Simulació amb QUCS
Simulació amb QUCS
Embedded Files
Pràctica 1: divisor de tensió
Qucs és un simulador de circuits. Anem a introduir el funcionament d'aquest programa.
La interfície de QUCS és simple. Quan l'executis veuràs la finestra principal amb un aspecte similar al de la figura. En el costat dret hi ha un àrea de treball (6) que conté els esquemes, visors de dades, etc. Si uses les pestanyes (5) sobre aquest àrea, pots canviar amb rapidesa entre els documents que estiguin oberts. A l'esquerra de la finestra principal de Qucs hi ha un altre àrea (1), el contingut de la qual depèn de la selecció de les pestanyes que es troben en la seva part superior: "Projectes" (2), "Contingut" (3) i "Components" (4).
Després d'executar Qucs, la pestanya de "Projectes" (2) s'activa. Si és la primera vegada que arrenca aquest programa, aquest àrea està buida perquè no té cap projecte. Clica el botó "Nou" que està damunt d'aquest àrea (1) perquè s'obri un diàleg. Escriu el nom del primer projecte (primerProjecte) i clica el botó "Crear".
S'obrirà un projecte nou i les pestanyes canviaran a la posició de "Contingut" (3), a la qual es mostra en contingut del projecte obert (encara no hi ha res).
Figura 1: Finestra principal de Qucs
Ara volem fer una simulació simple de corrent continu: volem analitzar el circuit de la imatge.
1. Activa la pestanya "Components" i cerca tot el que necessitis per construir el circuit:
Una resistència dins "components solts"
Les fonts de tensió estan el la pestanya de "fonts"
El símbol de terra es pot prendre de "components solts" o des de la barra d'eines
La simulació que volem està definida en els blocs grans de simulació que estan en la pestanya "simulacions".
Per editar els paràmetres de la segona resistència, fes doble clic sobre ella. Apareix un diàleg en el qual pots canviar el seu valor òhmic. Escriu "100 Ohm" al camp que està en el costat dret i pitja intro.
2. Per connectar els components, pitja el botó "cablear" de la barra d'eines. Mou el cursor sobre una connexió oberta (marcada per petits cercles vermells). Fent clic en ella comença el cable, mou-lo al punt final i fes clic una altra vegada.
3. Etiqueta el node en el qual vols que Qucs calculi la tensió. Pitja en el botó "etiqueta" de la barra d'eines i fes clic en el cable desitjat. S'obrirà un diàleg perquè puguis escriure el nom del node. Escriu "divisor" i fes clic en el botó "Acceptar". Ara el circuit hauria de semblar-se al de la Figura 1.
4. Per començar la simulació clica el botó simular de la barra d'eines.
5. Quan acabi, per veure els resultats de la simulació, has de col·locar un diagrama. En la part esquerra s'haurà seleccionat automàticament la pestanya de "diagrames". Tria l'element "Tabular" i mou-lo a l'àrea de treball. Ha d'obrir-se un diàleg en el qual pots triar el que el nou diagrama mostrarà. A la zona de l'esquerra veuràs el node que has definit: "divisor". Fes doble clic en ell i es transferirà a la zona de la dreta. Surt del diàleg prement el botó "Acceptar". Ara hauries de veure el resultat de la simulació: 0.666667 volts.
6. Explica perquè creus que serveix un divisor de tensió. Què passaria si canviam el calor de R1 per 100 ohms? I per 200? Fes una captura de pantalla i aferra-la al teu informe de pràctiques.
Pràctica 2: el díode
Anem a utilitzar el vist en la primera pràctica per comprovar el que hem après en el tema d'electrònica analògica sobre el díode.
Recordem que aquest component electrònic està compost per la unió de dos tipus de semiconductors, un tipus P i l'altre tipus N (unió PN), i que idealment es comporta de manera diferent en funció de com sigui la diferència de potencial que es connecta als seus extrems. De manera que tenim polarització directa, quan el corrent travessa el díode d'ànode a càtode, i inversa, si ho fa a l'inrevés.
En aquesta pràctica intentarem comprovar mitjançant la simulació del circuit i el càlcul del corrent que travessa el díode que el comportament ideal estudiat no és exactament el real, encara que sí una molt bona aproximació.
Per començar, utilitza les tècniques vistes en la pràctica anterior per construir els següents circuits: polarització directa i inversa:
Notem que l'única diferència entre els dos circuits és l'orientació del díode respecte al corrent.
