Módulo 2: multisim 7 Circuitos em CA - Eletrônica - PDF
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Giovanni Vasques Figueiroa
1 Módulo 2: multisim 7 Circuitos em CA - Eletrônica Esta é a segunda parte do trabalho sobre o MultiSIM 7 e é dirigida para o estudo de circuitos em corrente alternada e eletrônica básica, desta forma os instrumentos e componentes aqui descritos são básicos nos estudo e simulação de circuitos em CA. A licença usada para fazer este trabalho tem o texto em inglês, desta forma toda vez que for feito referência em inglês o mesmo será colocado em itálico e entre parênteses e antes o termo equivalente em português. Devemos reiterar mais uma vez que você deve ter conhecimentos mínimos de eletricidade e eletrônica básica para que possa compreender este trabalho. O Gerador de Funções Para mostrar como usar instrumentos em corrente alternada vamos partir de um exemplo de um circuito RC alimentado por uma tensão senoidal. Para obter uma tensão (corrente) alternada (AC) temos duas alternativas: Podemos usar o Gerador de Funções (GF) ou a Fonte de Tensão Alternada Senoidal. Um gerador de funções gera diversas formas de onda, principalmente senoidal, triangular e quadrada. A seguir na figura01 o ícone e o símbolo do gerador de funções na caixa de instrumentos. ( a ) ( b ) ( c ) Figura01: ( a ) ícone na caixa de instrumentos ( b ) Símbolo na área de trabalho ( c ) Gerador de funções aberto Como indicado na figura01c são possíveis os seguintes ajustes: MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 1
2 Freqüência São modificados o valor e a faixa. ( a ) ( b ) Figura02: ( a ) Mudando valor e faixa ( b ) Dois sinais de freqüências diferentes (vermelho 1KHz e azul 4KHz) Ciclo de Trabalho Só definido para onda quadrada e triangular, podendo variar de 1% a 99%. Para a onda quadrada é definido como sendo: onde TH é o tempo no nível alto e T é o período da onda. ( a ) ( b ) ( c ) Figura03: ( a ) onda quadrada com CT=80% ( b ) CT=50% e (c) CT=20% Para a onda triangular é definido como sendo: onde T+ é o tempo que a onda fica com inclinação positiva e T é o período. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 2
3 ( a ) ( b ) ( c ) Figura04: ( a ) onda triangular com CT=80% ( b ) CT=50% e (c) CT=20% Amplitude Podem ser modificados o valor e a faixa. ( a ) ( b ) ( c ) Figura05: ( a ) Valor de pico onda senoidal ( b ) onda quadrada ( c ) onda triangular Offset Se a uma tensão alternada for adicionado uma tensão CC, ela passa a ter um offset (deslocamento), o qual pode ser positivo ou negativo. A figura a seguir mostra as três situações possíveis: sinal sem offset (0V), com offset positivo (4V) e com offset negativo (-4V). ( a ) ( b ) ( c ) Figura06: ( a ) onda senoidal sem offset ( b ) com 4V de offset ( c ) com -4V de offset MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 3
4 Ajustar Tempos de Subida/Descida (Set Rise-Fall Time) O tempo de subida é definido somente para onda quadrada o seu valor default depende da freqüência da onda quadrada. Por exemplo se a freqüência da onda quadrada é 1KHz então os limites são 1ps e 0,5ms e o valor default é 100ps. A seguir na figura07 uma onda quadrada de freqüência 1KHz e tempos de subida e descida de 0,1ms. ( a ) ( b ) Figura07: ( a ) Janela de ajuste do tempo de subida (Rise time)e tempo de e descida (fall time) ( b ) Onda quadrada de f=1khz com tempo de subida/descida igual a 0,1ms A Saída de Sinal Atenção!! A amplitude especificada em Amplitude, é para o sinal obtido entre os terminais + e common ou entre e common. Para o sinal obtido entre + e a amplitude será o dobro da especificada na caixa Amplitude. Exemplo1: Ajustemos portanto o GF em 10V de pico e 1KHz (para mudar aponte o cursor para a caixa onde está indicado Hz ela se transforma em uma mão, clique mudando para KHz) e o liguemos a um resistor de 1K em série com um capacitor de 0,1uF, figura08a. Insira um amperímetro e três voltímetros como na figura08b. Não se esqueça de configura-los para medir em CA. ( a ) MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 4
