Elaboración del gráfica de Bode en PSpice®

DIAGRAMA DE BODE Elaboración mediante PSpice® Instituto Tecnológico De Costa Rica Escuela de ingeniería Electromecánica Electricidad II Jean Pablo Valverde Mora; Maximino Jiménez Ceciliano

Instituto Tecnológico de Costa Rica Escuela de Ingeniería Electromecánica Electricidad II

Marzo de 2014

Contenido 1.

Consideraciones iniciales .......................................................................................... 1 1.1.

Alcance del documento ...................................................................................... 1

1.2.

Software utilizado............................................................................................. 1

2.

Procedimiento ....................................................................................................... 2

3.

Bibliografía ......................................................................................................... 10

Índice de Figuras Figura 1 Pantalla inicial .................................................................................................. 2 Figura 2 Entorno de Trabajo ............................................................................................. 2 Figura 3 Panel de herramientas ......................................................................................... 3 Figura 4 Agregar librerías. ............................................................................................... 3 Figura 5 Diseño el circuito ............................................................................................... 4 Figura 6 Creación de un perfil de análisis ............................................................................. 5 Figura 7 Denominación del perfil de Análisis. ........................................................................ 5 Figura 8 Configuración del perfil de análisis ......................................................................... 6 Figura 9 Iniciar la simulación ............................................................................................ 7 Figura 10 Ventana de Simulación ....................................................................................... 8 Figura 11 Agregar diagrama de Bode .................................................................................. 9 Figura 12 Diagrama de Bode (magnitudes) ............................................................................ 9

Índice de tablas Tabla 1 Parámetros de configuración para el análisis .............................................................. 6

Diagrama De Bode Elaboración Mediante PSpice ®

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1. Consideraciones iniciales 1.1.

Alcance del documento

El presente documento es un manual para la elaboración del gráfica de Bode en el software PSpice®, que se basa en la premisa de que el lector conoce y entiende los conceptos básicos relacionados con la función de transferencia y su relación con el diagrama de Bode. Es por tanto que en este documento se expresa la técnica, mediante una serie de pasos puntuales, que permiten, a partir de un circuito dado obtener el diagrama de Bode, y omite en el camino, la explicación de aspectos profundos tanto del funcionamiento general del software como de la teoría de la función de transferencia.

1.2.

Software utilizado

El software utilizado durante la realización de este documento, fue OrCAD® capture CIS – Lite, en su versión 16.6, así como PSpice® lite 16.6, ambos propiedad de Cadence Design Systems, Inc. Para descargas o más información acerca de software visite: http://www.cadence.com/


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2. Procedimiento Al abrir el software, se presentará una ventana como la que se muestra en la Figura 1, en donde se deberá elegir la opción de nuevo Proyecto.

Figura 1 Pantalla inicial Una vez que se elija esta opción, se mostrara el entorno de trabajo (Figura 2), en donde se puede realizar, entre otras cosas, la simulación del circuito.

Figura 2 Entorno de Trabajo


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Las herramientas de diseño se muestra a la derecha (Figura 3.c), los instrumentos de análisis se encuentran en la o parte superior (Figura 3.a) y en la parte inferior se muestra el Log1 (Figura 3.d). Para empezar, se debe posesionar sobre el panel de herramientas, y hacer clic en el botón “add parts”. Se aparecerá el cuadro de partes (Figura 3.b), en el cual no será posible ver ningún elemento. Esto se debe a que primero se deben seleccionar las librerías2 que se utilizaran en el proyecto.

a b

c

e

d

Figura 3 Panel de herramientas Para agregar las librerías de elementos, se debe clic en el botón “Add library” que se muestra en la Figura 3.c, esto abrirá una venta (Figura 4) que le permitirá seleccionar el tipo de librerías que se desean incorporar al proyecto. Se recomienda agregar las librerías: “analog” y “sources” para cumplir con los objetivos de este manual.

Figura 4 Agregar librerías.

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Registro de las actividades del proyecto. Grupo o conjunto de elementos con características o utilidades comunes.


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Una vez que haya seleccionado las librerías, notará que en el cuadro de selección de elementos (Figura 3.b) ahora se muestran componentes que podrán ser utilizados en el diseño del circuito. Esto permitirá iniciar con el diseño, agregar componentes y asignarles valores según la necesidad. El diseño realizado para este ejemplo se muestra en la Figura 5. Al momento de crear el circuito se debe tener especial consideración en los siguientes aspectos: 





 

En el momento de asignar los valores a los elementos, se debe tomar en cuenta que el software PSpice® utiliza el punto (.) como separador de decimales y genera error si se utiliza la coma. El valor de Voltaje que se le asigne a la fuente es indiferente para obtener el diagrama de Bode, pues nótese que la función de transferencia es una relación (cociente) entre el voltaje de salida y el de Entrada. Es importante que se nombren tanto la red de entrada (Vin) como la de salida (Vout), pues esto será un aspecto fundamental para la generación del diagrama de bode más adelante. Para asignar magnitudes con sufijo micro (µ) se utiliza la letra “u”, en lugar de “µ”. Siempre debe existir la Tierra3 en el circuito.

