Uso de Barrido en DC, Verificación Del Teorema de Thevenin y Sub-circuitos.

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA ANÁLISIS ELÉCTRICO I CICLO I - 2017 Catedrático: Ing. Gerardo Marvin Jorge Hernández. Instructores: Br. Cristian Antonio Aguilar Quintanilla. Br. Diego Fernando Guidos Espinoza Uso de Barrido en e n DC, Verificación del Teorema Teorema de Thevenin y Sub-circuitos.

Barrido en DC. El barrido en DC también se conoce como característica de transferencia de DC . La variable de entrada varía en un rango de valores. Para cada valor de las variables de entrada, el punto de funcionamiento de DC y la ganancia de DC de pequeña señal se calculan llamando a la capacidad de función de transferencia de pequeña señal de SPICE OPUS. La sintaxis general para realizar este tipo de análisis es: dc parámetros valor inicial valor de paro valor de paso Todos los elementos del análisis de barrido en DC deben especificarse en minúscula; aunque en la declaración de los parámetros del circuito estén en mayúscula. Otra instrucción utilizada frecuentemente es: destroy all La cual limpia el área de trabajo y la memoria de operación de SPICE OPUS. En la Guía de Simulación I se vio un ejemplo de cómo utilizar este tipo de análisis aplicado al Teorema de Máxima Transferencia de Potencia (T.M.T.P.); ahora se tratará un caso distinto, en el cual se graficará la característica Vo/Vi  de un circuito para distintos valores de un parámetro que se cambiará automáticamente sin estar corrigiendo una línea de código. Ejemplo. Para el circuito mostrado, calcular y graficar la ganancia de voltaje V o vs. Vi. El Ejemplo. Para voltaje de entrada varía desde 0 hasta 100 mV, en pasos de 2 mV. La resistencia de carga

varía desde 10 kΩ hasta 30 kΩ en pasos de 10 kΩ.

Código en SPICE OPUS:

* Ejemplo 1. * Guía Anexo I. * AEL115 Ciclo I-2017. * Fuentes de tensión independientes. Vs 1 0 DC 100m Vx 2 3 DC 0 * Fuentes de corriente dependiente de corriente. f1 5 4 Vx 100 * Resistencias. RL 5 0 10k RS 1 2 500 R1 2 0 15k rp 3 4 1.5k RE 4 0 250 ro 5 4 50k .control destroy all dc vs 0 100m 2m alter rl=20k dc vs 0 100m 2m

alter rl=30k dc vs 0 100m 2m  plot dc1.V(5) dc2.V(5) dc3.V(5) + xlabel 'Vs [V]' + ylabel 'Vo [V] para RL=10 kOhm [roja] + RL=20 kOhm [verde] + RL=30 kOhm [azul]' .endc .end

Verificación del Teorema de Thevenin. Cualquier red bilateral lineal conectada a los terminales A y B puede ser reemplazada por una fuente de voltaje de valor igual al voltaje de circuito abierto VOC entre los terminales A y B conectados en serie con una impedancia interna Z TH. Donde ZTH, es la impedancia equivalente del circuito medida desde los terminales A y B con todas las fuentes independientes en el circuito reducidas a cero. Se tiene además que Z TH  = VOC /ISC, donde I SC es la corriente de cortocircuito que fluye entre A y B.

Para resolver un problema de este tipo en SPICE OPUS hay dos métodos: (i) Usando el comando tf , y (ii) Usando la ecuación Z TH = V OC/ISC. La capacidad de función de transferencia de pequeña señal de SPICE OPUS se puede utilizar  para encontrar la ganancia de DC de pequeña señal (transfer_function), la resistencia de entrada (input_impedance) y la resistencia de salida (output_impedance) de un circuito. La sintaxis general para realizar este tipo de análisis es: tf nodo de salida nodo de entrada Ejemplo. Para el circuito mostrado se conecta una resistencia de 2 Ω entre los terminales A y B determinar el equivalente Thevenin del circuito visto por la resistencia.

