Simulación de circuitos lineales con PSpice Student 9.1 - M. Asunción Vicente Ripoll

Simulación de Circuitos Lineales con PSpice Student 9.1.

M.Asunción M.Asunción Vicente Ripoll Cesar Fernández Peris Nicolás M. García Aracil Carlos Pérez Vidal             

Escuela Politécnica Superior de Elche UNIVERSIDAD MIGUEL HERNÁNDEZ

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INDICE

Prefacio .............................................................................................5 Práctica 1: Introducción al PSpice 9.1 .................................................................7 Práctica 2: Construcción y simulación de un circuito con PSpice. ............... ....................51 .....51 Práctica 3: Aplicación de PSpice al cálculo de circuitos en continua continua .............. ................67 ..67 Práctica 4: Análisis de circuitos en DC: Barrido DC Sweep. Sweep. ............... ............................. ..............83 83 Práctica 5: Circuitos de primer orden. ...............................................................99 Práctica 6: Circuitos de segundo orden. ..........................................................109 Práctica 7: Análisis de circuitos en alterna. .....................................................115 Anexo 1:Librerías de Pspice ..........................................................127 Bibliografía ....................................................................................129 Soluciones a los ejercicios impares ...............................................131

PREFACIO Este manual ofrece un conjunto de prácticas basadas en la simulación de circuitos con el programa PSpice Student 9.1. 

En la práctica 1 se describen detalladamente detalladament e dos de las aplicaciones que componen el programa PSpice Student 9.1. , la aplicación Capture, utilizada para dibujar el circuito y señalar el tipo de análisis o simulación a realizar y la aplicación PSpice A/D, que permite la visualización de los resultados obtenidos tras la simulación del circuito. Y en la práctica 2 se describe paso a paso la construcción y simulación de un circuito simple de DC, por lo que ambas prácticas son realizables en una sola sesión de laboratorio. 

Las prácticas 3 y 4 también se basan en circuitos de DC, en la práctica 3 se explican todas las opciones posibles de simulación para este tipo de circuito y en la 4, se explica el análisis tipo Barrido DC Sweep, que permite estudiar el comportamiento de un circuito para diferentes valores en los componentes. En las prácticas 5 y 6 se estudian los transitorios de 1 er y 2º orden respectivamente. Para los circuitos de primer orden se pretende que el estudiante aprecie con detalle la carga y descarga de un condensador, utilizando para ello diversos tipos de circuitos (con interruptores y con generadores de pulsos), y en la práctica de segundo orden se presentan todos los tipos de respuesta tanto para el circuito RLC serie, como para el RLC paralelo, de forma que el alumno reconozca las distintas formas de onda que presenta cada tipo de respuesta. Por último, en la práctica 7 se estudian los dos tipos de simulaciones de PSpice Student 9.1. que permiten el análisis de circuitos en AC ( Transient y y Análisis AC Sweep). 



PRÁCTICA 1. INTRODUCCIÓN AL PSPICE 9.1.



PRÁCTICA 1: INTRODUCCIÓN AL PSPICE 9.1. 1. ¿Qué es PSpice? Spice surge a mediados de los años 70 en la Universidad de

California, en Berkeley, como un programa capaz de resolver las ecuaciones que describen un circuito, a través de una breve descripción del mismo. Esta representación del circuito dio lugar a un lenguaje propio de representación que se ha convertido en un estándar en la actualidad.

El nombre de Spice deriva de las iniciales de “Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis”, que viene a resumir la filosofía con que Spice fue creado. Debido a su enorme éxito fueron apareciendo versiones mejoradas, como Spice2 y y Spice3 . En 1984, apareció el programa Pspice, que es la versión del simulador Spice disponible para el IBM-PC. La unidad fundamental de programación programació n PSpice es el Netlist . Es un archivo ASCII que contiene la descripción del circuito en el lenguaje PSpice, así como los diferentes tipos de análisis (dominio del tiempo, frecuencia,etc.) Una vez realizado el Netlist se se lanza el compilador PSpice que nos dirá si hay errores o nuestro circuito funciona correctamente desde el punto de vista sintáctico. Posteriormente, Posteriormente, los resultados se visualizan en una ventana de aspecto similar a la pantalla de un osciloscopio. PSpice, como era de esperar, ha evolucionado hacia un entorno gráfico: Schematics (en las primeras versiones) y Capture (en las versiones más recientes) . Los programas Schematics y Capture permiten

realizar nuestros circuitos sin tener necesidad de conocer la sintaxis PSpice, con el consiguiente ahorro de tiempo y esfuerzo. Sin embargo, es muy recomendable conocer la terminología PSpice si queremos sacar todo el partido al programa En la actualidad el PSpice ha pasado a denominarse OrCAD, y la aplicación completa no sólo realiza simulaciones analógicas y digitales de circuitos electrónicos, sino que también crea PCB’s a partir de los esquemas de nuestros circuitos. La versión demo del programa OrCAD 9, se suele denominar 9.1. OrCAD demo o bien PSpice Student 9.1. La versión demo funciona de forma idéntica a la profesional, sólo que viene limitada por la librería de componentes (mucho menor que en la 

Practica 1: Introducción al PSpice 9.1.

versión completa), por el número de componentes de los circuitos que puede simular y por ciertas opciones de simulación. (Ver Cuadro 1.). Limits The following limits apply to the Student Version of the products: PSpice A/D

Circuit simulation is limited to circuits with up to: • • • • •

64 nodes 10 transistors 65 digital primitive devices 10 transmission lines in total (ideal or non-ideal) 4 pairwise coupled transmission lines. Additional limits: • • • • • •

The sample library includes 39 analog and 134 digital d igital parts. Device characterization in the PSpice Model Editor is limited to diodes. Stimulus generation in the PSpice Stimulus Editor is limited to sine waves (analog) and clocks (digital). Circuit optimization with the PSpice Optimizer is limited to one goal, one parameter, and one constraint. You can not create CSDF format data files. You can only display simulation data from simulations performed with the Student Version of the simulator.

Schematics

• •

You can place a maximum of 50 parts on o n a schematic design. You can only draw on size A sheets.

Capture

• • •

•

The PSpice libraries are the only ones included. The standard Capture libraries are not included. Import facilities, netlisters, and accessories that are not relevant to PSpice are not included. You can not save a design that contains co ntains more than 60 parts. (You can view or create larger designs, but you can not save them.) You can not save a library librar y that contains more than 15 parts

Cuadro 1. Limitaciones de la versión demo. 

Simulación de Circuitos Lineales

2. Elementos del Pspice Student 9.1. El programa está compuesto por las aplicaciones siguientes:

Figura 1. 1. Aplicaciones Aplicaciones del programa Pspice Student 9.1. Para la realización de las prácticas utilizaremos sólo la aplicación Capture (o Schematics) y la Pspice A/D.

2.1.

Capture Student.

Capture Student es la aplicación del programa que nos permite la

creación de circuitos electrónicos, tanto analógicos como digitales y mixtos, en un entorno gráfico. Para acceder a esta aplicación, debemos seleccionar el icono Capture Student , situado en el paquete de programas de Pspice Student . El inicio de una sesión de trabajo la podemos llevar a cabo mediante la opción New del menú File, si lo que queremos es crear un nuevo trabajo. O bien mediante la opción Open del mismo menú para abrir un fichero ya existente. Cualquiera de estas dos opciones dará paso a la página de OrCAD Capture , donde procederemos al diseño del circuito. Una vez abierta la sesión, la ventana principal aparece como se muestra en la Fig.2.




En esta figura podemos apreciar las distintas partes en que se divide la ventana de trabajo: barra de menús, barra de herramientas, ventana Session Log (ofrece (ofrece información acerca del desarrollo de la sesión de trabajo), librería de los archivos relacionados con el proyecto y la página de diseño de esquemático (donde realizamos el diseño gráfico de nuestro circuito).

Figura 2. OrCAD Capture En los siguientes apartados describiremos todos los menús que contiene las distintas herramientas y operaciones necesarias para trabajar en esta aplicación. La descripción de los menús se ha realizado suponiendo que hemos generado un proyecto tipo Analog or Mixed A/D, y hemos situado sobre la hoja de diseño del circuito algún componente. En caso contrario, los menús son algo diferentes (tienen menos opciones) de los que a continuación se describen.

2.2.1. Menú File. File. Este menú contiene los comandos que nos permiten trabajar con los ficheros, pudiendo realizar operaciones como: abrir, guardar, cerrar un 


archivo ya existente o bien crear uno nuevo. Los comandos de este menú los podemos apreciar en la figura siguiente.

Figura 3. Menú File. File. 

New . Este comando abre un menú desplegable con la lista de los

diferentes tipos de archivo que podemos crear.

Figura 4. Menú New - Project. Se abre una ventana de diálogo para la creación de un nuevo proyecto de trabajo, existen varios tipos de proyectos: Analog or Mixed Mixed A/D 


, PC Board, Programable Logic y Schematic. En el proyecto se guardarán y enlazarán los ficheros utilizados para el diseño del circuito así como los obtenidos en simulación. Habitualmente el tipo de sesión a iniciar será Analog or Mixed A/D, que nos permite el diseño y la simulación de circuitos. En la Fig.5 se muestra la ventana de diálogo de New New Projec Project. t.

Figura 5. 5. New Project. - Design. Mediante esta opción se accede sólo a los ficheros básicos de diseño de un circuito determinado (netlist, schematics, librerías, etc.) - Library. Nos permite añadir librerías ya creadas a nuestro circuito. - VHDL File. Nos permite crear un fichero de tipo VHDL. - Text File. Permite crear un fichero de texto en el que podremos realizar anotaciones de interés sobre el proyecto. 


- Pspice Library . Mediante esta opción creamos una librería de componentes para PSpice. Primero nos pedirá el nombre del proyecto al que queremos añadirle la librería y después nos enlaza directamente con la aplicación OrCAD Model Editor, donde crearemos la librería. 

Open. Con este comando abrimos un menú desplegable con la lista de

los diferentes tipos de archivos que podemos abrir. Como es normal, los ficheros que se pueden abrir son similares a los que se pueden crear, por lo que no realizaremos más comentarios sobre estos. Únicamente indicaremos la extensión que se corresponde a cada uno de estos archivos.       





Archivos de tipo Project  extensión *.opj Archivos de tipo Design  extensión *.dsn Archivos de tipo Library  extensión *.olb Archivos de tipo VHDL  extensión *.vhd Archivos de tipo Text File  extensión *.txt Archivos de tipo Pspice Library  extensión *.lib

Close . Cierra el esquemático (en curso). Save. Guarda el esquemático actual. Export Selection. Exporta en forma de bloque a otro fichero de

esquemático la selección realizada. 

Import Selection. Importa bloques pertenecientes a otros proyectos.



Printer Preview. Permite ver de forma preliminar la página a imprimir.



Print. Abre una ventana de diálogo en la que podemos seleccionar

tanto la impresora como el tipo de impresión. Desde este comando tenemos acceso directo al comando Page Setup. 

Printer Setup. Abre la ventana de diálogo que nos permite configurar la

impresora, así como la orientación y tamaño de la página a imprimir. 

Import Design. Convierte los diseños de otras aplicaciones a ficheros de

OrCAD Capture. Existen tres posibilidades de conversión: Pspice, EDIF. y PDIF. En la siguiente figura vemos la ventana de diálogo de Import Design. 

Export Design. Exporta, previa conversión los ficheros de OrCAD

Capture a otras aplicaciones. Estas aplicaciones son: EDIF y DXF. 

Practica 1: Introducción al PSpice 9.1. 

Exit. Con este comando salimos y cerramos la aplicación.

Por último en la parte inferior del menú File, arriba de Exit , aparece una lista con los últimos proyectos utilizados.



2.1.2. Menú Edit . Este menú nos ofrece una serie de posibilidades acerca de la edición del circuito con el que estamos trabajando.

Figura 6. Menú Edit. 

Undo [....]. Permite deshacer una operación realizada previamente. Los

puntos suspensivos hacen referencia al tipo de operación que podemos deshacer. También se puede emplear la combinación CTRL.+Z. 

Redo. Este comando nos permite rehacer una operación realizada

previamente. 

Simulación de Circuitos Lineales 

Repeat [....] Nos permite repetir una operación ya realizada

previamente. previamente. F4. 

Cut. Corta la selección y la guarda en memoria para posteriores

acciones de pegar. Se puede emplear la combinación CTRL + X. 

Copy. Copia en memoria la selección para tenerla disponible para

posteriores acciones de pegar. Se puede emplear la combinación CTRL + C. 

Paste. Permite pegar en la ventana seleccionada la selección que haya

sido cortada o copiada previamente. Se puede emplear la combinación CTRL + V. 

Delete. Borra los componentes que tengamos seleccionados. Se puede

emplearla tecla DEL. 

Select All. Selecciona todos los componentes y elementos presentes en

la ventana activa. CTRL + A. 

Properties . Abre una ventana de diálogo que depende del elemento

seleccionado. En esta ventana podemos configurar las propiedades de este elemento, tales como valor, referencia... En la siguiente figura vemos como el botón Display de esta ventana da paso a otra ventana de diálogo donde podemos modificar el parámetro seleccionado. CTRL + E.

Figura 7. Property Editor.




Figura 8. Display Properties. 

Part. Abre la aplicación para la inserción de componentes.



Pspice Model. Abre la aplicación para la edición de componentes.



Pspice Stimulus. Abre la aplicación para la edición de estímulos.



Mirror . Abre un menú desplegable en el que tenemos distintas opciones

para posicionar un componente: 

Horizontally :

Invierte

el

componente

seleccionado

 

horizontalmente. Vertically : Invierte el componente seleccionado verticalmente. Both: Realiza simultáneamente las dos operaciones anteriores.



Rotate. Permite rotar 90º el componente seleccionado.



Group. Agrupa los componentes seleccionados en un mismo bloque.



Ungroup. Permite desagrupar el bloque de componentes seleccionado,

que previamente debe haber sido agrupado. 

Find. Abre una ventana de diálogo con la que podemos realizar la

búsqueda de cualquier tipo de componente o elemento de circuito. 


Global Replace. Localiza y reemplaza un componente o una cadena de

texto en el circuito.