A continuació, anem a simular el muntatge, tenint en compte que la simulació ha de realitzar-se en corrent continu. Per fer-ho, introdueix de dins "components" a la secció "simulacions" una "simulació DC".
Per començar la simulació prem el botó simular de la barra d'eines, col·loca un diagrama per veure els resultats de la simulació i selecciona l'element "Tabular". A la zona de l'esquerra veuràs el node que has definit: "pol_directa" i “pol_inversa”. Fes doble clic en ells i es transferirà a la zona de la dreta. Observa els resultats i compara'ls amb el que esperaríem dels nostres coneixements teòrics.
1. Quins ón els valors que obtens per la intensitat a les dues situacions? Fes una captura de pantalla i aferra-laal teu informe de pràctiques.
2. Quina diferència observes entre el comportament teòric i el simulat? Quin creus que és més real?
3. Fes una captura de pantalla i aferra-la al teu informe de pràctiques.
Pràctica 3: Rectificador de mitja ona
Anem a seguir amb l'estudi dels díodes. En aquesta pràctica veurem un dels seus usos més freqüents: el rectificador de mitja ona. S'ha de tenir present que aquest és el pas intermedi abans de poder dissenyar un rectificador d'ona completa, que ens serviria per passar de corrent altern a contínua.
Per començar la pràctica, elabora amb les eines vista anteriorment els circuits de la imatge.
Notem que l'única diferència entre els dos circuits és la presència del díode en el segon cas.
A continuació, simula el muntatge tenint en compte que la simulació ha de realitzar-se en corrent continu. Per a això, introdueix de la secció “simulacions” de “components” una “simulació DC” i, per poder observar el que està passant al circuit amb un gràfic, canvia la freqüència dins de les propietats de la font d'alimentació a 60 Hz i les de la simulació a una parada en 50ms i un nombre de 100.
Per començar la simulació prem el botó simular i col·loca un diagrama per veure els resultats de la simulació. En la part esquerra, selecciona l'element "Cartesià" i mou-lo a l'àrea de treball. Ha d'obrir-se un diàleg en el qual pot escollir el que el nou diagrama ha de mostrar. A la zona de l'esquerra veuràs el node que has definit: "Vout1" i “Vout2”. Fes doble clic en ells i es transferiran a la zona de la dreta. Observa els resultats i compara'ls amb el que esperaríem dels nostres coneixements teòrics.
1. Fes una captura de pantalla del circuit i del gràfic obtingut.
2. Explica el comportament observat a la gràfica.
3. Notes alguna diferència d'altura a les dues corves obtiingudes? A què creus que es deu?
4. Fes una captura de pantalla i aferra-la al teu informe de pràctiques.
Pràctica 4: El transistor
Anem a utilitzar el vist en les pràctiques anteriors per comprovar el que hem après en el tema d'electrònica analògica sobre el transistor.
Recordem que aquest component electrònic està compost per la unió de tres tipus de semiconductors (PNP o NPN) i que idealment es comporta de manera diferent en funció de com sigui la diferència de potencial que es connecta als seus extrems. De manera que tenim
Tall: si la intensitat de base és menor a la intensitat de cort. La intensitat d'emissor és nul·la.
Activa: si la intensitat de base està entre la de tall i la de saturació.
Saturació: si la intensitat de base és major a la de saturació.
En aquesta pràctica intentarem comprovar, mitjançant la simulació del circuit i el càlcul del corrent que arriba a la base i la que surt de l'emissor, que el comportament ideal estudiat no és exactament el real, encara que sí una molt bona aproximació.
Per començar, utilitza les tècniques vistes en les pràctiques anteriors per construir el següent de la imatge.
Cal destacar que hem introduït dos amperímetres per mesurar el corrent en els punts que ens interessen (base i emissor).
A continuació, simula el muntatge tenint en compte que la simulació ha de realitzar-se en corrent contínua. Per a això, introdueix una “simulació DC” de la secció “simulacions” de “components”.
Comença la simulació, introdueix un element "Tabular" i tria "Int_base" i “Int_emissor”.
