Tutorial001Capitulo002 Proteus
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resistencias (al que asignamos el nombre de SALIDA). Evidentemente este valor de salida obtenido depende de los valores de las resistencias que estemos utilizando y de la diferencia de tensin que apliquemos entre los extremos del conjunto. Pues bien, la forma de decirle a nuestro simulador que tensiones de entrada deseamos para nuestra simulacin, fue haciendo uso del generador que llamamos ENTRADA. Puesto que hay muchos tipos diferentes de seales, tambin es necesario que dispongamos de diversos tipos de generadores. Sin embargo, no debemos confundirnos, en Proteus slo hay un objeto del tipo generador, al cual podemos configurar para que simule los diferentes tipos de seales disponibles. Proteus nos permite generar hasta trece tipos de seales diferentes. Ocho tipos de seales analgicas y cinco digitales. Las primeras diseadas para ser utilizadas en circuitos analgicos, son gestionadas por el ncleo SPICE del simulador. Las segundas, pensadas
para ser utilizadas en circuitos digitales, son gestionadas por el ncleo DSIM del simulador. El hecho de que el generador sea gestionado por uno -Pgina n 2-
u otro ncleo no tiene ninguna repercusin en nuestro trabajo, porque esta gestin se realiza de forma transparente al usuario. Los ocho tipos de seales analgicas disponibles son: 1. DC. Utilizadas para simular una fuente de voltaje de tensin continua constante. 2. Sine. Utilizadas para simular seales senoidales. 3. Pulse. Utilizadas para simular seales analgicas pulsantes. 4. Pwlin. Utilizadas para simular seales pulsantes de forma arbitraria y de difcil construccin. 5. File. Utilizadas para simular seales pulsantes de forma arbitraria y de difcil construccin a partir de los datos proporcionados mediante un fichero de formato ASCII. 6. Audio. Utilizadas para simular seales de audio. Toma como entrada ficheros de formato wav. 7. Exponent. Utilizadas para generar seales analgicas exponenciales con diferentes constante de tiempo. Produce pulsos con la misma forma que los circuitos RC de carga y descarga. 8. SFFM. Utilizadas para generar seales moduladas en frecuencia. Los cinco tipos de seales digitales disponibles son: 1. DState. Utilizadas para simular el estado de un determinado punto a un valor lgico alto o bajo. 2. DEdge. Utilizadas para simular en un determinado punto una transicin desde el valor lgico alto al bajo o viceversa. 3. DPulse. Utilizadas para simular en un determinado punto una seal de tipo ALTO-BAJO-ALTO o BAJO-ALTO-BAJO. Lo que normalmente conocemos como pulso, alto o bajo. 4. DClock. Utilizadas para simular en un determinado punto una seal de tipo tren de pulsos. Este tipo de seal es la habitual generada por los relojes, de ah su nombre. 5. DPattern. Utilizadas para simular seales compuestas por secuencias de niveles lgicos de comportamiento arbitrario.
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A continuacin lo colocamos debajo del rel y unimos este terminal con uno de los extremos de la bobina.
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A continuacin, colocamos uno encima de la bobina del rel. El resultado debe ser como el mostrado en la siguiente figura.
Ahora debemos unir el extremo del generador con el extremo libre de la bobina del rel.
Colocamos el ratn encima del generador. Lo seleccionamos pulsando una vez el botn derecho (el generador debe cambiar de color). -Pgina n 5-
Y una vez seleccionado, pulsamos el botn izquierdo del ratn para que nos aparezca la ventana de propiedades del generador.
En el campo Generator Name, escribimos el nombre que deseamos darle a nuestro generador. Por ejemplo, V1. En el cuadro de seleccin Analogue Types seleccionamos DC. En el cuadro de seleccin Digital Types no seleccionamos nada. En las casillas de seleccin inferiores lo dejamos todo sin marcar. Por ltimo en el lado derecho de la ventana seleccionamos como valor para el voltaje 5. Pulsando sobre el botn OK, cerramos la ventana y nuestro circuito debe ser similar al mostrado en la siguiente imagen.
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Ahora debemos arrancar la simulacin. Para ello pulsamos sobre el botn de reproducir de la parte inferior izquierda, tal y como vimos en el primer captulo de este tutorial.
