I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 1

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2 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. I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 2

3 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. I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 3

4 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: I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 4

5 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: I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 5

6 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 I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 6

7 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) I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 7

8 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: I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 8

9 Repita los pasos anteriores para unir los demás componentes hasta que el circulo quede este modo. ELIMINAR CONEXIONES DEL CIRCUITO I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 9

10 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: I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 10

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12 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: I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 12

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14 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. I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 14

15 CAMBIO DE LOS VALORES VIRTUALES I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 15

16 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. I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 16

17 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. I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 17

18 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. I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 18

19 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). I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 19

20 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. I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 20

21 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: I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 21

22 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: I 1 =1.582 A I 2 =2.255 A I 3 = ma I 4 =5.189 A I 5 =2.555 A I 6 =4.516 A I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 22

23 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: V 1 = V V 2 = V V 3 =2.934 V V 4 = V V 5 = V V 6 = V I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 23

24 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, V AC ; V AB ; V CB. Dichos valores se muestran en la siguiente figura: V AC = V V AB = V V CD = V I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 24

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26 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: I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 26

27 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. E TH y su resistencia interna, R TH. CALCULO DE E TH E TH es igual a la diferencia de potencial entre los terminales de la resistencia de carga, cuando está se suprime dejamos los terminales A y B a circuito abierto. y I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 27

28 CALCULO DE R TH R TH 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 R TH y la fuente de Thevenin E TH. I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 28

29 En el circuito de la figura, determinar la intensidad de corriente que atraviesa la resistencia R c =10, hallando el equivalente de Thévenin entre los terminales A y B. Calculo de V TH 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: V TH =240 V Calculo de R TH Tenemos que cortocircuitar las fuentes (en este caso se sustituyen por un conductor) y calcular la resistencia equivalente entre A y B. I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 29

30 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 I.E.S. BACHILLER SABUCO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA 30