5 ( b ) Figura08: ( a ) Circuito RC série em CA ( b ) Circuito RC série em CA com instrumentos Obs: Os instrumentos já indicam os valores da resistência interna. Compare os valores obtidos com a simulação com os valores calculados (ver livro Circuitos em Corrente Alternada Rômulo Oliveira Albuquerque - Editora Érica). A Fonte de Tensão Alternada Senoidal A outra alternativa de gerador é usar a Fonte de Tensão Alternada Senoidal (AC Power) que se encontra na caixa de componentes Fonte (Source). A figura09a mostra o seu símbolo. Dando duplo clique no seu símbolo será aberta a caixa de configuração da figura09b. Nessa figura os principais ajustes são: Voltage (RMS): valor eficaz da tensão. Voltage Offset: valor da tensão CC adicionada à tensão alternada. Frequencia (F): frequencia da onda senoidal Fase inicial (phase): ângulo de fase inicial da tensão em graus. ( a ) ( b ) Figura09: (a) Símbolo da Fonte de Tensão Alternada (b) Caixa de configuração MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 5
6 O circuito resultante é o da figura10. Figura10: Analisando o circuito com a fonte de tensão alternada senoidal medida das tensões e corrente Observe que usamos o amperímetro e o voltímetro da caixa Indicadores. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 6
7 O Osciloscópio É o instrumento usado para medir e visualizar formas de onda de tensão. Permitindo ver até duas formas de onda ao mesmo tempo. Existem diversos tipos de osciloscópios no MultiSIM 7. Daremos ênfase ao osciloscópio de dois canais. A figura11 mostra os símbolos usados na barra de instrumentos e na área de trabalho. ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) Figura11: ( a ) símbolo dos osciloscópios na barra de instrumentos ( b ) osciloscópio de dois canais ( c ) osciloscópio de quatro canais ( d ) osciloscópio Agilent Dando duplo clique no símbolo abrimos os osciloscópios. A seguir na figura12 o osciloscópio de dois canais aberto. Figura12: Osciloscópio de dois canais aberto Atenção!! A cor da forma de onda apresentada no osciloscópio depende da cor do fio conectado à entrada do mesmo. Use sempre que possível esse recurso. A seguir a descrição dos ajustes. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 7
8 Base de Tempo (Timebase) Os ajustes na base de tempo permitem controlar a escala do osciloscópio na horizontal (tempo) quando Y/T (tensão em função do tempo) é escolhido. Figura13: A base de tempo (time base) Escala (Scale): Aqui você escolhe a escala do eixo de tempo (horizontal) em segundos. Na figura13 está selecionado 10ms/Div. (cada divisão na horizontal representa 10ms). Figura14: Escala horizontal com 10ms/Div X Position: Provoca deslocamento no eixo horizontal da forma de onda. Y/T: Quando for feita essa seleção, na tela será mostrada a forma de onda com tensão em função do tempo. É o caso mais comum. A/B: Quando for feita essa seleção, a tela mostrará a composição das formas de onda em A e em B sendo A no eixo vertical e B no eixo horizontal. B/A: Quando for feita essa seleção, a tela mostrará a composição das formas de onda em B e em A sendo B no eixo vertical e A no eixo horizontal. As duas últimas opções são usadas quando desejamos ver figuras de Lissajour. Como exemplo seja uma forma de onda quadrada com freqüência 200Hz (período 5ms) Figura15: ( a ) Forma de onda quadrada de 200Hz ( b ) Ajustes da base de tempo MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 8
