá. 2. Configuraremos esta ventana como se muestra en la figura siguiente.

Figure 1. Información del componente THS7001. 3. Clic Next para continuar. 3 Paso 2: Ingresar información de la huella y el encapsulado. En este paso, introducimos la información de la huella. De acuerdo con la hoja de datos, este componente utiliza el PowerPad (PWP) huella HTSSOP-20. Seleccionaremos esta huella de la base de datos principal de Multisim. 1. Haremos clic en el botón Select a footprint y se abre la ventana correspondiente. 2. Seleccionamos la base de datos principal (Master Data Base) en el cuadro de lista de Nombres de la base de datos. 3. Hacemos clic en Filter. Esto nos permite hacer una búsqueda rápida entre los miles de huellas. 4. Hacemos clic en el botón Add row (Agregar fila).

5. Configuramos la ventana de filtro como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Filtrando huellas 6. Clic OK. La ventana Select a Footprint mostrará una lista de las huellas como se ve en la figura 3.

Figura 3. Seleccionando la huella de HTSSOP-20(PWP).

7. Se hace clic en la huella HTSSOP-20(PWP) y luego clic en Select.

Nota: para aprender cómo crear una huella en NI Ultiboard consulte el tutorial Creating a Custom Component in NI Ultiboard (Creando un componente personalizado en NI Ultiboard). Ahora tenemos que definir el número de secciones y pines del componente. En este caso tendremos dos secciones: A la sección del preamplificador, que contiene 7 pines; y B es la sección del amplificador de ganancia programable, que contiene 12 pines. 8. Configuramos los parámetros multisección como muestran las figuras 4a y 4b.

(a)

(b) Nota: En la creación de componentes de secciones múltiples, el número de pines que se utilizarán para el símbolo de la sección no es el número de pines de la huella. En el caso de la THS7001, agregará el conector de masa y el de ahorro de energía a los símbolos de las dos secciones. 9. Clic Next para continuar. 4. Paso 3: Ingresando información del símbolo Después de definir las secciones y la selección de la huella, hay que asignar la información de símbolos para cada sección. El Asistente para componentes genera un símbolo por defecto, sin embargo, se puede modificar este símbolo en el editor de símbolos o copiar uno ya existente de la base de datos principal. Para ahorrar tiempo al crear piezas personalizadas, es recomendable copiar los símbolos existentes en la base de datos Multisim, siempre que sea posible. También se puede cargar archivos de símbolos en el editor de símbolos.

1. Hacemos clic en el botón Edit y abrimos el editor de símbolos (Symbol Editor). 2. Seleccionamos File»Open y seleccionamos el archive pre_amp.sym, este archivo se puede encontrar en la sección descargas (Downloads). El Editor de símbolos carga el símbolo del preamplificador, como se ve en la siguiente figura:

Figure 5. Editor de símbolos. 3. Selecionamos File»Exit para cerrar el Editor de símbolos, si no preguntra si queremos salvar los cambios seleccionamos Yes. El símbolo del preamplificador ahora aparecerá en la ventana preview (vista previa) (Figura 6).

Figura 6. Símbolo del Preamplificador. Asignamos un símbolo para la sección de amplificador de ganancia programable: 4. Colocamos B en el campo Section. 5. Clic en Edit para abrir el Editor de símbolos. 6. Abrimos el archive pg_amp.sym ubicado en la sección Downloads. 7. Seleccionamos File»Exit para cerrar el Editor de símbolos, si nos pregunta si queremos salvar los cambios, seleccionamos Yes. El símbolo del preamplificador ahora nos aparecerá en la ventana de vista previa, como se ven en la siguiente figura:

Figura 7. Símbolo del amplificador de ganancia programable. 8. Clic Next para continuar. 5. Paso 4: Dar valores a los parámetros de los pines En este paso, se puede seleccionar el tipo de modelo de pin (entrada, salida, y así sucesivamente) para cada pin en el símbolo. También se puede configurar si se debe incluir o descartar que pin del Reglamento Eléctrico Check (ERC). Si es necesario, en este paso puede añadir pines ocultos a los componentes. Pines ocultos son alfileres que no aparecen en el símbolo, pero pueden ser utilizados por el modelo y / o la huella. 1. Configure las columnas Section y Type como se muestra en la siguiente figura:

Figure 8. Parámetros de los pines. 2. Clic Next para continuar. 6. Paso 5: haciendo corresponder la información entre el símbolo y la huella Vamos a hacer corresponder los pines visibles del símbolo y con los pines ocultos de la huella del PCB. Debemos asegurarnos que la asignación es correcta comparándola con la información de hoja de datos. Nota: cuando es solo para simulación no es necesario realizar esta parte. 1. Hacemos clic en la celda correspondiente pines de la huella para cada fila y asignamos un número de pin. La ventana de configuración se verá como en la Figura 9. Debemos tener en cuenta que los pines 1 y 17 son pines compartidos.

