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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 aqui descritos são básicos nos estudo e simulação de circuitos em CC. 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 para que possa compreender este trabalho. Atenção !! Clicar com o botão do mouse significa clicar com o botão esquerdo, quando for necessário usar o botão direito será escrito clicar com o botão direito do mouse.
Iniciando
A Tela de Entrada A inicialização do programa deve ser feita clicando no ícone do mesmo ou indo em: Iniciar >>> Programas >>> MultiSIM 7. Em seguida será exibida a seguinte tela:
Figura01: Tela inicial do MultiSIM 7 Construindo um Circuito Para construir um circuito, de preferência você já deve ter o rascunho desse circuito. Comecemos com um circuito resistivo série como o da figura02. Exemplo01 : Circuito série em CC
Seja um circuito série constituído por duas resistências em série, uma de 3KΩ (R1) e outra de 2KΩ (R2), alimentado por uma bateria de 15V (V1). Inicialmente vamos calcular as tensões nas resistências e a corrente no circuito. De acordo com a teoria, a resistência equivalente será igual a 5KΩ e portanto a corrente no circuito será igual a 15V/5KΩ=3mA e portanto a tensão em cada resistência será igual a: U1=3mAx3K=9V U2=3mA.2K=6V A seguir na figura02 o circuito com os instrumentos (amperímetro e voltímetros). Observe que estamos usando multímetros, o qual explicaremos mais adiante.
Figura02: Circuito exemplo Configurando Área de Trabalho Para configurar a área de trabalho, por exemplo mostrar ou não alguns elementos tais como Mostrar Grade (Show Grid ), colocar Limites da Página ( Show Page Bounds), Mostrar Bordas ( Show Border), e outros itens, deveremos ir no menu principal em Ver ( View ) aparecerá uma lista onde podemos escolher mostrar: Barra de Ferramentas ( Toolbars ), Grade ( grid ), Aumentar Zoom ( Zoom In ) e outros. Experimente. Clicar com o botão direito do mouse na área de trabalho também é uma alternativa que permite efetuar modificações na átrea de trabalho e no circuito, tais como: Colocar Componentes ( Place Component ), Mostrar Número dos Nós (Show Node Names), Colocar Texto ( Place Text ), Mostrar Grade (Show Grid ), Mostrar Bordas ( Show Border) e outros. Experimente.
Figura04: Escolhendo a fonte da ID, valor,rótulo,atributos, nome dos pinos, número dos nós e do texto
Atenção!! A modificação será executada somente para os itens selecionados. Inserindo um Componente Vamos inserir uma fonte CC. Caso a caixa de componentes não esteja visível vá em Ver ( View )>>> Barra de Ferramentas ( ToolBars ) >>> Barra de Componentes ( Component Toolbars )
Figura05: Tornando ou não visível a barra de componentes A figura06 mostra as caixas de componentes do MultiSIM 7.
Figura06: Caixas de componentes Abra a caixa de componentes Fonte ( Source ), aparecerá a janela Selecione um Componente ( Select a Component ), figura07 na qual você deverá escolher: Em Base de Dados ( Data Base ) selecione Multisim Master. Em Grupo ( Group ) selecione Fontes ( Sources ). Em Familia ( Family ) selecione Fonte de Potência ( Power Source ). E em Componente ( Component ) selecione Fonte de CC ( DC Power ). Observe que à direita aparecerá o simbolo do componente escolhido e logo abaixo a sua função, o footprint (que é usado quando a placa de circuito impresso será feita e aparece só para componentes não virtuais) e o fabricante caso não seja virtual.
