ANÁLISIS DE CIRCUITOS EN COMPUTADORA: USO DEL TINA 1

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1 ANÁLISIS DE CIRCUITOS EN COMPUTADORA: USO DEL TINA 1 Objetivos: - Evaluar experimentalmente las reglas de. - Emplear un software que permita resolver circuitos eléctricos. Equipo: - Computador - Leer en su libro de texto: La Ley de Ohm y de Nota Teórica: La electrónica, es la rama de la física que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente, desde las válvulas termoiónicas hasta los semiconductores, quienes son la base de la electrónica moderna. Nuestro entorno social, cultural, laboral y profesional está siendo seriamente reconstruido como consecuencia de la denominada revolución informática, y, ciertamente, la universidad no puede dar la espalda a esa realidad social y a las demandas de diverso signo que plantea. Hoy por hoy, debemos estar preparados para enfrentar con un alto nivel profesional dichos cambios. Esta Revolución Informática ha llegado de forma importante y generalizada a nuestro sistema escolar. Las computadoras han producido una revolución en la manera de hacer todas cosas en los últimos treinta años y, consecuentemente, ha dotado a nuestra actividad de inmensas posibilidades. Actualmente se pueden realizar en pocos segundos complicadísimos cálculos, que anteriormente ocupaban semanas del trabajo de un ingeniero o calculista. La computadora ha dejado de ser solamente un dispositivo informático para realizar cálculos para convertirse en un dispositivo capaz de simular el trabajo de otros aparatos mecánicos o 1 Se agradece la colaboración brindada por el estudiante David Campos Pérez, en la implementación de esta práctica de laboratorio. 147

2 electrónicos muy costosos que solían estar fuera de las posibilidades del aficionado medio. Como en los cuentos, la joven fea se convierte en princesa, la calabaza en carroza y los ratones en hermosos corceles, aquí es la computadora quien se convierte en la reina del cuento, porque nuestra fantástica máquina nos provee con docenas de interesantes dispositivos: Una máquina de teletipo, un receptor de imágenes de TV, un completo sistema de Radio, un poderoso operador en código Morse, diversos modos de comunicación de texto (PSK31, AMTOR, CLOVER), sistemas de recepción de banda ultra angosta capaces de detectar señales absolutamente inaudibles, etc. son algunos de los ejemplos de lo que puede simular una computadora personal moderna. El diseño y la construcción de circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos, forma parte de los campos de la ingeniería en general, y más específicamente de la ingeniería electrónica, electromecánica y la Ingeniería informática en el diseño de software para su control. El estudio de nuevos dispositivos semiconductores y su tecnología, se suele considerar una rama de la Física y química relativamente. Hay muchos simuladores de circuitos electrónicos: algunos son carísimas piezas de software mientras que otros son gratuito o parcialmente gratuitos (demostraciones limitadas pero muy poderosas que los fabricantes ponen a disposición de estudiantes y público en general). Con ellos, se dibuja el circuito electrónico esquemático con sus valores, y el programa simula su funcionamiento en distintas condiciones. Puede dar resultados numéricos y/o gráficos. Ofrecen resultados similares a los que se obtendrían conectando diversos instrumentos de medición en los puntos de interés. Pueden predecir el comportamiento del circuito ante variaciones de los más diversos parámetros, como la temperatura, las tensiones de alimentación o las variaciones aleatorias de uno o más materiales. Son muy conocidos "Electronic Workbench" "PSpice", "Multisimm", "Microcap", "Protel". TINA: The Complete Electronics Lab (todas estas marcas registradas ). : The Complete Electronics Lab 2 2 Ver tutoriales en español en la siguiente página Web; 148

