Guía OrCAD 2007-3 Prof. Jaime Salcedo

OrCAD: PSpice y

Capture Una herramienta para el anlisis

y diseo de circuitos

Dirigido a estudiantes de universidades e institutos universitarios en las

carreras de electricidad y electrnica, que deseen aprender a utilizar los

programas PSpice y Capture de OrCAD para realizar simulaciones, y a

interpretar los resultados generados por el simulador, tanto en forma grfica

como en archivos texto. Entre los temas ms importantes estn la declaracin

del circuito para el simulador ya sea mediante texto o por entrada esquemtica,

los ajustes de la simulacin, la ejecucin del programa y la interpretacin de

los resultados.

Jaime Salcedo Luna, M.E., Ed.D. Profesor Titular

Universidad Nacional Experimental del Tchira, UNET 2007

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Tabla de Contenidos Pgina

Prefacio .................................................................................................................... 1 Visin General del PSpice de OrCAD y sus Componentes ......................... 1 Instalacin del Programa .............................................................................. 2 Unidad I. Simulaciones desde el PSpice A/D .......................................................... 5 Objetivos ...................................................................................................... 5 Actividades de Aprendizaje ......................................................................... 5 Introduccin ................................................................................................. 5 Ejemplo Inicial de una Simulacin .............................................................. 6 El Circuito de Entrada *.cir ....................................................................... 12 Declaraciones de Ttulo y Comentarios ............................................... 12 Declaraciones de Datos de los Componentes del Circuito .................. 13 Declaraciones de Control de Solucin ................................................. 15 Declaraciones de Especificacin de Resultados .................................. 18 Declaracin de Fin de Archivo ............................................................ 19 Opciones en PSpice (.OPTIONS) .............................................................. 19 Definicin y uso de parmetros ................................................................. 20 Uso de Expresiones .................................................................................... 20 Barridos ms Utilizados ............................................................................. 22 Barrido de Corriente Continua .DC ..................................................... 22 Barrido de Corriente Alterna en Estado Estable .AC .......................... 23 Barrido o Anlisis Transitorio .TRAN ................................................. 24 Barrido Paramtrico .STEP .................................................................. 25 Errores Comunes en las Simulaciones ....................................................... 26 Ejercicios.................................................................................................... 27 Unidad II. Fuentes o Seales de Entrada ............................................................... 31 Objetivos .................................................................................................... 31 Actividades de Aprendizaje ....................................................................... 31 Tipos de Fuentes ms Comunes ................................................................. 31 Fuentes con Valores Invariables en el Tiempo .......................................... 32 Fuentes de Corriente Continua en Estado Estable (DC) ...................... 32 Fuentes de Corriente Alterna en Estado Estable (AC) ......................... 33 Fuentes con Valores Variables en el Tiempo ............................................ 33 Fuentes de Corriente Alterna Sinusoidal para Anlisis Transitorio (SIN) .................................................................................. 33 Fuentes de Segmentos Lineales (PWL) ............................................... 34 Fuentes de Pulsos (PULSE) ................................................................. 35 Fuentes Exponenciales (EXP) .............................................................. 36 Fuentes Mltiples ................................................................................. 37 Fuentes Controladas o Dependientes: E, F, G y H .................................... 37 Fuentes Especiales ..................................................................................... 38 Fuentes de Frecuencia Modulada (SFFM) ........................................... 38 Fuentes Tipo Poly ................................................................................ 39

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Fuentes Controladas ABM ........................................................................ 40 Fuentes Tipo VALUE .......................................................................... 41 Fuentes Tipo TABLE .......................................................................... 42 Fuentes Tipo LAPLACE ..................................................................... 43 Fuentes Tipo FREQ ............................................................................. 44 Fuentes Tipo CHEBYSHEV ............................................................... 45 Unidad III. Tipos de Anlisis o Barridos ............................................................... 49 Objetivos .................................................................................................... 49 Actividades de Aprendizaje ....................................................................... 49 Introduccin ............................................................................................... 49 Anlisis de Punto de Operacin (.op) ........................................................ 49 Anlisis o Barrido de Corriente Continua (.dc) ......................................... 51 Anlisis de Corriente Alterna en Estado Estable o Barrido de Frecuencia (.ac) ......................................................................................... 60 Anlisis Transitorio (.tran) ....................................................................... 62 Condiciones Iniciales ........................................................................... 65 Efecto del Paso Forzado en la Respuesta Transitoria .......................... 66 Interruptores y el Anlisis Transitorio ................................................. 67 Anlisis de Fourier (.four) ........................................................................ 69 Anlisis Paramtrico (.step) ...................................................................... 71 Barrido de .DC Anidado y la Combinacin .DC y .STEP .................. 73 Anlisis de Transferencia en DC para Pequeas Seales (.tf) .................. 75 Anlisis de Sensibilidad (.sens) ................................................................. 77 Barrido de Temperatura (.temp) ............................................................... 80 Ejercicios ................................................................................................... 83 Unidad IV. Las Bibliotecas de Componentes: Modelos y Subcircuitos................ 87 Objetivos .................................................................................................... 87 Actividades de Aprendizaje ....................................................................... 87 Introduccin ............................................................................................... 87 Modelos ..................................................................................................... 88 Modelos de Elementos Pasivos: R, L y C ................................................. 89 Resistencia como Modelo .................................................................... 89 Inductancia como Modelo ................................................................... 91 Capacitancia como Modelo ................................................................. 93 Modelos de Componentes Electrnicos: Diodos y Transistores ............... 95 Los Diodos ........................................................................................... 95 Los Transistores Bipolares BJT ........................................................... 99 Los Transistores de Efecto de Campo JFET ..................................... 103 Los Transistores de Efecto de Campo MOSFET .............................. 106 Transistores de Arseniuro de Galio GASFET ......................................... Subcircuitos ................................................................................................... Creacin y Edicin de Modelos y Subcircuitos ............................................ Unidad VI. Simulaciones desde el Capture CIS ........................................................ Creacin de un Nuevo Proyecto ....................................................................

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Dibujo del Circuito y Ajuste de Valores ........................................................ Ajustes de la Simulacin ................................................................................ Ejecucin de la Simulacin ............................................................................ Resultados Grficos ....................................................................................... Resultados en Modo Texto ............................................................................ Unidad VII. Anlisis de Resultados: Probe ............................................................... La Ventana de Probe: Barra de Tareas .......................................................... Trazado de Curvas ......................................................................................... Mediciones en Probe: Uso de Cursores y Marcacin de Puntos ................... Opciones de Bsqueda ................................................................................... Ventanas y Subventanas ................................................................................ Anlisis de Comportamiento en Probe .......................................................... Unidad VIII. Utilizacin de Interruptores .................................................................. Interruptores como Subcircuitos .................................................................... Interruptores como Modelos .......................................................................... Interruptores Simulados por Fuentes PWL .................................................... Ejemplos de Aplicacin ................................................................................. Ejemplos 1.1 Circuito AC ............................................................................................ 6 1.2 Barrido DC ........................................................................................... 23 1.3 Barrido de Frecuencia .......................................................................... 24 1.4 Anlisis transitorio ............................................................................... 25 1.5 Barrido Paramtrico Potencimetro .................................................. 26 2.1 Rectificacin con Fuente Poly ............................................................. 40 2.2 Respuesta Transitoria con Fuente Tipo Value ..................................... 41 2.3 Respuesta Transotira con Fuente Tipo Laplace ................................... 43 2.4 Fuente Freq .......................................................................................... 45 3.1 Anlisis .OP Potencimetro .............................................................. 49 3.2 Circuito Resistivo en Serie ................................................................... 52 3.3 Barrido de Corriente Continua ............................................................. 54 3.4 Punto de Operacin y Barrido de Continua Diodo ........................... 55 3.5 Curva Caracterstica de un Diodo en DC ............................................. 58 3.6 Circuito RLC en Serie - .AC ................................................................ 60 3.7 Diagramas de Bode .............................................................................. 62 3.8 Respuesta Transitoria con Fuente Sinusoidal ...................................... 64 3.9 Opamp en Anlisis Transitorio ............................................................ 65 3.10 Anlisis Transitorio sin Fuentes......................................................... 66 3.11 Paso Interno en Barrido Transitorio ................................................... 67 3.12 Circuito RC con Interruptor ............................................................... 69 3.13 Anlisis de Fourier ............................................................................. 70 3.14 Anlisis Transitorio y Paramtrico .................................................... 73 3.15 Barrido de Voltaje y Resistencia ........................................................ 75 Barrido Anidado V y R ........................................................................ 75

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Combinacin de Anlisis .Dc y .Step .................................................. 75 3.16 Resistencia Equivalente ..................................................................... 76 3.17 Resistencia Equivalente con Funetes Controladas ............................ 77 3.18 Anlisis de Sensibilidad ................................................................... 78 3.19 Barrido de Temperatura ..................................................................... 81 4.1 Resistencia Variable como Modelo ..................................................... 91 4.2 Variacin de Resistencia por Temperatura .......................................... 92 4.3 R y L como Modelos ........................................................................... 93 4.4 R, L y C como Modelos ...................................................................... 94 4.5 Uso del Modelo Genrico del Diodo ................................................... 97 4.6 Uso de Diodo Comercial ..................................................................... 98 4.7 Curva del Diodo Zener D1N750 ......................................................... 99 4.8 Amplificador con BJT Q2N3904 ...................................................... 103 4.9 Curvas del FET J2N5491 .................................................................. 106 Tablas

1.1 Letras Usadas para Designar los Elementos Circuitales en PSpice .................................................................................................. 14

1.2 Letras que Representan Mltiplos y Submltiplos en PSpice ............. 14 1.3 Operaciones y Funciones Permitidas por PSpice ................................ 21 4.1 Modelos Analgicos Incluidos en PSpice ........................................... 90 4.2 Parmetros del Modelo Genrico de Diodo de PSpice ....................... 96 4.3 Parmetros del Modelo de PSPice para Transistores Bipolares ........ 101 4.2 Parmetros de PSpice del JFET ......................................................... 105

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Prefacio

La disponibilidad de herramientas computacionales, tales como el OrCAD, que simulan el comportamiento de circuitos elctricos y electrnicos, y los cuales son accesibles a los estudiantes que se preparan para ser ingenieros o tcnicos superiores en electrnica o en ramas afines, les facilita operar con ellas como si estuvieran en un laboratorio, lo cual les permite observar el comportamiento de los circuitos y sus componentes, y hacer los ajustes necesarios antes del montaje definitivo. Adicionalmente, el estudiante puede verificar muchos conceptos tratados en los cursos tericos, y de esa manera fortalecer y afianzar los aprendizajes del aula.