9 Os Canais de Entrada - Canal A e Canal B Esse osciloscópio possui dois canais de entrada desta forma sendo possível mostrar até duas formas de onda simultaneamente. Os ajuste aqui feitos permitem especificar uma escala para o eixo Y (eixo de tensão), posicionar a forma de onda em relação ao zero e escolher como conectar o sinal ao osciloscópio. A figura a seguir mostra o osciloscópio de dois canais conectado a um gerador de funções (XFG1) e a uma fonte de tensão senoidal (V1). Figura16: Duas fontes de sinais conectadas ao osciloscópio - os canais de entrada do osciloscópio As Chaves de Entrada O osciloscópio tem três chaves que permitem selecionar como o sinal é conectado ao amplificador vertical.a figura17 mostra a posição dessas chaves e como elas agem internamente. ( a ) ( b ) Figura17: ( a ) Chaves de entrada do osciloscópio ( b ) Circuito equivalente para as chaves de entrada AC: Quando esta opção for selecionada (dar clique no botão correspondente) o sinal será acoplado através de um capacitor o que remove qualquer nível DC (Contínuo) que o sinal tiver. Esta opção é adequada para ver somente a componente alternada de um MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 9
10 sinal, como por exemplo o ripple de uma tensão retificada ou a parte alternada de uma tensão no coletor de um amplificador classe A. DC: Quando esta opção for selecionada o sinal será mostrado por completo (nível DC mais componente alternada). É o caso mais comum. 0 (zero) ou GND: Em alguns osciloscópios essa chave vem com o nome de GND. Nessa opção a entrada é aterrada.é usada quando desejamos estabelecer a referencia zero. Y Position: Provoca o deslocamento no eixo vertical da forma de onda. Ajustando Adequadamente Volts/Div e Time/Div Para obter uma boa visualização da forma de onda é importante fazer ajustes adequados. A seguir mostramos isso. Seja um sinal senoidal de freqüência 1KHz e amplitude 10V de pico. Na seqüência mostraremos diferentes ajustes para essa forma de onda. ( a ) ( b ) Figura18: ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1KHz ( b ) Volts/Div=5V Se V/Div é aumentado a forma de onda na tela diminui, diminuindo a precisão da medida. ( a ) ( b ) Figura19: ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1KHz ( b ) Volts/Div=20V Caso Volts/Div seja muito pequeno a forma de onda não aparecerá totalmente na tela impossibilitando a medida. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 10
11 ( a ) ( b ) Figura20: ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1KHz ( b ) Volts/Div=2V A seguir diferentes ajustes da base de tempo para a mesma forma de onda. ( a ) ( b ) Figura21: ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1KHz ( b ) TimeBase (Time/Div)=50us/Div Diminuindo a base de tempo um menor número de ciclos será mostrado na tela, eventualmente impedindo de ver a forma de onda. Diminuindo a base de tempo um menor número de ciclos será mostrado na tela, eventualmente impedindo de ver a forma de onda. ( a ) ( b ) Figura22: ( a ) Forma de onda senoidal 10Vpico/1KHz ( b ) TimeBase (Time/Div)=50us/Div O Gatilho do Osciloscópio (Trigger) O nível do gatilho (trigger) determina as condições de inicio da forma de onda na tela. A figura a seguir mostra onde deve ser feito o ajuste. O nível de gatilho é o valor da tensão no eixo Y que deve ser cruzado pela forma de onda antes de ser mostrado na tela. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 11
12 O gatilhamento é normalmente feito pelo próprio sinal que esta sendo mostrado (gatilho interno)ou pode ser usado um sinal externo (gatilho externo) a ser conectado através da entrada T logo abaixo da entrada de terra (G). O botão Sing. permite visualizar uma única vez a forma de onda na tela. Uma vez atingido o fim da tela, o traço não variará mais até que Sing seja apertado novamente. O botão Nor. é usado para fazer a varredura normal do traço toda vez que o nível de gatilho é encontrado. As figuras a seguir mostram diversas formas de onda para diversos níveis de gatilho. ( a ) ( b ) ( c ) Figura23: Formas de onda para diferentes níveis de gatilho e borda de disparo (Edge Trigger) ( a ) 0V borda de subida ( b ) 1V borda de subida ( c ) 0V borda de descida MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 12