2.1.3. Menú View. En este menú se encuentran las opciones referentes a la visualización del programa. Podemos configurar qué es lo que queremos ver y cómo lo queremos ver. Las distintas opciones las podemos ver en la figura siguiente: siguiente:

Figura 9. Menú View. 

Ascend Hierarchy. Permite ascender en el orden jerárquico, de manera

que si nos encontramos en un subcircuito esta opción nos abrirá el circuito que contiene a este subcircuito como componente. 

Descend Hierarchy. Permite descender en el orden jerárquico, de

manera que si seleccionamos un subcircuito nos abrirá la página correspondiente correspondiente al mismo. 

Go To. Este comando nos abre una ventana de diálogo a través de la

que podemos desplazar la pantalla hasta el punto referencia que indiquemos en esta ventana. En la Fig. 10. podemos ver las distintas opciones de este comando.




Figura 10. Go To. 

Zoom. Esta opción nos abre un menú desplegable en el que

disponemos de distintas posibilidades sobre la configuración del aspecto de la pantalla.

Figura 11. Zoom.   



In. Amplía la pantalla tomando como centro el punto que le

indiquemos con el botón izquierdo del ratón. Out. Reduce la pantalla tomando como centro el punto que le indiquemos con el botón izquierdo del ratón. Scale. Abre una ventana de diálogo en la que podemos seleccionar la escala para unos valores predefinidos o personalizados:


Figura 12. Zoom Scale.  Area. Amplía la pantalla en el área que seleccionemos con el botón izquierdo del ratón.  All. Ajusta automáticamente el zoom al tamaño del circuito actual.  Selection. Ajusta automáticamente el zoom al tamaño de la selección de componentes realizadas.  Redraw. Redibuja la pantalla, eliminando los trazos que ya no son útiles. 

Tool Palette. Permite ver u ocultar la barra de operaciones referente a la

inserción de componentes o elementos del circuito. ver u ocultar la barra de herramientas correspondiente a la aplicación.





Toolbars. Posibilita

Status Bars. Permite ver la barra de estados, donde obtenemos

información acerca de la aplicación: posición del cursor, número de elementos seleccionados... 

Grid. Activa o desactiva la rejilla de la pantalla de esquemáticos.



Grid References . Oculta o visualiza el marco de referencia de la rejilla.

2.1.4. Menú Place. Este menú contiene las opciones acerca de la inserción de componentes o elementos en el circuito, así como diversas opciones gráficas como el dibujo de elipses o circunferencias, o la inserción de imágenes en formato *.bmp.




Figura 13. Menú Place. 

Part. Abre una ventana de diálogo con la que podemos seleccionar un

componente, perteneciente a cualquiera de las librerías asociadas al proyecto, que será insertado. Se pueden añadir o eliminar librerías a nuestro diseño.

Figura 14. Place Part. 


Wire. Permite la realización de las conexiones necesarias en el circuito.



Bus. Permite la creación de líneas para buses.



Junction. Permite la creación de nudos en el circuito.



Bus Entry. Crea las entradas para las líneas de bus.



Net Alias. Abre una ventana de diálogo en la que podemos asignar a las

líneas de conexión del circuito un nombre de referencia.

Figura 15. Place Net Alias. 

Power. Abre la misma ventana de diálogo que la opción Part , pero en

este caso los componentes están restringidos a fuentes de alimentación o niveles digitales. 

Ground . Accede a la misma ventana que la opción Part , pero en este

caso los componentes están limitados a terminales o derivaciones a masa. 

Off-Page Connector. Permite realizar conexiones entre circuitos

realizados en diferentes páginas. 

Hierarchical Block . Abre una ventana de diálogo en la que podemos

definir las propiedades del subcircuito a crear. Una vez hecho esto, mediante el cursor definiremos un marco que hará las veces de encapsulado. 

Hierarchical Port. Abre la misma ventana que la opción Part , pero en

este caso los componentes están restringidos a los terminales de conexión de subcircuitos. 


No Connect . Permite establecer no conexiones en el circuito, es útil para

indicar terminales en el circuito que quedan sueltos. 

Title Block. Selecciona los bloques del título, de forma que podemos

etiquetar las páginas del circuito. 



Bookmark. Permite crear marcas de texto en la página del circuito. Text. Abre una ventana de diálogo en la podemos escribir el texto a

insertar, además de seleccionar las características del texto. 

Line. Permite dibujar líneas de diversos tamaños y tipos.



Rectangle. Permite dibujar rectángulos.



Ellipse. Permite dibujar elipses.

Arc . Permite dibujar arcos.





Polyline. Permite dibujar polígonos.



Picture. Permite insertar una imagen en formato *.bmp.

Al igual que en la opción Part, para deseleccionar las opciones anteriores pulsamos el botón derecho del ratón y seleccionamos End Mode




2.1.5. Menú Pspice. En este menú se encuentran las opciones relacionadas con la simulación del circuito y las herramientas que nos permiten verificar y preparar el circuito para su correcta simulación.

Figura 16. Menú Pspice. Detallamos a continuación cada una de las opciones que nos ofrece el menú Pspice. 

New Simulation Profile. Permite crear un nuevo fichero de simulación,

donde se configura y establece el tipo de simulación a realizar. La ventana de diálogo que aparece se muestra a continuación. Una vez cumplimentada esta ventana se da paso a la ventana donde definiremos las propiedades de la simulación ( Simulation Settings ).

Figura 17. New 17. New Simulation. 


Simulation Settings. Esta opción permite la configuración de las

opciones de la simulación, tales como: análisis a realizar, librerías a incluir, directorios de trabajo, etc. En las siguientes figuras aparecen las ventanas de diálogo que obtenemos al configurar cada una de las opciones de simulación. - General. Con esta opción se configuran los parámetros generales de la simulación: nombre del archivo, directorio de trabajo para el fichero de salida, directorio de trabajo para el fichero de entrada.

Figura 18. Simulation Settings: General. - Analysis. En la ventana de Analysis se configuran el tipo de análisis, los cálculos adicionales que queramos realizar, los tiempo de simulación (para al análisis transitorio), etc.

Figura 19. Simulation Settings: Analysis. 


- Include Files. Permite incluir circuitos, que serán leídos antes que el principal. Los ficheros añadidos quedarán listados en la ventana de diálogo. - Libraries. En esta ventana se seleccionan las librerías que utiliza el circuito. Las librerías incluidas quedan listadas en la ventana. - Stimulus. En esta ventana podemos añadir a nuestro circuito ficheros del tipo “Stimulus” ya creados. - Options . Permite configurar una serie de opciones adicionales a la simulación: precisión en corrientes e intensidades, temperatura por defecto, número de iteraciones en funciones matemáticas... - Data Collection. En esta ventana podemos seleccionar si deseamos guardar en un fichero con extensión *.csd una serie de datos seleccionables: las corrientes e intensidades, corrientes e intensidades exceptuando subcircuitos, solamente los marcadores o no guardar nada. - Probe Window. En este caso podemos seleccionar el instante en que se quiere mostrar la ventana de OrCAD Pspice A/D y los marcadores de Schematics. 

Run. Inicia el proceso de simulación.

View Simulation Results. Enlaza directamente con la ventana de OrCAD Pspice A/D, abriendo el fichero de formas de onda correspondiente 

a la última simulación realizada. En esta ventana podemos representar todas las formas de onda del circuito. 

View Output File. Enlaza directamente con el editor de texto, abriendo

el fichero de salida *.out correspondiente a la última simulación realizada. Este fichero contiene información sobre el circuito simulado así como el resultado de algunos análisis de la simulación: esquema del circuito, componentes, punto de trabajo... 

Create Netlist. Genera el fichero de conexiones del circuito con

extensión *.net, verificando las conexiones e indicando los posibles errores. 

View Netlist . Enlaza con el bloc de notas abriendo el fichero de

conexiones creado anteriormente.




Place Optimizer Parameters . Establece los parámetros óptimos de la

simulación. 

Markers. Abre un menú desplegable con una lista de distintos

marcadores que podemos incluir en el circuito. Estos marcadores nos permiten conocer tensiones, corrientes, diferencias de tensión... La siguiente figura muestra estos marcadores.

2.1.6. Menú Options. En este menú encontramos diversas opciones generales sobre la aplicación, como pueden ser: configuración del color, escalas de zoom, forma de selección con el cursor. En la siguiente figura podemos ver las distintas opciones de este menú, que serán descritas posteriormente.

Figura 20. Menú Options. 

Preferences. Muestra un ventana de diálogo en la que podemos

personalizar parámetros de la aplicación. En las siguientes figuras se muestran las diferentes ventanas que nos permiten el cambio de estos parámetros.




- Colors/Print. En esta ventana podemos seleccionar el color de todos los elementos de la aplicación: componentes, cable, texto...

Figura 21. Preferences. - Grid Display. Permite ocultar o mostrar la rejilla, así como establecer el estilo de ésta. - Pan and Zoom. Permite la configuración del factor de escala del zoom tanto en el capturador de esquemas como en el editor de símbolos. - Select . Permite configurar el modo de selección de los componentes con el cursor, tanto en el capturador de esquemas como en el editor de símbolos. - Miscellaneous. Permite la personalización de algunos parámetros de configuración tanto del capturador de esquemas como del editor de símbolos. Algunos de estos parámetros son: estilo de líneas, formato de texto para la ventana de Sesion Log... - Text Editor . Permite la configuración del formato del texto para la aplicación.




Design Template. Abre una ventana de diálogo en la que podemos

configurar parámetros a nivel general del proyecto que se está realizando: identificación del proyecto, tamaño de página, referencia de la rejilla... En los siguientes subapartados se muestran las distintas opciones de configuración de este comando así como las distintas ventanas que aparecen. - Fonts. Permite establecer la fuente de texto para cada elemento de forma individual.

Figura 22. Design Template. - Title Block. Accedemos a una ficha de identificación del proyecto, en la que podemos especificar el título del proyecto, nombre de la empresa, dirección... dirección... - Page Size. Permite la configuración del tamaño de la página del capturador de esquemas, así como las unidades de medida a emplear. - Grid Reference. Permite configurar una serie de referencias adicionales que se añaden a la rejilla. - Hierarchy. Permite establecer la jerarquía entre los subcircuitos de que conste el proyecto.




- SDT Campatibility. Campatibility. Permite especificar qué propiedades guardará Capture en los ocho campos de componentes del SDT (Schematic Design Tools) cuando salvemos un proyecto en el formato SDT



Schematic Page Properties. Abre una ventana de diálogo en la que

podemos personalizar la página de diseño de Schematics. En los siguientes subapartados se muestran las distintas opciones de este comando así como las ventanas que nos aparecen.

- Page Size. Permite especificar la unidad de medida y el tamaño de la página del esquemático.

Figura 23. Schematic Page Properties. - Grid Reference. Permite fijar el número de referencias de rejilla horizontales y verticales y el tipo de referencia de la rejilla que queramos. - Miscellaneous. Permite ver información sobre la página del esquema, como por ejemplo la fecha de creación, la fecha de modificación y el número de página.

2.1.7. Menú Window. En este menú encontramos varias opciones sobre las ventanas, como crearlas, modificarlas, editarlas y borrarlas. En la siguiente figura se 


muestra las distintas opciones de este menú, que serán detalladas posteriormente.

Figura 24. Menú Window. 



New Window . Permite crear una nueva ventana. Cascade. Permite visualizar todas las ventanas abiertas en forma de

cascada. 

Tile Horizontally. Permite visualizar todas las ventanas abiertas en

forma de mosaico horizontal. 

Tile Vertically . Permite visualizar todas las ventanas abiertas en forma

de mosaico vertical. 



Arrange Icons. Permite colocar iconos. Session Log. Muestra la ventana de Session Log , que contiene

anotaciones sobre la sesión de trabajo que estemos realizando. 

Lista de archivos. En la parte inferior del menú deplegable de Window

aparecen las distintas ventanas que están abiertas, indicando la ventana activa.




2.1.8. Menú Help. Help. En este menú aparecen las opciones que nos permiten acceder a la ayuda de la aplicación.

Figura 25. 

Help Topics. Muestra una ventana de diálogo en la que podemos

solicitar ayuda sobre los temas que se proponen. 



Lerning Capture. Muestra el tutorial de OrCAD Capture. About Capture. Muestra un recuadro que contiene información sobre la

versión de la aplicación. 

Web Resources. Muestra una lista desplegable que contiene accesos

directos a páginas de OrCAD en Internet.

En la parte inferior del menú se muestran dos opciones con menú desplegable que contienen temas de ayuda para la parte de aplicación que se indica. 

2.2.

Pspice A/D

Pspice A/D es la aplicación que nos permite visualizar las señales y

formas de onda que tienen lugar en cualquier punto del circuito tras la simulación. Su funcionamiento es como el de cualquier osciloscopio de laboratorio. Se puede acceder de distintas formas a esta aplicación:




- A través del icono correspondiente a la aplicación, situado en el grupo de programas PspiceStudent bajo bajo el nombre de Pspice A/D. - A través del icono de la aplicación disponible en Capture. - Automáticamente cuando se simula un circuito desde Capture. - A través de la opción del menú desplegable de PSpice en el programa de aplicación Capture , seleccionando View Simulation Results. En la Fig.26 se muestra la pantalla principal de PSpice A/D. Como puede observarse consta de los elementos básicos de cualquier aplicación bajo entorno Windows (barra de menús, barra de herramientas...). herramientas...).

Figura 26. Pantalla principal de PSpice A/D. En los siguientes apartados se describen las distintas opciones que nos ofrece PSpice A/D.




2.2.1. Menú File. Este menú contiene los comandos que nos permiten operar con los ficheros: abrir un fichero, salvarlo, cerrarlo... En la siguiente figura se muestra este menú, cuyas opciones describimos seguidamente.

Figura 27. Menú File. 

New . Permite crear un archivo nuevo, permitiéndonos dos posibilidades:

- Simulation Profile . Crea un fichero que contiene información sobre una nueva simulación. En la siguiente figura se muestra la ventana de diálogo que aparece con esta opción. Vemos que tenemos que indicar el nombre del nuevo fichero y el del fichero ya existente. Con esta opción creamos un fichero similar al que ya existía, es una especie de copia de seguridad.




