simulacion de circuitos con multisim tecnologia industrial i 1º

SIMULACION DE CIRCUITOS CON MULTISIM
TECNOLOGIA INDUSTRIAL I 1º TRIMESTRE
I.E.S. BACHILLER SABUCO
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
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SIMULACION DE CIRCUITOS CON MULTISIM
TECNOLOGIA INDUSTRIAL I 1º TRIMESTRE
1.INTRODUCCION
El programa de simulación eléctrica y electrónica Multisim puede entenderse como
una versión mejorada de su hermano pequeño Electronic Workbench. Utilizaremos este
programa durante este curso para el aprendizaje de los circuitos de corriente continua y de
corriente alterna. No obstante también se puede utilizar para electrónica analógica y digital.
En estos apuntes se van a describir las pantallas y los componentes de lo que consta el
programa para poder realizar simulaciones de tanto circuitos de corriente continua como
alterna.
2. PANTALLA PRINCIPAL
La pantalla principal de Multisim 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 desactiva entrando en “View” y seleccionando “tollbars”. Las barras de
componentes y de instrumentos se activan desde la barra de herramientas.
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El programa Multisim posee una gran base de datos de diferentes componentes
electronicos, ofreciendonos la posibilidad de crear nuevos componente. Una manera sencilla
de localizarlos, es selecionandolos desde la barra de componentes. Dicha barra esta situada
por defecto a la izquierda de la pantalla principal y nos permite acceder a diferentes paleras
donde encontraremos el componente que buscamos. Si no aparece la barra de componentes,
se puede activar selecionando la opción “Component Bars” que forma parte de la función
“View” situada en el panel del menú.
En el lateral derecho superior se encuentra el INTERRUPTOR O/1, el cual permite aplicar o
quitar la corriente eléctrica al circuito que hemos dibujado, en el área de trabajo, con la
finalidad de ponerlo en funcionamiento o apagarlo. Ubique la flecha del mouse en el
interruptor y haga un clic con el botón izquierdo del mouse. Si el interruptor se halla en la
posición de apagado, pasará a la posición de encendido y viceversa.
La barra de componentes posee una serie de casilleros que se muestran desplegados en la
página siguiente y son:
1. (Sources). Casillero de fuentes de alimentación.
2. (Basic). Casillero de componentes básicos.
3. (Diodes). Casillero de diodos.
4. (Transistors). Casillero de transistores.
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5. (Analog). Casillero de circuitos integrados analógicos.
6. (TTL). Casillero de circuitos integrados digitales TTL.
7. (CMOS). Casillero de circuitos integrados digitales CMOS.
8. (Misc. Digital). Casillero Digital.
9. (Mixed). Casillero Mixto (ADC_DAC, 555, PLL, etc.)
10. (Indicators). Casillero de indicadores.
11. (Misc). Casillero de miscelánea (TIL, VHDL, VERILOG_HDL).
12. (Controls). Casillero de circuitos integrados de control.
13. (RF). Casillero de componentes para alta frecuencia.
14. (Electro_Mechanical). Casillero de dispositivos electromecánicos.
15. (Instrument). Casillero de instrumentos.
2.1 DIBUJAR UN CIRCUITO EN MULTISIM
SELECCIÓN DE COMPONENTES
El primer paso para dibujar un circuito es seleccionar los componentes. Se pincha
sobre el icono correspondiente al tipo de componente que queremos seleccionar y nos
aparecerá una pantalla con las diferentes opciones que nos brinda el programa.
Por ejemplo vamos a montar un circuito elemental: una fuente de tensión (una pila),un
interruptor y una resistencia (y que por cierto el programa denomina en terminología
americana, resistor).
En primer lugar
pinchamos con el ratón
sobre el icono de la barra de
componentes
correspondiente
a
las
fuentes de tensión. A
continuación nos aparecerá
una pantalla tal como la que
se muestra a continuación:
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Vamos a elegir una fuente de tensión de corriente continua, por tanto DC_POWER. Una vez
elegida Si observamos en la figura, se ha seleccionado en Group la palabra Sources, que
traducida al español quiere decir “fuentes”. En principio no debes preocuparte por que
aparecen muchos más elementos dentro de Family , se ha escogido dentro de la familia de
fuentes POWER_SOURCE. En función, nos indica lo que es o la función que puede realizar en
el circuito, en este caso DC Voltage Source (Fuente de tensión de corriente continua).
