Análisis de Barrido de CD en Multisim

El Análisis de Barrido de CD en Multisim es utilizado para calcular el punto de polarización de un circuito sobre un rango de valores. Esto es, Multisim simula el circuito varias veces barriendo valores CD dentro de un rango predeterminado.

Para conocer más a detalle el Análisis de Barrido de CD en Multisim lo utilizaremos como una herramienta para graficar el comportamiento de un diodo Zener:

El circuito anterior es un simple regulador Zener donde el diodo mantiene una salida constante a pesar de que la corriente a través de el cambie. En este caso, el diodo 1N4462 tiene un voltaje Zener (Vz) de 7.5V y una tolerancia del 5%. Los valores de entrada de voltaje mínimo y máximos que pueden ser regulados por este diodo son 7.41 V y 26.41 V, respectivamente.

Comprobaremos lo anterior utilizando el Análisis de Barrido de CD en Multisim en un rango de 0 V a 40 V.

En Multisim seleccionemos Simular>>Análisis>>Barrido de CD… y configuremos los parámetros de análisis como se indica:

Lo anterior indica que vamos a variar V1 (la fuente independiente) desde 0 V hasta 40 V con incrementos de 1 V. El botón Cambiar Filtro puede desplegar variables más avanzadas (por ejemplo: nodos dentro de un modelo BJT). También existe la opción de agregar una segunda fuente independiente, esto es útil para realizar un barrido anidado.

Ahora vamos a la pestaña Salida y agreguemos V(2), el voltaje en el nodo 2, como la variable seleccionada para análisis:

Damos clic en el botón Simular para realizar el análisis:

De la figura anterior podemos observar que la salida es estable alrededor de 7.5 V, lo cual es el voltaje Zener nominal del 1N4462. También podemos ver que el rango de de trabajo del diodo Zener concuerda con lo establecido anteriormente.

En la siguiente entrada utilizaremos nuevamente el Análisis de Barrido de CD en Multisim para trazar las curvas características de un MOSFET.

Saludos!

Fernando

Mediciones de Capacitancia e Inductancia en Multisim

Me puse a organizar unos archivos en mi PC y me encontré dos circuitos en Multisim que hace un tiempo un compañero del trabajo me compartió. Se trata de circuitos que permiten medir la capacitancia y la inductancia de componentes.

En Multisim no tenemos un medidor para medir L y C, pero hay algunas técnicas que se pueden utilizar para lograr tal objetivo. No voy a dar detalles específicos de las técnicas utilizadas en los siguientes circuitos, sino más bien me enfocaré en cómo utilizarlos en Multisim. Si deseas descargar estos circuitos da clic aquí.

Medidor de Inductancia

Para medir inductores con el circuito de la figura anterior basta con conectarlos a las terminales 1 y 2 de la fuente de corriente de CA. Como se aprecia en la figura, tenemos un inductor de 1 mH; después de ejecutar la simulación en Multisim veremos desplegado el resultado (en Henrios) en el voltímetro.

También podemos hacer combinaciones de inductores, por ejemplo, si tenemos los siguientes inductores en paralelo: L1=1 mH, L2=5.5 mH y L3=615 uH. El resultado sería:

0.356 mH tal como lo indica el resultado de la simulación.

Medidor de Capacitancia

En este caso el circuito medidor de capacitancia es más complejo (incluso se utiliza un subcircuito). Este circuito trabaja mejor para capacitancias del orden de micro faradios. Básicamente se debe conectar el capacitor o arreglo de capacitores a las terminales C_P y C_N respectivamente. El resultado se despliega en el voltímetro pero en términos de faradios.

Aquí vemos otro ejemplo en Multisim:

Existen distintas técnicas para hacer este tipo de mediciones, pero lo que es importante recordar es

que estamos simulando, por lo que los resultados son aproximados.