Puesto que hemos seleccionado un generador de 5VDC y la bobina del rel es de 12VDC, la simulacin nos mostrar el rel desactivado.
Si paramos la simulacin y editamos el generador, cambiando el valor de la tensin desde 5 a 12 y volvemos a arrancar la simulacin, esta vez la simulacin nos mostrar el rel activado.
Obsrvese que el valor del generador que se muestra durante la simulacin ahora seala 12, en lugar de los 5 del caso anterior.
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Como se puede ver, colocar un generador en uno de nuestros circuitos es una tarea muy simple. Es verdad que hemos empezado por el caso ms sencillo que es un generador de tipo DC (fuente de tensin continua constante). En otros tipos de generadores, las opciones configurables pueden ser ms numerosas. Sin embargo, la tcnica de colocacin siempre es la misma. En los siguientes apartados iremos viendo las diferentes opciones de los diferentes tipos de generadores disponibles.
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1. Current Source? Aunque aparece en todos los generadores slo tiene utilidad en el caso de los generadores analgicos. Cuando se marca esta casilla el generador se convierte en una fuente de corriente. 2. Isolate before? Si colocamos el generador en medio de un cable que conexiona dos puntos, con esta casilla seleccionamos si el generador se comportar como si interrumpiera el cable al que est conectado. De esta forma la red situada antes del generador quedara aislada de la situada detrs del generador. Evidentemente, si el -Pgina n 9-
generador se conecta directamente a una red mediante un cable sencillo, esta casilla no realizar ninguna operacin. 3. Manual Edits? Cuando marcamos esta casilla, las propiedades del generador se visualizan en forma de una lista de texto. Se implementa por razones de compatibilidad con versiones anteriores del software. 4. Hide Properties? Cuando esta casilla est desmarcada se visualiza junto al generador sus propiedades en forma de texto.
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Los generadores de seal DC tienen un amplio rango de utilizacin en la simulacin de circuitos. Prcticamente en cualquier circuito se utilizan fuentes de alimentacin del tipo DC.
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Como puede verse la frmula de la seal generada se compone de tres partes: una constante que se suma al producto de dos partes, una senoidal y otra exponencial. La parte constante sirve para determinar el desplazamiento de la seal generada respecto a cero (parmetro offset). La parte senoidal construye nuestra seal senoidal en funcin de la amplitud, frecuencia y desfase indicados (parmetros amplitud de salida, frecuencia y desfase). Por ltimo, la parte exponencial determina la amortiguacin que sufrir la seal (parmetro factor de amortiguacin). En el caso de los generadores de seales senoidales podemos ajustar varios parmetros. La propiedad Offset (Volts) especifica el desplazamiento de la seal respecto al valor 0. En la imagen siguiente vemos un ejemplo que aclara el sentido del valor parmetro desplazamiento. La seal se ha especificado con un offset igual a 5 y una amplitud de 10 voltios. Por eso vemos en la grfica obtenida que el comienzo de la seal no empieza en el instante cero en 0 Voltios, sino en 5V y que la cresta superior est situada en un valor de 15V (10V de amplitud ms 5V de offset). Igualmente el valor de cresta inferior est situado en un valor de -5V (10V de amplitud menos 5V de offset).
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La amplitud de salida de la seal se especifica con el parmetro Amplitude (Volts). La amplitud se puede expresar indicando el valor mximo de la onda, el valor entre picos de la onda (diferencia de voltaje entre la cresta superior e inferior) o el valor eficaz RMS de la seal. La frecuencia de la seal se especifica con el parmetro Timing. Tambin se puede expresar de varias formas: indicando la frecuencia en Herzios de la seal, indicando el periodo de la seal o expresando el nmero de ciclos sobre el grfico entero. Expresar la frecuencia utilizando herzios o indicando el periodo es obvio. Sin embargo, la tercera forma es un poco menos evidente y necesita una explicacin complementaria. En Proteus, podemos visualizar una seal utilizando sondas, tal y como vimos en el primer captulo de este tutorial. Cuando conectamos una sonda a nuestro circuito, proteus nos ofrece la posibilidad de visualizar el resultado en forma de un grfico. En este grfico podemos indicar el tiempo que visualizaremos la seal (v.g. un segundo o 20 milisegundos). Pues bien, ahora ya podemos entender a que se refiere la tercera forma de expresar la frecuencia de la seal generada. Si la seal se visualiza en un grfico de un segundo, la frecuencia ser de 1Hz (un ciclo en un segundo). Sin embargo si la seal se visualiza en un grfico de 500 mseg, la frecuencia ser de 2Hz (un ciclo en medio segundo, igual a dos ciclos en un segundo). Como vemos la frecuencia de la seal se ajusta a la grfica sobre la que la realizamos la monitorizacin. El desfase, se indica utilizando la propiedad delay. Igual que en los casos anteriores se puede indicar el desfase de dos formas diferentes: introduciendo el tiempo de desfase en segundos o el desfase en grados.