3 es un potente pero accesible paquete de programas para analizar, diseñar y probar en tiempo real circuitos analógicos, digitales, VHDL, MCU, electrónicos mixtos y sus circuitos impresos (PCB). Puede también analizar circuitos RF, de comunicación, optoelectrónicos y probar y depurar aplicaciones de microcontroladores. posee una característica única que permite animar un circuito mediante el hardware opcional Lab II, con conexión USB que convierte a su computadora en un inigualable instrumento multifunción de prueba y medición (T&M). Con, los ingenieros tendrán una herramienta de alto rendimiento pero fácil de usar y los docentes dispondrán de recursos únicos en contextos de práctica y entrenamiento. La completa herramienta para el aprendizaje de la electrónica,, trabaja con circuitos analógicos lineales y no lineales así como con circuitos digitales y mixtos. es una extraordinaria herramienta de aprendizaje para estudiantes. Sus destacadas características incluyen análisis simbólico, presentación de sofisticadas herramientas para resolver sus trabajos, y un modo especial de enseñanza. Diseña en un instante cualquier circuito con el facilísimo editor de esquemas de. Escoge entre sus más de 4000 componentes de la biblioteca. Analiza tu circuito sus más de 20 modos del análisis diferente o mediante instrumentos virtuales. Presenta los resultados mediante las ventanas del diagrama de los sofisticados instrumentos virtuales del TINA, o en el modo interactivo donde puedes revisar tu circuito durante su funcionamiento. Deduce la función de transferencia o la respuesta en tiempo, chequea la evolución, o dibuja polos u ceros con el extraordinario análisis simbólico del TINA. Puedes dirigirte a cualquier parámetro del circuito por el mismo parámetro o mediante el valor de los componentes. Como usar : The Complete Electronics Lab El Tina es ideal, no sólo para aprender y ejercitarse, sino también para desarrollar circuitos, en el se puede hacer: Más de modelos de componentes integrados Análisis CC y CA, análisis de transitorios, análisis de ruido, análisis de espectros, análisis de Fourier, etc. Administrador de bibliotecas ampliado Análisis de ruido Análisis de tolerancia (condición de Monte Carlo y caso más desfavorable) 149

4 De todos los puntos anteriores, por la naturaleza de nuestro curso nos interesa el primer punto: Editor para el diseño de circuitos, de fácil operación Antes de seguir con nuestra explicación, debemos de recordar que la versión del programa que utilizaremos en el laboratorio, es una versión de uso libre, por lo que algunas de las funciones del programa no estarán disponibles, tal como la posibilidad de guardar (salvar) el documento (ver figura 2). Luego de abierto el programa tendremos en la pantalla una imagen como la siguiente: Figura 1: Programa En el menú superior se observa las funciones habituales de un programa, a saber, las opciones de cada una de estas funciones se muestran en la figura

5 Figura 2: Menús del programa 151

6 En la primera línea de botones, observamos una serie de funciones comunes que se usan en una gran cantidad de programas, las más comunes se detallan en la figura siguiente: Figura 3: Algunas funciones disponibles En la segunda línea de botones de este programa, vemos una serie de elementos que nos permiten armar un determinado circuito (previa selección del menú ), en la figura 4 se indica el nombre de cada uno de los elementos que permite colocar esta barra: 152

7 Figura 4: Algunos elementos disponibles en menú Basic En la última línea, se muestra el menú que permite seleccionar los elementos disponibles para construir los distintos circuitos, los mostrados en la figura 4 corresponde a los del menú Basic, pero existen mas como los siguientes: Ver figura 1 Para construir un circuito basta con tomar de la barra superior (segunda línea de botones) el elemento deseado, para modificar sus propiedades se posiciona sobre el elemento y se le da doble clic, aparecerá una ventana con las propiedades del mismo, las cuales usted puede modificar, tal como lo vemos en la figura 5 para una resistencia, por cierto si se da clic en el botón (primera 153

8 línea de botones) permitirá obtener una vista del elemento como la mostrada en la figura 5. Figura 5: Propiedades de una resistencia Luego de que usted ha seleccionado los elementos a usar, debe conectarlos entre si, para ello simplemente se posiciona sobre el elemento y aparecerá un lápiz (si no es así debe dar clic en el botón del menú superior) que le permite construir una línea de conexión entre elementos. De igual forma se colocan los medidores que desee insertar, ya sea un voltímetro o un amperímetro Una vez armado el circuito para que los medidores indique el valor detectado se debe ir al menú principal, seleccionar el menú interactive y luego se seleccionar star, y de esta forma los medidores colocados en el circuito indicaran el respetivo valor seleccionado, se ha de mostrar algo como lo indica la figura 6 y 7. Un Amperímetro se conecta en serie, es decir, hay que abrir el circuito y conectarlo entre los dos terminales nuevos que surgen como consecuencia de abrir el circuito. La conexión del amperímetro es la encargada de volver a cerrar el circuito. 154

