Introdução ao NI Multisim

A National Instruments proporciona um enfoque integrado para projetos eletrônicos com o NI Multisim para captura e simulação de circuitos e o NI Ultiboard para o projeto de circuitos impressos. Neste exercício você construirá um circuito amplificador baseado no componente AD712KR. O amplificador consistirá de três elementos primários e várias referências de tensão e terra. O objetivo principal deste exercício é a familiarização com a facilidade de uso do ambiente do NI Multisim bem como suas capacidades de simulação e análise.

1. Projeto
2. Implementação
3. Resumo
4. Recursos Adicionais

Projeto

A Figura 1 mostra o circuito amplificador não inversor que você construirá neste exercício. Consiste de um componente ativo (amplificador operacional) e dois componentes passivos (resistores) que completam a rede de retroalimentação que prevêem o ganho.

Figura 1. Amplificador não inversor.

O ganho (G) deste amplificador está dado pela seguinte expressão:

G = 1 + (R1/R2)

Por tanto se temos que R1=R2, então o ganho é igual a 2.

Implementação

Executando o Multisim

1. Inicie o Multisim. Se o Multisim não está aberto selecione Programas»National Instruments»Circuit Design Suite 10.1»Multisim 10.1. O Multisim será aberto e apresentará automaticamente o arquivo Circuit1.

A interface gráfica do usuário do Multisim é muito intuitiva e permite acesso rápido às funções mais utilizadas. É possível personalizar o ambiente do Multisim, incluindo cores utilizadas nos circuitos, tamanho da página, tipo de símbolo utilizado (ANSI ou DIN), entre outros.

Seleção de Componentes

2. Utilize o Component Browser (Localizador de Componentes) para selecionar os componentes necessários.
3. Selecione Place»Component. A janela de diálogo Select a Component (também conhecida como Component Browser) aparece (Figura 2).

Figura 2. Component Browser.

O Component Browser organiza os componentes do banco de dados em três níveis O Master Database (Banco de Dados Mestre) contém todos os componentes incluídos dentro do Multisim. O Corporate Database (Banco de Dados Corporativo) é um banco de dados no qual podem ser guardados componentes que se deseja compartilhar com outras pessoas (por exemplo, através da rede). Finalmente, o User Database (Banco de Dados do Usuário) é o lugar onde se podem guardar componentes personalizados que só podem ser utilizados pelo projetista em específico.

Note também que os componentes estão organizados em Grupos e Famílias o que faz com que a busca por um componente em particular seja mais fácil.

4. Para inserir uma referência de terra selecione o Grupo Sources, e clique na Família POWER_SOURCES.
5. Na coluna Component selecione GROUND (ver Figura 3).

Figura 3. Selecionando um componente.

6. Clique no botão OK. O Component Browser desaparece temporariamente e o símbolo de terra estará fixo ao ponteiro do mouse como é mostrado na figura a seguir:

Figura 4. Inserindo um componente.

7. Mova o mouse até um lugar apropriado no diagrama e clique para inserir o componente. O Component Browser aparecerá novamente.
8. Repita este processo para adicionar outro componente GROUND.
9. No mesmo Grupo e Família agora selecione o componente DC_POWER.
10. Clique em OK para inserir o componente.
11. Repita o mesmo processo para inserir um segundo componente DC_POWER.

Para que a simulação seja executada no Multisim é necessário ter pelo menos uma referência de terra e uma fonte de alimentação no diagrama.

12. Selecione agora o Grupo Basic, Família RESISTOR.
13. No campo Component escreva 1k para selecionar um resistor de 1 kΩ.
14. Clique em OK. Antes de inserir componentes você pode girá-los pressionando a combinação de teclas <Ctrl+R >.
15. Insira outro resistor de 1kΩ.

Localização de Componentes

16. No Component Browser clique no botão Search. A janela Search Component será aberta. Esta é uma ferramenta prática para buscar componentes.
17. No campo Component escreva AD712 e clique em Search. Aparecerá uma lista com todos os componentes que contêm o texto AD712 em seu nome.
18. Da lista de resultados selecione o componente AD712KR e clique em OK.

Note que o AD712KR é um componente com múltiplas seções (A e B). Isto quer dizer que em um único circuito integrado estão disponíveis dois amplificadores.

18. Clique em OK para inserir o componente. Aparecerá uma janela de diálogo (Figura 5) perguntando que seção você deseja inserir. Selecione a seção A.

Figura 5. Componente multiseção.

19. Clique no botão Close para fechar o Component Browser.

Até este ponto seu diagrama deverá se parecer com a figura seguinte:

Figura 6. Previsão do diagrama.

Note que com o botão de rolagem do mouse você pode se aproximar/afastar (Zoom In/Out) da área de trabalho.

Salvando o Arquivo

20. Salve o seu arquivo com o nome Exercício1. Selecione File»Save As… No diretório de sua preferência salve o arquivo com o nome Exercício1.

Conexão dos Componentes

Nos passos seguintes serão conectados os componentes previamente selecionados.

