¿QUÉ ES ELECTRÓNICA? La electrónica es la parte de la física que estudia los cambios y los movimientos de los electrones libres y la acción de las fuerzas electromagnéticas y los utiliza en aparatos que reciben y transmiten información. Es aplicada relativo al diseño y aplicación de dispositi itivos, por lo general ral circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del fluj flujoo de elect lectro rone ness para para la gene genera racción, ión, transm transmisi isión, ón, recepc recepción ión,, almace almacenam namien iento to de información, entre otros. La información puede ser en voz o msica como en un receptor de radi radio, o, en un unaa imag imagen en en un unaa pant pantal alla la de
televisión, o en nmeros u otros datos en un ordenador o computadora. Los circui circuitos tos electr electróni ónicos cos ofrecen ofrecen difere diferente ntess func funcio ione ness para para proc proces esar ar esta esta info inform rmac ació ión, n, incluyendo la amplificación de señales débiles !asta un nivel que se pueda utilizar" el generar ondas de radio" la e#tracción de información, como por ejemplo la recuperación de la señal de sonido de una onda de radio $demodulación%" el control, como en el caso de introducir una señal de sonido a ondas de radio $modulación%, y op oper erac acio ione ness lógi lógica cas, s, como como los los proc proces esos os electrónicos que tienen lugar en las computadoras.
¿QUÉ ES MULTISIM? MULTISIM? ¿P ¿ PARA QUE SIRVE? &ultisim es un entorno de simulación '()*E ((rograma de simulación con énfasis en circuitos integrados%. Est+ndar en la industria. Es el principio b+sico de la solución para la enseñanza de circuitos para construir
e#periencia a través de la aplicación pr+ctica del diseño, generación de prototipos y pruebas de circuitos eléctricos. El enfoque de diseño de &ultisim ayuda a reducir reducir las iteraciones iteraciones de prototipos y a optimizar los diseños de tarjetas de circuito impreso $(*% al inicio del proceso.
ANÁLISIS DE UNA ONDA En este apartado se analizan algunas formas de onda y sus espectros que enseñan algunas características importantes del an+lisis de frecuencia. -unque estas son idealizadas, ya que
fueron !ec!os por un generador de función electrónico, y analizadas por un analizador TRF, tienen algunos atributos, que se ven generalmente en espectros de m+quinas.
na onda senoidal consiste de una frecuencia nica, y su espectro es un punto nico. /eóricamente, una onda senoidal e#iste un tiempo infinito y nunca cambia. La transformada matem+tica, que convierte la forma de la onda del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia se llama la tras!or"a#a #e Fo$r%er y comprime toda la información en la onda senoidal de un tiempo infinito en un punto. El !ec!o que el pico en el espectro que mostramos arriba tiene una anc!ura finita, es un artefacto del an+lisis /01.
-quí vemos que un espectro armónico es el resultado de una forma de onda periódica, en este caso una onda senoidal recortada. El espectro contiene componentes a distancias iguales, y su distancia es igual a 2 dividido entre el periodo de la forma de onda. El m+s bajo de los componentes arriba de la frecuencia cero se llama la fundamental y los otros los armónicos. Esta forma de onda viene de un generador de señal y se puede ver que alrededor de la línea cero no son simétricas. Eso quiere decir que tiene un componente CD y este se ve como la primera línea a la izquierda del espectro. Este sirve para ilustrar que un an+lisis de espectro puede e#tenderse toda la distancia, !asta la frecuencia cero o en terminología comn !asta *3.
na m+quina desbalanceada tiene una fuerza de e&c%tac%' que es una onda senoidal en 2# o bien una vez por revolución. 'i la m+quina fuera perfectamente lineal, en su respuesta, la vibración resultante sería una onda senoidal pura, como la muestra de arriba. En muc!as m+quinas con balanceo deficiente, la forma de onda si se parece a una onda senoidal y en el espectro !ay un pico de vibración importante en 2#.