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En la figura se ve un ejemplo de una seal de 220VAC de valor eficaz y 50 Hz de frecuencia, en la que se ha especificado un desfase de 45 grados.
Por ltimo, se puede indicar el factor de amortiguacin de la seal utilizando el parmetro damping factor (1/s).
En la figura puede observarse una seal de amplitud 220V de valor eficaz, frecuencia 50Hz, donde se ha indicado un factor de amortiguacin theta igual a 100.
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En la siguiente figura se muestra la misma seal con un factor de amortiguamiento theta igual a 10 para comparar los resultados generados al indicar factores de amortiguacin diferentes.
Obsrvese que por la situacin del parmetro thetha en la frmula (en el exponente negativo de la constante e), cuanto mayor sea su valor ms rpido el valor de V tender a igualarse a VO. Con este ltimo parmetro, ya hemos visto completamente como podemos definir nuestra seal senoidal de salida.
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Para entender el significado de cada uno de estos parmetros, nos ayudaremos de la figura siguiente, donde se muestra el patrn para construir una seal pulsante: -Pgina n 17-
PER representa el periodo de la onda, es decir, la inversa de la frecuencia. Para introducir esta caracterstica de la onda utilizamos el parmetro Frecuency/Period. Nos permite introducirlo de tres maneras: especificando la frecuencia en herzios, indicando el periodo o expresando el nmero de ciclos sobre el grfico entero. Expresar la frecuencia utilizando herzios o indicando el periodo es obvio. Para la tercera forma de expresar la frecuencia nos remitimos al epgrafe 6 donde la explicamos para las ondas de tipo senoidal. V1 representa el valor bajo de la seal de salida. Para introducir este valor se utiliza el parmetro Initial (Low) Voltage. V2 representa el valor alto de la seal de salida. Para introducirlo se utiliza el parmetro Pulsed (High) Voltage. TD representa el desplazamiento en el tiempo de la seal. Tambin podemos expresarlo diciendo que es el retraso con el que la seal se comenzar a generar. Durante este tiempo de retraso la seal se mantendr en el nivel de salida bajo (V1). Para introducirlo se utiliza el parmetro Start (Secs). TR representa el tiempo que durar la transicin desde el nivel bajo al nivel alto o flanco de subida. Se introduce utilizando el parmetro Rise Time (Secs). TF representa el tiempo que durar la transicin desde el nivel alto al nivel bajo o flanco de bajada. Para introducirlo se utiliza el parmetro Fall Time (Secs). Por ltimo, TF representa el tiempo que la seal estar en el nivel alto durante cada pulso o ancho de pulso. Se introduce utilizando el -Pgina n 18-
parmetro Pulse Width, que se puede introducir indicando el tiempo en segundos o en forma de tanto por ciento. Cuando generamos nuestras seales pulsantes hay que tener en cuenta la siguiente limitacin. Los tiempos de flanco de subida y flanco de bajada no pueden ser cero. Luego, hablando con exactitud, no se pueden generar ondas cuadradas perfectas. Hay que tener en cuenta que en la realidad ocurre lo mismo, porque siempre hay un tiempo, por pequeo que sea, para que se produzca la transicin del nivel bajo al alto o viceversa. En la figura siguiente se muestra un ejemplo de seal pulsante.
Se muestra la seal durante un segundo. La frecuencia es de 5 Hz, el ancho de pulso es de 50ms, el tiempo de retraso es de 100ms, el flanco de subida es de 10ms, el flanco de bajada es de 20ms, la tensin del nivel alto es de 5V y la tensin del nivel bajo es de 0V.
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Si la ventana le resulta pequea, puede aumentarla utilizando el botn situado en la esquina superior derecha con una flecha hacia arriba.