Figura 9. Correspondencia de la información entre los terminales del símbolo y su distribución de pines. 2. Hacemos clic en Next para continuar. 7. Paso 6: Seleccionando el modelo para simulación Cuando creamos un componente para la simulación, debemos proporcionar los modelos de simulación para cada sección. Podemos obtener o crear nuevos modelos de cuatro maneras: 

Descargando un modelo SPICE del sitio web del fabricante u otra fuente.



Creando manualmente un subcircuito o modelo primitivo.



Usando el Model Maker de Multisim.



O editando un modelo existente.

Multisim provee Model Maker para crear modelos SPICE para las distintas categorías de los componentes en función de sus valores de manuales. Existen modelos de fabricantes de amplificadores operacionales, transistores bipolares, diodos, guías de onda, y muchos otros. Para obtener más información sobre los distintos modelos de los fabricantes, consulte el archivo de ayuda Multisim. Para el THS7001, utilizaremos los modelos compatibles con SPICE proporcionados por los fabricantes. Hay modelos separados para el pre-amplificador y las secciones del amplificador de ganancia programable. Se pueden encontrar en la sección de Descargas. Nota: Si vamos a crear componentes de layout solamente, no hacen falta completar los pasos 6 y 7. 1. Vamos a seleccionar la pestaña A en el campo Section. 2. Clic en Load From File (cargar desde archivo). 3. Abrimos el archivo ths7001_preamp.cir ubicado en la sección Download y se cargará el modelo SPICE del preamplificador y nos aparecerá en la pestaña A lo que muestra la figura siguiente:

Figura 10. Modelo SPICE de la sección preamplificadora. 4. Ahora vamos a seleccionar la pestaña B en el campo Section. 5. Hacemos clic en Load from file (cargar desde archive). 6. Abrimos el archive ths7001_pga.cir ubicado en la sección Downloads y se cargará el modelo SPICE del amplificador de ganancia programable. 7. Clic en Next para continuar. 8. Paso 7: Hacer corresponder los pines del símbolo con los nodos del modelo Debemos asignar los pines del símbolo a los nodos del modelo de SPICE en el orden que establece Multisim para simular correctamente el componente. Para todos los modelos de subcircuitos o macromodelos, los nodos de los modelos suelen estar documentados en el texto de cabecera del modelo de SPICE. También hay una línea que dice que el modelo es un modelo de subcircuito y muestra el nombre del modelo seguido por los modelos de nodos que se conectan a un circuito externo.

Para el THS7001, el modelo de nodos del preamplificador y el amplificador de ganancia

programable

se

listan

en

el

archivo

ths7001_pga.cir

y

ths7001_pga.cir, respectivamente. Podemos abrir estos archivos con un editor de textos. Examinemos las líneas de encabezamiento y subcircuitos (SUBCKT) para el pre-amplificador:

La línea .SUBCKT establece que el modelo es de un subcircuito, y lista el nombre del modelo y muestra los nodos externos. Las líneas de comentarios (SHUTDOWN, OUTPUT, y demás) describen el orden y la operación del modelo de nodos. 1. Una completa la tabla de asignación de pines para el pre-amplificador (sección A), se muestra en la Figura 11. Debe seleccionar los nodos de modelos basados en el orden en el que aparecen en la línea SUBCKT. Debemos seleccionar el modelo de nodos en que nos basamos para que aparezca en la línea SUBCKT.

Figura 11. Tabla de asignación de pines de la sección A. 2. Seleccionamos la pestaña B y completamos la asignación de pines de acuerdo con lo que muestra la siguiente figura:

Figura 12. Tabla de asignación de pines de la sección B. 3. Clic en Next para continuar. 9. Paso 8: Guardar el componente en la base de datos. Una vez que todos los pasos anteriores se han completado, guardamos el componente en la base del usuario o en la base de datos corporativa. 1. Expandimos User Database (la base de datos de usuario). 2. Seleccionamos el grupo Analog. 3. Clic en Add Family y escribimos Amplifiers (o Amplificadores) como el nombre de esta nueva familia de componentes. 4. Clic OK. 5. Clic en Aplifiers (o amplificadores) para resaltar esta familia, como se ve en la figura siguiente.

Figura 13. Guardando el componente en la Base de Datos. 6. Clic en Finish y aparecerá nuestro componente creado (Secciones A y B) en el área de trabajo de Multisim.

Figura 14. Secciones A y B del THS7001 10. Probando el Nuevo componente en Multisim. Después de crear y guardar el componente personalizado, está disponible para su uso en Multisim. Para probar este componente, vamos a utilizar el archivo test_circuit.ms11 ubicado en la sección Downloads. Reemplazamos U2A con la sección A de nuestro nuevo producto y U2B con la nueva sección B. Para sustituir un componente, hacemos doble clic en el componente y seleccionamos Change (cambiar). A continuación, vamos a la base de datos y a la ubicación en que hemos guardado el elemento y y lo seleccionamos.

La Figura 15 ilustra la respuesta esperada para este circuito.

Figura 15. Respuesta en el dominio del tiempo de la PGA con la ganancia ajustada a 111. 11. Creando componentes personalizados en NI Ultiboard (Creating a Custom Component in NI Ultiboard)