13 Os Cursores São dois cursores, o curso 1 (vermelho) e o cursor 2 (Azul) e são usados para medir com precisão tensão, diferença de tensão entre os dois cursores, tempo e diferença de tempo entre os dois cursores. A figura 24 mostra a tela com duas formas de onda e os dois cursores. Figura24: Medindo tensão e tempo com os cursores ( a ) tela com duas formas de onda ( b ) indicações dos cursores Com relação à figura24b temos: T1: Medida de tempo com o cursor 1. Observar que o valor é em relação à origem. No exemplo temos T1=714,286µs T2: Medida de tempo com o cursor 2. Observar que o valor é em relação à origem. No exemplo temos T2=1,811ms T2 T1: Diferença de tempo entre cursor 2 e cursor 1. No exemplo temos T2-T1=1,097ms. Canal A (Channel A): A medida de tensão feita pelo cursor 1, no canal A: No exemplo temos 11,055V A medida de tensão feita pelo cursor 2, no canal A. No exemplo temos -7,904V Diferença entre as medidas de tensões efetuadas pelos cursores no canal A. No exemplo 18,959V Canal B (Channel B): A medida de tensão feita pelo cursor, no canal B 1: No exemplo temos 10,000V A medida de tensão feita pelo cursor 2, no canal B: No exemplo temos -10,000V MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 13
14 Diferença entre as medidas de tensões efetuadas pelos cursores no canal B. No exemplo 0,000V Reverso (Reverse) e Salvar ( Save) Clicando em Reverso (Reverse) o fundo mudar de cor. Experimente. Clicando em Salvar ( Save) as formas de onda da tela serão salvas como um arquivo ASCII. Uma alternativa de ajuste para o osciloscópio é especificar o tempo de simulação. Indo em Simular (Simulate) >>> Ajuste Padrão dos Instrumentos (Default Instrument Setting) se abrirá a janela da figura25, nesta existem vários ajustes que podem ser feitos: Figura25: Janela de ajustes dos instrumentos Condições Iniciais (Initial Conditions): Existem quatro opções para especificar as condições iniciais. Deixar que as condições iniciais sejam automaticamente determinadas pela simulação, impor condição inicial igual a zero, definida pelo usuário e calcular o ponto de operação DC. Em Analise dos Instrumentos (Instrument Analysis) temos: Tempo Inicial (Inicial time): o mais comum é especificar zero. Tempo Final (End time): o valor default é muito grande em termos de forma de onda significa que a mesma ficará se deslocando quando a forma de onda for mostrada na tela em Auto. Para parar você pode especificar um tempo final ou usar sing como já explicado anteriormente. Passo de tempo máximo (Maximum time step): é aqui que você especifica a precisão do gráfico. Um valor muito pequeno dá uma maior precisão, mas demora mais aumenta o tempo de simulação. Um valor grande a sua forma de onda não sairá perfeita. Experimente mudar esse valor para ver o que acontece. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 14
15 Para exemplificar consideremos uma tensão senoidal de 1V de pico e freqüência 1KHz (1ms de período), com os ajustes: Condições Iniciais: Deixar que as condições iniciais sejam automaticamente determinadas pela simulação. Tempo Inicial: 0 Tempo Final: 0,001s (1ms) A forma de onda aparecerá como na figura26. Figura26: Forma de onda para os ajustes especificados acima em Ajuste Padrão dos Instrumentos O Osciloscópio de Quatro Canais Os principais ajustes tais como base de tempo, volts/divisão e outros, são iguais ao do osciloscópio de dois canais e portanto não serão repetidos. A principal diferença é que deveremos selecionar qual deve ser o canal ativo (observe que acima de Volts/Div temos o nome do canal selecionado pela chave que está à direita) num determinado instante, por exemplo na figura27 o canal ativo é o A. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 15