Figura 28. New Simulation. - Text File. Crea un archivo de texto en el que podemos guardar cualquier tipo de información referente al circuito. 

Open... Permite abrir un fichero ya existente de extensión *.dat.



Append Waveform (.DAT). Permite añadir un fichero de ondas, de

extensión .DAT, de manera que podemos visualizar distintas señales referidas a simulaciones distintas del mismo o de distinto circuito. 

Close. Cierra el archivo de trabajo.



Open Simulation. Abre un fichero de extensión *.sim correspondiente a

los resultados de una simulación anterior. 

Close Simulation. Cierra el fichero de simulación con el que estemos

trabajando actualmente. 

Page Setup. Abre una ventana de diálogo que nos permite configurar la

página de trabajo: márgenes, encabezado y pie de página, orientación, posición de la información que proporciona el cursor y cualquier otra información que se nos presente en pantalla y queramos que sea imprimida. En la siguiente figura podemos ver la ventana de diálogo correspondiente a este comando.




Figura 29. Page Setup. 

Printer Setup. Abre una ventana de diálogo que nos permite configurar

la impresora con la que queremos trabajar, así como el tamaño y orientación de la página. 

Printer Preview. Permite ver de forma preliminar la página a imprimir.



Print. Permite la impresión de la página de trabajo. Abre una ventana de

diálogo donde podemos seleccionar la impresora, las áreas de trazas y tenemos acceso a las opciones de Page Setup. 

Log Commands . Crea un archivo de comandos con extensión *.cmd, en

el que se almacena todas las aciones que realicemos dentro del programa. 

Run Commands. Permite abrir un fichero de comandos creado con

anterioridad mediante la opción anterior. 

Recent Simulation. Contiene un menú desplegable en le que aparecen

las últimas simulaciones realizadas, de manera que podemos cargarlas directamente. 

Recent Files. Contiene un menú desplegable en le que aparecen los

últimos ficheros de datos utilizados, de manera que podemos cargarlos directamente.




Exit. Permite salir de la aplicación.

2.2.2. Menú Edit. Este menú nos muestra las distintas posibilidades que se nos ofrece acerca de la edición de los datos con los que estemos trabajando en pantalla. Para utilizar las distintas opciones hay que seleccionar primero con el ratón el dato que queremos editar.

Figura 30. Edit. 

Cut. Corta la señal seleccionada y la guarda en memoria para

posteriores acciones de pegar. CTRL. + X. 

Copy. Copia en el portapapeles la señal seleccionada para posteriores

acciones de pegar. CTRL. + C. 

Paste. Permite pegar la señal previamente cortada o copiada en la

ventana seleccionada. CTRL. + V. 

Delete. Borra la señal que se encuentre seleccionada en ese momento

SUPR.




Find. Realiza la búsqueda de una palabra o un texto dentro de la

ventana de texto de PSpice A/D. CTRL. + F. 

Find Next. Realiza la búsqueda de la siguiente palabra o texto que se

encuentre dentro de la ventana. F3. 

Replace. Realiza la sustitución de una palabra o frase dentro de la

ventana de texto. CTRL. + H. 

Goto Line... Permite saltar directamente a la línea de texto que se le

indique. CTRL. + G. 

Insert File. Inserta cualquier fichero de formato texto.

Toglle Bookmark . Crea en el texto una marca de referencia.





Next Bookmark. Salta a la siguiente referencia que aparezca en el texto,

tomando como referencia la posición del cursor. Esta opción permanecerá activa siempre que exista por lo menos una marca de texto. 

Previous Bookmark. Salta a la anterior referencia de texto, tomando

como referencia la posición del cursor. Esta opción permanecerá activa siempre que exista por lo menos una marca de texto. 

Clear Bookmark. Borra una marca de texto existente.



Modify Object. Abre una ventana de diálogo en la que podemos sustituir

una señal por otra previamente seleccionada.




2.2.3. Menú View . En este menú encontramos los comandos referentes a la visualización del programa, es decir, podemos configurar lo que queremos ver y cómo lo queremos ver.

Figura 31. View. 

Zoom. Abre un menú desplegable en el que tenemos distintas opciones

sobre la configuración del tamaño de la ventana:

- Fit. Ajusta automáticamente el tamaño de la forma de onda al de

la pantalla.

- In. Amplía el tamaño de la pantalla tomando como centro el punto que le indiquemos con el botón izquierdo del ratón. - Out. Reduce el tamaño de la pantalla tomando como centro el punto que le indiquemos con el botón izquierdo del ratón. - Area. Amplia el tamaño de la pantalla ajustándolo al tamaño del área que seleccionemos con el botón izquierdo del ratón. - Previous. Permite volver a la configuración del tamaño de la pantalla que tuviéramos anteriormente.




Output File. Permite visualizar el fichero de salida de la simulación con

extensión *.out. Simulation Queue. Abre una ventana de diálogo en la que podemos realizar nuevamente la simulación del circuito. Incluye la opción Settings que abre la ventana de diálogo de Edit Simulation Settings de Capture.





Output Window . Permite ver o no la ventana de salida, que nos ofrece

información acerca de la simulación en curso y de los posibles errores que hayan podido suceder. 

Simulation Status Window . Permite ver o no la ventana que nos informa

sobre el estado de la simulación. 

Toolbars . Permite seleccionar las barras de botones que queremos que

estén presentes en la aplicación. En la siguiente figura se muestra la ventana de diálogo en la que vemos que la barras de herramientas se organizan por categorías: categorías: fichero, edición, simulación... 

Status Bar . Permite ver la barra de estado donde se muestra

información sobre la aplicación: tiempo de análisis, efecto del botón sobre el que situemos el ratón... 

Workbook Mode. Permite organizar la pantalla como si se tratase de un

archivador. 

Alternate Display. Permite tener la ventana de resultados (el

osciloscopio) flotante sobre la página de diseño (sobre el esquemático). 

Always on top. Sitúa un icono de Alternate Display Display para para volver al estado

original.




2.2.4. Menú Simulation. Simulation. En este menú podemos encontrar las opciones que se nos proporciona sobre la simulación: configurar la simulación, comenzarla, hacer una pausa...

Figura 32. Simulation. 

Run. Ejecuta la simulación actual de la aplicación.



Pause. Permite realizar una pausa durante la simulación.



Stop. Permite detener la simulación en curso.

Edit Profile. Permite configurar los parámetros referentes a la simulación. Para ello abre la ventana de diálogo de Edit Simulation Setting



de Capture.

2.2.5. Menú Trace. Trace. En este menú encontramos las opciones referentes a las formas de onda que queramos representar en la pantalla.

Figura 33. Menú Trace. 


Add Trace... Abre una ventana de diálogo en la que se encuentran

todas las posibles señales que podemos visualizar, de manera que podemos elegir las que realmente queramos ver. Además se nos ofrece una serie de funciones analógicas y operadores matemáticos que podemos usar para una correcta visualización de la medida deseada. En la Fig. 34 se muestra la ventana de diálogo de esta opción en la se muestran algunas señales y funciones obtenidas con la simulación del circuito.

Figura 34. Add 34. Add Traces. Traces. 

Delete All Traces. Permite borrar todas las señales que tengamos

representadas en ese momento. 

Undelete Traces. Permite recuperar la última señal que se haya

borrado. 

Fourier. Permite realizar un análisis de Fourier de la señal representada,

mostrándose la señal obtenida. Esta opción únicamente es válida para señales analógicas. Una vez realizado el análisis esta opción pasa a denominarse End Fourier con la que podemos finalizar este tipo de análisis, volviendo a la señal original. 

Performance Analysis . Esta opción sólo es válida para simulaciones de

tipo Paramétrico. Muestra como varía una característica del circuito en función de algún parámetro.




Cursor. Abre una ventana de diálogo donde encontramos las opciones

sobre el cursor de la aplicación. Proporciona información sobre el valor de cualquier punto de la señal representada y permite obtener puntos importantes de la misma: máximos, mínimos, puntos de inflexión... En la siguiente figura se muestra el menú desplegable que nos proporciona esta opción. 

Macros. Muestra un ventana de diálogo que nos permite ver, modificar y

crear macros que se utilicen en la aplicación. En este caso la macro se refiere al nombre que se le asigna a un valor concreto (el número pi por ejemplo). En la siguiente figura podemos ver la ventana que aparece al elegir esta opción.

Figura 35. Ejemplo de edición de una Macro. una Macro.  Goal Functions . Permite utilizar una serie de funciones definidas de gran utilidad. En esta opción podemos crear nuevas funciones, modificar las existentes, copiarlas... 

Eval Goal Functions. Abre la ventana de diálogo de Add Traces donde

podemos seleccionar correspondiente.



la

señal

deseada

y

aplicarle

la

función


2.2.6. Menú Plot . En este menú encontramos las opciones sobre los ejes de coordenadas y los trazos donde se representan las señales.

Figura 36. Plot. 

Axis Settings. Abre una ventana de diálogo en la que podemos

configurar los ejes de coordenadas y las rejillas correspondientes a cada uno de los ejes. Podemos variar la variable a representar en cada eje, escala del eje, rango del tiempo a representar...

Figura 37. Axis 37. Axis Settings. Settings.




Add Y Axis. Crea un nuevo eje Y, que será independiente de los demás

y donde podemos seleccionar la variable a representar y la escala. 

Delete Y Axis. Borra el eje Y creado anteriormente.



Add Plot to Window. Permite crear un nuevo trazador (espacio de la

pantalla donde podemos representar señales) en la pantalla. Éste es independiente de los existentes, de manera que podemos configurarlo y representar las señales que deseemos. 



Delete Plot . Permite borrar el trazador seleccionado en ese momento. Unsync X Axis. Permite configurar los ejes X de los trazadores de

manera independiente. 

Digital Size. Permite variar el tamaño del trazador en el que se

representan señales digitales para circuitos circuit os mixtos. 

Label. Abre un menú deplegable que contiene distintas opciones para

personalizar la representación: texto, líneas, flechas, recuadros... AC. Identifica la simulación en curso como un análisis AC.





DC. Identifica la simulación en curso como un análisis DC.



Transient. Identifica la simulación en curso como un análisis transitorio.

2.2.7. Menú Tools. Este menú contiene las opciones que proporciona la aplicación para la selección y configuración de las herramientas de aplicación a las señales.

Figura 38. Tools. 

Customize... Permite configurar cada una de las herramientas de la

aplicación según categorías. En la Fig.39 se muestran las opciones de que 


disponemos: podemos crear nuevas barras de herramientas, asignar botones, combinaciones de celdas...

Figura 39. Menú Tools: Customize. Options... Abre una ventana de diálogo en la que podemos activar o



desactivar distintas opciones de la aplicación. Podemos ver estas opciones en la Fig.40:

Figura 40. Menú Tools: Options. Options. 


2.2.8. Menú Window. En este menú aparecen varias opciones sobre las ventanas de la aplicación: crearlas, modificarlas, clasificarlas, borrarlas o incluso guardar las ventanas para copiarlas posteriormente en el portapapeles u otro editor de textos y/o imágenes.

Figura 41. Window. 

New Window. Permite crear una nueva ventana.



Close. Permite cerrar la ventana activa.



Close All . Permite cerrar todas las ventanas abiertas de la aplicación.



Cascade. Permite clasificar todas las ventanas abiertas en forma de

cascada. 

Tile Horizontal . Permite clasificar todas las ventanas abiertas en forma

de mosaico horizontal. 

Tile Vertical. Permite clasificar todas las ventanas abiertas en forma de

mosaico vertical. 

Title. Abre una ventana de diálogo en la que podemos definir el título de

la ventana activa. 

Display Control. Muestra una ventana de diálogo en la que podemos

leer o guardar las ventanas abiertas..




Copy to Clipboard. Permite copiar el contenido de la ventana activa en

ese momento en el portapapeles del sistema, pudiendo pegarlo en otras aplicaciones.

2.2.9. Menú Help. Help. En este menú encontramos las opciones que nos ofrece la aplicación para obtener ayuda.

Figura 42. Help. 

Help Topics. Muestra una ventana de diálogo en la que podemos

solicitar ayuda sobre los temas que se nos propone. 

Web Resources. Muestra una lista deplegable que contiene el acceso

directo a las páginas de OrCAD en Internet. 

About PSpice. Muestra un cuadro de diálogo que contiene información

de la versión de la aplicación.



PRÁCTICA 2: CONSTRUCCIÓN Y SIMULACIÓN DE UN CIRCUITO EN DC.



PRÁCTICA 2: CONSTRUCCIÓN Y SIMULACIÓN SIM ULACIÓN DE UN CIRCUITO EN DC. 1. Creación de un nuevo nuevo proyecto proyecto de simulación. Para crear un nuevo proyecto donde realicemos realicemos la simulación de un circuito, debemos seguir los siguientes pasos: 1. Abriremos Abrirem os la aplicación Capture:

Figura 1. Aplicación Capture. 2. Pulsaremos el botón o bien seleccionaremos del menú File, la opción New>>Project; de manera que automáticamente aparecerá la siguiente ventana de diálogo:



Practica 2: Construcción y simulación de un circuito con PSpice

Figura 2 . Ventana de diálogo que selecciona el tipo de proyecto a crear . En la ventana de diálogo de la Fig. 2 aparecen 4 tipos de proyectos, nosotros utilizaremos sólo la opción Analog or or Mixed A/D. En la casilla de Name pondremos el nombre del proyecto y en Location , el directorio dentro de nuestro PC donde se guardarán todos los archivos que genera PSpiceStudent asociados a una simulación o proyecto. Tras pulsar el botón de OK, aparecerá la ventana de diálogo de la Fig. 3 que nos pregunta si queremos crear un un proyecto totalmente nuevo o bien a partir de algún diseño anterior. Seleccionaremos Create a blank project , para crear un proyecto nuevo.

Figura 3. Create Pspice Project . 


A continuación, la primera vez que ejecutemos el programa nos preguntará qué librerías vamos a utilizar en nuestro proyecto. En general las añadiremos todas. (Esto sólo ocurre la primera vez que se utiliza el programa tras la instalación del mismo) Cada librería reúne los componentes de una familia, por ejemplo, en la librería SOURCES vienen todos los componentes relacionados con fuentes: fuentes de tensión de DC y AC, de corriente DC y AC, etc.