La empresa MicroSim populariz el programa PSpice y lo mantuvo en el mercado hasta 1997 cuando sali la versin 8.1. En 1998 MicroSim fue adquirido por OrCAD, Inc. Esta empresa sac una nueva versin, la 9 como OrCAD PSpice. En julio de 1999 se anunci la adquisicin de la empresa OrCAD, Inc. por Cadence Design Systems, Inc. La fusin de Orcad y Cadence PCB dio lugar a un nuevo grupo de diseo: Cadence PCB Systems Division, cuyos productos abarcan un espectro muy grande en CAD para electrnica: El Unison EE que incluye herramientas de software para diseo y simulacin de circuitos; el Unison PCB para el diseo de circuitos y elaboracin de circuitos impresos; y el Unison Ultra con herramientas para el diseo y simulacin de circuitos, as como para el diseo, trazado automtico de pistas y postprocesamiento de circuitos impresos. El Unison Ultra actualmente incluye la versin 15.7 del PSpice. La empresa distribuye, en forma gratuita, una versin estudiantil o de evaluacin.

Visin General del Programa y sus Componentes El PSpice de OrCAD es un sistema integrado de diseo electrnico. Este texto

est orientado a su utilizacin bajo ambiente Windows. Los ejemplos de aplicacin que aqu se mencionan se simularon con la versin 15.7 de evaluacin, la cual se puede conseguir directamente de la empresa fabricante, solicitarla a travs de Internet o descargarla del sitio Web de Cadence. Las versiones de evaluacin se pueden copiar libremente.

El sistema integrado est compuesto por varios subcomponentes que trabajan armnicamente. El simulador PSpice AD, que es el corazn del sistema, analiza, calcula y almacena los resultados numricos en archivos texto (*.out) y en archivos binarios (*.dat); se utiliza tambin para crear archivos texto de entrada o para mostrar archivos texto de resultados de las simulaciones; el Capture para entrada esquemtica de los circuitos; el Model Editor que permite caracterizar componentes y encontrarles los parmetros a utilizar por PSpice en las simulaciones, en la versin de evaluacin slo est disponible para el diodo; el Stimulus Editor o editor de estmulos para

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generar diferentes tipos de fuentes o entradas tanto para simulaciones analgicas como digitales, en la versin de evaluacin est limitado a fuentes sinusoidales; el Probe o postprocesador grfico de alta resolucin que funciona como un muy poderoso osciloscopio multicanal con memoria, que adems tiene la capacidad de manejar expresiones; el PSpice Optimizer para optimizacin de circuitos analgicos; para el diseo de circuitos impresos, el OrCAD Layout que genera los dibujos, a partir de la entrada esquemtica, y el Specctra o herramienta para el trazado automtico de pistas (autorouting). Las caractersticas de los dispositivos, modelos y subcircuitos utilizados por PSpice vienen en archivos especiales llamados bibliotecas (libraries), as como los smbolos empleados por el programa Capture, y los encapsulados a emplear en la generacin de circuitos impresos (PCB). El instalador del programa crea un grupo en Windows, con los iconos de los programas disponibles.

Componentes del OrCAD PSpice

Instalacin del Programa

Con este libro se entrega un disco compacto que contiene diferentes materiales de aprendizaje en archivos y carpetas; dentro de la carpeta OrCAD_15.7 se encuentra la versin 15.7 de evaluacin del PSpice. Para su instalacin basta con hacer una doble pulsacin sobre el icono Setup.exe y seguir las instrucciones. El programa instala el OrCAD Capture CIS y el OrCAD Unison Ultra, sin embargo para este curso slo es necesario el primero de los dos. El instalador crea un grupo llamado OrCAD 15 Demo, dentro del cual se encuentran los subprogramas PSpice AD, Capture CIS, Model Editor y Stimulus Editor, entre otros. Por favor, si no tiene instalado el programa en su PC, proceda a instalarlo.

Instalado el programa usted est listo para iniciar el curso que, para que pueda ser exitoso, debe combinar la lectura con la ejercitacin.

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Unidad I Simulaciones desde el PSpice AD

Objetivos Despus de estudiar esta unidad usted debera ser capaz de

1. abrir la interfaz del PSpice de OrCAD, e identificar sus funciones 2. identificar las diferentes declaraciones necesarias para simular un circuito 3. escribir y guardar un archivo de datos de un circuito 4. cargar un archivo de datos en el simulador 5. ejecutar una simulacin desde el PSpice AD 6. reconocer los formatos de resultados y consultarlos

Actividades de aprendizaje 1. Lea cuidadosamente los contenidos de esta unidad 2. Emplee el simulador PSpice AD para reproducir los ejemplos propuestos 3. Ejecute las simulaciones y revise los resultados, tanto en los archivos texto

como en Probe, segn corresponda 4. Realice los ejercicios que se encuentran al final de la Unidad

Introduccin Si se desea simular un circuito dado, es necesario suministrarle al simulador

PSpice, un archivo texto con la terminacin .cir, que contenga el listado de componentes, los nodos a los cuales se encuentran conectados, y los parmetros o valores que los caracterizan, as como informacin acerca de los anlisis que se desean realizar, la forma de presentacin de resultados y las variables de inters. Este archivo texto se puede escribir directamente en el PSpice AD, o lo puede generar el programa Capture a partir del esquema del circuito dibujado en la ventana de trabajo. En esta seccin veremos cmo se crea el archivo *.cir, directamente en la ventana de trabajo del PSpice AD, a partir del circuito que se desea simular.

El programa PSpice est basado en el mtodo de anlisis de nodos, por consiguiente es necesario dibujar el circuito y marcar claramente los diferentes nodos pues se utilizarn como referencia de cada uno de los componentes. No est permitido en PSpice dejar ningn nodo suelto o flotante (sin conexin), adems, todos los nodos tienen que tener un camino a tierra para DC a travs de un elemento de circuito; la razn de esto es que el simulador realiza primero un anlisis de pequeas seales en DC para determinar el voltaje de corriente continua en cada nodo. Algunos ejemplos que vendrn, permitirn ver con claridad esa situacin.

Para analizar un circuito en PSpice se requieren los siguientes pasos: 1.- Definir el tipo de anlisis que se va a realizar.

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2.- Dibujar el circuito para PSpice utilizando solamente componentes que se permitan en el tipo de anlisis deseado, y con los nodos y componentes del circuito claramente identificados.

3.- Crear un archivo de datos que d al programa toda la informacin acerca del circuito, tipo de anlisis deseado y especificacin de resultados que se esperan. Esta informacin se da desde el PSpice AD o la genera el Capture y debe contener: a) nombre del archivo; b) detalle del circuito y sus caractersticas; c) anlisis a realizar; d) descripcin de las respuestas que se desean.

4.- Grabar el archivo, cargarlo en el simulador, y ejecutar la simulacin. 5.- Obtener los resultados, ya sean numricos o grficos.

1.1 Ejemplo inicial de una simulacin Para tener una primera idea de un a simulacin, se ha tomado un circuito

sencillo, como el que aparece en la Figura 1.1. En la parte superior aparece el circuito original, y debajo el mismo circuito dibujado para PSpice, con los nodos y los elementos claramente identificados. Se desea realizar un anlisis de corriente alterna en estado estable (.AC), con los resultados en forma grfica; para esto se necesita escribir el archivo texto que contenga la informacin del circuito y de la simulacin deseada en la ventana de edicin del PSpice AD, guardarlo y despus cargarlo en el simulador.

Figura 1.1 Circuito para el ejemplo 1

Para tener acceso al editor, desde el grupo de tareas de OrCAD abra la aplicacin PSpice AD, aparecer la interfaz multipropsito del simulador, que es una ventana con una barra de botones en la parte superior, la mayora de los cuales aparecen atenuados (ver la Figura 1.2).

Desde el men File o desde el primer botn de la barra de tareas, arriba y a la izquierda, se abre un nuevo archivo texto (ver Figura 1.3). Observe que la ventana est dividida en tres secciones. La seccin de la parte superior es el editor o sitio donde se escribe el archivo *.cir y tambin donde se obtienen los resultados de la simulacin, la de la parte inferior izquierda muestra el avance de la simulacin y seala los errores en caso de que existan, y la ventana inferior derecha sirve para monitorear los valores de los parmetros que cambian durante la simulacin, as como los tipos de anlisis y la lista de componentes del circuito.

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Figura 1.2 Interfaz multipropsito del PSpice AD

Figura 1.3 Ventana de Edicin del PSpice AD

En cualquier archivo *.cir se podrn observar cinco categoras de declaraciones, de las cuales se hablar en las siguientes secciones de esta unidad: 1.- Declaraciones de ttulo y comentarios 2.- Declaraciones de datos de los componentes del circuito 3.- Declaraciones de control de solucin 4.- Declaraciones de especificacin de resultados 5.- Declaracin de fin de archivo

En la ventana de edicin escriba las siguientes lneas, pulsando la tecla Enter para pasar a la siguiente (no deje lneas vacas al comienzo):

Ejemplo 1.1 Circuito AC V1 1 0 AC 50

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R1 1 2 100 L1 2 0 1h .AC lin 101 1 1000 .Probe .End En la carpeta OrCAD que se encuentra en el directorio Program Files, abra una

carpeta nueva y asgnele el nombre que usted desee. Guarde el archivo anterior como Ejemplo 1.cir. No olvide la terminacin .cir; sin ella, el programa lo graba como un archivo no apto para la simulacin.

Antes de proceder a la simulacin es necesario cargar el archivo en el simulador. Para cargar el archivo en el simulador, desde el men File, abra el archivo Ejemplo 1.cir. Al pulsar el botn de abrir, se ve una ventana que por defecto muestra los archivos tipo *.dat. Seleccione el tipo *.cir (vea la Figura 1.4) y busque el nombre de su archivo, y presione el botn Abrir, inmediatamente aparecer, en la barra de botones, el nombre Ejemplo 1, y un tringulo azul (vea la Figura 1.5).