Saludos,

Fernando

Utilizando el Micrófono y la Bocina en Multisim

Continuando con el tema de los Instrumentos de LabVIEW en Multisim en esta entrada vamos a ver más detalle el funcionamiento del Micrófono y la Bocina (o Parlante). Si no estás familiarizado con los Instrumentos de LabVIEW da clic aquí.

El micrófono y la bocina permiten grabar y reproducir sonido directamente de dispositivos externos, es decir, si tienes un micrófono en tu PC puedes grabar tu voz e ingresarla a un circuito en Multisim. Posteriormente, por medio del instrumento bocina puedes la salida del circuito.

Para iniciar voy a colocar ambos instrumentos en el espacio de trabajo de mi versión de Multisim en Español y conectarlos:

Ahora bien, el principio del funcionamiento de estos instrumentos de Multisim es el siguiente:

1. Se configura el tiempo total de simulación.
2. Se graba la voz mediante el micrófono.
3. Se ejecuta la simulación.
4. Se reproduce el sonido grabado mediante la bocina.

La razón por la cual no podemos hablar y escuchar al mismo tiempo con estos instrumentos es debido a que la simulación en Multisim no se realiza en tiempo real.

Paso 1. Para configurar el tiempo de simulación de Multisim vamos al menú Simular>>Configuración de Simulación Interactiva. En la ventana de configuración vamos a seleccionar un Tiempo Inicial de 0 segundos y un Tiempo Final de 3 segundos.

Con esto la simulación se detendrá automáticamente al llegar a los 3 segundos.

Paso 2. Damos doble clic al micrófono para abrir su panel frontal. Vamos a configurarlo como se muestra:

Ahora damos clic en el botón Record Sound para iniciar la grabación y hablamos algo en el micrófono de la PC. Al terminar cerramos el intrumento micrófono.

Paso 3. Ahora ejecutamos la simulación y esperamos que pasen los 3 segundos de tiempo de simulación de Multisim. Podemos ver el progreso de la misma en la esquina inferior derecha de la ventana principal de Multisim:

Nuevamente, recordemos que 3 segundos de simulación en Multisim no son equivalente a 3 segundos en tiempo real. La simulación requiere de muchos cálculos complejos que se realizan en el motor de SPICE.

Paso 4. Al detenerse la simulación demos doble clic a la bocina y configuremos su panel así:

Aquí es importante mencionar que tanto la duración de reproducción (Playback Duration) así como la tasa de muestreo (Sample Rate) deben ser los mismos valores configurados en el micrófono.

Damos clic en el botón Play Sound y escuchamos el sonido en las bocinas de la PC.

Con esto concluimos este ejemplo básico del uso del micrófono y la bocina en Multisim. En los ejemplos de Multisim podemos encontrar un circuito más completo, se encuentra en la carpeta LabVIEW Instruments>>Microphone and Speaker.

Espero hagan sus pruebas con estos instrumentos.

Saludos!

Fernando

Instrumentos de LabVIEW en Multisim – Extendiendo las Capacidades de Simulación y Análisis

El siguiente es un artículo acerca de un tema de Multisim que me gusta mucho por la integración con otro paquete de software y el hecho de cómo podemos extender las capacidades de simulación y análisis.

Además de los instrumentos virtuales típicos (Osciloscopio, Multímetro, etc) para la simulación de circuitos en Multisim tenemos un conjunto especial de instrumentos conocidos como Instrumentos de LabVIEW.

Primero que nada definimos qué es LabVIEW. LabVIEW es un lenguaje de programación gráfica utilizado en aplicaciones de medición, automatización, control, diseño, investigación, etc. Al igual que cualquier otro lenguaje de programación, nos permite crear nuestros propios programas, pero la gran diferencia es que en lugar de tener que utilizar texto para la programación, lo hacemos mediante bloques que se van interconectando entre sí.

Además de la facilidad de programación, LabVIEW cuenta con muchas librerías para hacer análisis de señales, matemáticas, control de instrumentos, adquisición de datos, etc. Para aprender más de LabVIEW dar un clic aquí.