También aparece el símbolo según la norma (ANSI) que es americana.
y pulsando sobre OK nos aparecerá en el área de trabajo con un flecha de tal modo que
podemos mover dicha flecha y situar el componente dentro del area de trabajo en el lugar que
nosotros consideremos conveniente.
En el casillero de fuentes (Sources); empezando por el lado superior izquierdo, encontramos el
símbolo de tierra, GND o punto común seguido por el símbolo de la batería y otros más.
Despues de colocar los componentes se
han de conectar. Para esto hay que hacer “clic” con
el botón izquierdo del raton sobre el extremos del
componente y arrastar el ratón hasta el punto al
que se quiera unir.
Como se observa el componente aparece por defecto como V1 (pués es la primera fuente de
tensión que colocamos en el circuto) y un valor de 12 V. ¿Cómo podemos cambiar estos
valores?. Por ejemplo a un valor de 6 V.
Pinchando dos veces sobre el componente aparecerá una pantalla como esta donde podremos
modificar varias cosas:
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La etiqueta (label): V1 y sobre todo el valor
(Value). En nuestro caso se lo
modificaremos a un valor de 6 V y le
daremos a aceptar.
Nota: De momento no preocuparse de los
demás parámetros. Multisim es un
programa muy completo.
Del mismo modo vamos a colocar un interruptor (dentro de la familia de SWITCH) se elegirá un
SPST (guíate por el símbolo
ANSI).
Y por ultimo una resistencia eléctrica (resistor) en el que multisim nos da muchos valores
reales de resistencias. He elegido una de 2 ohm con una tolerancia del 5 %.
En el casillero de componentes básicos (Basic), observamos el símbolo de la resistencia,
condensador, bobina, transformador y otros símbolos más. Note el término VIRTUAL que
aparece en la columna de la derecha, en los símbolos de la resistencia, condensador, bobina y
otros más, a diferencia de los mismos símbolos de la columna izquierda y que no contienen
dicho término.
Cuando se selecciona una resistencia;
por ejemplo de la columna de la
izquierda que no contiene el término
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VIRTUAL, aparece una pantalla adicional con todos los valores comerciales de dicho
componente y que nosotros debemos de seleccionar de acuerdo al requerimiento del circuito
diseñado.
En caso de necesitar componentes con valores no comerciales, se deberá de seleccionar el
símbolo del componente pero que contenga el término VIRTUAL, con la finalidad de poder
colocarle el valor que queramos. El término VIRTUAL, también lo encontrará en otros
componentes y dispositivos como los diodos, transistores BJT, etc.
GIRAR (ROTAR) COMPONENTES
El giro o rotación de un componente,
involucra un movimiento de 90 grados
en el sentido de las agujas del reloj (90
Clockwise); esto es: de izquierda a
derecha
del
componente
seleccionado. El movimiento también puede ser
de 90 grados en el sentido contrario a las agujas
del reloj (90 CounterCW); es decir, de derecha a
izquierda.
Se observa una cosa en este circuito, la resistencia
nos vendría mejor a la hora de enlazar los
componentes que estuviera en posición vertical, es decir, ¿podemos girarla?. Si, para ello, hay
que ponerse encima del componente (en este caso el resistor) y con el botón derecho elegir la
opción 90 Clockwise (en el sentido de las agujas del reloj)
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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.
VOLTEADO VERTICAL Y HORIZONTAL DEL COMPONENTE
Para el volteado vertical u horizontal, se procede de manera similar que el giro o rotación del
componente pero; en este caso se debe de seleccionar la opción de Flip Vertical (volteado
vertical) o Flip horizontal (volteado horizontal).
Para apreciar la diferencia entre el giro o rotación y el volteado, emplearemos el símbolo del
transistor, en el ejemplo siguiente:
ALAMBRADO DEL CIRCUITO
Para esta ocasión, ubique una batería (extráigala del
casillero de fuentes) y tres resistencias (del casillero de
componentes básicos) en el área de trabajo. Gire las
resistencias (se recomienda el giro en sentido antihorario)
y desplace los componentes hasta que el circuito quede
como se muestra en el dibujo de la derecha.
Ahora, alambraremos o conectaremos el polo positivo de la
batería con el extremo superior
de una de las
resistencias, del modo siguiente:
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Repita los pasos anteriores para unir los demás
componentes hasta que el circulo quede este modo.