Figura 1.4 Abriendo el archivo Ejemplo 1.1.cir

Las 7 lneas que usted escribi conforman el archivo .cir. Las lneas se cuentan en orden descendente, empezando por la lnea del ttulo. En este ejemplo irn desde la 1 hasta la 7. Observe la Figura 1.5, la lnea 1 es la lnea de ttulo y siempre debe existir pues PSpice interpreta como informacin del circuito slo a partir de la lnea 2, que en este caso se refiere a una fuente de voltaje alterna con una amplitud de 50 voltios, llamada V1 y conectada entre los nodos 1 y 0. La lnea 3 corresponde a una resistencia de 100 conectada entre los nodos 1 y 2. La lnea 4 es una inductancia de 1 Henrio conectada entre los nodos 2 y 0. La lnea 5 le indica al programa que realice un barrido de frecuencia (anlisis .AC). La lnea 6 le indica al programa que grabe los resultados en un archivo *.dat para que pueda ser representado grficamente por Probe. La lnea 7 indica el fin del archivo de datos del circuito.

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Figura 1.5 El archivo .cir del Ejemplo 1.1

Para ejecutar la simulacin se pulsa sobre el botn del tringulo azul o, desde el men Simulation, se selecciona Run Ejemplo 1.1. Los resultados de la simulacin aparecen en el archivo *.out y quedan disponibles para su presentacin grfica si el archivo de entrada contiene la instruccin .Probe, como es el caso en este ejemplo.

Figura 1.6 Ventana de resultados grficos

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Una vez ejecutada la simulacin, aparece la ventana de edicin convertida en ventana de resultados, mostrando, por defecto, la pantalla de Probe donde se podrn obtener las grficas deseadas (vea la Figura 1.6).

Observe que al lado izquierdo de la ventana aparecen resaltados seis botones. El primero, que se asemeja a un clavito o tachuela, hace que la ventana del PSpice AD quede siempre en primer plano, encima de las dems ventanas que se encuentren abiertas; el segundo permite revisar y editar el archivo *.cir; el tercero muestra los resultados en forma de texto (archivo *.out); el cuarto da acceso a los resultados de la simulacin en el postprocesador grfico Probe; el quinto permite el control de la simulacin cuando se trabaja con el Capture; y el sexto presenta opciones de visualizacin de Probe. El programa PSpice no es interactivo. Si se desea cambiar algn parmetro, es necesario editar el archivo *.cir del circuito. En la parte inferior de la ventana de Probe se ven tres pestaas por medio de las cuales tambin se puede tener acceso a los archivos *.cir, *.out, y a la ventana de Probe. Como las subventanas inferiores no son necesarias para el aprendizaje del uso del programa, se pueden eliminar haciendo una pulsacin con el botn derecho del ratn en el cuadro de cierre de cada una de ellas. Por otra parte como las pestaas de la parte baja de la ventana de edicin son redundantes con los botones del lado izquierdo, tambin se pueden eliminar, para ello se desactiva desde el men View, la opcin Workbook mode.

Figura 1.7 Ventana para agregar trazas

Para obtener el resultado grfico deseado se presiona el botn de agregar trazas y aparece una ventana dividida verticalmente, a la derecha se tienen las variables del circuito simulado y a la derecha las operaciones y funciones de Probe, y en la parte inferior una lnea editable en blanco. Estas operaciones y funciones se pueden utilizar

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para lograr expresiones que trabajan con las variables del circuito. Su utilizacin se analizar ms adelante en este libro. Por ahora vamos solo a agregar las trazas del voltaje de la inductancia en magnitud y fase, para eso en la lnea editable de ventana de agregar trazas se escribe M(V(2)) y P(V(2)), como se muestra en la Figura 1.7. Si desea informacin sobre el significado de diferentes expresiones aceptadas por PSpice, por favor vea la Tabla 3 en la pgina 19.

En la Figura 1.8 se ve la ventana de resultados grficos; se aprecian la curvas de magnitud (rombos) y fase (tringulos) del voltaje a travs de la inductancia, las curvas aparecen en colores sobre fondo blanco debido a que se modific el archivo pspice.ini, la opcin predeterminada muestra curvas a colores sobre fondo negro. La curva de magnitud es una curva creciente, en la medida en que crece la frecuencia, la magnitud va creciendo de 0 hasta 50 V, mientras que la fase va decreciendo desde 90 hasta 0. En la Unidad III se analizarn en detalle los resultados grficos.

Figura 1.8 Magnitud y fase del voltaje en la inductancia del Ejemplo 1.1

En la Figura 1.9 se muestra la ventana de resultados mostrando el archivo de salida (Ejemplo 1.1.out); observe los elementos que se muestran identificados. Los resultados se ven cuando se avanza la pgina. Estos resultados se pueden copiar y editar para su presentacin, como se muestra ms adelante.

Figura 1.9 Parte inicial del archivo Ejemplo 1.1.out

El archivo de salida completo, para el Ejemplo 1.1, no presenta mayor informacin pues no se utiliz ninguna instruccin que produjera resultados en texto,

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sin embargo a manera de informacin se muestra continuacin todo el archivo Ejemplo 1.1.out, eliminando los saltos de pgina que se producen despus de cada seccin, para ahorrar espacio pues en su forma original ocupa 3 pginas. ___________________________________________________________________ *** 12/25/06 09:08:50 *** PSpice Lite (July 2006) *** ID# 10813 *** Ejemplo 1.1 Circuito AC **** CIRCUIT DESCRIPTION ******************************************************************* V1 1 0 AC 50 R1 1 2 100 L1 2 0 1h .AC lin 101 1 1000 .Probe .End *** 12/25/06 09:08:50 *** PSpice Lite (July 2006) *** ID# 10813 *** Ejemplo 1.1 Circuito AC **** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C ******************************************************************* NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE (1) 0.0000 (2) 0.0000 VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V1 0.000E+00 TOTAL POWER DISSIPATION 0.00E+00 WATTS JOB CONCLUDED *** 12/25/06 09:08:50 *** PSpice Lite (July 2006) *** ID# 10813 *** Ejemplo 1.1 Circuito AC **** JOB STATISTICS SUMMARY ******************************************************************* Total job time (using Solver 1) = 0.00 ___________________________________________________________________ 1.2 El archivo de entrada *.cir

Como se mencion anteriormente, el archivo de entrada de datos del circuito contiene diferentes declaraciones. A continuacin se elabora un poco ms sobre cada una de ellas.

1.2.1 Declaraciones de ttulo y comentarios: La declaracin de ttulo es la primera lnea en un programa en PSpice y puede ser cualquier cadena de caracteres. Se acostumbra usar ttulos que identifiquen el problema particular que se investiga o analiza. Una declaracin de comentarios es una lnea de texto, bsicamente una ayuda para el usuario del programa, y se caracteriza por empezar con un asterisco en la primera columna de la lnea. Un comentario puede ir en cualquier lnea, excepto en la primera. Tambin es posible colocar un comentario a continuacin de una declaracin,

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separndola de sta por un punto y coma (;). No se pueden dejar lneas vacas al comienzo de un archivo *.cir, pues el programa tomara la primera como ttulo y producira un mensaje de error.

1.2.2 Declaraciones de datos de los componentes del circuito: Las declaraciones de datos de los componentes del circuito son como una

manera de describir el circuito verbalmente; por tanto se debe utilizar un mtodo sistemtico que le permita al programa conocer de manera clara la forma como estn interconectados los diferentes componentes. El elemento bsico es una rama de circuito que puede contener cualquier componente de dos o ms terminales: resistencia, condensador, fuente, etc. Se debe usar una lnea de datos por cada elemento del circuito (algunos necesitan ms de una lnea); si la declaracin es muy larga, se puede continuar en la siguiente lnea, utilizando en la segunda lnea un signo ms (+) como primer caracter, seguido del resto de la declaracin. Los valores de las fuentes de corriente o de voltaje pueden ser positivos, negativos o cero; las inductancias, resistencias y condensadores pueden tener valores positivos o negativos pero en ningn caso cero. Las ramas se conectan a nodos que se identifican con nmeros o cadenas alfanumricas, reservando siempre el cero (0) para el nodo de referencia o tierra; si la cadena empieza por una letra en los voltajes se debe escribir la cadean entre corchetes, por ejemplo un nodo se llama A y otro se denomina Win, para pedir a travs de una instruccin .Print el voltaje entre esos dos nodos debe escribirse V([A], [Win]).

Formas generales: (los datos entre corchetes son opcionales y aquellos entre signos menor y mayor son obligatorios).

[IC = valor] [valor 2] [valor 2] El programa emplea la convencin pasiva de signos, esto es, la corriente entra

por el terminal positivo del voltaje, de esta manera, el orden en que aparecen los nodos en la declaracin indica la polaridad, as los voltajes tendrn polaridad positiva hacia el primer nodo y las corrientes que PSpice calcula entrarn por el primer nodo que se declara.

Cada lnea de datos debe tener los tres campos siguientes, separados entre s por uno o ms espacios:

a) El nombre del componente: un nombre puede constar de uno o ms caracteres, pero el primer caracter debe ser una letra que identifique el tipo de elemento. En la Tabla 1.1 se aprecian las letras utilizadas para designar los diferentes elementos circuitales.

b) La identificacin de los nodos del circuito a los cuales se encuentra conectado el elemento: como ya se indic, el primer nmero o cadena alfanumrica

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corresponde a aquel por el cual entra la corriente. En el caso de fuentes de voltaje, el primer nodo corresponde al terminal positivo. Recuerde, el nmero cero (0) corresponde al nodo de referencia. En las fuentes de corriente, el terminal por donde sale la corriente debe ser el terminal negativo, y en consecuencia ser el segundo terminal declarado. En el caso de transistores BJT se tendrn tres nodos que corresponden al colector, la base y el emisor respectivamente.