Figura 4. Ventana de diálogo que selecciona las librerías a añadir al proyecto. 3. Después de pulsar el botón Finalizar de la última ventana de diálogo, aparecerán dentro de la aplicación Capture nuevos botones en la parte superior y a la izquierda de la ventana central. Estos botones permitirán seleccionar los componentes, los cables y otros objetos que darán lugar al esquemático o dibujo del circuito que queremos simular. Las acciones que realizan los botones también son accesibles desde el menú horizontal superior superior (Fig. 5 y 6).




Figura 5.

Select: Selección de uno o varios objetos Place part: Llama al menú de inserción de componentes Place wire: Para unir componentes con un cable Place net alias: Para poner etiquetas Place junction : Para forzar nodos entre 2 cables que se cruzan

Place power: Para colocar pines de alimentación Place ground: Llama al menú de selección de masas o tierras

Place text: Para escribir texto

Figura 6. 


componentes tes los encontraremos encontraremos en 4. Dibujaremos el circuito. Los componen una ventana de diálogo tras pulsar el botón Place part. Podemos dibujar por ejemplo el circuito eléctrico de la Fig. 8:

Figura 7. Ventana de diálogo Place Part.

R1

5V

V1

1k

R2 1k

0 Figura 8. Divisor de tensión.




2. El primer circuito: Divisor de tensión. Antes de empezar con la construcción de un circuito, explicaremos una serie de conceptos sobre los elementos que forman un circuito. Todos los elementos que forman un circuito constan de un símbolo, una serie de atributos (distintos según el tipo de elemento) y un part name, que es el nombre o combinación de caracteres con que podemos encontrar un determinado componente en las librerías del programa.

símbolos

R1 V1

atributos part name

5V 1k

D1 D1N4148

Figura 9. Detalle de los elementos que forman un circuito. Por ejemplo, en el caso de una resistencia, su símbolo es una línea en zigzag, sus atributos son el nombre con que se designa a esta resistencia dentro del circuito y su valor en ohmios, y su part name es simplemente R. Cuando situamos un elemento en el esquema del circuito no aparecen siempre todos los atributos del elemento. Si queremos modificar sus atributos debemos hacer doble click en el elemento y aparecerá una tabla (Property Editor ) donde podemos cambiar cualquier atributo y seleccionar si queremos que aparezca en el esquema o no. En la Fig.10 se aprecian parte de los atributos asociados a una resistencia.

Figura 10. Detalle de los atributos de una resistencia ( Property Editor ). ). Vamos a realizar la construcción del circuito de la Fig. 8 paso a paso.




Para introducir un componente en un circuito hay que llamar al menú Place Part , desde el menú Place >> Part , o bien utilizar el botón o la combinación de teclas SHIFT+P. Aparecerá la ventana de la Fig. 7.

,

Esta ventana permite seleccionar un elemento de las librerías que posee PspiceStudent e e introducirlo en el circuito. En cada librería librer ía se agrupan un tipo de co componentes, mponentes, las librerías más utilizadas son: ANALOG → resistencias, bobinas, condensadores,.. EVAL → modelos de componentes reales: diodos, transistores, operacionales, puertas lógicas digitales... SOURCE → fuentes de alimentación de tensión, de corriente, AC, DC,.. BREAKOUT → modelos de componentes ideales: diodos, transistores, operacionales,... SPECIAL → componentes especiales (p.ej. PARAM ) Seleccionaremos uno a uno cada elemento y lo iremos posicionando en el esquema. Pondremos 2 resistencias, R1 y R2; una fuente de tensión de continua (VDC) de valor 5V y un elemento de masa. Existen muchos elementos que simbolizan masa, sin embargo, para la simulación sólo podemos utilizar el elemento denominado 0, accederemos a él entrando en la librería SOURCE desde la ventana ventana Place Ground al pulsar el botón

.

Si queremos rotar o mover horizontal o verticalmente los elementos, los seleccionaremos y utilizaremos las opciones de Edit >> Mirror o o Edit >> Rotate (CTRL+R). Una vez posicionados los elementos en el área de trabajo, hay que conectar estos elementos para que formen un circuito. Hay varias formas de conectar los diferentes elementos del circuito: o bien mediante la opción Wire del menú Place o bien mediante la pulsación del botón

o bien mediante la combinación de teclas SHIFT+W, de cualquiera de estas formas entramos en el modo de cableado que el programa lo indica sustituyendo el cursor normal del ratón por uno en forma de cruz.




Una vez que estamos en el modo cableado, para conectar los distintos elementos entre sí simplemente hay que cliquear sobre los terminales de los componentes. R1

V1

1k R2

5V

1k

0

Figura 11. Detalle de la colocación de los elementos sobre el área de trabajo. Una vez dibujado el circuito debemos dar los valores correctos a los componentes , para ello habrá que modificar sus atributos como hemos dicho antes, seleccionando con doble click el elemento a modificar para entrar en la tabla de Property Editor , o bien si el atributo es visible desde el esquema haciendo doble click sobre él. Una vez dibujado el circuito como se muestra en la Fig. 8 ya estamos en condiciones de seleccionar el tipo de análisis y realizar la simulación del mismo. En este ejemplo vamos a configurar la simulación para que se haga un análisis Bias Point , es decir, un análisis en continua. Para ello o bien seleccionamos Pspice >> New Simulation Profile o bien pulsamos sobre el botón y aparecerá la ventana de la Fig. 12., donde se habilitará la opción Bias Point y se deshabilitarán las otras opciones.




Figura 12. Ventana de diálogo de configuración de análisis. análisis. Una vez hecho esto se realiza la simulación del circuito mediante la opción PSpice >> Run o bien pulsando el botón de la barra de herramientas. El programa ejecuta la simulación y se abrirá la aplicación PspiceAD pero la ventana del osciloscopio permanecerá vacía. Las corrientes de malla y las tensiones de nodo se pueden visualizar mediante la pulsación de los siguientes botones:

El resultado de la simulación se muestra en la siguiente figura: R1 2.500mA 5.000V 1k V1

2.500V 2.500mA R2

5V

1k 2.500mA 0V

0

Figura 13. Resultados de la l a simulación del circuito.




3. Output File. File. Desde la aplicación PspiceAD podemos acceder al fichero .OUT (Output File) de nuestro proyecto donde viene mucha información sobre la simulación realizada: nomenclatura de los nodos, valores de tensión y corriente, tipo de simulación y si hay algún error en la interconexión de los componentes o la definición de los atributos. En el caso de que la simulación falle, habrá que recurrir a este archivo para encontrar el error en el circuito. A continuación se presentan los resultados del fichero Output del circuito simulado anteriormente: **** 10/19/01 19:07:01 1999) ************** **************

***********

Evaluation

PSpice

(Nov

** Profile: "SCHEMATIC1-ejemplo1" "SCHEMATIC1 -ejemplo1" [ D:\UMH\asignaturas01_02\Teoria de Circuitos\Pspice\ejemploSCHEMATIC1-ejemplo1.sim SCHEMATIC1-ejemplo1.sim ]

****

CIRCUIT DESCRIPTION

*********************** *********************************** ************************ ************************ ************** ** ***

** Creating circuit file "ejemplo-SCHEMATIC1ejemplo1.sim.cir" ** WARNING: THIS AUTOMATICALLY GENERATED FILE MAY BE OVERWRITTEN BY SUBSEQUENT SIMULATIONS *Libraries: * Local Libraries : * From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file: .lib "nom.lib" *Analysis directives: .PROBE .INC "ejemplo-SCHEMATIC1.net" "ejemplo-SCHEMATIC1.net"

**** INCLUDING ejemplo-SCHEMATIC1.net ejemplo-SCHEMATIC1.net **** * source EJEMPLO V_V1 N00420 0 5V R_R1 N00433 N00420 1k R_R2 0 N00433 1k **** RESUMING ejemplo-SCHEMATIC1-ejemplo1.sim.cir ****



Simulación de Circuitos Lineales .INC "ejemplo-SCHEMATIC1.als" "ejemplo-SCHEMATIC1.als"

**** INCLUDING ejemplo-SCHEMATIC1.als ejemplo-SCHEMATIC1.als **** .ALIASES V_V1 V1(+=N00420 -=0 ) R_R1 R1(1=N00433 2=N00420 ) R_R2 R2(1=0 2=N00433 ) .ENDALIASES **** RESUMING ejemplo-SCHEMATIC1-ejemplo1.sim.cir **** .END **** 10/19/01 19:07:01 1999) ************** **************

***********

Evaluation

PSpice

(Nov

** Profile: "SCHEMATIC1-ejemplo1" "SCHEMATIC1 -ejemplo1" [ D:\UMH\asignaturas01_02\Teoria de Circuitos\Pspice\ejemploSCHEMATIC1-ejemplo1.sim SCHEMATIC1-ejemplo1.sim ]

**** 27.000 DEG C

SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION

TEMPERATURE =

*********************** *********************************** ************************ ************************ ************** ** *****************

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

(N00420)

NODE

5.0000 (N00433)

VOLTAGE

NODE

VOLTAGE

2.5000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_V1

-2.500E-03

TOTAL POWER DISSIPATION

1.25E-02

WATTS

JOB CONCLUDED TOTAL JOB TIME

.01




4. Ejercicios: Cálculo de V e I en DC. 4.1.

Dibuja y simula mediante un análisis Bias Point el el siguiente circuito: R1 2k

R2

R3

V1 2k

1k

V2

2V

5V R4 2k 4k V3

R6

R5

0

10V

1k

Figura 14. Circuito a resolver. 4.2.

Encuentra el valor de la corriente a través de la resistencia R3 mediante un análisis Bias análisis Bias Point : R2 R1 I1 12k

6m

10k

R3

R4

6k

3k

0

Figura 15. Circuito a resolver.




4.3.

Calcula las tensiones en los nodos del siguiente circuito mediante un análisis Bias Point :

R1 V1 10

1k

R3

R2

R5

1k

R4

1k

1k

1k

I1 10m

0

Figura 16. Circuito a resolver.



PRÁCTICA 3: APLICACIÓN DE PSPICE PSPICE AL CÁLCULO DE DE CIRCUITOS EN CONTÍNUA.



PRÁCTICA 3: APLICACIÓN DE PSPICE AL CALCULO DE CIRCUITOS EN CONTINUA. 1. Cálculo de las tensiones de nodo e intensidades intensidades de rama. rama. En PspiceStudent, para calcular las tensiones en los nodos y las corrientes por las ramas en los circuitos de continua es posible utilizar dos tipos de análisis : Bias Point y Time Domain(Transient) . El primero ya lo realizamos en la Práctica 2. El análisis Bias Point realiza el cálculo del punto de trabajo del circuito, por tanto proporciona el valor de la tensión en los nodos del circuito, la intensidad a través de los componentes (corrientes de rama) y la potencia total disipada. (Los valores de la potencia disipada o generada por cada componente son visibles en fichero Output ). ). El análisis Time Domain(Transient) se utiliza para estudiar el comportamiento del circuito a lo largo del tiempo. En los circuitos de continua (DC), las corrientes y las tensiones son constantes a lo largo del tiempo, pero este análisis también nos sirve para hallar las tensiones en los nodos y las intensidades en los componentes. Para seleccionar el análisis Time Domain(Transient) seleccionaremos la opción Time Domain(Transient) en la ventana de Simulation Settings:

Figura 1. Ventana de diálogo de configuración de análisis. 

Practica 3. Aplicación de Pspice al cálculo de circuitos en continua

En el campo Run to time hay que escribir el tiempo de duración de la simulación (en segundos), por defecto la simulación se realiza durante 1000 nanosegundos. Para los circuitos de DC, con ese tiempo es suficiente. El resto de campos, Start saving data after y Transient options no es necesario modificarlos para la simulación de los circuitos de DC. En las prácticas posteriores ya estudiaremos la función que desempeñan en este tipo de simulación. Una vez hecho esto se realiza la simulación del circuito mediante la opción PSpice >> Run o bien pulsando el botón de la barra de herramientas. El programa ejecuta la simulación y se abrirá la aplicación PspiceAD , donde aparecerá la ventana del osciloscopio. Para visualizar en el osciloscopio las tensiones y las corrientes del circuito simulado tendremos que colocar marcadores de tensión y corriente, pulsando los botones: . El primero es un marcador de tensión respecto a la masa del circuito, el segundo mide la corriente por un componente, y para colocarlo en el circuito hay que pulsar sobre uno de los extremos del componente y el último marcador es un marcador de tensión diferencial, es decir, mide la tensión entre dos nodos cualesquiera del circuito. También se accede los marcadores desde el menú PSpice >> Markers. Por ejemplo, en el siguiente circuito se han colocado dos marcadores marcadore s de tensión en los nodos A y B: R1 A

B 1k

V1 V

V

5V

R2 1k

0

Figura 2. Circuito resistivo de la Práctica 2. De esta forma, en la ventana del osciloscopio veremos representadas las tensiones en V(A) y en V(B). También es posible ver los valores de tensión en los nodos y las corrientes del circuito desde la aplicación PspiceAD, mediante la opción 


Trace >> Add Trace o pulsando el botón

, que abre la siguiente

ventana:

Figura 3. Ventana de diálogo Add diálogo Add Traces. Traces. En el campo Trace Expresion escribiremos las tensiones o corrientes que queremos visualizar en el osciloscopio. También es posible ver funciones de estas magnitudes utilizando los operadores de la derecha de la ventana.

Figura 4. Resultados en el osciloscopio.




1.1.

Ejercicio: Ejercicio : cálculo de las tensiones intensidades de rama.

de nodo e

Calcula las tensiones de nodo e intensidades de rama del siguiente circuito teóricamente y utilizando PSpice. El circuito a estudiar será el siguiente: R1

R4

4k

2k R2

I1

R5

1k

V2

R6

1k

5

2k

10m R3 4k

0

Figura 5. Circuito resistivo ejercicio 1.1. 1.2.

Ejercicio: Ejercicio : cálculo de las tensiones intensidades de rama.

de nodo e

Calcula las tensiones de nodo e intensidades de rama del siguiente circuito teóricamente y utilizando PSpice. El circuito a estudiar será el siguiente: I2

R1 A

B 2k

7V

I1

3mA C

R3

V1

R2

1k

12k

10mA R5 10k

D

R4

5V R6 E

10k

V2

5k I3

R7 F 18k

5mA

Figura 6. Circuito resistivo ejercicio 1.2.



