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INFORME DE LABORATORIO
NÉSTOR MARIO CASTAÑO ARBELÁEZ
C. C. 9.970.172
Tutor
NELSON HUMBERTO ZAMBRANO CORTES
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍAS E INGENIERÍAS
CEAD DOSQUEBRADAS, PEREIRA
CAD PARA ELECTRÓNICA
MANIZALES
2014
Introducción
El diseño asistido por computador (CAD, por sus siglas en inglés), es de suma
importancia en la electrónica, puesto que con los simuladores, se facilita bastante la
prueba y posterior construcción de los circuitos electrónicos, lo cual, no conllevaría
ningún riesgo y costo para el diseñador.
En esta práctica, se puede comprobar la potencia y aplicabilidad del software para
simulación, en este caso, aplicado a cinco prácticas, las dos primeras, se realizan
utilizando el Multisim, en las dos siguientes, el Proteus, y en la última, el Matlab, en la
primera de ellas, se simula y comprueba el funcionamiento de un circuito mixto, en el
cual, se miden algunos valores de voltaje y corriente, para la segunda práctica, se debe
medir el tiempo de carga de un condensador, así como también su corriente, en la
tercera, se implementa un circuito digital con compuertas lógicas, para comprobar su
respectiva tabla de verdad, en la cuarta práctica, se calcula el tiempo de carga para un
temporizador y por último, en la quinta práctica, se deben realizar varios ejercicios de
modelamiento matemático.
Objetivos
Objetivo general
Realizar el montaje y comprobar el funcionamiento de varios circuitos con simuladores y
hacer el modelamiento matemático de algunos ejercicios.
Objetivos específicos
Comprobar los valores de voltaje y corriente en un circuito eléctrico mixto.
Calcular el tiempo de carga de un condensador en un circuito RC.
Obtener la respectiva tabla de verdad en un circuito digital con compuertas.
Realizar los cálculos matemáticos para el tiempo de carga en un temporizador.
Llevar a cabo el modelamiento matemático con algunos ejercicios.
Práctica N° 1. Circuitos AC/DC
Objetivos
Reconocer los elementos propios de la simulación por computadora para el
diseño de circuitos AC/DC.
Comprobar por medio de mediciones los cálculos matemáticos en la simulación.
Medir la desviación de valores entre un circuito simulado y uno implementado.
Materiales
Software de simulación
Fuente de voltaje regulada
Multímetro
Resistencias
Procedimiento
Realizar los cálculos teóricos para el circuito que se presenta en la figura 1. Allí se debe
calcular el valor de voltaje de cada resistencia, la corriente total, la caída de voltaje en
(a), (b) y (c), y las corrientes que circulan en R1, R3, R8 y R10.
Figura 1. Circuito mixto
Fuente: Nelson Humberto Zambrano Cortes
Las resistencias impares (R1, R3, R5…) tienen un valor de 2,2 kΩ y las resistencias
pares (R2, R4, R6…) un valor de 980 Ω. La tensión (B1) del circuito es de 12,5 V.