(a) (b) Figura07: (a) Caixa de componentes Fontes (Sources) Fechada – (b) Janela de seleção de componentes
Figura08: Caixa de diálogo Preferências (Preferences) com a guia Caixa de Componentes (Components Bins) selecionada
- Comentemos com mais detalhes a aba Componentes , figura08.Nesta aba pode-se selecionar a norma de simbologia usada (ANSI ou DIN) (sugiro manter o default, ANSI). Em Modo de Colocar Componentes ( Place Component Mode ) podemos ter as opções:
- Colocar um componente ( Place single component ): Neste caso será inserido um componente por vez na área de trabalho. Experimente
- Colocar continuamente componentes com multiseção somente ( Continous Placement Multi-section part only- ESC to quit ): Todas as partes de um componente são colocadas sequencialmente. Por exemplo os CI’s que contém mais de uma porta. A cada clique na área de trabalho será colocada uma das secções do CI. Para sair teclar em ESC do teclado. Experimente
- Colocar continuamente componente ( Continous placement-ESC to quit ): Os componentes são colocados continuamente. Para sair clicar em ESC. Experimente Coloquemos portanto uma bateria na área de trabalho (observe que o valor padrão é 12V). Para mudar o valor, dê duplo clique no ícone da bateria, se abrirá a caixa de diálogo da figura09.
Figura09: Caixa de diálogo Fonte DC (DC Power) Após ter especificado o novo valor da bateria dê OK. Caso deseje girar o componente clique com o botão direito em cima dele, se abrirá a caixa de diálogo da figura10. Experimente.
Figura10: Caixa de diálogo para recortar, copiar e girar o componente Flip horizontal: gira o componente ao redor do eixo vertical Flip vertical: gira o componente ao redor do eixo horizontal 90 Clockwise: Gira o componente no sentido horário 90 CounterCW: Gira o componente no sentido anti- horário Observe na janela da figura10 a possibilidade de mudar a cor do componente bem como o fonte.
Figura12: Caixa de diálogo resistor Adicione um terra ( ground ) ao circuito (sem ele não é possível a simulação). O terra se encontra na mesma caixa de componentes que a fonte. O posicionamento dos componentes antes de ligar os componentes está indicado na figura a seguir.
V 15 V
R 3kOhm
R 2kOhm
Figura13: Componentes antes de serem conectados
Conectando os Componentes
No MultiSIM 7 existem dois modos de conectar os terminais de componentes, manual e automático. No modo automático o programa escolhe o melhor caminho para ligar os dois terminais. Para escolher entre manual e automático vá em: Opções ( Options )>>> Preferências ( Preferences )>>> Conectar ( Wiring ).
Figura14: Caixa de diálogo Preferências (Preferences) com a aba Conectar (wiring) selecionada Para conectar os terminais de dois componentes, posicione o ponteiro em um dos terminais o mesmo se transformará em uma cruz, figura15. Experimente
Figura15: Ponteiro posicionado no terminal da bateria Clique no primeiro terminal e em seguida clique no outro terminal a conexão será feita.
Figura16: Posicionando o ponteiro no terminal do outro componente
Desconectando um Fio
Para desconectar dois componentes, é suficiente apagar o fio que os liga. Para isso clique com o botão direito em cima do fio aparecerá uma caixa de diálogo, figura18, clique em Apagar ( delete ), ou simplesmente selecione o fio (clique com botão esquerdo) e em seguida clique Delete no teclado. Experimente
Figura19: Apagando um fio (conexão)
Apagando um Componente
Para apagar um componente basta selecionar o componente (clicando nele ou arrastando o mouse sobre ele), em seguida clicar em Delete no teclado, ou clicando com o botão direito clicar em cortar ( cut ), figura20. Experimente.