16 Figura27: Osciloscópio de quatro canais aberto canal A selecionado O Osciloscópio Agilent É um osciloscópio digital de 100MHz, 2 canais para sinais analógicos e 16 canais para sinais digitais, não está disponível em todas as versões. Figura28: Osciloscópio Agilent Tem dois canais analógicos, e mais 16 canais digitais e quando aberto (duplo clique) apresenta a mesma interface do osciloscópio real, figura29. Figura29: Osciloscópio Agilent aberto e desligado MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 16
17 Para ver as formas de onda clicar em Ligar/Desligar (Power) Iniciada a simulação e ligada a chave de Ligar/Desligar basta efetuar os ajustes para que as formas de onda sejam visualizadas. A seguir na figura30 as duas formas de onda. Figura30: Formas de onda com a indicação de medidas relativas à fonte1 (source1) MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 17
18 O Traçador do Diagrama de Bode (Bode Plotter) O Traçador do diagrama de Bode (Bode Plotter)é uma ferramenta que permite obter a curva de resposta em freqüência (ganhoxfrequencia) de um circuito, é útil na determinação da freqüência de corte de um circuito. XBP1 IN OUT ( a ) ( b ) Figura31: (a) Símbolos do Bode Ploter na barra de instrumentos e (b) na área de trabalho. A seguir o bode plotter aberto mostrando uma curva de resposta em freqüência. Figura32: Bode Ploter aberto e com uma curva de resposta do ganho Na figura32 temos os seguintes ajustes: Magnitude: Clicando nesse botão será mostrado o gráfico do ganho em função da freqüência. Phase: Clicando nesse botão será mostrado o gráfico da fase em função da freqüência. Vertical (com Magnitude selecionado) Log: Clicando nesse botão a escala vertical (Ganho) será especificada em db (é a forma mais usual). Lin: Clicando nesse botão a escala vertical será especificada de forma linear (não use essa alternativa). Vertical (com Phase selecionado) MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 18
19 Lin: Clicando nesse botão a escala vertical será especificada de forma linear em graus. Limites: São os limites inicial (I) e final (F) para o ganho ou fase conforme seleção. Horizontal (com Magnitude ou Phase selecionados) Log: Clicando nesse botão a escala horizontal (freqüência) logarítmica (é a forma mais usual). Lin: Clicando nesse botão a escala horizontal será especificada de forma linear não use essa alternativa). Limites: São os limites inicial (I) e final (F) para a freqüência para Magnitude ou Phase selecionados. Indicação do Cursor: A indicação do valor do ganho e a correspondente freqüência é feita no quadro ao lado das setas horizontais. Na figura32 as indicações são: -3,068dB e 161,268Hz. Exemplo2: Para exemplificar o uso desse instrumentos consideremos o filtro passa baixas da figura33. Obs: Para que esse instrumento funcione é necessário que na entrada esteja conectado um GF ou a fonte de tensão alternada. Figura33: Filtro Passa Baixas de exemplo Você pode usar o Bode Plotter para determinar, por exemplo, a freqüência de corte de um filtro ou amplificador. A freqüência de corte é a freqüência na qual o ganho será 3dB abaixo do ganho no patamar (no caso 0dB). Desta forma, no exemplo, é a freqüência para a qual o ganho será -3dB. Tente então ajustar os limites (de ganho e freqüência) para obter uma indicação a mais precisa possível. A figura a seguir mostra a curva do ganho e da fase. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 19
20 ( a ) ( b ) Figura34: Filtro Passa Baixas (a) Curva do ganho (b) curva da fase Como exercício determine a freqüência de corte dos circuitos a seguir, usando o Bode Plotter. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 20
