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Lição 6 - Instrumentos virtuais

Na lição anterior aprendemos a montar nosso primeiro circuito completo, um amplificador de sinais alternados (áudio) com ganho 10, utilizando um amplificador operacional 741. Uma vez montado e salvo, chegou a hora de verificarmos se ele funciona, usando as ferramentas de simulação do Multisim 11. Utilizaremos então um gerador de funções para gerar um sinal de áudio que será aplicado à entrada do circuito e um osciloscópio para verificar se os sinais são amplificados corretamente sem distorções.

Para utilizarmos os instrumentos virtuais do MultiSim 11 o procedimento é simples. Basta clicar e arrastá-los a partir da barra vertical de ferramentas do lado direito conforme mostra a figura 1.

Barra de instrumentos do Multisim 11.
Barra de instrumentos do Multisim 11.

 

Para saber o que é cada instrumento basta deixar por um instante o cursor sobre ele que aparece uma breve descrição, conforme mostra a figura 2.

 

Descobrindo os instrumentos da barra vertical.
Descobrindo os instrumentos da barra vertical.

 

Dois instrumentos, em especial, serão usados no nosso projeto. O gerador de funções mostrado em (A) e o osciloscópio virtual de duplo traço mostrado em (B) na figura 3.

 

O gerador de funções e o osciloscópio
O gerador de funções e o osciloscópio

 

Veja que temos outros osciloscópios como o de quatro traços e os osciloscópios Agilent e Tektronix que têm as mesmas características do tipo real, o que pode ser muito importante para uma simulação mais crítica que tenha de ser depois refeita no instrumento verdadeiro.

Começaremos pelo gerador de funções. Para colocá-lo na área de trabalho basta posicionar o cursor sobre ele e clicar no botão esquerdo para selecionar. Depois é só arrastar o local desejado. Para fixá-lo em é só soltar o botão esquerdo, obtendo-se a imagem como a mostrada na figura 4. Vamos fazer isso já usando a tela do circuito que montamos na lição passada.

 

Colocando o gerador de funções na área de trabalho.
Colocando o gerador de funções na área de trabalho.

 

Veja que, em seguida de modo a facilitar a conexão da saída (+) à C1 e o terminal central à terra transpusemos o seu painel (passamos o + para o lado direito), usando o comando "flip horizontal" depois de clicar no botão esquerdo com o mouse posicionado sobre o gerador.

Na figura 5 temos o gerador de funções colocado perto da entrada do circuito montado, com os terminais transpostos horizontalmente.

 

Posicionando o gerador de funções perto da entrada do circuito.
Posicionando o gerador de funções perto da entrada do circuito.

 

 

O Gerador de Funções

Clicando sobre o símbolo do gerador de funções na área de trabalho, o painel desse instrumento aparece de modo ampliado de modo a permitir que ajustes sejam feitos, conforme mostra a figura 6.

 

 

O painel do gerador de funções.
O painel do gerador de funções.

 

Conforme podemos ver, como todo gerador de funções, ele pode gerar sinais de três formas de onda diferentes, retangular, senoidal e triangular. Essas formas de onda podem ser selecionadas simplesmente clicando-se sobre a caixa correspondente ao seu formato, no próprio painel do aparelho. Selecionamos em a forma de onda senoidal.

O próximo passo será selecionar a freqüência e a amplitude. Para isso, indo a caixa "Hz" (A) podemos clicar na barra de rolagem que aparece nela quando posicionamos o mouse no lado direito, escolhendo "kHz", conforme mostra a figura 7.

 

 

Selecionando kHz.
Selecionando kHz.

 

 

Da mesma forma, na caixa de amplitudes, podemos fazer a seleção para 20 mV que é a amplitude do sinal que vamos usar em nossos testes (B).

Veja que, para um ganho 10, usando 20 mV teremos uma saída de 200 mV. Uma entrada maior, por exemplo ,2 V geraria um sinal de 20 V que está acima da tensão de alimentação provocando uma saturação e deformação do circuito. Veremos posteriormente como fazer a simulação nesse caso.

No painel desse instrumento também temos a caixa denominada "duty cycle" ou "ciclo ativo". Essa caixa será ativada quando escolhermos sinais retangulares para um teste.

Um "duty cycle" de 20%, por exemplo, indica que o sinal ficará 20% no nível alto e 80% no nível baixo em cada ciclo, independentemente da sua freqüência, para ocaso dos retangulares. Na figura 8 temos então os ajustes feitos.

 

 

Gerador de funções ajustado.
Gerador de funções ajustado.

 

 

Ligando o Gerador de Funções

Uma vez ajustado o gerador de funções para produzir um sinal de 1 kHz com 20 mV de amplitude, devemos fazer sua conexão ao circuito de teste. Isso é mostrado na figura 9.