En el an+lisis de vibraciones de maquinaria, generalmente no es deseable incluir frecuencias tan bajas en el an+lisis del espectro y esto por varias razones. La mayoría de los transductores no responden a la *3 aunque si !ay acelerómetros que se usan en la navegación por inercia, que responden a la *3. (ara vibración de m+quina la frecuencia m+s baja que se considera de interés es alrededor de 4. 5 órdenes. En algunas m+quinas este ser+ abajo de 2 6z. 'e necesitan técnicas especiales para medir e interpretar señales abajo de esta frecuencia.
Se puede observar que este espectro consiste de puntos discretos, por definición la señal es determinista
Es comn en firmas de vibración de m+quinas de ver una forma de onda recortada como se muestra arriba. Esto quiere decir que !ay !olgura en la m+quina y algo est+ restringiendo su movimiento en una dirección.
La señal mostrada arriba es similar a la anterior pero est+ recortada por ambos lados, positivos y negativos, y el resultado es una forma de onda simétrica. Esto tipo de señal puede ocurrir en vibración de maquinaria si !ay !olgura en la m+quina y si el movimiento est+ restringido en ambas direcciones. El espectro parece tener armónicos pero solamente son los armónicos nones. /odos los armónicos pares faltan. *ualquier forma de onda periódica, simétrica tendr+ un espectro con solamente los armónicos
nones. El espectro de una onda cuadrada también se vería así. - veces el espectro de vibración de una m+quina se parecer+ a esto, si la !olgura es e#trema, y si el movimiento de la parte en vibración est+ restringido en ambos e#tremos del desplazamiento. na m+quina desbalanceada con un perno de sujeción flojo es un ejemplo de esto.
-rriba se muestra un impulso producido por un generador de señal. 7bserven el espectro, es continuo en lugar de discreto. En otras palabras, la energía en el espectro est+ repandida en un rango de frecuencias en lugar de ser concentrada solo en frecuencias específicas. Esto es característico de señales no deterministas, tales como el ruido aleatorio y transientes 'e puede ver que el nivel del espectro se va a cero en una frecuencia particular. Esa frecuencia es el recíproco de la longitud del impulso. (or eso, m+s corto el impulso, m+s grande su contenido en altas frecuencias. 'i el impulso sería infinitamente corto la llamada función delta en las matem+ticas% entonces su espectro se e#tendería de cero a infinito en frecuencias. *uando se e#amina un espectro contínuo es generalmente imposible determinar si es el resultado de una señal aleatoria. Esto es una limitación in!erente del an+lisis de frecuencias,
tipo 1ourier, y por esta razón es buena idea estudiar la forma de onda, cuando se encuentra un espectro contínuo. En cuanto a la vibración de la maquinaria es de interés para el analista si ocurren impactos, $causando impulsos en la forma de onda% o si est+ presente ruido aleatorio, $por ejemplo debido a cavitación% en la señal. n impulso nico raramente est+ producido por una m+quina giratoria, pero en la prueba del impulso este tipo de e&c%tac%' se aplica a la m+quina. 'u respuesta en vibración no ser+ una curva suave cl+sica, como esta, pero ser+ continua con picos correspondientes en las frecuencias naturales de la estructura de la m+quina. Este espectro nos enseña que el impulso es una buena fuerza de entrada que se puede usar en este tipo de pruebas, ya que contiene energía en un rango contínuo de frecuencias.
'i el mismo impulso que produjo el espectro anterior se repite a una razón constante, el espectro que resultar+ tendr+ una envolvente, con la misma forma que el espectro del impulso nico, pero consistir+ de los armónicos de
la !rec$ec%a de repetición del pulso en lugar de un espectro contínuo. Este tipo de señal se produce por un rodamiento con un defecto en uno de los anillos. Los impulsos pueden ser muy angostos y siempre producir+n una serie importante de armónicos.