* Ejemplo 2 Forma 1. * Guía Anexo I. * AEL115 Ciclo I-2017. * Fuentes de tensión independientes. V1 1 0 DC 2 V2 3 0 DC 4 * Fuente de tensión Thevenin. Voc 4 0 DC 0 * Resistencias. R1 1 2 2 R2 2 0 12 R3 2 a 1 R4 a 3 3 R5 5 0 2 * Resistencia Thevenin. Valor inicial asumido. Rth 4 5 10 .control destroy all

* Análisis de transferencia. tf v(a) v1 tf v(a) v2 * Creando nuevas variables. let ocv=(tf1.transfer_function*@v1+tf2.transfer_function*@v2) let zth=output_impedance echo La solución usando el comando tf es: echo echo Voc es:  print ocv echo echo Rth es:  print zth echo * Para determinar la corriente que llega a R5. alter voc=ocv alter rth=zth op let i2Ohm=-i(Voc) echo La corriente en la resistencia R5 es:  print i2Ohm echo .endc .end

La segunda forma consiste en encontrar V OC  en primer lugar. Usando un interruptor controlado por voltaje para causar un cortocircuito para medir I SC. El interruptor controlado por voltaje se declara utilizando un modelo y la declaración es la siguiente: Snombre Nodo + Nodo - Nodo de control + Nodo de control  –  Nombre modelo

Vcontrol Nodo de control + Nodo de control  –  {Tipo de fuente} .model Snombre SW (VT=XX VH=XX RON=XX ROFF=XX) VT = Voltaje de umbral. Voltaje de control en estado encendido. VH = Voltaje de histéresis. Voltaje de control en estado apagado. RON = Resistencia cuando el interruptor está apagado. ROFF = Resistencia cuando el interruptor esta encendido.

La dificultad debida a la alta ganancia de un conmutador ideal se puede minimizar eligiendo el valor de R OFF para que sea tan alto como sea permisible y el de R ON sea tan bajo como sea  posible en comparación con otros elementos de circuito, dentro de los límites de la precisión  permisible.

* Ejemplo 2 Forma 2. * Guia Anexo I. * AEL115 Ciclo I-2017. * Fuentes de tensión independientes. V1 1 0 DC 2 V2 3 0 DC 4 Vcontrol 5 0 DC 0 Vx 4 0 DC 0 * Asumiendo un valor inicial para Voc. Voc 6 0 DC 0 * Interruptor controlado por voltaje. S1 a 4 5 0 SMOD .model SMOD SW ( VT=0.001 VH=0.001 RON=0.001 ROFF=10e5 ) * Resistencias. R1 1 2 2 R2 2 0 12 R3 2 a 1 R4 3 a 3 * Puesta para evitar errores con el programa, se puede obviar. R5 5 0 10Meg R6 7 0 2 * Valor asumido. Rth 6 7 10 .control destroy all *Inicialmente el interruptor está abierto. Determinamos Voc. op echo echo Voc es:  print v(a)

* Cambiando el valor de Vcontrol para superar VT y producir un cortocircuito. alter vcontrol=10 op echo echo Isc es:  print i(Vx) echo echo Rth=Voc/Isc es: let zth=op1.v(a)/op2.i(Vx)  print zth alter voc=op1.v(a) alter rth=op1.v(a)/op2.i(Vx) op echo let i2Ohm=-i(Voc) echo La corriente en la resistencia R5 es:  print i2Ohm echo .endc .end

Sub-circuitos. Un sub-circuito permite definir un bloque de circuitos y luego utilizar ese bloque en varios lugares. La forma general para la definición de sub-circuito (o descripción) es .SUBCKT SUBNOMBRE [ (dos o más) nodos ] Para llamar a un sub-circuito se utiliza una X. La forma general para llamarlos es:  Xnombre [ (dos o más) nodos ] SUBNOMBRE