 

 

 Gerador de funções ligado à entrada do circuito.
Gerador de funções ligado à entrada do circuito.

 

 

A saída (+) é ligada ao capacitor C1 conforme mostra a figura. Na mesma figura em mostramos a ligação do terra do gerador a um terra, criado da forma como o leitor já aprendeu.

Com isso o circuito estará pronto para funcionar, já com uma fonte virtual de sinal de testes.

No entanto, existe uma outra alternativa para fonte de sinais de prova.

 

Fontes de Sinais

Para gerar sinais para testes de um circuito como o indicado, o leitor não conta apenas com o gerador de funções básico que mostramos e usamos no caso anterior.

Uma possibilidade interessante consiste em se usar a caixa de geradores ou fontes de sinais mostrada na figura 10 em (A).

 

 

Gerando sinais com uma fonte AC
Gerando sinais com uma fonte AC

 

 

Clicando na caixa de fontes (símbolo terra) selecionamos na caixa "sources"(fonte) a fonte AC (AC voltage). Abre-se o símbolo do gerador AC na caixa de símbolos. Basta então dar o OK que esse símbolo vai para a área de trabalho.

Trata-se de uma fonte de tensão senoidal que pode ter tanto a amplitude como a freqüência programados pelo usuário de uma forma muito simples.

Uma vez que você a tenha selecionado e colocado na área de trabalho, ligue'-a ao capacitor C1 e ao terra. Depois clicando sobre ela com o botão direito, conforme mostra a figura 11, abra a caixa de diálogo que permite fazer sua programação.

 

Programando a fonte de sinal AC.
Programando a fonte de sinal AC.

 

 

Essa caixa, mostrada na mesma figura em tem as caixas onde é possível programar o valor da amplitude de tensão e a unidade em que será selecionada em mV (milivolts) clicando-se nas setas do lado direito da mesma caixa.

Veja que a freqüência escolhida já é de 1 kHz, não precisando ser alterada, mas para um outro teste, o leitor pode fazer facilmente a reprogramação.

Feita a escolha, é só clicar em E para que a fonte de sinal esteja pronta para ser usado no circuito que vai ser simulado. O circuito pronto é mostrado então na figura 12.

 

 

Circuito pronto para a próxima etapa na simulação.
Circuito pronto para a próxima etapa na simulação.

 

 

Poderemos usar este circuito ou o da figura 6 para fazer a simulação, ligando na próxima aula o osciloscópio.

Outras fontes de sinais também podem ser empregadas com a finalidade de se simular ou testar um circuito. Podemos citar na mesma caixa que usamos na figura 9, a fonte de sinais de clock, que gera sinais retangulares em freqüências e amplitudes que podem ser ajustadas.

 

Conclusão

No teste de muitos circuitos que apenas amplificam, atenuam ou modificam sinais é fundamental contar com uma fonte de sinais apropriada. O gerador de funções é recomendado tanto para o teste de circuitos analógicos como digitais.

Para os digitais, por exemplo, conforme veremos, basta programar os sinais retangulares com as amplitudes exigidas pela lógica usada e a freqüência de acordo com os testes realizados.

Outra possibilidade consiste em se utilizar circuitos de teste já prontos que podem ser mantidos em arquivos. Por exemplo, um teste com um sinal senoidal de baixa freqüência pode ser feito copiando e colando o circuito de um oscilador de duplo T no projeto indicado.

Basta então conectar sua saída à entrada desse amplificador, eventualmente passando o sinal por uma rede de atenuação linear (dois resistores formando um divisor), para que os testes também possam se realizados de modo eficiente.

Por esse motivo é interessante que todo e qualquer circuito simulado que se revele funcional e útil seja arquivado numa pasta pois eles podem tanto servir de ponto de partida para novos projetos como também para a realização de testes.

Para os leitores interessados, sugerimos trabalhar com as centenas de circuitos que temos na seção Circuitos Simulados, deste site, que já estão prontos para serem utilizados.

 

 

 

No momento em que o leitor já começa a entender como pode criar e simular seus circuitos no MultiSim 11 é importante que seja feito um alerta sobre o que pode e o que não pode ser simulado.

O programa parte de algoritmos, ou seja, conjuntos de fórmulas, que prevêem as características comuns dos componentes que normalmente são empregados na maioria dos projetos.

No entanto, existem casos em que o programa pode não prever uma aplicação fora do comum, ou uma condição especial bem diferente daquela que poderíamos considerar natural para o componente, e com isso a simulação pode não ocorrer.

Alterações no processo de simulação podem ajudar em muitos casos, mas se trata de um procedimento bastante avançado que exige conhecimento do projetista e que não cabe explicar nesse curso, que visa apenas uma breve introdução ao MultiSim 11.

 

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