ELIMINAR CONEXIONES DEL CIRCUITO
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ENDEREZAR LOS CABLES
El cableado irregular o desalineado, mayormente es
causado porque el componente se encuentra fuera de la
línea de trazado. Para solucionar este problema, proceda
de la manera siguiente:
ETIQUETA Y VALOR DE LOS COMPONENTES
Cuando seleccionamos un componente y lo colocamos en el
área de trabajo, automáticamente el programa Multisim le
coloca una etiqueta que es secuencial. Por ejemplo; en el caso
de las resistencias, el etiquetado es: R1, R2, R3, etc; para los
condensadores es: C1, C2, C3, etc. y lo mismo ocurre con los
demás componentes.
Podemos cambiar el valor del componente pero se
recomienda NO variar la etiqueta; por ello es
necesario dibujar el circuito de izquierda a derecha
y de arriba hacia abajo, como se muestra en el
gráfico de la izquierda.
Para cambiar el valor de un componente proceda
así:
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Básicamente en Multisim 7 las pantallas son esencialmente las mismas a las anteriores,
pero te las mostramos aquí:
EJEMPLO:
Vamos a describir la forma de dibujar el circuito serie-paralelo siguiente:
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COMPONENTES VIRTUALES
Se llaman así a aquellos componentes cuyo valor no existe comercialmente; por
ejemplo, en el circuito mostrado, las resistencias R1, R3 y R4 son componentes virtuales; en
cambio, las resistencias R2, R5 y R6 son componentes reales o comerciales.
Cabe resaltar que un circuito; para efectos de análisis, puede tener componentes
virtuales (y/o) comerciales. pero la secuencia de la etiqueta siempre se mantiene.
Para la práctica de selección y cambio de valor de los componentes virtuales,
dibujaremos el circuito mostrado.
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CAMBIO DE LOS VALORES VIRTUALES
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EL MULTIMETRO (MULTIMETER)
El Multisim posee un promedio de once instrumentos; pero en esta oportunidad
vamos a describir el más popular de ellos que es el multimetro o multitester (o como se suele
conocer en España el polímetro).
El multimetro es del tipo digital con capacidad para medir voltajes de corriente
continua (DC o CC) o corriente alterna (CA o AC), intensidades de corriente continua y
corriente alterna así como la pérdida en decibelios (dB) entre dos puntos de un circuito.
El multimetro es de autorango; es decir, no se requiere especificar el rango de
medición.
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MEDIDAS CON EL MULTIMETRO
AMPERIMETRO
Esta opción mide la intensidad de la corriente que circula en un punto o nodo del
circuito. El amperímetro
debe de conectarse en serie , en el punto del circuito que se
desea medir.
Tenga cuidado con la polaridad del instrumento. Recuerde que la corriente eléctrica
circula del lado positivo hacia el lado negativo de la batería.
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El amperímetro SÍ está conectado correctamente porque el valor medido es POSITIVO.
El amperímetro NO está conectado correctamente porque el valor medido es NEGATIVO.
VOLTIMETRO
En esta posición, el multimetro o polímetro mide el voltaje existente entre dos puntos del
circuito. El voltímetro
debe de conectarse en paralelo
con el elemento en que se
desea medir el voltaje.
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El voltímetro NO está conectado correctamente porque el valor medido es NEGATIVO.
OHMIMETRO
Nos permite medir la resistencia existente entre dos puntos del circuito. Para realizar una
medición correcta, se deben de desconectar las fuentes de voltaje del circuito.
Puede observarse que la resistencia es diferente según los terminales del circuito del que se
quiera medir la resistencia equivalente. En la siguiente figura R1, R2 y R3 están en serie y el
equivalente serie está en paralelo con R4 ((R1+R2+R3)//R4).
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En cambio en la figura siguiente la resistencia equivalente es (R1+R4)//(R2+R3).
En el caso de que se quiera medir la resistencia equivalente de un circuito que tenga
fuentes de tensión o de intensidad, primero se han de desconectar y después conectar el
polímetro. Recordar que desconectar una fuente de tensión equivale a cortocircuitarla. En la
siguiente figura se muestra como habría que conectar el polímetro si quisiéramos medir la
resistencia Thevenin o equivalente del circuito anterior entre los terminales A y B.
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APLICACIÓN DE LAS LEYES DE KIRCHOFF UTILIZANDO MULTISIM
Sea el siguiente circuito formado por varias mallas las cuales a su vez tienen
resistencias y fuentes de tensíon. Se pide calcular mediante la utilización del programa
multisim las intensidades que circulan por las distintas ramas y las tensiones a que se
encuentran las distintas resistencias. No olvidar que este circuito se puede calcular de forma
teorica aplicando bien el método de las leyes de Kirchoff o el método de las malla de Kirchoff.
