Configuración de un análisis de CA en Multisim

Multisim presenta un conjunto completo de análisis SPICE para examinar el comportamiento del circuito. Estos análisis van desde los básico hasta los sofisticado. Cada análisis le ayuda a obtener información valiosa, como los efectos de las tolerancias y sensibilidades de los componentes. Para cada análisis, debe establecer una configuración que informe a Multisim exactamente qué analizar y cómo.

Multisim simplifica el procedimiento para un análisis avanzado al proporcionar una ventana de configuración. Esto abstrae las complejidades asociadas con la sintaxis SPICE y la configuración de un análisis. Con esta ventana solo necesita especificar los valores de los parámetros y los nodos de salida de interés.

Este tutorial es parte de la Serie de Fundamentos de Análisis SPICE de National Instruments . Cada tutorial de esta serie le proporciona instrucciones paso a paso sobre cómo configurar y ejecutar los diferentes análisis SPICE disponibles en Multisim. Realizando potentes simulaciones y análisis mientras abstrae la complejidad de la sintaxis SPICE.

1. Introducción

El análisis de CA se utiliza para calcular la respuesta de señal pequeña de un circuito. En el análisis de CA , el punto de funcionamiento de CC se calcula primero para obtener modelos lineales de pequeña señal para todos los componentes no lineales. Luego, el circuito equivalente se analiza desde una frecuencia de inicio hasta una frecuencia de parada. El resultado de un análisis de CA se muestra en dos partes: ganancia contra frecuencia y fase contra frecuencia.

Multisim realiza análisis de CA mediante el siguiente proceso:

1. DC operating Point Analysis se realiza para obtener los modelos de pequeña señal.
2. Se crea una matriz compleja, que contiene componentes tanto reales como imaginarios. Multisim construye esta matriz utilizando el siguiente enfoque:

• Las fuentes de CC reciben valores cero.
• Las fuentes de CA, los condensadores y los inductores están representados por sus modelos de CA.
• Los componentes no lineales están representados por modelos lineales de pequeña señal de CA, derivados de la solución de punto de operación de CC.
• Todas las fuentes de entrada se consideran sinusoidales, se ignora su frecuencia.
• Si el generador de funciones está configurado en una forma de onda cuadrada o triangular, automáticamente cambiará internamente a una forma de onda sinusoidal.

3. La respuesta del circuito de CA se calcula en función de la frecuencia.

Suposición: El análisis se aplica a un circuito analógico, de pequeña señal. Los componentes digitales se tratan como grandes resistencias a tierra.

 

2. Ejecución de análisis de CA

Considere el circuito que se muestra en la Figura 1. Este es un filtro de paso bajo Butterworth de cuarto orden con una frecuencia de corte de 500 Hz y una ganancia de banda de paso de 10 (20 dB); este circuito se tomó de [1]. Utilizará el análisis de CA para determinar su respuesta de frecuencia.

Figura 1. Filtro de paso bajo Butterworth.

 

Complete los siguientes pasos para configurar y ejecutar un análisis de CA :

1. Abra el archivo del circuito butterworth_filter.ms11 ubicado en la sección de Descargas.
2. Abra el panel frontal del Osciloscopio y ejecute la simulación.
3. Detenga la simulación y cambie la frecuencia de la fuente AC_VOLTAGE , Vin. Experimente con diferentes valores para ver el comportamiento del circuito. El circuito atenuará las frecuencias superiores a 500 Hz.
4. Detenga la simulación.

Si desea realizar el análisis con valores específicos de magnitud y fase, haga doble clic en la fuente de entrada, Vin, vaya a la pestaña Value e ingrese los valores para AC Analysis Magnitude y AC Analysis Phase. En este ejercicio utilizará los valores predeterminados, 1 V y 0 °, respectivamente. Los ajustes adicionales en la pestaña Value se utilizan para otros análisis o para simular con los instrumentos.

5. Seleccione Simulate>>Analyses>>AC Analysis. Se abre la ventana AC Analysis. La Tabla 1 describe la pestaña Frequency Parameters en detalle.

Tabla 1. Parámetros usados en Análisis de CA.

Parámetro	Significado
Frecuencia de inicio (FSTART)	Frecuencia de inicio del barrido de frecuencia. Debe ser mayor que cero.
Frecuencia de parada (FSTOP)	Frecuencia final del barrido de frecuencia. Debe ser mayor o igual a la frecuencia de inicio.
Tipo de barrido	Indica cómo se barre el  análisis de la frecuencia. Hay tres opciones: Década: barrido de registro, por décadas. Octava: barrido de registro, por octavas. Lineal: barrido lineal.
Número de puntos por década	Número de puntos del barrido. Su interpretación depende del tipo de barrido. Para Década/Octava, es el número de puntos por década/octava. Para Lineal, es el número total de puntos espaciados uniformemente desde la frecuencia inicial hasta la final.
Escala vertical	Controla la escala del eje y en el gráfico de salida.

Nota: En SPICE , el comando que realiza un análisis de CA tiene la siguiente forma:

.AC <F_SWEEP> <PUNTOS> <F_START> <F_STOP>

Donde .AC inicializa un AC Analysis ; <F_SWEEP> es el tipo de barrido; <POINTS> es el número de puntos en el barrido; <F_START> y <F_STOP> son las frecuencias de inicio y finalización respectivamente. Tenga en cuenta que estos son los mismos parámetros que se definieron en la Tabla 1, sin embargo, en Multisim no tiene que preocuparse por la compleja sintaxis de SPICE.

6. Configure los parámetros de frecuencia en la pestaña Frequency Parameters como se muestra en la Figura 2. Puede restablecer todos los parámetros a sus valores predeterminados haciendo clic en el botón Reset to default.

Figura 2. Parámetros de frecuencia para el análisis de CA.

Los parámetros que se muestran en la Figura 2 realizarán un AC Analysis con barrido de frecuencia de 1 Hz a 10,000 Hz con cuatro subintervalos: 1 a 10, 10 a 100, 100 a 1,000 y 1,000 a 10,000. Cada subintervalo tendrá 10 puntos. Cuanto mayor sea el número de puntos calculados, más precisos serán los resultados.

7. Seleccione la pestaña Output .
8. Seleccione la lista Variables in circuit, seleccione All variables de la lista desplegable y luego resalte V (out) de la lista.
9. Haga clic en el botón Add para mover la variable al lado derecho en Selected variables for analysis, como se muestra a continuación :

Figura 3. Variable de salida para el análisis de CA.

10. Haga clic en Simulate. Se abre la ventana Grapher View . Los resultados se muestran en la Figura 4.

Figura 4 . Resultados del análisis de CA

11. Seleccione View>>Show Cursors . En el lado izquierdo de la gráfica Magnitude verá un conjunto de cursores. Haga clic en uno de ellos, arrástrelo hacia la derecha y observe los cambios en el cuadro de diálogo de información del cursor. Puede utilizar cursores para tomar medidas precisas.

Puede encontrar un archivo de ejemplo adicional, low_pass_filters.ms11 , en la sección Descargas. Este archivo contiene dos subcircuitos: un filtro de paso bajo de cuarto orden en cascada y el filtro Butterworth utilizado en el ejercicio anterior. Ejecute el AC Analysis para comparar sus respuestas de magnitud.
 

Referencias

[1] Circuitos eléctricos, James W. Nilsson, Pearson Prentice Hall, 2005, ISBN 0-13-146592-9.