Los sub-circuitos pueden estar anidados. Es decir, el sub-circuito A puede llamar a otros subcircuitos. Pero el anidamiento no puede ser circular, lo que significa que, si el sub-circuito A contiene una llamada al sub-circuito B, el sub-circuito B no debe contener una llamada al sub-circuito A. Debe haber el mismo número de nodos en la declaración de sub-cir cuito como en su definición. La definición de sub-circuit o debe contener sólo declaraciones de elemento s (sentencias sin un punto) y puede contener instrucciones .model . En muchas aplicaciones es conveniente utilizar un parámetro en lugar de un valor numérico, de tal manera que el parámetro pueda combinarse en expresiones aritméticas. La definición del parámetro es, seguida de ejemplos: .param [Pnombre=Valor o (expresión)] .param Vfuente = 12V .param Anchodebanda = {50kHz/5} .param PI = 3.1415 Se utilizan así: Vcc 1 0 DC {Vfuente} Ejemplo. Para el Ejemplo 7 de la Guía de Simulación I, cambiar el A.O., el cual es ideal por el del LM741 y aumentar V 1 a 10 V. Sera necesario agregar la alimentación del A. O., estas serán VDD = 15 VDC y V SS = -15 VDC. * Ejemplo 3. * Guía Anexo I. * AEL115 Ciclo I-2017. * Fuentes de tensión independientes. V1 1 2 DC 10 Vx 5 6 DC 0 VDD 7 0 DC 15 VSS 8 0 DC -15 * Amplificadores Operacionales. *EXX * + *E1 6 0 0 4 10Meg *XAMP * + XAMP1 0 4 7 8 6 LM741/NS * Resistencias. R1 1 3 10k R2 3 2 30k

R3 1 4 30k R4 2 4 10k R5 3 5 30k R6 3 0 10k R7 5 0 30k *XAMP * + *////////////////////////////////////////////////////////// *LM741 OPERATIONAL AMPLIFIER MACRO-MODEL *////////////////////////////////////////////////////////// * * connections: non-inverting input * | inverting input * | | positive power supply * | | | negative power supply * | | | | output * | | | | | * | | | | | .SUBCKT LM741/NS 1 2 99 50 28 * *********** Features: *********** Improved performance over industry standards *********** Plug-in replacement for LM709,LM201,MC1439,748 *********** Input and output overload protection *********** *************************** Etapa de *********************************** *********** *********** IOS 2 1 20N *^Corriente de desnivel en la entrada R1 1 3 250K R2 3 2 250K I1 4 50 100U R3 5 99 517 R4 6 99 517 Q1 5 2 4 QX Q2 6 7 4 QX *Fp2=2.55 MHz C4 5 6 60.3614P *********** ***********

Entrada

*********************** Efecto de Modo Comun *********************************** *********** *********** I2 99 50 1.6MA *^Quiescent supply current EOS 7 1 POLY(1) 16 49 1E-3 1 *Voltaje de desnivel en la entrada^ R8 99 49 40K R9 49 50 40K *********** *********** *********************** Limite del voltaje de salida *************************** *********** *********** V2 99 8 1.63 D1 9 8 DX D2 10 9 DX V3 10 50 1.63 *********** *********** ******************************* Segunda Etapa ********************************** *********** *********** EH 99 98 99 49 1 G1 98 9 5 6 2.1E-3 *Fp1=5 Hz R5 98 9 95.493MEG C3 98 9 333.33P *********** *********** ****************************** Etapa del polo ********************************** *********** *********** *Fp=30 MHz G3 98 15 9 49 1E-6 R12 98 15 1MEG C5 98 15 5.3052E-15 *********** ***********

************************* Etapa del ************************* *********** *********** *Fpcm=300 Hz G4 98 16 3 49 3.1623E-8 L2 98 17 530.5M R13 17 16 1K *********** *********** ************************* Etapa ************************************** *********** *********** F6 50 99 POLY(1) V6 450U 1 E1 99 23 99 15 1 R16 24 23 25 D5 26 24 DX V6 26 22 0.65V R17 23 25 25 D6 25 27 DX V7 22 27 0.65V V5 22 21 0.18V D4 21 15 DX V4 20 22 0.18V D3 15 20 DX L3 22 28 100P RL3 22 28 100K *********** *********** ************************* Modelos ****************************** *********** *********** .MODEL DX D(IS=1E-15) .MODEL QX NPN(BF=625) *********** *********** .ENDS *********** *********** .control op

cero

en

de

del

modo

comun

salida

subcircuito

echo echo La tensión de salida Vo es: echo  print V(5) echo echo La corriente io es:  print i(Vx) echo .endc .end

¿Porque no es el resultado esperado?