ANÁLISIS DE DISTORSIÓN ARMÓNICA El incremento en el uso cada vez m+s frecuente de cargas no lineales en usuarios residenciales, !a provocado en los ltimos años una mayor dedicación entre los investigadores de la ingeniería eléctrica al problema de la distorsión de la onda de tensión en los sistemas de distribución. -ctualmente en una típica vivienda residencial puede encontrarse un nmero importante de cargas no lineales8 televisores, computadoras personales, videograbadoras, equipos de audio, !ornos a microondas, l+mparas fluorescentes compactas, etc., las que introducen un elevado contenido armónico en la red de distribución. &uc!os de estos dispositivos utilizan fuentes convertidoras de c.a. a c.c., que en esencia consisten en diodos rectificadores de onda
completa que alimentan a un condensador conectado en paralelo con la carga. La contina carga y descarga del condensador provoca distorsiones en la forma de onda de la corriente presentando crestas puntiagudas. Las cargas no lineales originan corrientes armónicas que se propagan en las redes de transmisión y
distribución eléctrica, afectando los índices de calidad del suministro. Esto puede ser peligroso para algunos equipos y cargas sensibles $ej. dispositivos de protección, bancos de condensadores, motores, computadoras, etc.%, adem+s de los problemas de calentamiento que originan en las líneas y transformadores de distribución 92:. Los índices de evaluación que a continuación se detallan son índices utilizados para cuantificar los niveles de distorsión armónicas. ;ndice de
distorsión armónica total $/63%8 no de los índices m+s utilizados es la denominada distorsión armónica total, citada en la literatura anglosajona como /63 $/otal 6armonic 3istortion%, y aplicable tanto para corriente como para tensión. Este índice se define como la relación entre el valor eficaz del total de las componentes armónicas y el valor eficaz correspondiente a la componente fundamental. Este valor es usualmente e#presado como un porcentaje de la onda fundamental. -sí para la onda de corriente ser+8
El /63) puede variar desde pocas unidades porcentuales !asta superar el 244<, como ocurre en las fuentes de potencia conmutadas. -unque los armónicos de corriente de frecuencia m+s elevada pueden tener valores
pequeños, al ser las reactancias de la línea y de los transformadores proporcionales a la frecuencia, los armónicos de tensión pueden tomar valores significativos. 3e forma similar se e#presa la distorsión en la tensión8
ANÁLISIS ESPECTRAL n analizador de espectro es un equipo de medición electrónica que permite visualizar en una pantalla las componentes espectrales en un espectro de frecuencias de las señales presentes en la entrada, pudiendo ser ésta cualquier tipo de ondas eléctricas, acsticas u ópticas. En el eje de ordenadas suele presentarse en una escala logarítmica el nivel en dm del contenido espectral de la señal. En el eje de abscisas se representa la frecuencia, en una escala que es función de la separación temporal y el nmero de muestras capturadas. 'e denomina frecuencia central del analizador a la que corresponde con la frecuencia en el punto medio de la pantalla. n analizador analógico, de espectro es un equipo electrónico que muestra la composición del espectro de ondas eléctricas, acsticas, ópticas, de radiofrecuencia, etc. *ontrario a un osciloscopio un -nalizador de Espectros muestra las ondas en el dominio de frecuencia en vez del dominio de tiempo. (uede ser considerado un voltímetro de frecuencia
selectiva, que responde a picos calibrados en valores 0&' de la onda. Los analizadores analógicos utilizan un filtro pasa banda de frecuencia variable cuya frecuencia central se afina autom+ticamente dentro de una gama de fija. /ambién se puede emplear un banco de filtros o un receptor super!eterodino donde el oscilador local barre una gama de frecuencias. -lgunos otros analizadores como los /e=troni# $de la serie 0'-% utilizan un !íbrido entre an+logo y digital al que llaman analizador de Espectros >en tiempo real>. La señales son convertidas a una frecuencia m+s baja para ser trabajadas con técnicas 11/ o transformada r+pida de 1ourier desarrollada por ?ean aptiste ?osep! 1ourier, 2@ABC2B54. n analizador digital de espectro utiliza la >1ast 1ourier /ransformation> $11/%, un proceso matem+tico que transforma una señal en sus componentes espectrales. -lgunas medidas requieren que se preserve la información completa de señal C frecuencia y fase, este tipo de an+lisis se llama vectorial.