0


2. Cálculo de la R equivalente de un circuito. En este apartado se pretende calcular la resistencia equivalente del siguiente circuito mediante su simulación con PSpice:

A

 

 

 Ω

 Ω

 Ω  

B

 Ω

 Ω

 

 

 Ω

 

Figura 7. Circuito resistivo. resistivo. En clase de teoría vimos que la resistencia equivalente entre dos de los terminales se puede obtener haciendo las agrupaciones serie y paralelo de las resistencias, o bien aplicando una transformación ∆-Y. Mediante el cálculo teórico se obtiene que la resistencia equivalente equivalente del circuito anterior desde los terminales AB es de de 22k Ω . Para realizar este cálculo con el PSpice hay que recurrir a la utilización de un análisis de la función de transferencia. Este análisis linealiza el circuito en torno a su punto de trabajo y calcula su función de transferencia para pequeña señal. En nuestro caso el circuito es ya lineal y no utilizaremos la función de transferencia. Sólo utilizaremos este análisis para calcular la resistencia de entrada o resistencia equivalente entre dos puntos del circuito. Para ello, tendremos que especificar la variable de salida y la fuente de entrada. Este análisis implica el cálculo de los siguientes parámetros del circuito: • • •

Razón entre la variable de salida y la variable de entrada Impedancia de entrada con respecto a la fuente de entrada Impedancia de salida con respecto a los terminales del elemento de salida. 


Para realizar este análisis tenemos que seguir los siguientes pasos: 1.

Dibujar el esquema del circuito circuit o introduciendo una fuente de tensión (VSRC) de valor 0 e indicando mediante un terminal (VCC_CIRCLE, por ejemplo) el nodo de salida. El circuito quedaría de la siguiente forma: R1

12k

R2

R3

SALIDA

12k

R4

18k

6k R5 5k

R6 6k

V1 0Vdc 1Vac TRAN =

0

Figura 8. Detalle del circuito resistivo antes de realizar el análisis. 2.

Una vez dibujado el circuito seleccionar en la ventana Simulation Settings la opción Bias Point como Type y como Análisis Type también la opción Calculate small-signal DC gain. En el campo From Input source name hay que escribir el nombre de la fuente de tensión, en nuestro caso V1, y en el campo To Output variable el valor V(SALIDA).

Figura 9. Detalle de la ventana de diálogo de Simulation Settings. 


3.

*** 1999)

Ya está configurado este tipo de análisis. Ahora ejecutaremos la simulación y examinaremos el fichero de salida (OutputFile). Dicho fichero nos habrá generado la siguiente salida: 10/26/01

17:23:21

***********

Evaluation

PSpice

(Nov

** Profile: "SCHEMATIC1-EJEMPLO1" "SCHEMATIC1-EJEMPLO1" [d:\UMH\asignaturas01_02\TeoriadeCircuitos\Pspice\practica3\ejem plo1-SCHEMATIC1-EJEMPLO1.sim ]

****

CIRCUIT DESCRIPTION

*********************** *********************************** ************************ ************************ ************** ** **

** Creating circuit file "ejemplo1-SCHEMATIC1EJEMPLO1.sim.cir" ** WARNING: THIS AUTOMATICALLY GENERATED FILE MAY BE OVERWRITTEN BY SUBSEQUENT SIMULATIONS *Libraries: * Local Libraries : * From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file: .lib "nom.lib" *Analysis directives: .TF V([SALIDA]) V_V1 .PROBE .INC "ejemplo1-SCHEMATIC1.net "ejemplo1-SCHEMATIC1.net" "

**** INCLUDING ejemplo1-SCHEMATIC1.net ejemplo1-SCHEMATIC1.net **** * source EJEMPLO1 R_R1 N00110 N00061 12k R_R2 N00061 SALIDA 12k R_R3 N00025 N00061 18k R_R4 N00025 SALIDA 6k R_R5 0 N00025 5k R_R6 0 SALIDA 6k V_V1 N00110 0 DC 0Vdc AC 1Vac **** RESUMING ejemplo1-SCHEMATIC1-EJE ejemplo1-SCHEMATIC1-EJEMPLO1.sim.ci MPLO1.sim.cir r **** .INC "ejemplo1-SCHEMATIC1.als "ejemplo1-SCHEMATIC1.als" "

**** INCLUDING ejemplo1-SCHEMATIC1.als ejemplo1-SCHEMATIC1.als ****



Practica 3. Aplicación de Pspice al cálculo de circuitos en continua .ALIASES R_R1 R1(1=N00110 2=N00061 R_R2 R2(1=N00061 2=SALIDA R_R3 R3(1=N00025 2=N00061 R_R4 R4(1=N00025 2=SALIDA R_R5 R5(1=0 2=N00025 ) R_R6 R6(1=0 2=SALIDA ) V_V1 V1(+=N00110 -=0 ) _ _(SALIDA=SALIDA) _ _(SALIDA=SALIDA) .ENDALIASES

) ) ) )

**** RESUMING ejemplo1-SCHEMATIC1-EJE ejemplo1-SCHEMATIC1-EJEMPLO1.sim.ci MPLO1.sim.cir r **** .END **** 10/26/01 17:23:21 1999) ************** **************

***********

Evaluation

PSpice

(Nov

** Profile: "SCHEMATIC1-EJEMPLO1" "SCHEMATIC1-EJEMPLO1" [d:\UMH\asignaturas01_0 [d:\UMH\asignaturas01_02\TeoriadeCi 2\TeoriadeCircuitos\Pspi rcuitos\Pspice\practica3 ce\practica3\e \e jemplo1-SCHEMATIC1-EJEMP jemplo1-SCHEMATIC1-EJEMPLO1.sim LO1.sim ]

**** 27.000 DEG C


TEMPERATURE =

*********************** *********************************** ************************ ************************ ************** ** ***

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

NODE

VOLTAGE

(N00025) 0.0000 (N00061) (SALIDA) 0.0000

NODE

VOLTAGE

0.0000 (N00110)

0.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_V1

0.000E+00


****

0.00E+00

SMALL-SIGNAL SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS CHARACTERISTICS

V(SALIDA)/V_V1 V(SALIDA)/V_V1 =

1.364E-01

INPUT RESISTANCE AT V_V1 =

2.200E+04

OUTPUT RESISTANCE AT V(SALIDA) =



WATTS

3.341E+03



.09

Examinando el final de este fichero observamos los valores de la resistencia de entrada vista por la fuente de tensión V1 ( Input resistance at V_V1 ) y la resistencia de salida ( Output resistance at V_V1). La resistencia equivalente desde los terminales A y B corresponde al dato de Input resistance at V_V1. Es decir, la resistencia de entrada vista desde los terminales A y B es de 22k Ω (2.200E+04).

2.1.

Ejercicio: cálculo de la resistencia equivalente: equivalente:

Se propone el cálculo teórico y la simulación mediante PSpice de la resistencia vista desde los terminales A-B:

R4

2k

R5

2k

R6

2k

A R1 1k

R2 1k

R3 1k

B

Figura 10. Detalle del circuito a realizar.




2.2.

Ejercicio: cálculo de la resistencia equivalente: equivalente:

Se propone el cálculo teórico y la simulación mediante PSpice de la resistencia vista desde los terminales A-B y desde los terminales C-D del siguiente circuito: R4

2k R1 A

C 4k

2k

R8

1k

R2

R3 10k 15k

R7

1k

R6

R5

B D 3k

Figura 11. Detalle del circuito a realizar. 3.¿Cómo introducir una fuente dependiente en un circuito? Las fuentes dependientes existentes en el PSpice pueden generar funciones lineales o polinómicas, y suelen ser modeladas según la relación entre sus entradas y salidas. Las fuentes dependientes o controladas lineales disponibles son las siguientes: •

Fuente de tensión controlada por tensión (E) E1 + -

+ -

E •

Fuente de tensión controlada por corriente (H) H1 + -

H




•

Fuente de corriente controlada por tensión (G) G1 + -

G

•

Fuente de corriente controlada por corriente (F) F1

F

Si quisiéramos generar funcione funcioness polinómicas utilizaríamos EPOLY, HPOLY, GPOLY y FPOLY. Pero los circuitos que vamos a simular son lineales y sólo emplearemos E, H ,G y F. Las fuentes controladas por intensidad se colocan en serie con el elemento de la rama que nos proporciona la intensidad de referencia. De forma análoga las fuentes controladas por tensión se colocan en paralelo con el elemento que nos proporciona la tensión de referencia. Un ejemplo de su utilización sería la simulación del circuito que se muestra a continuación. En el circuito aparece una fuente de tensión controlada por corriente. El objetivo es hallar las tensiones en los nodos V1 y V2. V1

Ω

 



  

V2

  Ω

 

Ω

 



Figura 12. Ejemplo de circuito con fuentes f uentes dependientes. dependientes.




En PSpice el circuito anterior se dibujaría así: R2 2 V1

V2 H1

I1

+ -

R1

R3 1

H

4

1A

GAIN = 2

0

Figura 13. Ejemplo de circuito con fuentes dependientes dibujado en PSpice. PSpice. En el dibujo anterior se ha utilizado una fuente de tensión dependiente de corriente (H). Los terminales de sensado de corriente se han situado en serie con la resistencia R3 y se han utilizado dos etiquetas para marcar los nodos V1 y V2. Las etiquetas se colocan desde el menú Place >> Net Alias , pulsando con el ratón en los nodos seleccionados. El resultado lo podemos ver mediante un análisis Bias Point o o bien con un análisis tipo Time Domain(Transient) situando dos marcadores de tensión sobre V1 y V2. Se obtiene que la tensión en V1 es de 4V y en V2 de 2V. 4.000V R2 2 V1

V2 1.000A H1 + -

R1 1.000A 4

V

H

2.000A R3

V

1

2.000A

GAIN = 2

1A 1.000A 0V

2.000A

0

Figura 14. Resultados de la simulación.



I1


3.1.

Ejercicio: simulación de un circuito en continua con fuentes dependientes.

Se propone el cálculo teórico y la simulación mediante PSpice del circuito de la Fig.15. El objetivo es hallar la corriente que circula por R2.    Ω  Ω

  



+ -



 Ω

 



Figura 15. Circuito para simular. 3.2.

Ejercicio: simulación de un circuito en continua con fuentes dependientes. Se propone el cálculo teórico y la simulación mediante PSpice del circuito de la Fig.16. El objetivo es hallar la tensión V 0.  Ω +

   + -



 Ω

 Ω

 

Vo

 



-

Figura 16. Circuito para simular.



PRÁCTICA 4: ANÁLISIS DE CIRCUITOS CIRCUITOS EN DC: BARRIDO DC SWEEP.



PRÁCTICA 4: ANÁLISIS DE CIRCUITOS EN DC: BARRIDO DC SWEEP. 1. Análisis DC Sweep: Introducción. El análisis DC Sweep o Barrido DC permite hacer un barrido de los valores de diversas características de los componentes eléctricos, por ejemplo: • • • •

barridos de tensión (V) o de corriente corrient e (I) en fuentes independientes barridos de parámetros globales (valor de una resistencia o un condensador) barridos de parámetros internos de componentes más complejos (la ganancia en corriente ( β) de un transistor, ....) barridos de temperatura

En cada uno de los barridos se calcula el punto de trabajo para cada uno de los valores que tomen las variables. Es posible realizar un solo barrido (sólo cambia un parámetro en el circuito) o varios. El rango de valores que toma la variable en el barrido puede ser: • lineal • por décadas • según una lista de valores

2. Selección del análisis DC Sweep. Para seleccionar el análisis DC Sweep

creamos una nueva

simulación pulsando el botón y le damos un nombre a la simulación (por ejemplo el mismo nombre del proyecto )o bien si hemos hecho ya una simulación previa con el mismo esquemático pulsamos . También podemos crear una nueva simulación desde el menú Pspice con New Simulation Profile o bien cambiar las opciones de una simulación anterior con Edit Simulation Profile:



Practica 4: Análisis de circuitos en DC. Barrido DC SWEEP.

Figura 1. Menú desplegable. De manera que aparece en la pantalla la siguiente ventana de diálogo:

Figura 2. Ventana de diálogo con las opciones de simulación. y dentro del menú desplegable Analysis Type marcamos la opción DC Sweep. 

Simulación de Circuitos Lineales.

Por defecto aparece seleccionado Primary Sweep. Dentro del cuadro Sweep variable podemos seleccionar el tipo de variable sobre la que vamos a hacer un barrido: una fuente de tensión ( Voltage source) una fuente de corriente ( Current source) un parámetro global ( Global parameter ) (el valor de una resistencia, por ejemplo) • un parámetro interno de un modelo ( Model parameter ) (la β de un transistor) • la temperatura ( Temperature ) • • •

En el cuadro Name escribimos el nombre de la variable a barrer, por ejemplo, R1 o I1. En el cuadro Sweep type seleccionamos el modo en el que queremos realizar el barrido de la variable que hayamos seleccionado en Sweep variable: • Lineal (Linear ) • Logarítmico ( Logarithmic ): ): por octavas o por décadas. • Lista de valores ( Value List) Las opciones situadas a la derecha sirven para poner el valor inicial (Start value) del rango de valores que realizará el barrido, el valor final (Final value), el incremento ( Increment ) en el caso lineal o los puntos por octava ( Pts/Octave ) en el caso de elegir la opción octavas o los puntos por década ( Pts/Decade ) en el caso de seleccionar la opción décadas o bien los valores ( Value list ) en el caso de elegir la opción de lista de valores.




3. Ejemplo 1: Variación de un parámetro. Se propone el siguiente circuito para realizar una simulación DC Sweep: R5

R1

Vo V1 0V

10k R2

R3

I1

3k

+ Vo

7k

8k

10mA

R4

-

1k

0

Figura 3: Ejemplo 1. Para el circuito anterior queremos calcular los valores de la tensión y corriente por la resistencia R4, cuando la fuente de tensión V1 varía entre 0 y 15 V con incrementos de 1 V. Primero tenemos que realizar el dibujo o esquemático del circuito anterior utilizando los componentes que ya conocemos. Como ayuda se recuerda que los componentes se obtienen desde el diálogo Place Part , pulsando el botón

.