21 A Analise Gráfica A analise gráfica é outra alternativa para visualizar gráficos gerados pelos instrumentos (osciloscópio e Bode Plotter) ou por outras análises existentes no MultiSIM 7 (Analise Transiente e Analise AC). O uso desses gráficos permite medidas com maior precisão. Para exemplificar consideremos o filtro da figura35. Após ter iniciado a simulação para ativar a análise gráfica vá em Ver (View) >> Gráfico (Grapher) aparecerá a janela da figura36. Nesta janela o número de abas (tabs) dependerá do numero de simulações executadas. Toda vez que for feita uma simulação será adicionada uma aba correspondente ao instrumento usado. No caso temos dois instrumentos, portanto teremos dois gráficos, um para o Bode Plotter e outro para o osciloscópio. Figura35: Circuito com Bode plotter e osciloscópio inseridos para analise gráfica A figura36 a seguir mostra a janela Analise Gráfica (Analysis Graphs) sem configuração. Figura36: Janela Analise Gráfica (Analysis Graphs) com os gráficos do ganhoxfrequencia e fasexfrequencia, sem configuração MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 21
22 Obs: Caso deseje apagar um dos gráficos, clique com o botão direito no gráfico em seguida Editar (Edit)>>Cortar (Cut). Caso deseje apagar a aba clique com obotão direito no nome da aba (Bode Plotter-XBP1 ou Oscilloscope-XSC1). Para apagar todas as abas ir em Editar (Edit)>> Limpar Páginas (Clear Pages), selecione as páginas que deseja apagar, dê OK. Figura37: Apagando as abas (páginas) de uma análise gráfica Com relação à janela da figura36 temos duas abas (páginas): Bode Plotter-XBP1 São os mesmos gráficos representados no Bode plotter com maior precisão. Oscilloscope-XSC1 São as mesma formas de onda vistas no osciloscópio com maior precisão. Observe que existe uma marca vermelha que indica a seleção do gráfico e da página (aba). Mudando As Propriedades da Página (Aba) Existem algumas propriedade da página que podem ser modificadas como por exemplo o nome da página. Para mudar essas propriedades clique com o botão direito em cima do título padrão (no caso Bode Plotter-XBP1) aparecerá a janela da figura38. ( a ) ( b ) Figura38: (a) Janela para entrar em Propriedades (b) Janela para editar as propriedades da página MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 22
23 Clicando em Propriedades da Página (Page Properties) aparecerá a janela da figura38, nesta você poderá mudar os ítens: Nome da página (Tab Name), Título do gráfico (Title), Cor da fonte (Font) e Cor do fundo (Background color), além disso pode Esconder/Mostrar (Show/Hide) os gráficos. Experimente mudar o Nome da página (Tab Name),Título do gráfico (Title) e a Cor do fundo (Background color). Figura39: Janela de configuração da página Mudando o nome da página Figura40: Página renomeada Mudando As Propriedades do Gráfico Para modificar determinadas propriedade de um gráfico você deve primeiro seleciona-lo (Clique nele, observe a marca vermelha de seleção do lado esquerdo do gráfico). Em MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 23
24 seguida clique com o botão direito no gráfico, aparecerá uma janela igual à da figura31. Escolha Propriedades (Properties) aparecerá a janela da figura41. Figura41: Janela Propriedades do Gráfico (Graph Properties) com aba Eixo Esquerdo (Left Axis) selecionada Dica: A janela da figura41 também pode ser acessada clicando com o botão direito na linha do gráfico vertical (eixo esquerdo). Experimente. A janela da figura41 tem as seguintes abas das quais serão detalhadas apenas as mais relevantes : Geral (General) Eixo Esquerdo (Left Axis) Eixo do Fundo (Bottom Axis) Eixo Direito (Right Axis) Eixo de Cima ( Top Axis) Linhas (Traces) Eixo Esquerdo (Left Axis) Selecionada a aba Eixo Esquerdo (Left Axis) será mostrada a janela a seguir onde podemos fazer mudanças. A figura42 a seguir mostra como configurar o eixo esquerdo. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 24