-mbos grupos de analizadores pueden traer un generador interno incorporado y así poder ser usados como un simple analizador de redes. Do es lo mismo que un osciloscopio.
- menudo se mide con ellos el espectro de la potencia eléctrica, en la actualidad est+ siendo reemplazado por el analizador vectorial de señales.
ERRORES DE MEDICIÓN El Error se define como la diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable de salida. Error &oment+neo8 'e define como la no inmediatez entre la entrada y la salida, diferencia de tiempos de las mismas. Error -bsoluto8 Es la diferencia entre el valor de la medida y el valor real tomado como e#acto. (uede ser positivo o negativo, segn si la medida es superior al valor real o inferior. /iene unidades, las mismas que las de la medida. Error 0elativo8 Es el cociente entre el absoluto y el valor real o e#acto. 'i se multiplica por 244 se obtiene en porcentaje de error para una mejor interpretación E#iste una clasificación del error, que depende de las condiciones del proceso, si el proceso est+ en condiciones de régimen permanente e#iste el llamado error est+tico" En condiciones din+micas, el error varía considerablemente debido a que los instrumentos tienen características comunes a los sistemas físicos puesto que absorben energía del proceso, esta transferencia requiere cierto tiempo para ser transmitida, lo cual genera un retardo en la lectura, este es el llamado error din+mico.
Los errores se pueden agrupar en tres grandes categorías8 2. Errores raves F. Errores 'istem+ticos 5. Errores -leatorios 2. Errores raves8 'on causados por el !ombre, una mala medición, el no seguimiento de un proceso de medida, aplicación inapropiada, etc. F. Errores 'istem+ticos8 'e dividen en error instrumental y error ambiental. -unque en este grupo podrían incluirse los errores est+tico y din+mico. Error instrumental8 Es causado por una mala calibración del instrumento de medida, esto se debe a su uso constante, el paso del tiempo, etc. -fectan el buen funcionamiento del instrumento. Error -mbiental8 7riginado por cambios repentinos del ambiente donde se efecta la toma de la medida. 5. Error -leatorio8 Gariable inesperada que afecta bruscamente la medición, generando datos erróneos.
En el programa Multisim realiza un circuito electrónico empleando el instrumento de medición “Contador de Frecuencia”
“circuito con fuentes de tensión e intensidad”
3espués de !aber elaborado el circuito define y describe las características de un contador de frecuencia, ane#a una imagen sobre dic!o instrumento de medición, señalando y describiendo cada una de las partes que lo componen. Las mediciones incluyen frecuencia, periodo, pulso y aumentoHcaída. Elige entre acoplamiento de -* y 3* y establece la sensibilidad y el nivel del gatillo.
&ultimeter sirve para medir directamente magnitudes eléctricas como corrientes y potenciales $tensiones%, o pasivas, como resistencias, capacidades y otras.
activas,
Ta()eta e&per%"eta) o Proto(oar# +sicamente es una réplica de un protobard real frecuentemente utilizado cuando estamos se realizan prototipos de circuitos. Lo interesantes de este vista, es que se pueden colocar los componentes del circuito y cablearlos tal y como se !aría en el protoboard real. )ncluso se puede realizar de manera autom+tica una revisión de las cone#iones para asegurar que todo est+ correcto. Los componentes y el protoboard se pueden rotar, se puede cambiar el color de los cables, !acer zooms, etc.,
na vez que se est+ en vista aparece el protoboard y en la parte inferior los componentes del circuito. 'implemente se tiene que tomar dic!os componentes y colocarlos en el protoboard. 3espués, acercando del puntero del ratón a los orificios del proboard se podr+n colocar alambres8
CONCLUSIÓN
La importancia en la utilidad de estas !erramientas que proporciona este softIare multisim es de muc!a ayuda ya que puedes simular circuitos sin preocupaciones de desperdiciar material !aciendo un circuito con materiales físicos, por lo que es bastante til, adem+s que tiene distintas !erramientas de medición para determinar valores e#actos respecto a lo que se necesita para sus proyectos. 'in duda una !erramienta innovadora y de muc!a utilidad para aprendices y diseñadores de circuitos electrónicos.