21. Realize as conexões dos componentes.
22. Para realizar uma conexão, mova o ponteiro do mouse próximo ao terminal de um componente. O ponteiro do mouse altera sua forma para a forma de uma cruz. Clique uma vez e mova o mouse para iniciar uma conexão.
23. Clique no terminal de destino. O Multisim criará automaticamente a conexão entre os dois terminais
24. Termine de realizar as conexões do circuito tomando como referência a Figura 7.

Figura 7. Conexão dos componentes.

Os números que se observam sobre as conexões são os nomes que o Multisim associa a cada novo nó (Net). O Multisim realiza esta associação de maneira sequencial conforme as conexões são feitas no circuito, por isso não se preocupe se os nomes utilizados na Figura 7 são diferentes dos de seu circuito. O nó 0 é sempre associado às referências de terra.

Instrumentos Virtuais

O Multisim contém instrumentos virtuais que você pode utilizar para controlar, medir e investigar o comportamento de um circuito. Estes instrumentos são configurados e utilizados como os intrumentos reais equivalentes utilizados no laboratório.

Os instrumentos estão agrupados em uma barra na parte direita da janela da aplicação. Dependendo da sua versão do Multisim você poderá ter até 22 instrumentos. A Figura 8 mostra a Barra de Instrumentos.

Figura 8. Barra de Instrumentos.

25. Coloque e configure um Gerador de Sinais e um Osciloscópio no diagrama.
26. Da barra de instrumentos selecione o Gerador de Funções (Function Generator) e o insira no circuito.
27. Da mesma maneira selecione o Osciloscópio (Oscilloscope) e o insira no circuito.
28. Conecte ambos os instrumentos como é mostrado na Figura 9.

Figura 9. Utilizando Instrumentos Virtuais.

29. Clique duas vezes no Gerador de Funções para abrir o seu painel frontal.
30. Configure o Gerador de Funções conforme mostra a Figura 10.
31. Feche o painel do Gerador de Funções.

Figura 10. Painel Frontal do Gerador de Funções.

Simulação

32. Execute a simulação para verificar o funcionamento do circuito.
33. Selecione Simulate»Run.
34. Clique duas vezes no Osciloscópio para abrir o seu painel frontal.
35. Ajuste os controles do Osciloscópio de acordo com a Figura 11. Inicialmente o Osciloscópio terá um fundo de tela preto, pressione o botão Reverse para alterar para um fundo de tela branco.

Figura 11. Painel Frontal do Osciloscópio.

Como é possível observar, o Osciloscópio exibe os sinais de entrada e saída do circuito. Para diferenciar ambos os sinais de uma maneira melhor altere a cor do traço do sinal de saída. Siga os seguintes passos:

36. Feche o Osciloscópio e pare a simulação (Simulate»Stop).
37. Clique com o botão direito na conexão que conecta o canal B do Osciloscópio ao terminal 1 do componente AD712KR.
38. Selecione Color Segment...
39. No campo Colors selecione uma cor azul.
40. Clique em OK. A cor da conexão será alterada.
41. Novamente abra o painel frontal do Osciloscópio e execute a simulação. Observe a diferença na cor dos traços de entrada e saída (Figura 12).
42. Pare a simulação.

Figura 12. Senais de entrada e saída do circuito amplificador.

Análises

O Multisim conta com uma ampla variedade de análises avançadas de SPICE que ajudam a obter informações valiosas sobre o comportamento de um circuito como por exemplo, a resposta em frequência, como afetam as tolerâncias dos componentes, entre outros.

43. Configure e execute uma análise AC para o circuito amplificador.
44. Clique duas vezes no nó que conecta o terminal 1 do componente AD712KR e a resistência R2. Será aberta a janela Net.
45. Na janela Net altere o parâmetro Net name para Vout como é mostrado na figura a seguir:

Figura 13. Janela Net.

46. Clique em OK. O nome do nó será alterado.
47. Selecione Simulate»Analyses»AC Analysis… A janela AC Analysis será aberta.
48. Selecione a aba Frequency Parameters e a configure como é mostrado na Figura 14.

Figura 14. Configuração da Análise AC.

49. Selecione a aba Output.
50. Da coluna Variables in circuit selecione V(vout) e pressione o botão Add para adicionar esta variável à coluna Selected variables for analysis, como é mostrado na Figura 15.

Figura 15. Seleção da variável para análise.

51. Pressione o botão Simulate. A janela Grapher View será aberta e exibirá os resultados da análise AC (um gráfico para a magnitude e outro para a fase).

Figura 16. Resultado da análise.

Além de apresentar os resultados, a janela Grapher View permite realizar medições exatas mediante o uso de cursores, bem como configurar e exportar os resultados obtidos.

Parabéns! Você capturou, simulou e analizou um circuito no Multisim.

Resumo

Neste exercício foi apresentada uma introdução ao ambiente do NI Multisim para a captura, simulação e análise de circuitos. O NI Multisim é um ambiente muito fácil de se utilizar no qual você pode aproveitar as capacidades de simulação avançadas de SPICE sem se preocupar com a sintaxe complexa desta linguagem. Uma vez determinado o projeto do circuito no Multisim, você pode transferir o diagrama ao NI Ultiboard para a realização do circuito impresso. Para mais informações e recursos técnicos visite ni.com/multisim.

Recursos Adicionais

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