Tabla 1.1 Letras usadas para designar los elementos circuitales en PSpice

R resistencia V fuente independiente de voltaje C condensador I fuente independiente de corriente L inductancia E fuente de voltaje controlada por voltaje K acoplamiento inductivo F fuente de corriente controlada por corriente D diodo Q transistor bipolar G fuente de corriente controlada por voltaje B GaAsFET H fuente de voltaje controlada por corriente J FET S interruptor controlado por voltaje

M MOSFET W interruptor controlado por corriente X llamada a un subcircuito T Lnea de transmisin N entrada digital U dispositivo digital O salida digital

c) El valor de los parmetros que determinan las caractersticas elctricas del

elemento: por ejemplo 5 ohmios, 20 voltios, 5 mA, etc., pudindose utilizar expresiones matemticas; en estos casos, tales expresiones deben ir entre llaves, por ejemplo {2/3}. Algunos dispositivos tienen ms de un parmetro, como sucede con una variedad de fuentes. En la declaracin de los valores se pueden tomar en cuenta los factores de escala que aparecen en la Tabla 1.2

Tabla 1.2 Letras que representan mltiplos y submltiplos en PSpice

T = 1E12 M = 1E-3 F = 1E-15 G = 1E9 U = 1E-6 MIL = 25.4E-6 MEG = 1E6 N = 1E-9 C = CICLO DEL RELOJ K = 1E3 P = 1E-12

El programa interpreta las unidades de acuerdo al tipo de elemento, voltios, ohmios, faradios, amperios, etc. Las letras que se escriban despus del nmero, y que no correspondan a factores de escala, se ignoran. No se admiten comas para separar decimales, y por defecto, si el nmero no tiene signo se considera positivo. Es necesario recordar que PSpice permite indistintamente el empleo de maysculas o minsculas, en consecuencia m o M significan el submltiplo 1E-3; para representar el mltiplo 1E6 se emplea MEG o meg.

Ejemplos: Rmedia 4 8 5k Lentrada 6 0 {7/80} IC = 0.5 Cx medio salida 5u IC = 10 R1 1a 1b {Rvar} Vin 1 0 12 Iab 3 1 AC 120 60

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Vesc 12 25 PWL 0,0 1u,10

El primer ejemplo es de una resistencia Rmedia que tiene un valor de 5 k, conectado entre los nodos 4 y 8. El segundo es una inductancia Lentrada, conectada entre los nodos 6 y 0, con un valor de 7/80 H y con una corriente inicial de 0.5 A; la condicin inicial es opcional. El tercer ejemplo es una capacitancia de 5 F conectada entre los nodos medio y salida, con el nombre de Cx y con una tensin inicial de 10 V; la condicin inicial es opcional. El cuarto ejemplo corresponde a la resistencia R1, conectada entre los nodos 1a y 1b, cuyo valor es variable y est representado por el parmetro Rvar. El quinto ejemplo es una fuente de tensin continua llamada Vin, conectada entre los nodos 1 y 0, y con un valor de 12 V DC. El sexto ejemplo es de una fuente de corriente alterna Iab, de 120 A y con un ngulo de fase de 60. El ltimo ejemplo es de una fuente de tensin escaln de 10 V.

1.2.3 Declaraciones de control de solucin: PSpice est diseado de tal manera que si no se usa ninguna declaracin de

control, el simulador determina el punto de operacin para pequeas seales en corriente continua y produce como resultados los voltajes de los diferentes nodos, as como las corrientes a travs de las fuentes independientes de voltaje y la potencia total disipada en el circuito. Las declaraciones de control de solucin hacen parte de una serie de comandos que se caracterizan por tener un punto (.) como primer caracter y que se conocen como "Comandos Punto" (Dot Commands); las ms comunes se enuncian a continuacin en orden alfabtico y se analizarn en detalle en la medida en que se hagan ejemplos de aplicacin. .AC Anlisis de corriente alterna. Es un anlisis o barrido que

determina la respuesta de un circuito sobre un rango dado de frecuencias, o la respuesta en estado estable de corriente alterna. No se puede usar sino una sola instruccin .AC en un archivo de entrada. No admite barridos anidados.

.DC Barrido de corriente continua en el circuito. Determina voltajes, corrientes y potencias, los cuales se mostrarn en el archivo *.out o en el postprocesador grfico Probe. La declaracin .DC permite variar parmetros de componentes tales como voltajes, corrientes, resistencias, inductancias, temperaturas, etc., a lo largo de un rango especificado de valores. Para cada valor establecido, efecta un barrido del programa y obtiene los resultados en forma de tabla. Permite tambin barridos anidados. No se puede usar sino una sola instruccin .DC en un archivo de entrada.

.DISTRIBUTION Distribucin definida por el usuario. Permite definir una distribucin de tolerancias para usarlas solamente con el anlisis de Monte Carlo.

.ENDS Fin de definicin de un subcircuito. Indica la terminacin de la definicin de un subcircuito, que se ha iniciado con una declaracin .SUBCKT.

.EXTERNAL Especificacin de puerto externo. Sirve para identificar y diferenciar nodos que conectan el circuito bajo estudio a otro

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circuito o a un perifrico. No est disponible en la versin de evaluacin.

.FOUR Anlisis de Fourier. Descompone la respuesta de un anlisis transitorio en componentes de Fourier. No requiere declaracin de especificacin de resultados. Su salida en forma de tabla se escribe en el archivo de salida (.out) a medida que avanza el anlisis transitorio.

.FUNC Definicin de funcin. Sirve para definir funciones que pueden usarse en expresiones.

.IC Condiciones iniciales. Declaracin que sirve para insertar condiciones iniciales tales como tensiones en los nodos, tensiones entre nodos o corrientes a travs de inductancias.

.INC Incorporacin de archivo. Inserta el contenido de otro archivo, por ejemplo un archivo predefinido de funciones.

.LIB Archivo de biblioteca. Sirve para referirse a una biblioteca de circuitos, subcircuitos o modelos en otro archivo.

.LOADBIAS Carga archivo de datos del punto de operacin (Bias Point) que, generalmente, se ha creado mediante la instruccin .SAVEBIAS en una simulacin anterior.

.MC Anlisis de Monte Carlo. Sirve para realizar un anlisis estadstico de Monte Carlo al circuito, en el cual se toman en consideracin los valores nominales y las tolerancias especificadas de los diferentes parmetros de los modelos utilizados.

.MODEL Declaracin de modelo. Esta declaracin sirve para definir un conjunto de parmetros que caracterizan un modelo de dispositivo en particular. El modelo puede ser de casi cualquier tipo de dispositivo o componente de circuito.

.NODESET Declaracin que sirve para introducir una aproximacin a las condiciones iniciales de la tensin de nodos o corrientes a travs de inductancias, que ayudan a calcular el punto de operacin de un circuito.

.NOISE Anlisis de ruido. Hace un anlisis de ruido del circuito; requiere un anlisis .AC. No requiere declaracin de especificacin de resultados. Si se desea la informacin sobre ruido de entrada (INOISE) o de salida (ONOISE), se puede obtener a travs de una declaracin .PRINT.

.OP Punto de operacin para pequeas seales en corriente continua. Es el tipo de anlisis predeterminado. Produce informacin detallada del punto de operacin y la muestra en el archivo de salida (.out) sin necesidad de especificacin de resultados. Si no se indica .OP, producir slo informacin sobre los voltajes en los nodos, las corrientes a travs de las fuentes independientes de voltaje y la potencia total disipada en el circuito. Si .OP es el nico anlisis, no se crea archivo de datos para Probe.

.OPTIONS Opciones de anlisis. Se usa para ajustar todas las opciones, lmites y parmetros de control para los diferentes tipos de

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anlisis, e inclusive para la presentacin de resultados. Da al usuario una variedad de opciones de control (ms de 30 de las cuales se hablar ms adelante) aunque la mayora de ellas son para aplicaciones avanzadas de PSpice.

.PARAM Definicin de parmetros. Permite introducir una lista de nombres con sus respectivos valores o expresiones que se pueden usar como parmetros en lugar del valor numrico en la declaracin de datos de los componentes del circuito. Sirve para inicializar las variables y el valor declarado por este medio es el que utiliza el programa para el anlisis de punto de operacin (.OP).

.SAVEBIAS Guarda en un archivo los datos del punto de operacin calculados por el programa para un anlisis determinado, para su uso posterior.

.SENS Anlisis de sensibilidad (sensitivity). Obtiene la sensibilidad para pequeas seales de corriente continua, para cada una de las salidas especificadas, con respecto a los parmetros y valores de los siguientes dispositivos que se encuentren en el circuito: resistencias, fuentes independientes de voltaje y de corriente, interruptores controlados por voltaje o por corriente, diodos y transistores bipolares. Si el circuito es grande o si se especifican muchas variables, esta instruccin genera una salida considerablemente grande. No requiere declaracin de especificacin de resultados.

.STEP Anlisis paramtrico. Es un barrido secundario que debe ir siempre acompaado de otro barrido como el .DC, el .AC o el .TRAN. Realiza un barrido paramtrico de la variable especificada, para cada todos los anlisis especificados del circuito a simular.

.STMLIB Archivo de biblioteca de estmulos. Permite el acceso a archivos de bibliotecas de estmulos creados por el Editor de Estmulos. No disponible en la versin de evaluacin.

.STIMULUS Definicin de estmulos. Generalmente aparece en bibliotecas de estmulos creados por el Editor de Estmulos.

.SUBCKT Definicin de subcircuitos. Declaracin de control para un subcircuito. Con esta instruccin se inicia la declaracin de un subcircuito, la cual termina con una declaracin .ENDS.

.TEMP Temperatura. No es en realidad un tipo de anlisis, .TEMP establece la temperatura bajo la cual se hace el anlisis, si se declara ms de una temperatura, el anlisis se hace para cada una de ellas. Para que este anlisis sea efectivo, los componentes variables con la temperatura deben declararse como modelos.

.TEXT Definicin de parmetros de texto. Se usa solamente en simulaciones digitales.

.TF Funcin de transferencia. Determina la ganancia, transresistencia o transconductancia para pequeas seales en corriente continua, entre una variable de salida y una fuente independiente y calcula

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adems la resistencia de entrada y la de salida. La declaracin .TF puede utilizarse para encontrar el equivalente Thevenin de un circuito en corriente continua, sin embargo, dado que la ganancia para pequeas seales no es siempre igual a la ganancia de estado estable, el valor calculado por PSpice no es confiable para determinar el voltaje de Thevenin, y es preferible indicarle al programa que calcule el voltaje de circuito abierto. La instruccin .TF no requiere declaracin de salida y no se puede ver en Probe.

.TRAN: Anlisis transitorio. Realiza el anlisis transitorio del circuito, considerando o no las condiciones iniciales. Se debe especificar el tiempo total del barrido. No se puede incluir ms de un barrido transitorio en un archivo de entrada.

.VECTOR: Salida digital. Se usa para crear archivos que contienen resultados de simulaciones digitales. Produce archivos nombre.vec.