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Para introducir cada para de datos, situ el ratn sobre el punto de la grfica deseado y pulse el botn derecho. Repita el proceso para cada nuevo par de datos. Puede fijar la escala de la seal introduciendo el valor mnimo y mximo tanto del eje de tiempos como del eje de voltajes. En la siguiente imagen se muestra un ejemplo de seal generada con este entorno grfico.
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Y a continuacin se muestra una figura con la visualizacin en una grfica de la seal generada.
Puede observar que si en la ventana de introduccin de datos, marca la casilla Manual Edits, los pares de puntos se muestran con la forma representada en la figura siguiente. Esta forma de introducir los datos, expresando el valor de la tensin en funcin del tiempo segn la forma v(t), puede resultar ms rpida en algunos casos. En cualquier momento puede intercambiar entre la forma de introducir los datos con el editor grfico o el de texto.
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En este caso el parmetro a introducir es el nombre del fichero de datos que contiene la informacin. Podemos utilizar el botn Browse para encontrar el fichero. El fichero debe contener slo caracteres ASCII. El fichero se compone de diferentes lneas separadas unas de otras por saltos de lnea. Cada lnea contiene un par de datos separados entre s por espacios en blanco o saltos de tabulador (no separar utilizando comas). El primer valor del par representa el tiempo y el segundo el valor de tensin. Las lneas de pares de datos deben estar ordenadas por el valor de tiempo de menor a mayor. Los valores se representan utilizando nmeros en formato coma flotante. -Pgina n 23-
El fichero siguiente es un ejemplo generado con el bloc de notas de windows donde se muestra una onda con forma de sierra de tres ciclos. El tiempo de flanco de subida es 0,9 mseg, el tiempo de flanco de bajada de 0,1 mseg y la amplitud de la onda de 1V.
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El parmetro Wave Audio File nos permite indicar el fichero de ondas tipo WAV que contiene la forma de la onda de sonido que vamos a representar con nuestro generador. El botn Browse nos ayuda a encontrar el fichero dentro de nuestro rbol de directorios.
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En la siguiente figura se muestra como ejemplo el resultado de generar el fichero ding.wav que se suministra con windows como uno de sus ficheros estndar de sonido.
El parmetro Amplitude nos permite indicar la amplitud de la onda a generar, bien sealando el valor mximo de la onda o el valor entre picos. El parmetro Offset especifica el desplazamiento de la seal respecto al valor 0. Por ltimo, como los ficheros de sonido wav pueden ser mono o estreo, con el parmetro Channel podemos especificar si vamos a representar una onda de sonido mono o, en caso de ser un fichero estreo, si vamos a representar el canal izquierdo o derecho.
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En la siguiente figura se muestra el patrn utilizado para generar una seal de este tipo.
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V1 representa el valor bajo de la seal de salida. Para introducir este valor se utiliza el parmetro Initial (Low) Voltage. V2 representa el valor alto de la seal de salida. Para introducir este valor se utiliza el parmetro Pulsed (High) Voltage. TD1 representa el desplazamiento en el tiempo de la seal. Tambin podemos expresarlo diciendo que es el retraso con el que la seal se comenzar a generar. Durante este tiempo de retraso la seal se mantendr en el nivel de salida bajo (V1). Para introducir este valor se utiliza el parmetro Rise Start Time. TAU1 representa la constante de tiempo de la rampa de subida. Es el tiempo que tardar la seal en alcanzar el voltaje correspondiente aproximadamente al 0,63 del nivel alto. Para introducir este valor se utiliza el parmetro Rise Time Constant. TD2 representa el tiempo en que se producir el descenso de la curva. Este tiempo est medido desde el momento cero. Para introducir este valor se utiliza el parmetro Fall Start Time. TAU2 representa la constante de tiempo de la rampa de bajada. Para introducir este valor se utiliza el parmetro Fall Time Constant. La seal generada se corresponde matemticamente con una funcin construda en tres segmentos. El primer segmento ira desde el instante 0 hasta TD1, el segundo segmento desde TD1 hasta TD2 y, por -Pgina n 28-
ltimo, el tercer segmento desde TD2 hasta el tiempo de finalizacin. Cada uno de estos segmentos se definen por las siguientes ecuaciones.