Figura 5 Diseño el circuito

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En realidad es un neutro, una referencia a 0 V, sin embargo se le denomina tierra (GND) debido a que así se nombra el elemento en la aplicación PSpice®. Diagrama De Bode Elaboración Mediante PSpice ®

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Una vez que se tiene el diseño del circuito, se vuelve necesario establecer un perfil para el análisis, para lo cual, se debe hacer clic en el menú superior, en la opción “PSpice” y luego en “New simulation Profile” (Figura 6).

Figura 6 Creación de un perfil de análisis Al seleccionar dicha opción se mostrara un diálogo (Figura 7) en el cual, se debe asignar un nombre al perfil de análisis que se está creando. Posteriormente se mostrar una ventana en donde se deben seleccionar las características (Figura 8) del perfil de análisis que se crea.

Figura 7 Denominación del perfil de Análisis. En caso de que no se muestre la ventana de configuraciones del perfil, es posible acceder a estas configuraciones desde el mismo menú, “PSpice”, y luego haciendo clic en “Edit simulation profile”.


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Figura 8 Configuración del perfil de análisis En estas configuraciones, para efectos de la obtención del diagrama de Bode, se deben realizar los ajustes de la Tabla 1 en la pestaña “analysis”. Tabla 1 Parámetros de configuración para el análisis Parámetro Analysis type

Valor AC Sweep/noise

AC Sweep type

logarithmic

Start frequency

≈04

End frequency

1000k5

Points/Decade

1006

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Esto establece el valor de concisión inicial, el valor correcto sería 0- (cero por la izquierda), sin embargo PSpice® genera un error al utilizar 0, por lo que el valor que se debe usa en esta casilla puede ser alrededor de 1 × 10−6 5 Este valor representa el valor final de gráfico de Bode que se va a realizar, es decir, representa la frontera del dominio en el que se va a estudiar el diagrama de Bode. 6 Los puntos por década se relacionan con la precisión con la que se traza la gráfica. Diagrama De Bode Elaboración Mediante PSpice ®

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Luego se aplican y aceptan esos parámetros, con lo que se habrá terminado de establecer el perfil de análisis y se regresa al área de trabajo (Figura 2).

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Figura 9 Iniciar la simulación Luego, se procede a iniciar la simulación, haciendo clic en el botón “Run PSpice” que se ubica en la barra de Herramientas de análisis de la parte superior (Figura 9). Esto, si no existe ningún error en el modelado del circuito, iniciará la apertura de una nueva venta como la que se muestra en la Figura 10. Esta es ventana en donde se mostrara el grafico de Bode. Como se notará, el grafico estará vacío, por lo que se debe crear la gráfica de Bode. Para esto se debe hacer clic en el botón “Add Trace”, en la parte superior de esta ventana (Figura 10). Al hacer esto se mostrara una ventana de dialogo como la que se muestra en la Figura 11, en la cual se observa el campo “trace Expression”. Este es el campo en donde se debe escribir la función que se desea gráfica, en nuestro caso, la función de transferencia 𝐻(𝑠) =

𝑌(𝑠)

.

𝑋(𝑠)

Aquí se debe recordar que al inicio se definió la entrada al sistema Vin, y la salida como Vout. Además se debe recordar que el circuito se está analizando como transferencia de voltaje. Aclarado lo anterior, se tiene que la ecuación que definiría la gráfica de Bode seria: dB (V(Vout)/V(Vin)) En donde:


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dB( ): es una función que convierte los resultados de su argumento 7 en decibeles. V( ): Función que devuelve el valor de voltaje de su argumento con base a una referencia a cero. Esto implica que si se desea la función de transferencia en términos de corriente (para un circuito con 𝑌(𝑠) 𝑦 𝑋(𝑠) como funciones de corriente) la expresión que definiría la gráfica de Bode estaría dada por: dB(I(Iout)/I(Iin)) En donde: dB( ): es una función que convierte los resultados de su argumento en decibeles. I( ): Función que devuelve el valor de la corriente en el punto que indica su argumento . Iin, Iout: Los puntos de entrada y salida de corriente definidos para el análisis. Una vez ingresada la expresión que define la función de transferencia, se hace clic en el botón “ok”, esto deberá presentar finalmente el grafico de Bode en la pantalla (Figura 12).

Figura 10 Ventana de Simulación

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Argumento: sea F(X) una función cualquiera, el argumento es el parámetro “X” que va a ser procesado por esa función. Diagrama De Bode Elaboración Mediante PSpice ®

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Figura 11 Agregar diagrama de Bode

Figura 12 Diagrama de Bode (magnitudes)


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3. Bibliografía AllAboutEE. (30 de Marzo de 2014). OrCAD PSpice How To Get The Bode Plot of Your Circuit. Obtenido de Youtube.com: https://www.youtube.com/watch?v=YnN9WMRqg4E Cadence Design Systems, Inc. (30 de Marzo de 2014). Forums. Obtenido de Cadence.com: http://www.cadence.com/community/forums/


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Elaboración del gráfica de Bode en PSpice®

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