.WCASE: Sensibilidad/Peor Caso. Realiza un anlisis de sensibilidad y peor caso del circuito bajo estudio. A diferencia de Monte Carlo, .WCASE vara solamente un parmetro en cada ejecucin y al final ejecuta la simulacin variando todos los parmetros para obtener la forma de onda de peor caso. Se puede utilizar .MC o .WCASE en una simulacin, pero no ambas.

1.2.4 Declaraciones de especificacin de resultados: Los comandos .FOUR, .MC, .NOISE, .OP, .SENS, .TF y .WCASE, producen

resultados que van directamente al archivo de salida sin necesidad de instrucciones adicionales de especificacin de resultados. Si no se utiliza ninguna instruccin de salida, PSpice produce como resultado el valor de los voltajes en los nodos, las corrientes a travs de las fuentes independientes de voltaje y la potencia total disipada por el circuito. Si se desea otro tipo de resultados se puede usar uno o ms de los comandos que a continuacin se mencionan: .PRINT Permite obtener en pantalla e imprimir si se desea, resultados numricos

en forma de tablas, de anlisis en DC, en AC, transitorio, etc. No existe lmite en el nmero de variables de salida, pero no puede haber ms de un tipo de anlisis en cada instruccin .PRINT. Por cada instruccin .Print que aparezca en el archivo del circuito, PSpice crea una tabla con valores numricos de las variables especificadas.

.PLOT Permite obtener los resultados en forma grfica por puntos, en el archivo .out. El lmite de variables para cada instruccin .Plot es de 8, pero puede haber tantos .Plot como sea necesario. No se puede incluir ms de un tipo de anlisis en cada lnea .Plot. Esta instruccin est disponible en el programa, pero su uso ha quedado obsoleto dada la calidad de las imgenes de Probe.

.PROBE Crea un archivo de datos donde se almacenan los resultados de los anlisis transitorio, de continua, o de alterna y los guarda con el mismo nombre del archivo del circuito, pero con la extensin .DAT o .TXT, segn se desee que el archivo sea binario o ASCII. Este archivo es ledo

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por el postprocesador grfico PROBE que hace que el monitor de la computadora trabaje como un osciloscopio multicanal con memoria y con muchas opciones adicionales. Los grficos pueden ser de las diferentes variables, o de resultados de operaciones matemticas realizadas con ellas.

.WATCH Observacin de resultados de anlisis. Permite visualizar en la pantalla los resultados parciales de anlisis de DC, AC o transitorio, mientras la simulacin est en proceso.

.WIDTH Ancho de salida. Define el ancho en columnas del archivo de salida. 1.2.5 Declaracin de fin de archivo:

Para finalizar el archivo del circuito se escribe la declaracin .END. Cuando PSpice llega a la instruccin .END "mira" la siguiente lnea en busca de datos de otro circuito, si existen datos de otros circuitos, PSpice realiza en secuencia los anlisis especificados. Esta caracterstica del programa puede usarse para la ejecucin de circuitos en grupos (Batch), escribiendo la informacin de un nuevo circuito inmediatamente despus del .END del primero. La instruccin .ENDS se utiliza para finalizar la entrada de datos de un subcircuito.

1.3 Opciones en PSpice (.OPTIONS) La instruccin .Options permite declarar opciones y establecer lmites y

controles a la simulacin. Existen ms de 40 opciones, algunas de ellas son slo banderas, otras son valores numricos. Para mayor informacin sobre las opciones del programa se sugiere revisar la Gua de Referencia del PSpice a la cual se puede llegar a travs del men Help/Manuals del PSpice A/D. La forma general de la instruccin es:

.OPTIONS [nombre de la opcin] + [ = ]

Ejemplos:

.OPTIONS ACCT RELTOL = .01

.Options nopage noecho list

El primer ejemplo se declaran dos opciones, ACCT y RELTOL; la primera hace que en el archivo de salida se den las estadsticas de la simulacin; con Reltol = 0.01 establece en 0.01 la exactitud de los voltajes y las corrientes, en lugar de su valor por defecto que es de 0.001. El segundo ejemplo utiliza tres opciones al programa: nopage que elimina los saltos de pgina y los encabezamientos que, por defecto, aparecen en el archivo de salida despus de cada anlisis, con lo cual se logra un archivo de salida ms compacto; noecho que suprime el listado del archivo *.cir que por defecto aparece al comienzo del archivo de salida; y list le pide al programa que en el archivo de salida incluya una lista de todos los componentes del circuito. Las instrucciones .options pueden ir en cualquier parte del archivo de entrada, antes de .end, salvo la opcin noecho que para que produzca el resultado deseado debe ir inmediatamente despus del ttulo.

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1.4 Definicin y uso de parmetros La definicin de modelos de dispositivos utiliza parmetros que pueden

cambiarse a fin de caracterizar elementos especficos tales como los disponibles en el mercado, por otra parte, en algunas simulaciones se desea ver la respuesta del circuito cuando un parmetro de un componente toma un valor variable. Para declarar un componente con un valor variable se requieren dos lneas de datos, en la primera se escribe la declaracin del componente con su nombre, sus nodos y en lugar del valor se escribe el nombre de la variable entre llaves; a este nombre se le denomina Parmetro Global y puede ser cualquier caracter o cadena de caracteres. En la segunda lnea se define el parmetro mediante la instruccin .Param, asignndole un valor que ser el que use el programa para calcular el punto de operacin. Suponga que se va a usar una resistencia R1 y su valor se va a hacer variar para ver su efecto en el resultado de la simulacin; a la variable se le va a dar arbitrariamente el nombre de Rvar. La declaracin de la resistencia R1 quedara as:

R1 3 6 {Rvar} .Param Rvar = 5k

PSpice permite la utilizacin de parmetros en las simulaciones y, a travs de la instruccin .Step, hace posible la simulacin repetida para diferentes valores de parmetros de modelos o de parmetros definidos por el usuario.

La instruccin .PARAM tiene las siguientes formas generales:

.PARAM = ...

.PARAM = {}... En una lnea se pueden definir hasta tres parmetros y se pueden usar tantas

lneas como sea necesario. Si se usa la segunda forma, la expresin tiene que ir entre llaves. Una expresin no puede dividirse entre dos lneas.

Para ilustrar el uso de .Param se dan los siguientes ejemplos:

.Param Vss = 12 V Vcc = -12 V

.Param Arg = {2*3.l416*60*TIME}

.Param R = 1k K = 0.5 Rtop i tap {(l-K)*R+1} Rbot tap f {K*R+1}

En la primera lnea se especifican como parmetros las tensiones Vss y Vcc; en la segunda lnea aparece el parmetro Arg que tiene como valor una .expresin matemtica en funcin del tiempo. En las tres ltimas lneas se da un ejemplo de como pueden utilizarse los parmetros. Se definen los parmetros R y K con valores de 1k y 0.5 respectivamente, y a continuacin se definen las resistencias Rtop y Rbot como expresiones en funcin de esos parmetros. Si se desea cambiar el valor de los parmetros bastar con editar una lnea del archivo. La definicin de parmetros se asemeja a la declaracin de variables en un lenguaje de programacin, que despus pueden utilizarse en diferentes lneas del programa.

1.5 Uso de expresiones El programa permite la utilizacin de expresiones matemticas en lugar de

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valores de dispositivos. Estas expresiones pueden ser sencillas como una operacin aritmtica, o complejas que incluyan funciones trigonomtricas o algebraicas. Las expresiones que se utilicen en un archivo de datos de un circuito deben estar siempre entre llaves {}. En la Tabla 1.3 se presenta un listado de operaciones que pueden utilizarse en declaraciones, y su significado.

Tabla 1.3 Operaciones y Funciones permitidas por PSpice:

Operador/Funcin Significado ABS(x) |x|, valor absoluto de x

ACOS(x) arcocoseno de x, para -1.0 x 1.0; x en radianes ARCTAN(x) arcotangente de x; resultado en radianes

ASIN(x) arcoseno de x, para -1.0 x 1.0; x en radianes ATAN(x) arcotangente de x; resultado en radianes

ATAN2(y,x) arcotangente de (y/x); resultado en radianes COS(x) coseno de x; x en radianes

COSH(x) coseno hiperblico de x; x en radianes DDT(x) Derivada de x en funcin del tiempo, anlisis transitorio EXP(x) ex

IF(t,x,y) x si t es verdadero, y si t es falso; t es una expresin relacional IMG(x) parte imaginaria de x

LIMIT(x, min, max) min si x < min, max si x > max, x en los dems casos LOG(x) ln(x), logaritmo natural de x

LOG10(x) log(x), logaritmo en base 10 de x M(x) magnitud de x

MAX(x,y) mximo de x & y MIN(x,y) mnimo de x & y

P(x) ngulo de fase de x PWR(x,y) |x|y, x a la y, se puede reemplazar por {x**y}

PWRS(x,y) +|x| y, si x > 0, -|x| y si x < 0 R(x) parte real de x

SDT(x) integral de x en funcin del tiempo, anlisis transitorio SGN(x) +1 si x > 0, 0 si x = 0, -1 si x < 0 SIN(x) seno de x; x en radianes

SINH(x) seno hiperblico de x; x en radianes STP(x) 1 si 0, 0 si x 0

SQRT(x) raz cuadrada de x TAN(x) tangente de x, x en radianes

TANH(x) tangente hiperblica de x, x en radianes

TABLE(x,x1,y1..., xn, yn) los puntos xn, yn se unen por lneas rectas, el resultado es el valor de y que corresponde a x por interpolacin

+ suma o concatenacin de caracteres de texto - resta * multiplicacin / divisin

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Operador/Funcin Significado ~ NOT | OR ^ XOR & AND ** operador binario == prueba de igualdad != prueba de desigualdad > prueba de mayor que

>= prueba de mayor o igual < prueba de menor que

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.DC La primera forma sirve para hacer un barrido lineal de la variable, esto es con

incrementos iguales, los cuales pueden ser positivos o negativos pero nunca cero, observe que Lin es opcional; la segunda forma se usa para aquellos casos en los cuales los valores de las variables cubren diferencias muy grandes, el barrido en esta caso es logartmico por octavas o por dcadas y al final de la lnea se escribe el nmero de puntos por dcada que el simulador utilizar; la tercera forma sirve para hacer un anlisis para un nmero determinado de valores que se declaran en una lista, los cuales deben llevar un orden ya sea creciente o decreciente (monotono).