9 Figura 6: Circuito sin evaluar 155

10 Figura 7: Circuito evaluado Un Voltímetro se conecta en paralelo entre los dos puntos el los que se desea medir la diferencia de potencial. La resistencia interna de un voltímetro es muy grande y por tanto no consume intensidad aunque se conecte en paralelo con cualquier elemento del circuito. Toda diferencia de potencial implica una medida entre dos puntos del circuito. Un caso particular es cuando uno de los puntos es el nivel de tensión de referencia con valor 0 voltios o GND ( GROUND o Tierra ). Procedimiento: a. Utilizando las de y la Ley de Ohm, determine el voltaje y la corriente en cada una de las resistencias de los circuitos de las figura 8 y 9, (Ver anexo, reglas de ). Complete la respectiva tabla para cada circuito mostrado. 156

11 b. Reproduzca cada uno de los circuitos en el programa y compare los valores indicados por los medidores colocados en el circuito para tal fin con los valores obtenidos en el punto anterior. Tabla 1: Circuito resistivo de la figura 8 Figura 8: Circuito Resistivo Resistencia R (Ω) Corriente I (A) Voltaje V (V) R 1 R 2 R 3 R 4 E 1 E 2 157

12 Tabla 2: Circuito resistivo de la figura 9 Figura 9: Circuito Resistivo Resistencia R (Ω) Corriente I (A) Voltaje V (V) R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 E 1 E 2 c. Utilizando las de y la Ley de Ohm, determine el voltaje y la corriente en cada una de las resistencias del circuito de la figura 10, (Ver anexo, reglas de ). Complete la respectiva tabla para cada circuito 158

13 mostrado. Además determine los valores de las diferencias de potencial solicitadas en la Tabla 3. d. Reproduzca el circuito en el programa y compare los valores indicados por los medidores colocados en el circuito para tal fin con los valores obtenidos en el punto anterior. Figura 10: Circuito Resistivo Tabla 3: Circuito resistivo de la figura 10 Resistencia R (Ω) Corriente I (A) Voltaje V (V) R 1 R 2 R 3 V ad V cf V be E 1 E 2 E 3 159

14 e. Utilizando las de y la Ley de Ohm, determine el voltaje y la corriente en cada una de las resistencias de los circuitos de las figura 11, 12 y 13, (Ver anexo, reglas de ). Complete la respectiva tabla para cada circuito mostrado. Tabla 4: Circuito resistivo de la figura 11 Figura 11: Circuito resistivo Resistencia R (Ω) Corriente I (A) Voltaje V (V) R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 E 1 E 2 E 3 160

15 f. reproduzca cada uno de los circuitos de las figuras11, 12 y 13, en el programa y compare los valores indicados por los medidores colocados en el circuito para tal fin con los valores obtenidos en el punto anterior. Figura 12: Circuito resistivo R Tabla 5: Circuito resistivo de la figura 12 Resistencia R (Ω) Corriente I (A) Voltaje V (V) R 1 R 2 R 3 E 1 E 2 E 3 161

16 Tabla 5: Circuito resistivo de la figura 13 Figura 13: Circuito resistivo Resistencia R (Ω) Corriente I (A) Voltaje V (V) R 1 R 2 R 4 R 5 R 6 R 3 E 1 E 2 Encuentre programas de uso gratuito en: 162

17 USANDO ANÁLISIS DE CIRCUITOS EN COMPUTADORA PARA EVALUAR LAS REGLAS DE KIRCHHOFF TINA EN LA CASA EN EL LABORATORIO PARA USAR SOFTWARE SE DEFINE PROGRAMA QUE PERMITE REPRODUCIR Y ANALIZAR CIRCUITOS ELÉCTRICOS PARA RESOLVER CIRCUITOS USANDO LAS REGLAS DE KIRCHHOFF CONSTRUIR CIRCUITOS EN EL TINA REALIZAR LUEGO LUEGO MEDIDAS DE CORRIENTE Y VOLTAJE COMPARAR RESULTADOS Y CALCULAR DE ERROR Figura 14: Resumen de la práctica 163