Figura20: Apagando uma conexão
Colorindo um Fio
Dar cores diferentes para fios ligados em determinados pontos do circuito facilita a visualização das funções de cada parte do circuito, principalmente em circuitos digitais. Para colorir um fio basta clicar com o botão direito sobre o fio que aparecerá a mesma caixa de diálogo da figura19. Selecione Cor ( color ) que aparecerá a caixa de diálogo da figura21. Selecione a cor desejada, dê OK. Experimente
Figura21: Escolhendo uma cor para o fio Também é possível colorir um componente. Clicando com o botão direito em cima do símbolo do componente se abrirá a caixa de diálogo da figura selecione Cor ( color ). Aparecerá uma caixa igual à da figura21. Selecione a cor desejada, dê OK Experimente
Os Nós do Circuito
Chamamos de nó ao ponto de conexão de dois ou mais componentes. Os nós são importantes do ponto de vista do programa pois é a partir deles que é feita a descrição de um circuito. A descrição de um circuito pode ser feita através do esquemático ou através de um texto chamado de netlist. O netlist consiste em dizer que componente está conectado entre dois nós. Além disso existem algumas analises onde é necessário especificar o nó. Os nós de um circuito são numerados a partir de 1 (nó zero por convenção é a referência terra). Para visualizar os nós de um circuito clique com o botão
Na figura23 em Familia ( Family ) selecionamos Voltimetro ( Voltmeter ) e em componente selecionamos o voltímetro horizontal. Dê OK. Clicando no voltímetro (ou amperímetro) no será mostrada uma caixa de diálogo que pede para escolher o instrumento na vertical ou horizontal e com uma determinada polaridade. É claro que você pode girar o componente caso deseje. Experimente
U
DC 1MOhm
- (^) 0.000 V- U +- 0.000 V DC 1MOhm
Figura24: Voltímetro horizontal e vertical O voltímetro deverá ser ligado em paralelo com a resistência ou os pontos de medida. Você pode configurar as resistências internas e o tipo de aplicação CC ou CA, para isso basta dar duplo clique que aparecerá a caixa de diálogo da figura25. Escolha o tipo de aplicação (Dc ou AC) e coloque o valor da resistência interna. Dê OK.
Figura25: Configurando a resistência interna e o tipo de aplicação do voltímetro (DC ou AC) A inserção de um amperímetro é feita de forma semelhante à do voltímetro. O amperímetro pode ser colocado diretamente sobre o fio. A ligação será feita automaticamente. Experimente. Ajuste a resistência interna do amperímetro em 1mOhms (0,001 Ohms) para dar maior precisão.
Após ter configurado os instrumentos o passo seguinte é a simulação. Para iniciar a simulação clique no botão de iniciar simulação (ver figura01). A figura26 mostra o resultado da simulação. Experimente Para iniciar a simulação vá em Simular ( Simulate )>>> Run
Figura26: Resultado da simulação do circuito da figura
O Multímetro
Como alternativa para os instrumentos usados poderíamos ter usado o multímetro (instrumento com múltipla funções) da barra de instrumentos. É o primeiro instrumento da barra de instrumentos e cujo ícone é
Atenção!! Para saber o nome do instrumento, deixe o ponteiro do mouse momentaneamente em cima do instrumento que aparecerá o seu nome. Experimente. A sua função default é como voltímetro. Para usar como amperímetro, ohmímetro ou decibelímetro devemos fazer a seleção de função como na figura27.
O Ohmímetro do Multímetro
Um ohmímetro é usado para medir resistência. Para usar o multímetro como ohmímetro deveremos ligá-lo como na figura29 a seguir, desligando toda e qualquer fonte de alimentação e aterrando um dos terminais. Em seguida é só iniciar a simulação. Experimente
Figura29: Multímetro usado como ohmímetro
O Decibelímetro do Multímetro
Antes de mostrar como usar o multímetro como decibelímetro rapidamente relembremos o conceito de decibel (dB). Dado um circuito no qual de define claramente entrada e saída o ganho em dB do circuito é definido como sendo:
Ganho(dB) 20 .log(VV ) e
= S
Figura30: Quadripolo genérico Caso Vs >Ve dizemos que houve um ganho, neste caso Ganho(dB)> Caso Vs <Ve dizemos que houve uma atenuação,neste caso Ganho(dB)< Caso Vs =Ve então Ganho(dB)=
Consideremos como exemplo o circuito da figura02 onde temos um divisor de tensão. Seja a tensão de saída em R2 (V2=Vs) que no exemplo resultou em 6V portanto de a entrada for a tensão da bateria teremos uma atenuação e o ganho em dB valerá: Ganho( dB)= 20 .log( 156 )=− 7 , 95 dB A figura31 mostra o multímetro configurado e ajustado para medir dB relativo a 15V.
Figura31: Janela de configuração de ajustes do multímetro para decibelímetro tendo como referencia a tensão de 15V A seguir na figura32 o resultado da medida em dB da tensão em R2 e relativo a 15V.
Figura32: Medida, em dB, da tensão em R