Los siguientes son ejemplos de instrucciones para barridos de corriente continua:

.DC LIN I1 12 0 -2

.DC Vent -10 20 2

.DC param Rx 100 1000 10

.DC DEC Rvar 10 100k 101

.dc temp list 25 60 100

Ejemplo 1.2. Determine la tensin en la resistencia de 10 y la corriente en la resistencia de 4 de un circuito resistivo en serie, constituido por una fuente de 12 V en serie con una resistencia de 4 , y en serie con stos, una combinacin en paralelo de tres resistencias, una de 10 , otra de 20 y la tercera de 30 .

El archivo para la simulacin ser: Ejemplo 1.2 Barrido DC V1 a 0 12 R1 a b 4 R2 b 0 10 R3 b 0 20 R4 b 0 30 .DC V1 12 12 2 .Print DC V(b) I(R1) .End

Gurdelo como Ejemplo 1.2.cir, y efecte la simulacin. Revise los resultados en el archivo Ejemplo 1.2.out.

1.6.2 Barrido de corriente alterna en estado estable .AC El anlisis o barrido .AC permite calcular los diferentes voltajes y corrientes

del circuito cuando se vara la frecuencia de la fuente, la forma general para la declaracin es:

.AC Presenta tres opciones, la primera es un barrido lineal, en el cual se especifica

el nmero total de puntos que utilizar el simulador, as como las frecuencia inicial y final; las otras dos opciones son barridos logartmicos, por octavas y por dcadas, en ellos se especifica el nmero de puntos por octava o por dcada que utilizar el simulador, y las frecuencias inicial y final.

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A continuacin se muestran dos ejemplos de instrucciones .AC, en la primera se ordena un anlisis lineal para una sola frecuencia, 60Hz, y en la segunda un barrido por dcadas desde 10 Hz hasta 100 kHz calculando once puntos por cada dcada.

.AC Lin 1 60 60

.AC Dec 11 10 100k

Ejemplo 1.3. Una fuente de 50 | 30 V a 100 Hz alimenta un circuito que tiene una resistencia de 10 , una impedancia de 10 | 36.87 , y una reactancia de j10 , conectadas en paralelo. Determine la corriente suministrada por la fuente, en forma polar.

Para simular el circuito, lo primero que se requiere es determinar los valores de R, L y C de las impedancias.

El archivo para la simulacin quedar as: Ejemplo 1.3 Barrido de frecuencia Vin 1 0 AC 50 30 R1 1 0 10 R2 1 2 8 L2 2 0 9.55m C3 1 0 159.16u .AC Lin 1 100 100 .Print AC I(Vin) IP(Vin) .End Gurdelo como Ejemplo 1.3.cir, efecte la simulacin y revise el resultado.

1.6.3 Barrido o anlisis transitorio .Tran El anlisis o barrido transitorio .Tran permite calcular los diferentes voltajes y

corrientes del circuito como una funcin del tiempo, y ver las formas de las seales de entrada y salida en funcin del tiempo; la forma general para la declaracin es:

.Tran[/OP] [Tatraso] [Tforzado] [skipbp] Como se aprecia en la lnea anterior, se requieren dos en la instruccin, los

dems son opcionales y de ellos se hablar en la Unidad III. El simulador produce un anlisis del circuito que va desde t = 0 s, hasta Tbarrido s. A partir de los datos calculados y mediante interpolacin, calcula las entradas de una tabla de valores de voltajes y corrientes con intervalos especificados por Ttabla. Como esta tabla se utiliza poco, es conveniente especificar una tabla con pocas entradas, para lo cual Ttabla debe tener un valor del mismo orden de magnitud de Tbarrido.

Ejemplos de instrucciones .Tran

.Tran 1 4

.Tran 0.2 10 skipbp

.tran 2.5 5 1

En la primera se especifica un anlisis transitorio de 4 s de duracin con un intervalo para tabla de 1 s, lo cual significara que la tabla generada tendra 5 entradas o lneas; la segunda especifica un tiempo de barrido de 10 s, un intervalo para tabla de 0.2 s y a travs de skipbp le dice al programa que utilice las condiciones iniciales de

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inductancias y capacitancias dadas en el archivo de entrada; la ltima sirve para establecer un barrido de 5 s de duracin, que se empieza mostrar a partir de 1 s, y con un intervalo para tabla de 2.5 s.

Ejemplo 1.4. Simule un circuito RLC en serie, sin fuentes, con un voltaje inicial de 12 V en el condensador, y con una duracin del barrido de 5 s. Obtenga la curva de corriente a travs del circuito. R = 20 k, L = 100 mH, C = 50 F.

El archivo para la simulacin ser: Ejemplo 1.4 Anlisis transitorio R1 1 0 20k L1 1 2 100m C1 2 3 50u IC = 12 .tran 5 5 skipbp .probe I(R1) .end Guarde el archivo como Ejemplo 1.4.cir, ejecute la simulacin y observe el

resultado en Probe.

1.6.4 Barrido paramtrico .STEP El barrido .step es un anlisis secundario y no puede declararse solo, debe ir

acompaado de otro barrido tal como el .DC, el .AC o el .Tran, que ser el barrido principal. El barrido paramtrico permite la realizacin del barrido principal, para cada valor del parmetro de inters declarado en la instruccin .step. Este parmetro puede ser de un modelo existente, un parmetro definido por el usuario, una temperatura, un voltaje de una fuente independiente, o una corriente de una fuente independiente. Puede emplearse, por ejemplo, para ver el efecto de la variacin de una resistencia (parmetro) sobre la respuesta transitoria de una corriente; el simulador obtendr los datos para visualizar una curva de respuesta por cada valor del parmetro. Tiene la misma forma de una instruccin .dc.

Forma general de la instruccin:

.Step [Lin]

. Step < parmetro >

. Step < parmetro > Ejemplos de la instruccin .Step:

.Step Vin 20 10 -1 .Step Temp List 50 75 100 .Step Param k 0.1 0.9 0.1

El primer ejemplo es un barrido de tensin de la fuente Vin entre 20 y 10 voltios en pasos de -1 V; el programa ejecutar 11 corridas del barrido principal, y en consecuencia, si el barrido principal genera ms de un punto, en Probe se podrn obtener 11 curvas diferentes para cada variable del circuito. El segundo es un anlisis de temperatura para 50, 75 y 100 C, el programa ejecutar 3 veces el barrido principal. El ltimo corresponde a la variacin lineal del parmetro k, entre 0.1 y 0.9 en pasos de 0.1, el programa evala la variable del barrido principal para nueve valores

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de k.

Ejemplo 1.5. Para el circuito de la figura 1.10, determine la tensin de salida en vaco, con el punto variable en posiciones de l0% al 100% en pasos de 10%. Defina el potencimetro con la resistencia de la porcin inferior Rinf = {(l.00l-K)*R} y resistencia de la porcin superior Rsup = {(0.00l+K)*R. Muestre los resultados en forma de tabla en un archivo texto.

Figura 1.10 Circuito del Ejemplo 1.5

El archivo de entrada del circuito queda as: Ejemplo 1.5 Barrido Parametrico - Potenciometro

Vin 1 0 DC 0 R1 1 2 100 Rsup 2 3 {(0.001+K)*R} Rinf 3 0 {(1.001-K)*R}

.Param R = 100 K = 0.5

.DC Vin List 50

.Step param K 0.1 0.9 0.1

.Print DC V(3)

.End Guarde el archivo como Ejemplo 5.cir, ejecute la simulacin y revise los resultados en el archivo Ejemplo 5.out.

1.7 Subcircuitos en PSpice Un subcircuito se define como un conjunto de componentes que trabajan

unidos para realizar una tarea. Un grupo de elementos interconectados en patrones que se repiten pueden definirse como un subcircuito. Cuando en un circuito se repite un patrn de componentes se puede escribir un sucircuito y despus citarlo, como se hara con una subrutina o un macro en programacin, o pudiera guardarse en una biblioteca de componentes para su uso en otros circuitos. En PSpice la declaracin de un subcircuito se compone de una lnea o declaracin que lo define, una o ms lneas de datos del subcircuito, una declaracin de fin de archivo y una o ms lneas para llamarlo.

1.7.1 Creacin y uso de subcircuitos

La declaracin ms simple de un subcircuito tiene la siguiente estructura:

.SUBCKT Lneas de datos de componentes del subcircuito .ENDS Un subcircuito puede ser complejo y tener muchos nodos internos, pero en su

declaracin slo se mencionan los nodos externos, o sea los que unen el subcircuito con el resto del circuito principal. Las lneas de datos tienen las formas ya conocidas

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de acuerdo a los elementos que lo conforman. Todas las lneas desde .Subckt hasta .Ends estn incluidas en la definicin del subcircuito. Nombre del subcircuito es cualquier nombre que se desee y se usa para llamarlo cuando sea necesario. En la forma general de la declaracin .Subckt se pueden utilizar expresiones y funciones de PSpice.

Para llamar un subcircuito se utiliza la forma:

Xyyy [Nodo ...] ... Ejemplo 1.6. Analizar el circuito de la Figura 1.11 para determinar Vout e Iout,

usando subciruitos.

Las resistencias de 75 , 50 y 25 forman una T que puede verse en la Figura 1.12 y que se repite dos ocasiones como se muestra en la Figura 1.13.

Figura 1.11 Circuito para el Ejemplo 1.6

Figura 1.12 Patrn que se repite en el Ejemplo 1.6

Figura 1.13 Circuito del Ejemplo 1.6 con subcircuitos

El programa para el subcircuito de la figura 1.12 ser: .Subckt T N1 N2 N3 R1 N1 N4 75 R2 N4 N2 50 R3 N4 N3 25 .Ends

y para llamar al subcircuito la declaracin: Xsub1 1 0 3 T Xsub2 3 0 5 T

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El programa completo ser: Ejemplo 1.6 Uso de subcircuitos Vin 1 0 DC 100 R4 3 0 37.5 Rout 5 0 25 * A continuacin la declaracin del subcircuito .Subckt T N1 N2 N3 R1 N1 N4 75 R2 N4 N2 50 R3 N4 N3 25 .Ends * Se llama el subcircuito las veces que sea necesario Xsub1 1 0 3 T Xsub2 3 0 5 T *Declaraciones de control .DC Vin 100 100 1 .Print DC V(5) I(Rout) * V(5) es el voltaje Vout solicitado .Option nopage .End

El subcircuito puede declararse al comienzo, en la parte intermedia o al final (antes de .End), sin que produzca diferencia alguna. En el archivo siguiente se ha colocado la declaracin del subcircuito al final.