1. Observa els resultats i compara'ls amb el que esperaríem dels nostres coneixements teòrics.
2. Calcula el guany experimental del transistor i compara'l amb el teòric. Què creus que passa?
3. Què et sembla més fiable, el model teòric o la simulació?
4. Consideres prou acurat el model teòric per donar per bons els seus resultats?
5. Fes una captura de pantalla i aferra-la al teu informe de pràctiques.
Pràctica 5: Parell Darlington
En aquesta pràctica intentarem comprovar mitjançant la simulació del circuit i el càlcul del corrent que arriba a la base i la que surt de l'emissor com podem aprofitar l'associació de diferents transistors en cascada per aconseguir un guany molt major.
Cal destacar que es poden trobar al mercat aquests muntatges ja implementats (BC517) i que no és necessari anar acoblant transistors, però en aquest cas, ho farem.
Per començar, utilitza les tècniques vistes en les pràctiques anteriors per construir el següent circuit:
Notem que hem introduït tres amperímetres per mesurar el corrent en els punts que ens interessen.
Simula el comportament del circuit introduint una taula amb "I1", "I2" i "I3".
1. Observa els resultats i compara'ls amb el que esperaríem dels nostres coneixements teòrics.
2. Calcula els guanys teòrics i experimentals entre els punts "1 i 2" i els "1 i 3". Compara aquests dos resultats i posa qualque exemple d'aplicació a la que creus que un muntatge com aquest pot ser útil.
3. Fes una captura de pantalla i aferra-la al teu informe de pràctiques.
Pràctica 6: El condensador
Anem a utilitzar el vist en les pràctiques anteriors per comprovar el que hem après en el tema d'electrònica analògica sobre el condensador.
Recordem que aquest component electrònic és capaç d'acumular una quantitat de càrrega en el seu interior, que ve donada per la capacitat (Farads). I que quan no té càrrega en el seu interior es comporta com un curtcircuit, mentre que quan està ple es comporta com un circuit obert.
En aquesta pràctica intentarem comprovar, mitjançant la simulació del circuit i el càlcul del corrent que permet passar el condensador, els comportaments extrems del dispositiu i conèixer com ocorren les coses en el règim transitori entre tots dos.
Per començar, utilitza les tècniques vistes en les pràctiques anteriors per construir el circuit de la imatge:
Notem que hem introduït un amperímetre per mesurar el corrent que travessa el circuit, i dos voltímetres per mesurar la tensió en els borns del dispositiu.
A continuació, simula el muntatge, tenint en compte que la simulació conté una font de corrent contínua, però que a nosaltres ens interessa el transitori (el que passa abans de que el condensador arribi al seu estat estable). Per a això, introdueix una “simulació transitòria” de la secció “simulacions” dins “components”.
Executa la simulació i introdueix un element "Cartesià" a l'àrea de treball. Tria "Int” i “Vout”.
Donat que és la primera simulació transitòria, a la següent imatge pots veure el que hauries d'obtenir:
1. Observa els resultats i compara'ls amb el que esperaríem dels nostres coneixements teòrics. Explica el que està passant al circuit.
2. Fes una captura de pantalla i aferra-la al teu informe de pràctiques.
Pràctica 7: Temporitzador
Per finalitzar, simularem una de les aplicacions més conegudes dels condensadors, un circuit capaç d'engegar un component electrònic (per exemple una bombeta o un motor) durant un període determinat de temps. La bombeta no estarà dibuixada en el nostre esquema elèctric, però s'ha de tenir en compte que aniria connectada al col·lector del transistor.
Per començar, utilitza les tècniques vistes en les pràctiques anteriors per construir els circuit de la imatge.
Notem que hem introduït un amperímetre per mesurar el corrent en el col·lector del transistor que és on aniria connectada la nostra bombeta.
Atès que el programa no disposa de polsadors, els simularem mitjançant dos interruptors que estan programats per deixar passar el corrent des de t=1ms fins a 5ms (un temps molt curt equivalent a pitjar un botó).
Simula el muntatge tenint en compte que la simulació conté una font de corrent contínua, però que a nosaltres ens interessa el transitori. Per a això, introdueix una “simulació transitòria” de la secció “simulacions” dins “components”.
Introdueix un element "Cartesià" a l'àrea de treball i tria "Luz”.
1. Observa els resultats i explica el que està passant al circuit en relació al gràfic obtingut.
2. Canvia el valor de la resistència de la base per 3000 ohms i torna a fer el gràfic. Quines diferències trobes. Quina utilitat pràctica li veus a la manipulació del valor d'aquesta resistència?
3. Fes una captura de pantalla i aferra-la al teu informe de pràctiques.
Google Sites
Report abuse