Resultados
Los valores para voltajes y corrientes obtenidos en la simulación con el Multisim, son
los siguientes:
Voltajes:
VR1 = 917.1 mV VR2 = 917.1 mV VR3 = 917.1 mV VR4 = 1.734 V
VR5 = 3.893 V VR6 = 1.032 V VR7 = 3.893 V VR8 = 1.032 V
VR9 = 1.577 V VR10 = 486 mV VR11 = 486 mV
VA = 11.58 V VB = 2.063 V VC = 1.032 V
Corrientes:
IR1 = 416.8 μA IR3 = 416.8 ΩA IR8 = 1.053 mA IR10 = 495.9 ΩA
IT = 1.769 mA
A continuación, se realizarán los cálculos teóricos para ser comparados con los
obtenidos en la simulación:
Por consiguiente, los resultados obtenidos teóricamente son los siguientes:
Voltajes:
VR1 = 917 mV VR2 = 917 mV VR3 = 917 mV VR4 = 1.735 V
VR5 = 3.894 V VR6 = 1.032 V VR7 = 3.894 V VR8 = 1.032 V
VR9 = 1.5774 V VR10 = 484 mV VR11 = 484 mV
VA = 11.583 V VB = 2.0634 V VC = 1.032 V
Corrientes:
IR1 = 416.82 μA IR3 = 416.82 ΩA IR8 = 1.053 mA IR10 = 496 ΩA
IT = 1.77 mA
VOLTAJE CORRIENTE SIMULADO CALCULADO
VR1 IT 917.1 mV 1.769 mA 917 mV 1.77 mA
VR2 IR1 917.1 mV 416.8 μA 917 mV 416.82 μA
VR3 IR3 917.1 mV 416.8 μA 917 mV 416.82 μA
VR4 IR8 1.734 V 1.053 mA 1.735 V 1.053 mA
VR5 IR10 3.893 V 495.9 μA 3.894 V 496 μA
VR6 1.032 V 1.032 V
VR7 3.893 V 3.894 V
VR8 1.032 V 1.032 V
VR9 1.577 V 1.5774 V
VR10 486 mV 484 mV
VR11 486 mV 484 mV
VA 11.58 V 11.583 V
VB 2.063 V 2.0634 V
VC 1.032 1.032
Práctica N° 2. Circuito RC
Objetivos
Identificar las características teóricas de un circuito RC.
Calcular el tiempo de carga del condensador.
Comparar los valores teóricos, simulados y los reales.
Materiales
Software de simulación
Fuente de voltaje regulada
Multímetro
Osciloscopio
Resistencias
Condensadores
Pulsador
Procedimiento
Con base al circuito de la figura 2, realizar los cálculos, el estudiante elige los valores
R1, R2 y C1 para un voltaje B1 = 9 voltios. Calcular el valor de la corriente de la fuente
de voltaje al momento de cerrar el circuito, calcular el tiempo de carga del condensador
C1.
Figura 2. Circuito RC
Fuente: Nelson Humberto Zambrano Cortes
Realizar la simulación y comprobar los valores calculados, modificar los valores de C1 y
R2, diligenciar la siguiente tabla con los valores obtenidos de tiempo de carga y
corriente del circuito:
R1 R2 C1 t (s) I (A)
10 kΩ 2 Ω 50 μF 2.31 9.73 x 10-6
20 kΩ 2 Ω 40 μF 3.676 4.786 x 10-6
30 kΩ 2 Ω 30 μF 4.128 3.09 x 10-6
40 kΩ 2 Ω 20 μF 3.694 2.35 x 10-6
50 kΩ 2 Ω 10 μF 2.324 1.93 x 10-6
Realizar el montaje físico, comprobar los valores calculados de forma teórica. Variar los
valores de C1 y diligenciar una nueva tabla para los valores experimentales, adjuntar
imágenes tomadas del osciloscopio con la carga del condensador.
Los valores anotados en la tabla anterior, corresponden a cinco constantes de tiempo,
es decir, el 99 % de la carga que equivale a 8.91 V.
Cálculo teórico:
A continuación, se hace el cálculo teórico para la carga al 99 %, lo cual equivale a cinco
constantes de tiempo, no sobra recordar que una sola constante de tiempo es lo que
demora el condensador para cargar al 63 %, el tiempo de carga dependerá de los
valores de resistencia y capacitancia:
( )( )
Error relativo:
En este caso, se tomará el valor del dato simulado como si fuera el verdadero o real,
para compararlo con el teórico:
| |
| |
| |
Cálculo teórico:
( )( )
Error relativo:
| |
| |
| |
Cálculo teórico:
( )( )
Error relativo:
| |
| |
| |
Cálculo teórico:
( )( )
Error relativo:
| |
| |
| |
Cálculo teórico:
( )( )
Error relativo:
| |
| |
| |
Práctica N° 3. Circuito Digital
Objetivos
Generar la función a partir de un circuito dado.
