Circuitos de RF no MultiSim

Com a aquisição do Electronics Workbench (EWB) pela National instruments, os programas que fazem parte desse conjunto, especicamente o MultiSim evoluíram, passando ao patamar de recursos para o projetista prossional. De fato, em sua versão 10, o MultiSim conta com recursos avançados que permitem analisar circuitos de RF, fontes chaveadas e até trabalhar com microcontroladores. Neste artigo mostraremos como é possível simular e analisar circuitos de RF com essa poderosa ferramenta prossional de projeto que é o MultiSim 10.

Newton C. Braga

Dentre os recursos importantes com que o projetista pode contar no MultiSim 10, especificamente para o projeto e análise dos circuitos de alta freqüência (RF), podemos citar o osciloscópio, o wattímetro, o gerador de funções e, evidentemente, o analisador de espectro.

O analisador de espectro, que pode ser acessado na caixa de instrumentos do MultiSim 10, é um instrumento virtual com uma boa quantidade de recursos, conforme podemos ver pelo seu painel mostrado na figura 1.

Ele possui recursos que permitem analisar uma enorme gama de freqüências de sinais, com passos que podem ser ajustados e, além disso, as amplitudes dos sinais em cada ponto da faixa analisada podem ser expressas em db, dbm ou da forma linear.

Para que o leitor tenha uma idéia da utilidade desse instrumento do MultiSim será interessante fazer uma breve revisão de seu princípio de funcionamento.

O Analisador de Espectro

Como os leitores bem sabem, o analisador de espectro tem por finalidade mostrar todas as componentes de um sinal, fornecendo informações sobre sua freqüência e sua intensidade.

Com esse instrumento podemos verificar a pureza de um sinal, ou ainda detectar com precisão a presença de componentes espúrias ou harmônicas que podem comprometer o funcionamento de um circuito.

O analisador de espectro do MultiSim está na barra de instrumentos, podendo ser arrastado até a área de trabalho, onde depois de colocado pode ser maximizado, veja a figura 2 .

Igualmente aos demais instrumentos do MultiSim, esse também possui diversos ajustes que devem ser utilizados em função do sinal a ser analisado. Para ilustrar melhor como operar o Analisador de Espectro, vamos supor que desejamos analisar o sinal produzido por um oscilador ideêntico ao da figura 3.

Esse circuito gera um sinal em forma de escada com sua forma de onda vista no osciloscópio de acordo com a figura 4.

Trata-se de uma forma de onda rica em harmônicas, com um espectro bastante interessante. Partimos então de sua freqüência central que é de 100 kHz. Vamos agora ao analisador de espectro que tem seu painel aberto na figura 5.

O primeiro ajuste a ser feito é o da sensíbilidade, em volts/ div. Ajustamos em 0,5 V por divisão, o que nos dará uma boa idéia das amplitudes dos sinais que aparecem na tela.

A freqüência central para o sinal foi escolhida em 50 kHz, metade da freqüência do sinal principal gerado pelo oscilador de clock. Ajustamos a varredura, ou seja, a faixa do espectro que será analisada para start (início) em 1 kHz e final (end) em 101 kHz. A resolução foi ajustada em 1 kHz.

A imagem obtida também é reversa, com traço escuro em fundo branco e a escala linear (lin). Veja que, dependendo da análise, é possível ter a indicação em dB e ou dBm. Essa imagem é ilustrada também na figura 5.

Lembre-se que para obter a imagem é preciso ativar a simulação O/I.

Os ajustes para melhor visualização dependem do sinal a ser observado, entrando em jogo a sensibilidade do operador para fazer a melhor escolha e também do que se deseja ver nesse sinal.

Uma simulação mais completa é a que permite analisar a composição harmônica de um sinal dente-de-serra. Esse sinal é formado por um número infinito de componentes senoidais, podendo ser expresso pela seguinte série de Fourier.

Para se trabalhar com valores rms, pode-se fazer a seguinte aproximação para a série:

A freqüência fundamental será dada por;

fo = 1/T, onde T é o período.

Apesar de fo poder representar a freqüência fundamental de uma onda quadrada sem a soma dos harmônicos pares, fo é simplesmente uma onda senoidal. A segunda harmônica tem uma freqüência de 3fo. A terceira tem 5fo, e assim por diante.

A medida que cada harmônica é adicionada a forma de onda obtida vai se assemelhando mais a um sinal retangular, que será perfeito quando infinitas harmõnicas forem somadas.

Uma aproximação pode ser usada nos cálculos mais simples, a qual é dada a seguir;

A visualização desse sinal no MultiSim é conseguida com o circuito mostrado na figura 6.

A imagem na tela do analisador de espectro é a vista na figura 7.

Conclusão

O MultiSim possui uma gama enorme de ferramentas avançadas para a simulação e projeto de circuitos de RF. O que vimos neste artigo é uma pequena amostra desses recursos.

*Artigo originalmente publicado na revista Saber Eletrônica Ano 43 - Número 413 Junho 2007