Ejemplo 1.6 Uso de subcircuitos Vin 1 0 DC 100 R4 3 0 37.5 Rout 5 0 25 * Se utiliza el subcircuito cuantas veces sea necesario Xsub1 1 0 3 T Xsub2 3 0 5 T *Declaraciones de control .DC Vin 100 100 1 .Print DC V(5) I(Rout) * V(5) es el voltaje Vout solicitado .Option nopage * A continuacin la declaracin del subcircuito .Subckt T N1 N2 N3 R1 N1 N4 75 R2 N4 N2 50 R3 N4 N3 25 .Ends .End

La hoja de resultados da V(5) = Vout = 1.657 V; I(Rout) = 66.3 mA.

Como se ver en la Unidad IV, los subcircuitos pueden guardarse en bibliotecas particulares o agregarse a otras ya existentes.

1.8 Errores comunes en las simulaciones Al iniciar la ejecucin de una simulacin, lo primero que hace el programa es

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verificar la sintaxis de las diferentes lneas del archivo *.cir, una por una, y a continuacin realiza un barrido de punto de operacin en corriente continua. En este proceso puede detectar algunos errores como los siguientes:

1. Si aparece una lnea en blanco al inicio del archivo y en la segunda lnea aparece el ttulo de la simulacin, el programa considera la lnea en blanco como lnea de ttulo y presenta un mensaje de error en la segunda lnea pues el ttulo no tiene un formato que se ajuste a ninguna de las instrucciones de PSpice. Para corregirlo hay que ir al archivo .cir y editarlo suprimiendo la lnea en blanco.

2. Si se omite la lnea de ttulo, el programa toma la primera lnea como ttulo y presenta un mensaje de error sealando que hay un nodo flotante. Nuevamente hay que ir al archivo .cir y editarlo agregando la lnea de ttulo.

3. Cuando un nodo se conecta a un solo elemento, el programa produce el mensaje Node # is floating, en este caso se debe revisar el archivo de datos para verificar que cada nodo aparezca por lo menos dos veces.

4. Si encuentra una declaracin que no se ajuste a las formas estndar del programa aborta la ejecucin y presenta un mensaje de error en el archivo *.out en el sitio donde lo encontr. Se requiere ir al archivo .cir, revisar la sintaxis y editar el archivo. Este mensaje puede presentarse ms de una vez pues cuando el programa encuentra un error aborta la simulacin; cuando se vuelve a ejecutar la simulacin puede encontrar otro. Y as sucesivamente, hasta que no haya errores.

5. Cuando el simulador efecta el barrido de punto de operacin en corriente continua, puede encontrar situaciones que el simulador interpreta como errores, aborta la simulacin y produce un mensaje de error en el archivo de salida. Los ms comunes son:

a) cuando existe una trayectoria cerrada entre una fuente de voltaje y una inductancia. Debido a que en corriente continua la inductancia se comporta como una resistencia de valor cero, la fuente de voltaje queda cortocircuitada; el programa produce un mensaje de error que dice Voltage source and/or inductor loop y el mismo programa sugiere la solucin, que consiste en colocar en serie con uno de los dos elementos una resistencia de un valor suficientemente pequeo que no afecte los resultados del circuito original.

b) cuando quedan dos fuentes ideales de voltaje de diferente valor en paralelo, la condicin viola la ley de voltajes de Kirchhoff. El programa produce un mensaje de error que dice Voltage source and/or inductor loop y la solucin es similar a la del caso anterior, colocar en serie con uno de los dos elementos una resistencia de un valor suficientemente pequeo que no afecte los resultados del circuito original.

c) cuando queda un nodo sin una trayectoria a tierra para la corriente, como en el caso de dos condensadores en serie, el simulador no puede calcular el voltaje del nodo. En este caso el mensaje de error dice Node # is floating, la solucin es editar el archivo .cir y colocar, entre el nodo flotante y tierra, una resistencia de un valor muy grande de manera que no afecte los resultados del circuito original.

d) cuando falta el nodo de tierra, el simulador produce el mensaje Node # is

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floating, se debe revisar el archivo para garantizar que haya un Terminal de tierra llamado cero 0; este error es ms comn cuando las simulaciones se hacen desde el Capture.

1.8 Ejercicios: E.1.1 Responda las siguientes preguntas:

1. El programa ____________ permite simular un circuito mediante un archivo texto.

2. Con el programa ___________ es posible simular un circuito a partir de un esquema del mismo.

3. Si se desea un resultado en modo texto es necesario incluir en el archivo del circuito la instruccin . ______

4. La instruccin . ________ me permite visualizar curvas de voltajes y corrientes de alta resolucin.

E.1.2 Diga en sus propias palabras qu significa cada una de las siguientes lneas incluidas en un archivo *.cir:

Rin 1 2 10 C1 a b 50u IC = 10 Rb in 5 {3/11} L12 24 25 6m Lm 3 0 0.1m IC = 2m Ejercicio 5 * Se trata de un circuito resistivo serie paralelo .Print DC I(R4) ; es la corriente a travs de la resistencia de 2 ohmios .Probe Cout 23 out {Cvar}

E.1.3 Escriba las lneas de datos correspondientes a los siguientes elementos:

a) Resistencia de 20 k conectada entre los nodos 11 y 24 b) Resistencia de 5/13 conectada entre los nodos in y medio c) Resistencia de valor variable conectada entre los nodos 5 y salida d) Inductancia de 5 mH conectada entre los nodos 0 y 7 con una IC = 3 mA e) Capacitancia de 25 F conectada entre tierra y el nodo medio f) Fuente de voltaje de 12 voltios de continua conectada entre tierra y el nodo 1,

con el positivo hacia tierra g) Fuente de corriente sinusoidal de 2 V pico y un ngulo de fase de 30 con el

positivo hacia el nodo 4 y el negativo hacia el nodo 13

E.1.4 Escriba un ejemplo de la instruccin que se utilizara para: a) que las variables de salida se muestren en un archivo texto b) declarar una inductancia con condiciones iniciales c) obtener las curvas de salida de un circuito alimentado por una fuente sinusoidal d) finalizar la entrada de datos de un circuito e) iniciar un archivo *.cir

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f) explicar que la lnea anterior es la rama de mayor inters en la simulacin

E.1.5 Qu debe hacer si al ejecutar una simulacin recibe un mensaje de nodo flotante?

E.1.6 Cmo se evita un mensaje de Voltage source and/or inductor loop? E.1.7 Para qu se utiliza la opcin noecho? E.1.8 Qu se logra con la opcin List? E.1.9 Qu efecto produce la opcin nopage? E.1.10 A partir del archivo siguiente, dibuje el circuito en que se origina, y explique qu har el programa PSpice cuando se ejecute la simulacin:

Circuito RLC V1 1 0 AC 10 30 R1 1 2 22 L1 2 3 2 C1 3 0 0.25 .AC DEC 11 0.1 100 .PROBE .PRINT AC I(R1) IP(R1) IR(R1) II(R1) .END

E.1.11 Se tiene un circuito resistivo en serie compuesto por una fuente de 24 voltios de corriente continua y tres resistencias de 2 , 4 y 5 respectivamente. Calcule, mediante el PSpice, los voltajes en los terminales de cada una de las resistencias, la corriente del circuito, y los voltajes de los nodos.

E1.12 Edite el archivo de entrada del ejercicio anterior para obtener la corriente a travs de la fuente, y a travs de cada una de las resistencias. Incluya la declaracin .Option nopage. Ejecute el programa y compare los resultados. Encuentra algo que merezca la pena comentar? Qu diferencia encuentra en cuanto al formato de presentacin del archivo *.out?

E1.13 Edite de nuevo el archivo de entrada para incorporar la instruccin .option noecho con el fin de eliminar la declaraciones del circuito en el archivo de salida. Ejecute la simulacin y observe los cambios en el archivo de salida, logr lo que se buscaba?, en caso negativo cambie la ubicacin de la declaracin .option noecho.

E1.14 Edite nuevamente el archivo de entrada y elimine las declaraciones de anlisis y de salida de resultados. Observe el archivo de salida. Qu valores calcula el programa por defecto?

E1.15 Qu sucede si usted elimina la lnea de ttulo del archivo de entrada anterior? E1.16 En la figuras 1.14, 1.15 y 1.16 se presentan tres circuitos. a) Dibuje cada uno de ellos identificando los nodos y asignando nombres a los elementos de acuerdo a las convenciones de PSpice. b) Escriba el archivo de entrada de datos para cada uno de ellos de manera que le permita encontrar el voltaje de los diferentes nodos y verificar la ley de Kirchhoff de voltajes. c) Edite sus archivos para incluir una instruccin Print que le presente las corrientes de las ramas del nodo que usted haya designado como

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nodo 2, y verifique el cumplimiento de la ley de Kirchhoff de corrientes.

Figura 1.14 Circuito 1 del ejercicio E1.16



E1.17 Conecte una fuente de 10 V de DC en serie con una resistencia de 2 , una inductancia de 10 mH un condensador de 25 F y otro de 15 F. Trate de ejecutar la simulacin para encontrar la corriente del circuito. Qu dificultad encuentra y cmo podra resolverla?

E.1.18 Conecte en paralelo una fuente de 12 V de continua, una resistencia de 3 , una inductancia de 5 mH y un condensador de 10 F. Trate de hacer la simulacin para encontrar la corriente total del circuito. Qu dificultad existe y cmo puede hacer para ejecutar la simulacin?

E.1.19 Para el circuito representado en la Figura 1.17, v(t) = 100 cost voltios. Halle los voltajes y corrientes en estado estable, en magnitud y fase, y construya un diagrama fasorial con los resultados.

Figura 1.17 Circuito para el ejercicio E.1.19

E.1.20 Encuentre la curva de tensin vs tiempo en los terminales de la resistencia de 5 k del circuito de la Figura 1.18, si v(t) = 100 sen(100t) voltios. Para los diodos use

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el modelo genrico de PSpice.


E.1.21 Calcule la resistencia equivalente vista desde los terminales de la izquierda de la red de la Figura 1.19, utilizando subcircuitos, si se sabe que cada una de las resistencias tiene un valor de 3 .