Figura 4. Ventana de diálogo Place Part .




La fuente de tensión se denomina VDC o VSRC, y la fuente de corriente corrient e IDC o ISRC, y se encuentran en la librería SOURCES. La resistencias se denominan R y se hallan en la librería ANALOG, y la toma de tierra se denomina 0 y se halla en SOURCE, pero se localiza desde la ventana de diálogo Place Ground, pulsando el botón

Figura 5. Ventana de diálogo Place Ground . Para visualizar visualizar la corriente y la tensión tensión en la resistencia R4 tenemos que utilizar los marcadores ( Markers) y situarlos en el dibujo. Podemos acceder a ellos desde los botones . El primero nos permite visualizar la tensión en un nodo respecto a tierra, el segundo la corriente a través de un componente y el tercero es un marcador diferencial de tensión. También podemos acceder a los marcadores desde el menú Pspice:




Figura 6. Menú Pspice con Pspice con la opción Markers activada. Antes de realizar el análisis hay que configurar las opciones del análisis que vamos a realizar. En este ejemplo seleccionamos el análisis DC Sweep y tomamos como variable la fuente de corriente V1, por lo que seleccionaremos Voltage Source. El barrido será lineal (Linear ) y empezará en 0V y acabará en 15V, con incrementos de 1V. Las opciones en la ventana de dialogo quedarán así:

Figura 7. Ventana de diálogo con las opciones de simulación del ejemplo 1. 


Una vez realizado el esquema del circuito, situado los marcadores y configurado las opciones de simulación se lanza la simulación mediante el botón o desde la opción Run del menú Pspice. Luego automáticamente se abrirá la aplicación Pspice A/D donde se representan gráficamente los resultados de la simulación (Ver Fig. 8). En la Fig. 8 podemos podemos ver en el eje eje de las X la variable barrida, barrida, en este caso, V1, desde 0 a 15V; mientras que en el eje Y se representa la tensión en la resistencia R4 (denominada Vo). Según el marcador que situemos en el esquemático o desde la misma aplicación Pspice A/D pulsando el botón ,podemos añadir otros marcadores y así ver también la corriente por R4 o las tensiones y corrientes en otras partes del circuito. Para visualizar el valor en X e Y de cada punto del gráfico hay que activar el cursor pulsando el botón , y simplemente manteniendo pulsado el botón derecho del ratón y desplazando el puntero del ratón sobre el gráfico vamos visualizando los valores de cada punto.

Figura 8. Aplicación Pspice A/D, A/D, donde aparecen gráficamente los resultados de la simulación.




3.1.

Ejercicios: Variación de un parámetro.

3.1.1. Barrido en I de una fuente de corriente: A partir del mismo circuito del ejemplo 1 (Fig.3), realiza un barrido DC de la fuente de corriente I1 de –10mA a 10mA con un incremento de 0.5mA cuando la fuente de tensión vale 15 V. Visualiza la corriente y la tensión en la resistencia R4. En el caso que I1 = 5mA, ¿cuáles son los valores de tensión y corriente por la resistencia R4? 3.1.2. Barrido en V de una fuente de tensión: En el circuito que indica la siguiente figura, calcula el valor que ha de tener la fuente de tensión V1 para que la corriente que pase por R4 sea nula: R1

R2

3k

2k

V1

I1

V1

?

R3

R4

10k

2mA

6k

0

Figura 9. Ejercicio 3.1.2. 3.1.3. Barrido de una R: Para el siguiente circuito divisor de tensión, realiza un barrido del valor de la resistencia R2 desde 1k Ω hasta 20kΩ con incrementos de 1k Ω y visualiza la tensión en bornes de R2 y la corriente que le atraviesa: R1 V1

10k

10V

R2 {Rx}

PARAMETERS:

Rx = 1k



0 Figura 10. Ejercicio 3.1.3.


Para realizar el barrido paramétrico del valor de la resistencia R2 debemos utilizar un nuevo componente denominado PARAM de la librería SPECIAL. Una vez situado PARAM en el esquemático lo seleccionamos mediante un doble click de manera que nos aparece una nueva ventana con todas las propiedades del parámetro PARAM:

Figura 11. Detalle de las propiedades de PARAM. Pulsamos sobre el botón New Column, y aparecerá la ventana de diálogo siguiente:

Figura 12. Definición de un nuevo parámetro en PARAM. En la ventana anterior escribiremos el nombre con el que definimos la variable que queremos variar, en este caso el valor de la resistencia R2, que denominaremos Rx, y le pondremos un valor por defecto, por ejemplo 1kΩ. Si queremos visualizar el nuevo componente PARAM denominado Rx en el esquemático, debemos activar la opción de display dentro de las propiedades de PARAM. Además también tendremos que modificar el valor de R2, por defecto 1k, y cambiarlo por {Rx}. 


En las opciones de simulación de DC Sweep seleccionaremos como Sweep Variable la opción Global Parameter , y en la casilla Parameter name escribiremos el nombre de nuestra variable, en este caso Rx, y sin llaves:

Figura 13. Ventana de diálogo con las opciones de simulación del ejercicio 3.1.3. Realiza otro barrido del mismo circuito pero ampliando el rango desde 1k Ω hasta 3000k Ω. Tras visualizar los resultados, responde a las siguientes preguntas: • ¿Para qué valor de R2, la tensión en bornes de R2 vale 5V? • ¿Para qué valor de R2, la tensión en bornes de R2 vale 10V? • ¿Cuál es el valor de R2 que produce que la potencia consumida por R2 sea máxima? • Representa la potencia de R2 mediante la aplicación Pspice A/D. (Recuerda que la potencia de cualquier componente eléctrico es el producto de la tensión en sus extremos por la corriente que lo atraviesa) 3.1.4. Barrido de una R: En el circuito que indica la siguiente figura, calcula el valor de la resistencia R2 para que la corriente que pasa a través de ella valga 4mA: (Sugerencia: haz un barrido de 


la resistencia R2 desde 10 Ω hasta 1000Ω con incrementos de 1Ω.) R1

Vo

10V

1k

R3 1k

R2 {Rx}

R5

1k

R4 1k

Io 10mA

0 PARAMETERS:

Rx = 1k Rx =10

Figura 14. Ejercicio 3.1.4. 4. Ejemplo 2: Variación de dos parámetros. Sobre el mismo circuito del ejemplo 1 realizaremos ahora un barrido DC de dos parámetros: vamos a calcular los valores de tensión y corriente de la resistencia R4, cuando varía la fuente de corriente I1 de 0mA a 10mA con un incremento de 1mA, y la fuente de tensión V1 de 0V a 15 V con incrementos de 1V. R5

R1

Vo V1

10k

0V

R2

R3

I1

3k

+ Vo

7k

8k

10mA

R4

-

1k

0

Figura 15. Ejemplo 2. Para realizar este barrido doble debemos activar también la opción Secondary Sweep.

Así en el Primary Sweep realizaremos la variación de la fuente de tensión V1 de 0V a 15 V con incrementos de 1V. : 


Figura 16. Ventana de diálogo con las opciones de simulación del ejemplo 2 para el barrido de la fuente de tensión V1 (Primary Sweep). Sweep). Y en el Secondary Sweep, la variación de la fuente de corriente I1 de 0mA a 10mA con un incremento de 1mA:

Figura 17. Ventana de diálogo con las l as opciones de simulación del ejemplo 2 para el barrido de la fuente de corriente I1 (Secondary (Secondary Sweep). Sweep). 


Después ejecutaremos la simulación mediante el botón de Run, y observaremos los resultados en la aplicación Pspice A/D (Fig. 18 y 19). En el eje de las X aparece la variable del barrido primario (V1) y en el eje de las Y aparecen varias gráficas, cada una de ellas corresponde al valor de tensión en R4 (Fig.18) o corriente en R4 (Fig. 19) para un valor dentro del rango recorrido por I1 en el barrido secundario. 6.0V

4.0V

2.0V

0V 0V

2V

4V

6V

8V

10V

12V

14V

16V

V(Vo) V_V1

Figura 18. Tensión en la resistencia R4 cuando realizamos un barrido doble de tensión y corriente. 0A

-2.0mA

-4.0mA

-6.0mA 0V

2V

4V

6V

8V

10V

12V

14V

16V

I(R4)

V_V1

Figura 19. Corriente en la resistencia R4 cuando realizamos un barrido doble de tensión y corriente



PRÁCTICA 5: CIRCUITOS DE PRIMER ORDEN



PRÁCTICA 5: CIRCUITOS DE PRIMER ORDEN 1. Introducción. Vamos a analizar algunos ejemplos de circuitos de primer orden. Primero Primer o vamos a ver como se produce la carga y descarga de un condensador.

2. Carga de un condensador. El siguiente circuito describe el proceso de carga de un condensador: R1 V1 10V

15k

C1 1u IC = 0V

0

Figura 1 . Circuito de carga de C. Inicialmente suponemos que el condensador no tiene carga, es decir, que su tensión en los extremos en t=0 es 0V. Para indicar esta condición inicial en el programa, debemos seleccionar en las propiedades de C el atributo IC y darle el valor de 0V.

2.1.

Ejercicio: Carga de C.

Simula el circuito de la Fig.1, para ello realiza un análisis tipo Time Domain(Transient) . Realiza la simulación durante 100ms o más ( Run to time = 100ms). Visualiza la tensión y corriente en el condensador.

2.2.

Ejercicio: Carga de C.




Practica 5: Circuitos de primer orden. R1 V1 -3

1.5k

C1

5u

IC = 0

0

Figura 2 . Circuito de carga de C. 2.3.

Ejercicio: Estudio de la constante de tiempo de carga.

Para estudiar como afectan los valores de la constante de tiempo a la carga del condensador vamos a realizar un análisis paramétrico del circuito de la Fig.1. Mediante el análisis paramétrico realizaremos diversas simulaciones con varios valores de la resistencia R1. Para activar este análisis realizaremos los siguientes pasos: 1. Al igual que hicimos en la práctica 4, utilizaremos el componente denominado PARAM de la librería SPECIAL. Una vez situado PARAM en el esquemático lo seleccionamos mediante un doble click de manera que nos aparecerá una nueva ventana con todas las propiedades del parámetro PARAM:

Figura 3. Detalle de las propiedades de PARAM. Pulsaremos sobre el botón New Column, y aparecerá la ventana de diálogo siguiente:




Figura 4. Definición de un nuevo parámetro en PARAM. En la ventana anterior escribiremos el nombre con el que definimos la variable que queremos variar, en este caso el valor de la resistencia de carga R1, que denominaremos Rval, y le pondremos un valor por defecto, por ejemplo 1k Ω. Y también tendremos tendremos que modificar modificar el valor de R1, por defecto 1k, y cambiarlo por {Rval}. R1 V1 10V

{Rval}

C1 1u IC = 0V

0 PARAMETERS:

Rval = 1k

Figura 5. Circuito de carga de C en el análisis paramétrico. 2. Seleccionaremos Seleccionare mos la opción Parametric Sweep dentro de las opciones de simulación para el análisis Time Domain(Transient) . Seleccionaremos el tipo de variable ( Sweep variable), que en este caso es Global parameter por por tratarse de una resistencia y marcaremos el tipo de barrido a realizar, lineal y los valores que tomará la resistencia: R1 tomará los valores comprendidos entre 1k Ω y 20 kΩ, con incrementos de 1k Ω.



Practica 5: Circuitos de primer orden.

Figura 6 . Opciones de simulación del análisis paramétrico. Tras la simulación, visualizad la tensión en extremos del condensador. ¿Cómo afecta el valor de R1 al tiempo de carga del condensador?

3. Descarga de un condensador. condensador. El siguiente circuito describe el proceso de descarga de un condensador: C1

V

1u IC = 10V

R1 15k

0

Figura 7 . Circuito de descarga de C. Inicialmente suponemos que el condensador está cargado a 10V, es decir, que su tensión en los extremos en t=0 es 10V. Para indicar esta condición inicial en el programa, debemos seleccionar en las propiedades de C el atributo IC y darle el valor de 10V.




3.1.

Ejercicio: Descarga de C.


4. Circuito de carga y descarga de un condensador. 4.1.

Circuito de carga y descarga de un condensador con interruptores.

Una vez vistos los dos procesos de básicos de carga y descarga los vamos a estudiar de forma simultánea mediante el siguiente circuito con interruptores: TOPEN = 5m

TCLOSE = 5m

R1 10k

1 U1

2

1 U2

V1 10V

2

R2 C1 0.1u IC = 0V

10k

0

Figura 8 . Circuito de carga y descarga de C mediante interruptores. Los elementos nuevos del circuito anterior son los interruptores Sw_tOpen y Sw_tClose que se encuentran en la librería EVAL. Sw_tOpen es un interruptor que inicialmente está cerrado (en t=0) y se abre en un tiempo determinado que introducimos cambiando el valor del atributo TOPEN, y Sw_tClose es un interruptor que inicialmente está abierto(en t=0) y se cierra en un tiempo determinado que introducimos cambiando el valor del atributo TCLOSE. En el circuito anterior, el condensador está inicialmente descargado (IC=0V). Los interruptores conmutan a la vez en el tiempo t=5ms. Visualiza la tensión en el condensador para apreciar la curva de carga y descarga, para ello selecciona el tipo de análisis Time Domain(Transient) . Realiza la simulación durante 15ms ( Run to time = 15ms).



Practica 5: Circuitos de primer orden.

4.2.

Circuito Circuit o de carga y descarga de un condensador mediante generador de tensión.

Ahora vamos a ver los procesos de carga y descarga del condensador mediante un circuito sin interruptores pero donde se producen los cambios de tensión utilizando un generador de trenes de pulsos de tensión, VPULSE. R1 V1 = 0V V2 = 10V TD = 0 TR = 0.1u TF = 0.1u PW = 1m PER = 2m

V1

10k

C1 0.01u IC = 0V

0

Figura 9. Circuito de carga y descarga de C utilizando un generador de tensión. El generador de tensión VPULSE tiene los siguientes atributos:

V

V1 = tensión original V2 = tensión del pulso TD = time delay = tiempo de retardo TR = time rise r ise = tiempo de subida TF = time fall = tiempo de bajada PW = anchura del pulso PER = periodo de la señal

V2 PW TR

TF

TD V1 PER Figura 10. Tren de pulsos genérico. 

t


Simula el circuito de la Fig.9 con los valores de los componentes indicados en el dibujo y visualiza la tensión generada por VPULSE y la tensión en extremos del condensador .