Generar la tabla de verdad que representa al circuito presentado.
Comprobar de forma simulada y en el montaje físico el funcionamiento del
circuito.
Materiales
Software de simulación
Fuente de voltaje regulada
Multímetro
Compuertas lógicas
Resistencias
Leds
Procedimiento
Implementando los conocimientos en el diseño de circuitos digitales básicos, el
estudiante encontrará de forma teórica la función del sistema de la figura 3. Debe
representar la tabla de verdad de la función, por medio del software de simulación
comprobará los estados de las variables y la tabla de verdad.
Figura 3. Circuito Digital
Fuente: Nelson Humberto Zambrano Cortes
Implementar la función con compuertas digitales lógicas en un circuito físico donde se
evalúen los estados de las variables, a la salida de cada compuerta And se colocarán
Led’s para comprobar el funcionamiento parcial de la función. Comprobar todos los
estados de la tabla de verdad, adjuntar fotografías del procedimiento.
A B C D [(B OR C) OR (A AND NOT B)] AND [(C OR NOT D) AND (A AND D)]
1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1
1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0
1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1
1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0
1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1
1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0
1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1
1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0
0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1
0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0
0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0
0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1
0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0
F = [(B OR C) OR (A AND NOT B)] AND [(C OR NOT D) AND (A AND D)]
A = 1, B = 1, C = 1, D = 1
A = 1, B = 1, C = 1, D = 0
A = 1, B = 1, C = 0, D = 1
A = 1, B = 1, C = 0, D = 0
A = 1, B = 0, C = 1, D = 1
A = 1, B = 0, C = 1, D = 0
A = 1, B = 0, C = 0, D = 1
A = 1, B = 0, C = 0, D = 0
A = 0, B = 1, C = 1, D = 1
A = 0, B = 1, C = 1, D = 0
A = 0, B = 1, C = 0, D = 1
A = 0, B = 1, C = 0, D = 0
A = 0, B = 0, C = 1, D = 1
A = 0, B = 0, C = 1, D = 0
A = 0, B = 0, C = 0, D = 1
A = 0, B = 0, C = 0, D = 0
Práctica N° 4. Circuito temporizador
Objetivos
Reconocer el funcionamiento del circuito temporizador.
Realizar los cálculos matemáticos para el tiempo de ciclo del temporizador.
Comprobar el funcionamiento del circuito.
Acoplar la señal para el funcionamiento de un dispositivo de mayor consumo.
Materiales
Software de simulación
Fuente de voltaje regulada
Multímetro
Osciloscopio
Circuito temporizador digital 555
Resistencias
Condensadores
Transistores
Motor DC
Procedimiento
Realizar los cálculos matemáticos para el circuito temporizador 555 para un tiempo de
carga alto de 300 ms y un tiempo bajo de 200 ms.
Realizar la simulación por medio de software de diseño, comprobar los tiempos
calculados, modificar los valores hasta llegar al máximo tiempo admisible por el circuito
integrado.
Figura 4. Circuito temporizador
Fuente: www.voltagecurrent.info
Realizar el montaje del circuito temporizador 555, en la salida se debe conectar un
motor DC, para ello es preciso el uso de un transistor BJT que permita el paso de la
corriente que necesita el motor.
Cálculo del tiempo:
( )( )
Tiempo de 300 ms:
Cálculo del tiempo:
( )( )
Tiempo de 200 ms:
Práctica N° 5. Modelamiento matemático
Objetivos
Profundizar en el manejo del software y en las operaciones básicas para el
modelamiento matemático a través de un software específico.