Ahora imaginemos el siguiente escenario, tenemos un circuito y necesitamos obtener su respuesta en el tiempo, espectro de potencia, un promedio de la señal de salida, etc. O también requerimos utilizar una señal personalizada a la entrada del circuito. ¿Qué hacer en esos casos? Ciertamente podemos utilizar algunos de los instrumentos virtuales ó ánalisis avanzados de SPICE para obtener ciertos cálculos, pero si necesitamos algo más avanzado o personalizado podemos utilizar un Instrumento de LabVIEW en Multisim. Dicho de otra manera, nosotros podemos crear un programa en LabVIEW y utilizarlo dentro de Multisim para realizar una tarea específica.

En la barra de instrumentos de Multisim podemos encontrar algunos Instrumentos de LabVIEW que fueron creados para ciertas aplicaciones:

De la figura anterior podemos ver que tenemos un analizador de BJTs, un micrófono, bocina, un analizador y generador de señales, etc. Para explorar estos instrumentos solo colócalos en el área de trabajo de Multisim y da doble clic en ellos para abrir su panel frontal. Por ejemplo, en las siguientes figuras vemos el bloque del Analizador de Señales y su correspondiente panel frontal:

Para ver en acción este instrumento vamos a abrir uno de los ejemplos de Multisim. Para ello seleccionemos Archivo>>Abrir Ejemplos… Vamos a navegar a la siguiente carpeta LabVIEW Instruments>>Signal Analyzer y abrir el archivo GilbertCellMixer. Este circuito utiliza el Analizador de Señal para ver resultados del mezclador célula de Gilbert. Ejecutemos la simulación y veamos el panel frontal del Analizador de Señal:

Dando clic en el campo Analysis Type podemos ver diversos resultados de análisis. Lo interesante de todo esto es que este panel frontal fue creado y personalizado en LabVIEW, por lo que nosotros podemos crear nuestros propios instrumentos para que realicen un función específica. Claro, es necesario tener conocimientos de LabVIEW para hacer la programación necesaria.

En la próxima entrada al blog utilizaremos el micrófono y la bocina incluidos en Multisim como Instrumentos de LabVIEW.

Mientras tanto si hay preguntas con respecto a este tema no dudes en decirme.

Hasta la próxima.

Fernando

Simplificando un Circuito con Compuertas Lógicas en Multisim

En días pasado coloqué en la página de Multisim en Español en facebook un reto acerca de cómo simplificar el circuito mostrado a continuación:

Para aquellos que me han estado pidiendo la respuesta de este reto a continuación explico primero que nada cómo reducir el circuito utilizando álgebra Booleana, y después mediante Multisim.

De la primer figura podemos ver que dicho circuito tiene la siguiente expresión de salida:

AB + A(B + C) + B(B + C)

Aplicando técnicas de álgebra Booleana tenemos:

Por ley distributiva:

AB + AB + AC + BB + BC

Dado que BB = B, tenemos:

AB + AB + AC + B + BC

Dado que: AB + AB = AB, tenemos:

AB + AC + B + BC

Dado que: B + BC = B, tenemos:

AB + AC + B

Finalmente, dado que: AB + B = B, tenemos:

AC + B

Tenemos ahora una expresión mucho más simple que podemos construir con tan sólo dos compuertas como se muestra a continuación:

Ahora utilicemos Multisim para obtener la expresión simplificada del circuito original. Para esto vamos a hacer uso del Convertidor Lógico el cual podemos encontrar en la Barra de Instrumentos en Multisim:

Damos doble clic en el instrumento para abrir su panel frontal e ingresamos la expresión original tal como se muestra a continuación:

En el Convertidor Lógico en Multisim se pueden realizar varias transformaciones de un circuito o señal digital. Puede crear una tabla de verdad o expresión Booleana a partir de un circuito digital o bien producir un circuito desde una tabla de verdad o expresión Booleana.