25 Figura42: Aba Eixo Esquerdo (left axis) aberta mostrando as possíveis configurações Atenção!! Para que a mudança seja efetivada é necessário clicar em Aplicar Eixo do Fundo (Bottom Axis) Selecionada a aba Eixo do Fundo (Bottom Axis) será mostrada a janela a seguir onde poderemos configurar o eixo x, Eixo do Fundo (Bottom Axis). Figura43: Aba Eixo de Baixo (Bottom axis) aberta mostrando as possíveis configurações MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 25
26 Janela Geral (General) da Propriedades do Gráfico Selecionada a aba Geral (General) aparecerá a janela a seguir, nela podemos especificar o nome do gráfico e a fonte usada bem como definir a grade e os cursores. Figura44: Aba Geral (General) aberta mostrando as possíveis configurações Os Cursores São dois e são usados para medir com precisão as grandezas dos eixos vertical e horizontal. Para habilitá-los ir na aba Geral (General)e selecionar Cursor ativado (Cursor On). Você pode também clicar no ícone a seguir. A seguir o gráfico da curva do ganho da figura45 configurado. Figura45: Curva de resposta em freqüência do circuito da figura30 com os cursores ativados MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 26
27 Observe na figura45 as indicações dos cursores. A seguir a descrição das indicações relevantes: X1: Indicação no eixo X do ponteiro 1. No exemplo 136,4674Hz Y1: Indicação no eixo Y do ponteiro 1. No exemplo -31,8175mdB X2: Indicação no eixo X do ponteiro 2. No exemplo 1,7378KHz Y2: Indicação no eixo Y do ponteiro 2. No exemplo -3,4089dB dx: Diferença entre as indicações dos ponteiros no eixo X. No exemplo 1,6013KHz dy: Diferença entre as indicações dos ponteiros no eixo Y. No exemplo -3,3770dB Modelo de um Dispositivo Eletrônico Para compreender o comportamento de determinados dispositivos tais como diodos e transistores, precisamos saber o que é o modelo de um componente. Para exemplificar consideremos os circuitos da figura46. Na figura46a temos um diodo e uma resistência de 1K conectados a uma bateria de 100V e na figura46b uma chave que substitui o diodo. Diodos são encontrados na caixa de componentes Diodos (Diodes), figura46. Nesta caixa de componentes encontramos além de diodos encontramos: SCR, DIAC,TRIAC, ZENER, Ponte Retificadora e o LED. Figura46: Caixa de componentes Diodos (Diodes), com diodo virtual selecionado Selecione uma dentre as família de componentes indicadas na figura46 em seguida um componente desta família, dê OK. Monte os circuitos da figura47 e inicie a simulação. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 27
28 ( a ) ( b ) Figura47: ( a ) Circuito com diodo ( b ) circuito com chave - Modelo adequado Como podemos ver da figura47 os resultados das duas correntes são praticamente iguais. O erro é desprezível. Podemos então afirmar que o modelo aproximado de um diodo quando em condução é o de uma chave fechada. Consideremos que a bateria agora é de 1,5V, figura48. ( a ) ( b ) Figura48: ( a ) Circuito com diodo ( b ) circuito com chave - O modelo não serve Observe que neste caso o erro entre as duas corrente é de aproximadamente 100%. A corrente no circuito com diodo é 849,13µA e no circuito com chave 1,5mA, neste caso não podemos mais usar o modelo da chave fechada para representar o diodo em condução. Melhoremos o nosso modelo, para isso consideremos em série com a chave uma bateria de 0,6V. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 28