Materiales
Software de simulación
Procedimiento
Realizar los siguientes ejercicios:
1. Compruebe los valores para las siguientes funciones por medio de Matlab:
a. Área de un triángulo =
b. Ecuación de segundo grado = √
c. Polinomio =
2. Almacenar la matriz:
a. Calcular la transpuesta de la matriz y almacenarla en m2.
b. m3 = m1 * m2
c. m4 = m1 + m2
3. Generar dos vectores v1 y v2 con cuatro elementos cada uno.
a. Comparar cuál vector tiene elementos mayores, el resultado se almacena en
v3, donde el mayor elemento de v1 contra v2, en v3 se almacena con un 1, si
no es mayor con un 0.
b. Comparar cuál vector tiene elementos iguales, el resultado se almacena en
v4, donde los elementos iguales de v1 contra v2 se almacenan con el valor, si
es diferente se almacena un 0.
4. Representar gráficamente la función seno de un ángulo α de 0 a π, con un salto
de π/8. Añadir títulos a la gráfica y a los ejes.
5. Representar la gráfica 3D de la función:
√
6. Hallar el factorial de un número ingresado por el usuario.
7. Realizar un programa que permita el cálculo de la ley de Ohm, el usuario
ingresará dos valores cualesquiera y entregará el faltante.
1. Compruebe los valores para las siguientes funciones por medio de Matlab:
a. Área de un triángulo =
b. Ecuación de segundo grado = √
2. Almacenar la matriz:
a. Calcular la transpuesta de la matriz y almacenarla en m2.
b. m3 = m1 * m2
c. m4 = m1 + m2
3. Generar dos vectores v1 y v2 con cuatro elementos cada uno.
a. Comparar cuál vector tiene elementos mayores, el resultado se almacena en
v3, donde el mayor elemento de v1 contra v2, en v3 se almacena con un 1, si
no es mayor con un 0.
b. Comparar cuál vector tiene elementos iguales, el resultado se almacena en
v4, donde los elementos iguales de v1 contra v2 se almacenan con el valor, si
es diferente se almacena un 0.
4. Representar gráficamente la función seno de un ángulo α de 0 a π, con un salto
de π/8. Añadir títulos a la gráfica y a los ejes:
5. Representar la gráfica 3D de la función:
√
6. Hallar el factorial de un número ingresado por el usuario.
7. Realizar un programa que permita el cálculo de la ley de Ohm, el usuario
ingresará dos valores cualesquiera y entregará el faltante.
Conclusiones
En la primera práctica, se pudo observar que los resultados obtenidos, tanto en la
simulación como los calculados teóricamente son aproximadamente iguales entre ellos.
En la segunda práctica, a diferencia de la primera, los resultados obtenidos en la
simulación tienen ciertas diferencias con respecto a los calculados teóricamente, por
ello fue necesario calcular también el porcentaje de error relativo, el cual para todas las
medidas estuvo comprendido en un rango de aproximadamente 7.5 % hasta 9 %, a
pesar de no ser errores significativamente altos, aun así, representaría una imprecisión.
En la tercera práctica, a partir del circuito lógico construido con compuertas, se halló la
función booleana, a la cual se le realizó la correspondiente tabla de verdad, ésta fue
comprobada con la respectiva simulación, obteniéndose en todos los casos una
correspondencia exacta con los valores de la tabla.
En la cuarta práctica, el ancho del pulso del temporizador depende del tiempo de carga
y descarga del condensador, este mismo tiempo, también depende de los valores que
tengan la resistencia (R1) y el condensador (C1) con nodo común conectado al pin 6
del temporizador 555.
Por último, en la quinta práctica, se realizan algunos ejercicios de modelamiento con
Matlab, obteniéndose en todos los casos, resultados satisfactorios.
Referencias
González, F. & Hernández, J. (2002). Curso práctico de electrónica digital y circuitos
integrados. Pereira: CEKIT.
Monroy, J. O. (2010). CAD para Electrónica. Sogamoso: Universidad Nacional Abierta y
a Distancia –UNAD–
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