Vamos a calcular las intensidades a través de Multisim. Bastará por tanto seleccionar el
aparato de medida MULTIMETER (multímetro o polímetro) y colocar tantos como necesitemos
en serie con la rama donde queramos medir la intensidad. Recuerda que para hacer esta
medida debemos abrir el circuito, es decir, debemos eliminar un conductor e insertar el
amperímetro en serie con esa
rama.
Esto se observa en la siguiente
figura:
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y por tanto se conectará del siguiente modo el amperímetro:
Del mismo modo actuaríamos en las demás ramas donde queremos medir la
intensidad de corriente eléctrica.
Activando el interruptor, obtendremos los valores de las corrientes en cada rama, tal
como puede observarse en la siguiente figura:
I1=1.582 A
I2=2.255 A
I3=-672.528 mA
I4=5.189 A
I5=2.555 A
I6=4.516 A
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Medidas de las tensiones de los receptores (resistencias)
Para realizar estas medidas volveremos a utilizar el aparato MULTIMETER (Multimetro o
polímetro) conectado como voltímetro y por tanto colocado en paralelo con la resistencia a
medir. En este caso se observará que no es necesario abrir el circuito, tal como puede verse en
la siguiente figura:
V1=12.659 V
V2=-11.275 V
V3=2.934 V
V4=-1.345 V
V5=-5.380 V
V6=18.066 V
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Obsérvese que los valores negativos de las tensiones indican simplemente que se han
conectados los terminales positivo y negativo del polímetro de forma contraria. Bastará
invertir esta conexión para obtener el mismo valor absoluto pero con el signo positivo.
También podemos medir la tensión entre dos puntos cualesquiera del circuito. Por
ejemplo vamos a medir las siguientes tensiones, VAC ; VAB; VCB. Dichos valores se muestran en
la siguiente figura:
VAC = -11.17 V
VAB = 5.936 V
VCD = 11.936 V
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Aunque la potencia se puede medir de forma indirecta, utilizando un voltímetro y un
amperímetro, y después
realizar
una
multiplicación de ambos
valores, Multisim nos
proporciona ambos en
un nuevo aparato de
medida
denominado
WATIMETER
(Watimetro) y que como
se observará es un
conjunto de voltímetro y
amperímetro
(cuatro
hilos; dos para el
voltímetro a conectar en
paralelo y dos para el
amperímetro a conectar
en serie con el circuito)
Obsérvese la siguiente
figura:
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APLICACIÓN DEL TEOREMA DE THEVENIN CON MULTISIM
Recordando el teorema de Thevenin: “Una red con dos terminales a los que está
conectada una resistencia de carga es equivalente a (se puede sustituir por) un generador de
f.e.m ETH y de resistencia interna RTH :
Veamos como se calcula el generador equivalente, es decir su f.e.m. ETH y su
resistencia interna, RTH.
CALCULO DE ETH
ETH es igual a la diferencia de
potencial entre los terminales de la
resistencia de carga, cuando está se suprime
y
dejamos los terminales A y B a “circuito
abierto”.
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CALCULO DE RTH
RTH es igual a la resistencia equivalente entre dichos terminales al anular (cortocircuitar) las
fuerzas electromotrices de la red.
Por tanto una vez hallado el generador de Thevenin podríamos calcular la intensidad
que pasa por la resistencia de carga, R C
Veamos un ejemplo de aplicación utilizando el programa Multisim. Por tanto vamos a
aprender a calcular la RTH y la fuente de Thevenin ETH.
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En el circuito de la figura, determinar la intensidad de corriente que atraviesa la
resistencia Rc=10 , hallando el equivalente de Thévenin entre los terminales A y B.
Calculo de VTH
Dejamos en circuito abierto los terminales A y B, es decir quitamos la resistencia R C y
medimos la tensión entre los puntos A y B.
Por tanto: VTH=240 V
Calculo de RTH
Tenemos que cortocircuitar las fuentes (en este caso se sustituyen por un conductor) y
calcular la resistencia equivalente entre A y B.
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Y para obtener el valor de la intensidad que circula por la resistencia RC de 100
ohmios, bastará medir con un amperímetro en serie con la misma.
La intensidad que circulará será I=1,846 A
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