Demos clic en el cuarto botón (de arriba a abajo), esto indica una conversión de expresión a tabla de verdad. Ahora tenemos:

Y ahora convertimos la tabla de verdad a una expresión simplificada. Para esto damos clic en el tercer botón:

Podemos ver que el resultado, AC + B concuerda con lo obtenido mediante álgebra Booleana. Dando clic en el quinto botón podemos generar el circuito equivalente a esta expresión de manera automática.

El Convertidor Lógico en Multisim es una gran herramienta para el análisis de circuitos digitales.

Saludos!

Fernando

Caracterizando un Filtro Butterworth Mediante Análisis de CA en Multisim

En una entrada anterior mencioné la gran variedad de Análisis Avanzados de SPICE con que cuenta Multisim, y también vimos como ejecutar un Análisis Transitorio.

En esta ocasión vamos a caracterizar un filtro Butterworth pasa bajas de cuarto orden utilizando Análisis de CA en Multisim. En la figura siguiente podemos ver el filtro a caracterizar:

Este circuito está basado en tres amplificadores operacionales LM124AE, tiene una frecuencia de corte de 500 Hz y una ganancia de 10 (20 db). Este circuito fue tomando del libro Electric Circuits, Seventh Edition, Nilsson/Riedel.

Como referenecia puedes descargar este circuito dando clic aqui y de paso unirte a la Comunidad Académica de NI.

Una vez que tengas el circuito ejecuta la simulación y abre el panel frontal del Osciloscopio. Podemos ver que con una fuente de entrada de 1 Vp a 250 Hz tenemos una salida amplificada de 10 Vp:

Experimentemos cambiando la frecuencia de la fuente de CA a 600 Hz:

Como podemos ver la salida del circuito empieza a atenuarse, lo cual es esperado dado la frecuencia de corte de 500 Hz.

Ahora vamos a configurar un Análisis de CA en Multisim para conocer la respuesta en frecuencia del filtro Butterworth. En mi edición de Multisim en Español voy a ir al menú Simular>>Análisis>>Análisis de CA… Se abre la ventana de configuración del Análisis de CA. En la pestaña Parámetros de frecuencia vamos a seleccionar los siguientes datos:

Básicamente estamos configurando un barrido de frecuencia de 1 Hz hasta 10 kHz. Nótese que podemos seleccionar distintos tipos de barrido, el número de puntos del barrido y la escala vertical.

Ahora vamos a la pestaña Salida y seleccionemos V(vout) como la variable seleccionada para el análisis. Para agregar V(vout) a esta lista solo tenemos que buscarla y seleccionarla en la columna Variables en circuito y darle clic al botón Agregar:

En la ventana Análisis de CA tenemos dos pestañas más: Opciones de análisis y Resumen. La pestaña Opciones de análisis contiene los ajustes predeterminados de Multisim para realizar la simulación de SPICE, por ejemplo: tolerancias de error, temperatura de operación, etc. Se recomienda dejar los ajustes predeterminados pues ellos funcionan adecuadamente para la mayor cantidad de simulaciones que realicemos. Por último, en la pestaña Resumen encontramos una lista de cómo hemos configurado el Analisis de CA en Multisim.

Ejecutemos el Análisis de CA dando clic al botón Simular. La Vista de Graficador se abre y muestra la Magnitud y la Fase de nuestro filtro Butterworth pasa bajas de cuarto orden:

De la figura podemos ver que tal como se esperaba, aproximadamente en 500 Hz la Magnitud empieza a decaer. utilizando los cursores podemos tomar mediciones más precisas como se muestra a continuación:

Podemos concluir que el Análisis de CA es una herramienta muy potente cuando deseamos calcular la respuesta en frecuencia de un circuito, y realizarlo en Multisim es muy sencillo. Si tienes alguna pregunta no dudes en colocarla en la sección de comentarios.

Gracias y saludos!

Fernando