5. Carga y descarga de una bobina. Visualiza las curvas de carga y descarga de una bobina (intensidad que pasa por la bobina) modificando el circuito de la Fig. 8 de forma que el condensador se sustituya por una bobina. Elige el valor de la bobina para que la constante de tiempo del circuito sea la misma que el circuito de carga y descarga del condensador.



PRÁCTICA 6: CIRCUITOS DE SEGUNDO ORDEN



PRÁCTICA 6: CIRCUITOS DE SEGUNDO ORDEN 1. Introducción. En esta práctica vamos a analizar algunos ejemplos de circuitos de segundo orden. Estudiaremos sólo los casos vistos en teoría de circuitos circuit os RLC serie y RLC paralelo R1

V1

L1

:

C1

L1 I1

C1

R1

0

0

Figura 1. Circuitos RLC serie y RLC paralelo. En general, la ecuación diferencial que describe el comportamiento de ambos sistemas es:

d 2 x( t ) dx(t) 2 + ⋅ ξ ⋅ ω ⋅ + ω 2 n n ⋅ x( t) = 0 2 dt dt Para el circuito RLC serie:

d2i(t) R di( t) 1 + ⋅ + ⋅ i( t) = 0 2 L dt LC dt 1 ω n = LC LC ξ=R 2L y para el RLC paralelo:

d2 v( t) 1 dv(t) 1 + ⋅ + ⋅ v( t) = 0 2 RC dt LC dt



Practica 6: Circuitos de segundo orden.

1 LC 1 LC ξ= R 2C

ω n =

Como hemos visto en teoría, existen existen tres tipos de respuesta según según el valor del coeficiente de amortiguamiento, ξ: ξ>1

sistema sobreamortiguado ξ=1

sistema críticamente amortiguado ξ<1

x( t) = K 1e s1⋅t + K 2e s 2⋅t s 2 + 2 ⋅ ξ ⋅ ω n ⋅ s + ω n 2 = 0 → s1, s 2 x( t) = K 1e − σ⋅t + K 2 ⋅ t ⋅ e − σ⋅t σ = ξ ⋅ ω

x( t) = e − σ⋅t [A 1 ⋅ cos(ω d ⋅ t ) + A 2 ⋅ sen(ω d ⋅ t )]

sistema subamortiguado σ = ξ ⋅ ω n ω d = ω n ⋅ 1 − ξ 2

2. Ejercicios: Estudio de las respuestas respuestas de los circuitos RLC serie y paralelo. 2.1.

Estudio de la respuesta de un circuito RLC serie. a. Ejercicio: sistema sobreamortiguado sobreamortiguado

Simula el circuito de la Fig.2, para ello realiza un análisis tipo Time Domain (Transient) . Realiza la simulación durante 10ms o más ( Run to time = 10ms). Visualiza la corriente del circuito (por ejemplo, visualiza la corriente a través de la resistencia I(R1)) y observa que se trata de una respuesta sobremortiguada. Calcula teóricamente el valor del coeficiente de amortiguamiento ξ.



Simulación de Circuitos Lineales. R1

V1

L1

12

1mH IC = 4A

12

C1 0.04mF IC = -4V

0

Figura 2. Circuito RLC serie serie sobreamortiguado. sobreamortiguado. b. Ejercicio: sistema subamortiguado Simula el circuito de la Fig.3 (idéntico al de la Fig.2 excepto en el valor de la resistencia), para ello realiza un análisis tipo Time Domain (Transient) . Realiza la simulación durante 10ms o más ( Run to time = 10ms). Visualiza la corriente del circuito y observa que se trata de una respuesta subamortiguada. Calcula teóricamente el valor del coeficiente de amortiguamiento ξ. R1

V1

L1

1

1mH IC = 4A

12

C1 0.04mF IC = -4V

0

Figura 3. Circuito RLC serie serie subamortiguado. c. Ejercicio: sistema críticamente amortiguado Calcula el valor que ha de tener R1 para que el circuito anterior (Fig 3.) sea críticamente amortiguado, es decir, ξ=1. (Utiliza las fórmulas del primer apartado). Realiza la simulación del circuito con el valor de resistencia calculado. calculado.



Practica 6: Circuitos de segundo orden.

2.2.

Estudio de la respuesta de un circuito RLC paralelo.

a. Ejercicio: sistema sobreamortiguado Simula el circuito de la Fig.4, para ello realiza un análisis tipo Time Domain (Transient) . Realiza la simulación durante 150ms o más ( Run to time = 150ms). Visualiza la tensión en los extremos del condensador y observa que se trata de una respuesta sobremortiguada. Calcula teóricamente el valor del coeficiente de amortiguamiento ξ.

I2 9mA

R1

L1

2k

62.5H IC = 3mA

C1 2.5uF IC = 0V

0

Figura 4. Circuito RLC paralelo sobreamortiguado. b. Ejercicio: sistema subamortiguado Calcula el valor que ha de tener R1 para que el circuito anterior (Fig 4.) sea subamortiguado, es decir, ξ<1. (Utiliza las fórmulas del primer apartado, por ejemplo fijad f ijad ξ = 0.6). Realiza la simulación del circuito con el valor de resistencia calculado.

c. Ejercicio: sistema críticamente amortiguado Calcula el valor que ha de tener R1 para que el circuito anterior (Fig 4.) sea críticamente amortiguado, es decir, ξ=1. (Utiliza las fórmulas del primer apartado). Realiza la simulación del circuito con el valor de resistencia calculado.



PRÁCTICA 7: ANÁLISIS DE CIRCUITOS CIRCUITOS EN ALTERNA



PRÁCTICA 7: ANÁLISIS DE CIRCUITOS EN ALTERNA 1. Comportamiento de R,L,C en alterna. 1.1. Comportamiento resistivo resistivo En el circuito circuit o de la Fig.1. hay una resistencia en serie con una fuente de tensión alterna. La impedancia del circuito es puramente resistiva. El componente utilizado para la fuente de tensión es VSIN, que se encuentra en la librería librería SOURCE. La señal de alterna generada generada por por la fuente es V(t) = 5·cos(100 ⋅ 2π ⋅ t) (V), es decir, tiene una amplitud igual a 5 V (VAMPL = 5 ), ), una frecuencia de 100 Hz ( FREQ = 100 ), ), su ángulo de fase es 0 ( PHASE = 0 ), ), y está centrada en el 0, o lo que es lo mismo, no tiene tensión de offset ( VOFF = 0 ). ).

VOFF = 0 VAMPL = 5 FREQ = 100 PHASE = 0

V1

R1 10

0

Figura 1. Circuito resistivo en AC Simula el circuito de la Fig. 1. Para ello realiza un análisis tipo Time Domain (Transient) . Realiza la simulación durante 40ms o más ( Run to time = 40 ms). Visualiza la corriente y la tensión en la resistencia y observa que tienen la misma fase. ¿Cuáles son los valores de amplitud de la tensión y corriente en la resistencia?

1.2. Comportamiento inductivo En el circuito de la Fig.2. hay una bobina y una resistencia en serie con una fuente de tensión alterna. La impedancia del circuito es de tipo inductivo. El componente utilizado para la fuente de tensión es VSIN, que se encuentra en la librería librería SOURCE. La señal de alterna generada generada por por la 

Practica 7: Análisis de circuitos en alterna.

fuente es V(t) = 5·cos(100 ⋅ 2π ⋅ t) (V), es decir, tiene una amplitud igual a 5 V (VAMPL = 5 ), ), una frecuencia de 100 Hz ( FREQ = 100 ), ), su ángulo de fase es 0 ( PHASE = 0 ), ), y está centrada en el 0, o lo que es lo mismo, no tiene tensión de offset ( VOFF = 0 ). ). R1 10


V1

L1 10mH

0

Figura 2. Circuito Circuito inductivo inductivo en AC. AC. Simula el circuito de la Fig. 2. Para ello realiza un análisis tipo Time Domain (Transient) . Realiza la simulación durante 60ms o más ( Run to time = 60 ms). Visualiza la corriente y la tensión en la bobina y observa su desfase. ¿Cuál es el valor de este desfase?

1.3. Comportamiento Comportamiento capacitivo capacitivo En el circuito de la Fig.3. hay un condensado condensadorr y una resistencia resistencia en serie con una fuente de tensión alterna. La impedancia del circuito es de tipo capacitivo. El componente utilizado para la fuente de tensión es VSIN, que se encuentra en la librería librería SOURCE. La señal de alterna generada generada por por la fuente es V(t) = 5·cos(100 ⋅ 2π ⋅ t) (V), es decir, tiene una amplitud igual a 5 V (VAMPL = 5 ), ), una frecuencia de 100 Hz ( FREQ = 100 ), ), su ángulo de fase es 0 ( PHASE = 0 ), ), y está centrada en el 0, o lo que es lo mismo, no tiene tensión de offset ( VOFF = 0 ). ). R1 10


V1

C1 10u

0

Figura 3. Circuito capacitivo en AC. 


Simula el circuito de la Fig. 3. Para ello realiza un análisis tipo Time Domain (Transient) . Realiza la simulación durante 60ms o más ( Run to time = 60 ms). Visualiza la corriente y la tensión en el condensador y observa su desfase. ¿Cuál es el valor de este desfase?

2. Análisis de circuitos circuito s en alterna: AC AC Sweep. 2.1. Introducción. Para realizar este tipo de análisis hay que seleccionar la opción AC Sweep/Noise de la ventana de diálogo Simulation Settings:

Figura 4. Análisis AC Sweep. Este análisis calcula la respuesta en frecuencia del circuito para un rango dado de frecuencias. En la parte superior derecha de la ventana de diálogo ( AC AC Sweep Type) se selecciona el tipo de barrido a realizar: lineal (Linear ) o logarítmico ( Logarithmic ). ). Start Frecuency permite fijar la frecuencia de comienzo y End Frecuency permite fijar la frecuencia de




finalización del análisis. Total Points es el número de puntos en los que deseamos que calcule los datos.

2.2. Ejemplo de análisis en alterna. Para el circuito de la Fig.5 queremos hallar la intensidad I: L1

I 0.3

R1 100

R2

C1 10u

40

V1=200 cos(100t)

0

Figura 5. Ejemplo de análisis en alterna. Si realizamos los cálculos teóricos obtenemos:

I = 0.2 · cos(100·t + 83.1) (A). Para comprobar este resultado con Pspice dibujaremos el circuito anterior y realizaremos un análisis AC Sweep. El componente utilizado para la fuente de tensión es VAC, que se encuentra en la librería SOURCE. En los atributos de la fuente debemos poner en ACMAG el valor de la amplitud de la fuente (ACMAG = 200),y en ACPHASE el valor de la fase en grados (ACPHASE=0) (Ver Fig.6). Una vez dibujado el circuito habrá que indicarle que tipo de análisis hay que realizar, en este caso queremos obtener la respuesta en frecuencia por tanto seleccionaremos el análisis AC Sweep. Dentro de la ventana de diálogo de la configuración de este tipo de análisis seleccionaremos el tipo de barrido lineal, el número de puntos 1 y la frecuencia de comienzo y fin la misma e igual a la frecuencia de la fuente de tensión V1. Como w = 100 = 2 π f despejando f obtenemos obtenemos un valor 15,915 Herzios. (Ver Fig.7.)




Tras configurar el análisis habrá que indicarle al programa qué valores deseamos visualizar en el fichero de salida. Para ello introducimos un nuevo componente que nos permite especificar que valores deseamos visualizar en el fichero de salida. Este nuevo componente es IPRINT, dentro de la librería SPECIAL. IPRINT mide la intensidad en la rama donde se conecta. Se conecta en serie. Para visualizar él módulo y la fase de la corriente en el fichero de salida Output , debemos poner un 1 en los atributos de IPRINT referidos al módulo y la fase, es decir, AC = 1, MAG = 1, PHASE = 1. AC = 1 MAG = 1 PHASE = 1 L1

IPRINT

0.3

R1 V1

100

R2

0Vdc

C1 10u

40 ACMAG = 200 ACPHASE = 0

0

Figura 6. Ejemplo de análisis en alterna.

Figura 7. Configuración Configu ración del Análisis AC AC Sweep. 