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VO representa el desplazamiento de la seal respecto al valor 0. Se especifica utilizando el parmtero Offset (Volts). VA representa la amplitud de la onda portadora. Se especifica utilizando el parmetro Amplitude (Volts). FC representa la frecuencia de la onda portadora. Introducimos este valor con el parmetro Carrier Freq (Hz). -Pgina n 30-
FS representa la frecuencia de la seal modulada. Especificamos este valor mediante el parmetro Signal Freq (Hz.). Por ltimo, MDI, representa el ndice de modulacin. Se introduce este valor con ayuda del parmetro Modulation Index.
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Esta distincin se realiza con objeto de poder simular correctamente circuitos donde se utilizan diferentes dispositivos de lgica digital pertenecientes a la misma familia o a familias diferentes. Hacemos esta salvedad, porque precisamente en el caso de los generadores DState la parametrizacin posible afecta a este punto. Las opciones disponibles se muestran en la figura siguiente.
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Podemos seleccionar si el trnsito es de alto a bajo o viceversa con el parmetro Edge Polarity y el tiempo que tardar en generarse la seal con el parmetro Edge At (secs).
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Podemos seleccionar si el pulso es alto o bajo mediante el parmetro Pulse Polarity. Igualmente podemos seleccionar la duracin del pulso con el parmetro Pulse Timming. En este segundo caso podemos introducir los datos de dos formas. Indicando el tiempo que tardar en generarse el pulso y su duracin. O indicar el tiempo que tardar en generarse el pulso y el tiempo que tardar en terminar (lgicamente el tiempo de acabado debe ser mayor al tiempo de comienzo).
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Podemos seleccionar si el pulso comienza en alto o bajo mediante el parmetro Clock Type. Igualmente podemos seleccionar la duracin de los pulsos con el parmetro Timming. En este segundo caso podemos introducir los datos de dos formas. Indicando el tiempo que tardar en generarse el pulso y su frecuencia. O indicar el tiempo que tardar en generarse el pulso y su periodo.
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Podemos seleccionar si la secuencia de seales comenzar en un nivel alto o bajo con el parmetro Initial State. Igualmente podemos indicar cuanto tiempo tardar en generarse la secuencia de seales con el parmetro First Edge At. Tener en cuenta que durante este tiempo la seal permanecer alta o baja segn se haya indicado en el parmetro Initial State. -Pgina n 36-
Cada uno de los pulsos que forman la secuencia tienen la misma duracin, aunque puede ser que la duracin del estado alto y bajo sean diferentes. Podemos indicar la duracin de cada pulso y si van a tener la misma duracin o diferentes el estado alto y bajo con ayuda del parmetro Timming. En la figura siguiente se muestra un ejemplo con dos seales. La primera tiene el mismo tiempo de duracin en la fase alta y baja, mientras que la segunda tiene un tiempo de duracin en la fase alta de 50mseg y de 10mseg en la fase baja.
Podemos seleccionar si vamos a generar una secuencia ilimitada de pulsos o si por el contrario vamos a generar una secuencia limitada. Para ello haremos uso del parmetro Transitions. En el segundo de los casos determinaremos de cuantos pulsos se compondr nuestra secuencia. Si utilizamos un patrn de pulsos (ver ms abajo), podemos indicar que la longitud de nuestra secuencia viene fijada por el propio patrn de pulsos. Por ltimo podemos seleccionar si nuestra secuencia se compone de un tren estndar de pulsos alto-bajo-alto-bajo (tpico reloj) o si va a obedecer a un patrn especfico diferente. Para ello utilizaremos el parmetro Bit Pattern.
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En el caso de que deseemos utilizar un patrn especifco podemos definirlo con ayuda de la herramienta grfica que nos ofrece Proteus pulsando sobre el botn Edit.
La herramienta es muy potente e intuitiva. Nos ofrece una cuadrcula donde vamos marcando con el ratn el estado en cada pulso de la seal. De esta forma podemos construir la secuencia como nosotros deseemos. Hay que tener en cuenta que si hemos definido nuestra secuencia con tiempos diferentes para la zona alta y baja, la herramienta grfica no nos lo indica. Cada cuadrcula marcada alta tendr la duracin indicada en la casilla Mark Time y cada cuadrcula marcada baja tendr la durcacin indicada en la casilla Space Time.
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