29 ( a ) ( b ) Figura49: ( a ) Circuito com diodo ( b ) circuito com chave e bateria - Melhorando o modelo Se adicionarmos em série com a bateria uma resistência estaremos representando de forma mais real um diodo quando em condução. ( a ) ( b ) Figura50: ( a ) Circuito com diodo ( b ) circuito com chave, bateria e resistência - melhorando o modelo mais ainda Modelar um dispositivo eletrônico, de uma forma simplificada, é portanto usar componentes básicos tais como resistências, fontes de tensão fontes de corrente e capacitâncias para representa-lo. Obs: O modelo que estamos considerando é para CC, não considerando as capacitâncias parasitarias associadas à junção, portanto é um modelo simplificado. O construtor do simulador então modela o componente eletrônico a partir das informações fornecidas pelo fabricante do componente, desta forma ao simular um circuito os resultados serão muito semelhantes aos obtidos em um circuito real. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 29
30 A seguir a figura51 apresenta um diodo (1N4001GP da General Instruments ) polarizado reversamente. Figura51: Diodo 1N4001GP da General Instruments polarizado reversamente. Como podemos verificar da figura51 a corrente indicada é 669,812nA (atenção, ajuste a resistência interna do amperímetro em 1mOhm) que é o valor da corrente reversa indicada no modelo A definição dos parâmetros do modelo de um dispositivo é feita através de uma sintaxe própria. Por exemplo para o diodo 1N4001GP da General Instruments o seu modelo é definido através dos parâmetro e da declaração a seguir:.model D1N4001GP DIODE 5 D + IS = 6.698e-07 RS = CJO = 1.949e-11 VJ = TT = 4.933e-06 M = BV = 50+ N = EG = 1.11 XTI = 3 +KF = 0 AF = 1 FC = 0.5 IBV = TNOM = 27 Para obter os parâmetros que definem o modelo do diodo dê duplo clique no símbolo do diodo aparecerá a janela da figura52a na qual selecionando Editar Modelo (Edit Model) você poderá modificar esses parâmetros (por exemplo a corrente de saturação IS) figura52b. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 30
31 ( a ) ( b ) Figura52: ( a ) Janela Diodo ( b ) Janela de edição do modelo do diodo Como exercício experimente mudar o valor da corrente de saturação e simular novamente. A Caixa de Componentes Transistores Nesta caixa encontramos transistores bipolares e de transistores efeito de campo (MOS e JFET). Para editar os parâmetros de um transistor o procedimento é idêntico ao usado para mudar a corrente reversa de saturação do diodo. Mudando o Beta de um Transistor Selecione a família Transistor na figura53 e o componente BJT_NPN_VIRTUAL, dê OK. MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 31
32 Figura53: Caixa de componentes Transistores (Transistors) com a família Transistor selecionada e o componente Transistor de 4 terminais selecionado Para mudar o beta de um transistor dê duplo clique no transistor se abrirá a janela da figura54 Figura54: Janela transistor virtual. Como Editar o modelo do transistor Após ter clicado em Editar Modelo (Edit Model) aparecerá a janela da figura55 MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 32
33 . Figura55: Janela de Edição do Modelo - Mudando o beta do transistor Observe que o beta aparece como BF (ideal maximum forward beta) e com valor padrão de 100. Caso você deseje mudar somente o transistor que está na área de trabalho clique em Mudar Modelo da Parte (Change Part Model), caso deseje mudar para todos os transistores, deste modelo, colocados na área de trabalho, clique em Mudar Todos os Modelos (Change All Models). Para voltar para os valores originais clique em Restaurar (Restore). A seguir um circuito com o transistor com os parâmetros da figura55. Figura56: Circuito de polarização por divisor de tensão na base - transistor com beta=200 Experimente repetir com beta=400 MultiSIM 7 Ferramenta de Auxílio ao Ensino da Eletrônica Módulo 2 33
Módulo 1: multisim 7 Introdução Análises em CC Esta é a primeira parte do trabalho sobre o MultiSIM 7 e é dirigida para o estudo de circuitos em corrente contínua, desta forma os instrumentos e componentes