Además de IPRINT, existen otros elementos que permite visualizar valos de tensión y corriente en el fichero de salida, son: VPRINT1 voltage en el nudo en el cual dicho elemento esta conectado. VPRINT2 voltage diferencial en los dos nudos en los cuales esta conectado. IPRINT intensidad en la rama donde se conecta. Se conecta en serie. Una vez realizados todos los pasos anteriores, examinaremos el fichero de salida ( Output File) y obtendremos lo siguiente: **** 12/17/01 **************

13:54:02

***********

Evaluation

PSpice

(Nov

1999)

** Profile: Profile: "SCHEMATIC1-ac" "SCHEMATIC1-ac" [ D:\UMH\asignatura D:\UMH\asignaturas01_02\Teor s01_02\Teoria ia Circuitos\Pspice\practica7\ac-SCHEMATIC1-ac.sim ]

****

de

CIRCUIT DESCRIPTION

******************************************************************** ********** ** Creating circuit file "ac-SCHEMATIC1-ac.sim.ci "ac-SCHEMATIC1-ac.sim.cir" r" ** WARNING: THIS AUTOMATICALLY GENERATED FILE MAY BE OVERWRITTEN BY SUBSEQUENT SIMULATIONS *Libraries: * Local Libraries : * From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file: .lib "nom.lib" *Analysis directives: .AC LIN 1 15.915 15.915 .PROBE .INC "ac-SCHEMATIC1.net" "ac-SCHEMATIC1.net"

**** INCLUDING ac-SCHEMATIC1.net ac-SCHEMATIC1.net **** * source AC V_V1 N00148 0 DC 0Vdc AC 200 0 R_R1 N00127 N00016 100 R_R2 N00016 N00022 40 L_L1 N00016 N00022 0.3 C_C1 0 N00022 10u V_PRINT1 N00148 N00127 0V .PRINT



AC

Simulación de Circuitos Lineales. + IM(V_PRINT1) + IP(V_PRINT1) **** RESUMING ac-SCHEMATIC1-ac.sim.ci ac-SCHEMATIC1-ac.sim.cir r **** .INC "ac-SCHEMATIC1.als" "ac-SCHEMATIC1.als"

**** INCLUDING ac-SCHEMATIC1.als ac-SCHEMATIC1.als **** .ALIASES V_V1 V1(+=N00148 -=0 ) R_R1 R1(1=N00127 2=N00016 ) R_R2 R2(1=N00016 2=N00022 ) L_L1 L1(1=N00016 2=N00022 ) C_C1 C1(1=0 2=N00022 ) V_PRINT1 PRINT1(1=N00148 PRINT1(1=N00148 2=N00127 ) .ENDALIASES **** RESUMING ac-SCHEMATIC1-ac.sim.ci ac-SCHEMATIC1-ac.sim.cir r **** .END **** 12/17/01 **************

13:54:02

***********

Evaluation

PSpice

(Nov

1999)


**** DEG C


TEMPERATURE =

de

27.000

******************************************************************** **********

NODE VOLTAGE

VOLTAGE

(N00016) 0.0000

NODE

0.0000 (N00022)

VOLTAGE

NODE

0.0000 (N00127)

VOLTAGE

NODE

0.0000 (N00148)

VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_V1 V_PRINT1

0.000E+00 0.000E+00


0.00E+00

WATTS



Practica 7: Análisis de circuitos en alterna. **** 12/17/01 **************

13:54:02

***********

Evaluation

PSpice

(Nov

1999)


**** DEG C

AC ANALYSIS

TEMPERATURE =

de

27.000

******************************************************************** **********

FREQ

IM(V_PRINT1)IP(V_PRINT1)

1.592E+01

2.025E-01

8.335E+01


.06

Al final del fichero (señalado aquí en negrita) tenemos la información que hemos solicitado mediante el elemento IPRINT: IM = magnitud de la corriente = 2.025E-01 = 0.202 (A) IP = fase f ase de la corriente = 8.335E+01 = 83.3º que coincide con el resultado teórico: I = 0.2 · cos(100·t + 83.1) (A).

2.3. Ejercicio: Análisis AC. Para el siguiente circuito: circuito: R1 1

R2 4

V1

ACMAG = 20 ACPHASE ACPHASE = 90 90

+

R3 3 I1

Vo

C1 2.5u L1 30u

ACPHASE ACPHASE = 0 ACMAG ACMAG = 6

0

Figura 8. Ejercicio: análisis AC. 

-


donde V1 = 20·cos(10 5·t + 90º) (V) e I1 = 6·cos(105·t) (A). • •

Obtén mediante el cálculo teórico los valores de magnitud y fase de la tensión Vo. Comprueba los resultados obtenidos mediante una simulación AC Sweep en PSpice.

2.4. Ejercicio: Análisis AC. Para el siguiente circuito: ACPHASE ACPHASE = 45 ACMAG ACMAG = 11.3 V1

+ L1 I1

C1

4mH

ACMAG ACMAG = 4

R1

330u 1k

ACPHASE ACPHASE = 0

Vo -

0

Figura 9. Ejercicio: análisis AC. donde V1 = 11.3·cos(800· π·t + 45º) (V) e I1 I 1 = 4·cos(800· π·t ) (A). • •

Obtén mediante el cálculo teórico los valores de magnitud y fase de la tensión Vo. Comprueba los resultados obtenidos mediante una simulación AC Sweep en PSpice.

2.5. Ejercicio: Análisis AC para varias frecuencias. Para el siguiente circuito: +

I1 L1 ACMAG = 10

C2V

10mH

100u

R1 50

ACPHASE = 0

0

Vo

-

Figura 10. Ejercicio: análisis AC AC para varias frecuencias. frecuenci as. 


La fuente de intensidad tiene un valor de ACMAG = 10 y ACPHASE = 0. Se pide calcular Vo cuando la frecuencia toma los siguientes valores 50,100,150, 200, 300 Hz. ¿Qué puedes observar en los resultados obtenidos? ¿A qué es debido? Representa gráficamente la tensión Vo en función de la frecuencia. Realiza un análisis A C Sweep, tipo de análisis = lineal, puntos = 100, frecuencia de comienzo = 50, frecuencia de fin = 300. Sitúa un marcador de tensión para visualizar los resultados. En esta gráfica señala el valor máximo y justifícalo teóricamente.



ANEXO 1 LIBRERÍAS DE PSPICE STUDENT

Librería ABM ANALOG

Contenido Modelos de comportamiento analógico. Componentes pasivos y semiconductores. semiconductor es.

ANALOG_P

Por ejemplo: R, C, L Componentes pasivos variables.

BREAKOUT

Por ejemplo: Rvar Modelos ideales de componentes. Por ejemplo: transistores (QbreakP, QbreakN, JbreakN, JbreakP) diodos (Dbreak)...

EVAL

Modelos reales de componentes.

SOURCE

Por ejemplo: transistores (Q2N2222,Q2N2907A) amplificadores amplificadores (UA741) puertas lógicas,... Estímulos y fuentes de tensión y corriente. corrient e.

SOURCSTM

Por ejemplo: VDC, IDC,VAC,.. Estímulos digitales y analógicos. analógicos.

SPECIAL

Por ejemplo: DigStim1 Componentes de ayuda a la simulación. Por ejemplo: PARAM



BIBLIOGRAFÍA Libros 1. “Curso de Simulación Electrónica con PSpice” Marcos Martínez Peiró Julio Gomis-Tena Dolz UPV - SPUPV 97.663 2. “Aprenda Pspice para Windows” Juan D.Aguilar José Barrios Antonio J. Martínez Ed. ra-ma ISBN: 84-7897-308-7 84-7897-308-7 3. “Pspice and Circuit Analysis” John Keown Ed. Merrill’s International International ISBN: 0-02-363526-6 0-02-363526-6 4. “Microsim Pspice with Circuit Analysis” Franz Monssen Ed. Prentice Hall ISBN: 0-02-382010-1 0-02-382010-1

Direcciones WEB relacionadas: sobre el programa: http://www.orcad.com/downloads/ http://www.orcadpcb.com/pspice/ http://www.iespana.es/electronred/indicepspice.htm http://www.ee.mtu.edu/faculty/rzulinsk/pspice.htm http://caveromiranda.50 http://cav eromiranda.50megs.com/lin megs.com/links.html ks.html



Bibliografía.

sobre Teoría de Circuitos: http://www.ece.umd.edu/courses/enee204-2.S2000/chapters.htm http://www.ece.umd.edu/courses/enee204.F2000/ http://www.physics.uoguelph.ca/tutorials/ohm/index.html http://www.ing.unp.edu.ar/electronica/asignaturas/ee016/principal/cronogra ma.htm http://lorca.umh.es/isa/es/asignaturas/tcs/index.html



SOLUCIONES (A LOS EJERCICIOS IMPARES) IMPARES)




SOLUCIONES - PRÁCTICA 2. Ejercicio 4.1.: R1 2.250mA 2k -2.500V 2.000V R2 125.0uA V1 2k 2V

R3 1k

V22.500V 750.0uA

1.750V

750.0uA

5V

875.0uA R4 2.375mA

2k 4k V3

0V

R5

-8.500V

1.500mA 10V 1k

0

1.500mA R6

1.500mA

-10.00V

Ejercicio 4.3.:

10.00V

R1 V1

10

1k

6.000V

R3

R2

8.000V

1k

R4

1k

1k 0V

R5

1k

18.00V I1 10m

0



Soluciones a los ejercicios impares

SOLUCIONES - PRÁCTICA 3. Ejercicio 1.1.: Con el análisis Bias Point : 10.00mA 16.25V

1.875mA 12.50V

R1

R4 2k

4k 10.00mA

R2 8.125mA I1 2k

2.500mA R5 2.500mA

1k

R6

1k

10m R3 4k

10.00VV2

5 625.0uA 7.500V

0 1.875mA

Con el análisis Time Domain (Transient ): ): Corrientes: 10mA

5mA

0A

-5mA 0s I (I1 )



0 .1 u s I ( R1)

0. 2u s 0 . 3 us I( R 2) I(R 3 ) I(R 4)

0. 4 us I (R 5 )

0 .5u s 0 .6u s I ( R6 ) I (V 2) Time

0. 7 us

0 .8 u s

0 . 9us

1 .0u s


Tensiones: 20V

15V

10V

5V

0V 0s V1 ( R2)

0.1 u s V( I 1:+ )

0 . 2us V ( R 1:2 )

0 .3 us V ( R 3: 2 )

0. 4u s V ( R4 : 2 )

0.5 u s V ( R5 : 1 ) Time

0 . 6us

0.7us

0 .8 u s

0 . 9 us

1. 0 u s

Ejercicio 2.1.: INPUT RESISTANCE AT V_V1 = 7.317E+02

   −  =

  Ω = Ω 

Ejercicio 3.1.: IR3 =1mA 1.000mA R2

1.500mA

R3 F1

2.000mA

V1

R1 3V

3k

2k

500.0uA

0

6k F GAIN = 2

1.000mA




SOLUCIONES - PRÁCTICA 4. Ejercicio 3.1.1.: Si I1 = 5mA, V R4=2.63 V e I R4=2.63mA.

Ejercicio 3.1.3.: •

¿Para qué valor de R2, la tensión en bornes de R2 vale 5V? R2 = 10 kΩ

•

¿Para qué valor de R2, la tensión en bornes de R2 vale 10V? R2 → Infinito (circuito ( circuito abierto)

•

¿Cuál es el valor de R2 que produce que la potencia consumida por R2 sea máxima? R2 = Rthevenin = 10 kΩ Pmáx = 2.5 mW




SOLUCIONES - PRÁCTICA 5. Ejercicio 2.1. Carga de C.: Tensión en extremos del condensador: 10V

5V

0V 0s

10 ms

20 ms

3 0ms

40 ms

50 m s

60 m s

70 m s

80m s

9 0m s

100 m s

90ms

1 00 ms

V(C1:2) Time

Corriente en el condensador: 0uA

-200uA

-400uA

-600uA

-800uA 0s

1 0 ms

20 ms

3 0m s

4 0ms

50 m s

60 m s

7 0m s

8 0 ms

I(C1)

Time




Ejercicio 2.3. 2.3. Estudio de la constante de tiempo tiempo de carga.: Tensión en extremos del condensador para distintos valores de R1: 10V

5V

0V 0s

10 ms

2 0m s 30 ms ... V(C1:2)

4 0m s

50m s

60 ms

7 0m s

80 ms

9 0m s

10 0m s

Time

La constante de tiempo de carga del condensador aumenta conforme aumenta el valor de R1. ( τ = R1 ·C)

Ejercicio 3.1. Descarga de C.: Tensión en extremos del condensador: 10V

5V

0V 0s

1 0ms

20 ms

30ms

40ms

5 0m s

V(C1:1)



Time

60m s

70m s

8 0m s

90 ms

1 00 ms


Corriente en el condensador: 0uA

-200uA

-400uA

-600uA

-800uA 0s

10 m s

20 m s

30 m s

40m s

50m s

60m s

70m s

80m s

90 ms

1 00 ms

I(C1) Time

Ejercicio 4.1. Circuito de carga y descarga de un condensador con interruptores.:

Tensión en extremos del condensador: 10V

5V

0V 0s

2 ms

4 ms

6 ms

8 ms

10 ms

12 ms

14 ms

16 ms

V(U2:2)

Time



Soluciones a los ejercicios impares.

SOLUCIONES - PRÁCTICA 6. 2.1.

Estudio Estudi o de la respuesta de un circuito RLC serie. a. Ejercicio: sistema sobreamortiguado: sobreamortiguado: = 1.2

2.0A

0A

-2.0A

-4.0A 0s

1ms

2 ms

3ms

4m s

5ms

6 ms

7 ms

8 ms

9ms

1 0m s

8 ms

9ms

1 0m s

-I(R1) Time

b. Ejercicio: sistema subamortiguado: = 0.1 5.0A

0A

-5.0A 0s

1ms

2 ms

3ms

4m s

5ms

-I(R1) Time



6 ms

7 ms


c. Ejercicio: sistema críticamente críticament e amortiguado: amortigu ado: =1

R1 = 10

2.0A

0A

-2.0A

-4.0A 0s

1m s

2m s

3ms

4ms

5m s

6 ms

7ms

8ms

9 ms

1 0ms

-I(R1) Time




SOLUCIONES - PRÁCTICA 7. Ejercicio 1.1. Comportamiento resistivo: Tensión en extremos de la resistencia: 5.0V

0V

-5.0V 0s

5 ms

10 ms

15 m s

2 0 ms

2 5ms

30ms

3 5m s

4 0 ms

25ms

3 0 ms

3 5m s

4 0 ms

V2(R1) Time

Corriente en la resistencia: resistencia: 500mA

0A

-500mA 0s

5 ms

10 ms

1 5m s

20 m s

-I(R1) Time




Ejercicio 1.3. Comportamiento capacitivo: Tensión en extremos del condensador: 5.0V

0V

-5.0V 0s

5 ms

10 ms

15 m s

2 0 ms

2 5ms

30ms

3 5m s

4 0 ms

2 5ms

30ms

3 5m s

4 0 ms

V(C1:2) Time

Corriente en el condensador: 40mA

20mA

0A

-20mA

-40mA 0s

5 ms

10 ms

15 m s

2 0 ms

I(C1) Time

La señal de tensión lleva un desfase de

π



respecto de la señal de

corriente.




Ejercicio 2.3.:

 =  φ  = 

Ejercicio 2.5.: Tensión en Vo en función de la frecuencia: 600V

400V

200V

0V 40 Hz V(Vo)

8 0H z

1 20 Hz

16 0H z

20 0H z

24 0H z

28 0H z

3 20 Hz

Frequency

El valor máximo de la tensión se alcanza para 160 Hz. aproximadamente, que es la frecuencia de resonancia del circuito.

  = =       −  −    = ω   π =  ≈ 

ω  =



Simulación de circuitos lineales con PSpice Student 9.1 - M. Asunción Vicente Ripoll

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