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Unidad II Fuentes o Seales de Entrada

Objetivos Despus de estudiar esta unidad usted debera ser capaz de

1. identificar los tipos de fuentes independientes ms comunes en PSpice, su denominacin y su uso

2. identificar los parmetros de diferentes tipos de fuente independientes 3. escoger el tipo de fuente adecuado a un barrido determinado 4. escribir declaraciones de diferentes tipos de fuentes independientes 5. identificar diferentes tipos de fuentes controladas y su denominacin 6. escribir declaraciones de fuentes controladas 7. identificar fuentes ABM y la forma de declararlas 8. escribir declaraciones de fuentes ABM 9. utilizar fuentes en la simulacin de circuitos

Actividades de aprendizaje 1. Lea cuidadosamente los contenidos de esta unidad 2. Simule un circuito compuesto por una fuente y una resistencia de 1 , y

utilcelo para ver en Probe las fuentes de los diferentes ejemplos 3. Ejecute las simulaciones y revise los resultados, tanto en los archivos texto

como en Probe, segn corresponda 4. Realice los ejercicios del final de la Unidad

Introduccin Las fuentes que aparecen en un circuito condicionan los resultados de la

simulacin. En el caso del PSpice hay una gran variedad de fuentes que pueden emplearse, sin embargo no todas son actas para todos los tipos de anlisis, por esta razn esta unidad trata sobre los tipos ms comunes de fuentes empleadas en circuitos analgicos, sus parmetros caractersticos y las formas de declaracin de las mismas

2.1 Tipos de fuentes ms comunes Las fuentes de tensin o de corriente hacen parte fundamental de los circuitos

elctricos y electrnicos, y condicionan los resultados. El programa PSpice trae una serie de fuentes de diferente tipo, tanto para uso en circuitos analgicos como digitales y mixtos. En esta seccin se consideran los tipos de fuentes ms comunes en circuitos analgicos, las cuales se pueden dividir en tres clases:

1) Las de voltaje o corriente invariables con el tiempo: a) Fuentes DC o de corriente continua

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b) Fuentes AC o de corriente alterna en estado estable o fasoriales 2) Las de voltaje o corriente variables en el tiempo:

a) Fuentes SIN o sinusoidales b) Fuentes PWL o de segmentos lineales c) Fuente PULSE o cadenas de pulsos d) Fuentes EXP o exponenciales

3) Las controladas o dependientes: a) Fuente E, de voltaje controlada por voltaje b) Fuente F, de corriente controlada por corriente c) Fuente G, de corriente controlada por voltaje d) Fuente H, de voltaje controlada por corriente

4) Fuentes especiales: a) Fuente SFFM, de frecuencia modulada b) Fuente controlada tipo Poly, de voltaje o de corriente

5) Fuentes ABM a) Fuente tipo Value b) Fuente tipo Table c) Fuente tipo Laplace d) Fuente tipo Freq e) Fuente tipo Chevyshev La forma general de declaracin de fuentes independientes es la siguiente:

+ [ [DC] ] + [ AC [ngulo de fase] ] + [especificaciones de fuente para anlisis transitorio]

2.2 Fuentes con valores invariables en el tiempo Son seales de voltaje y de corriente que se usan para anlisis en estado

estable, tanto en corriente continua como en corriente alterna .DC, .TF, .SENS, .AC, y .NOISE.

2.2.1 Fuentes de corriente continua en estado estable (DC) Se usan con anlisis .DC, funcin de transferencia .TF y anlisis de sensibilidad

.Sens; pudiera usarse en anlisis transitorio si en el circuito existen interruptores, o si se declaran condiciones iniciales en inductancias y condensadores. Se definen con los siguientes parmetros:

[DC] Nombre es una cadena de caracteres que acompaa a V o I; N+ es el terminal

positivo de las fuente de voltaje o el nodo por donde entra la corriente a la fuente si es una fuente de corriente; N- es el Terminal negativo de la fuente de voltaje o el nodo por donde sale la corriente si se trata de una fuente de corriente; observe que la expresin DC es opcional. A continuacin tres ejemplos:

Vent 3 0 DC 23

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Iaux in out 2.5 V1 1 0 DC 0

El primero es una fuente de voltaje de 23 V, conectada entre los terminales 0 y 3, donde 3 es el terminal positivo; el segundo corresponde a una fuente de corriente de 2.5 A, fluyendo del terminal in al terminal out, el tercero es una fuente de voltaje de valor cero, con el positivo en el nodo 1 y el negativo en tierra.

2.2.2 Fuentes de corriente alterna en estado estable (AC) Se usan para anlisis .AC o barrido de frecuencia y para anlisis de ruido o

.NOISE. Sirven para expresar voltajes y corrientes en forma fasorial. Se definen con los siguientes parmetros:

[fase] Ejemplos: I2 3b 3c AC 5 Vmia n1 n2 AC 120 60

El primer ejemplo es una fuente de corriente alterna de 5 A conectada entre los nodos 3b y 3c, con ngulo de fase 0; el segundo se trata de una fuente de corriente alterna de 120 voltios y 60, conectada entre los terminales n1 y n2. En este caso, AC es necesario y va despus de la declaracin de los nodos.

2.3 Fuentes con valores variables en el tiempo Son fuentes, tanto de voltaje como de corriente, que se utilizan para anlisis

transitorio y aquellos que se derivan de ste, como .FOUR

2.3.1 Fuentes de corriente alterna sinusoidal para anlisis transitorio (SIN) Se utiliza para anlisis transitorio .Tran y para anlisis de Fourier .FOUR. Es

una fuente de corriente alterna sinusoidal amortiguada. No se emplea para anlisis fasorial. Se define con los siguientes parmetros:

+

Figura 2.1 Fuente sinusoidal amortiguada Vsin

Voff es el voltaje de offset o componente de continua; Vpico es el valor pico de la onda inicial; F es la frecuencia en Hertz; TD es el atraso en el inicio de la seal en segundos; es el coeficiente de amortiguamiento; y Fase es el ngulo de fase de la onda sinusoidal. Los tres ltimos son opcionales y tienen cero como valor por defecto.

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Obedece a la ecuacin atefaseTDtFsenoVpicoVofftv ++= ])(2[)( . La imagen de la Figura 2.1 representa una onda seno con un Voff = 4, Vpico = 3, F = 5 Hz, TD = 0.5 s, = 5, Fase = 90. La grfica empieza en 7 = 4 + 3 sen(90), y dura con ese valor hasta t = 0.5 s que corresponde al atraso de la seal alterna, despus se inicia la oscilacin amortiguada centrada en el valor de la componente de continua y cuando la seal alterna se amortigua totalmente (t = TD + 5/a = 0.5 + 5/5 = 1.5) queda con un valor de 4 unidades de voltaje o de corriente.

Ejemplos: Vin 1 0 Sin (10 50 60 5m 0 30) Iaux 18 23 Sin (0 3 1k 50) Va 6 7 sin (0 120 60)

La primera fuente es una sinusoidal con 50 V pico, desplazada haca arriba 10 V, con una frecuencia de 60 Hz y un ngulo de fase de 30, sin amortiguamiento, que se inicia al cabo de 5 milisegundos, como se ve en la Figura 2.2. La segunda es una fuente sinusoidal de 1 kHz, 3 voltios pico y con un factor de amortiguamiento de 50 s-1. La tercera es una fuente sinusoidal de 120 voltios pico, a 60 Hz.

Time

0s 10ms 20ms 30msV(1)

-100V

0V

100V

Figura 2.2 Ejemplo de fuente sinusoidal de voltaje

2.3.2 Fuentes de segmentos lineales (PWL) Se emplea para anlisis transitorio .Tran y .Four. Representa una seal

compuesta por tramos rectos. Se declara como pares ordenados tiempo-valor de los puntos de interseccin de los tramos rectos (vrtices), segn las formas siguiente, teniendo en cuenta que t1 < t2 < t3 Si el tiempo de la simulacin es mayor que el ltimo t declarado, la fuente mantiene el ltimo valor declarado de voltaje o corriente. Se define con los siguientes parmetros.

+ +

Ejemplos: Va 2 0 PWL 0, 0 0.0001, 10 V2 a b PWL 1 0 1.0001 10

I3 1 7 PWL 0,0 1,2 2,0

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V1 n1 n2 PWL (0,0 2,-3 4,3 6,0) I1 1 0 PWL Repeat for 5 (0,0 1,2 3,0) endrepeat I2 1 0 PWL Repeat forever (0,0 1,2 3,0) endrepeat I2 1 0 PWL Repeat for -1 (0,0 1,2 3,0) endrepeat

Observe que los pares tiempo-valor pueden separarse por comas o por espacios. El primer ejemplo es una escaln con un valor de 10, que empieza en t = 0; la segunda es la misma seal anterior pero empezando en t = 1 s; la tercera es una seal triangular positiva; la cuarta es una seal de tramos rectos con cuatro vrtices, que se puede apreciar en la Figura 2.3, observe que el ltimo valor declarado para la fuente (V = 0) se mantiene para valores de t > 6; la quinta es una seal triangular que se repite 5 veces; la sexta es una seal triangular que se repite durante toda la duracin del barrido transitorio, y la sptima es otra forma de declarar la misma seal anterior; note que for -1 se interpreta como forever.

Time

0s 2.0s 4.0s 6.0s 7.0sV(n1)

-4.0V

0V

4.0V

Figura 2.3 Ejemplo de seal PWL

2.3.3 Fuentes de pulsos (PULSE)

Figura 2.4 Fuente PULSE

Esta es una fuente que produce una onda en forma de pulsos (vea la fig. 2.4). Se emplea para anlisis .tran y .four, y se define segn la forma siguiente:

+ En donde V1 es el valor inicial, V2 el valor final, TD es el atraso en el inicio en

segundos, TR es el tiempo de levante o tiempo de transicin entre el valor inicial y el valor final, TF es el tiempo de cada o de transicin entre el valor final y el valor inicial, PW representa el ancho del pulso en segundos, y PER es el periodo de la cadena de pulsos. Los tiempos de transicin TR y TF no pueden ser cero.

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Ejemplos: I1 3 2 Pulse (0 2 10m 1m 1m 10m 20m) V1 5 0 Pulse (-2 2 0 1m 1m 1.5 2)

El primer ejemplo es una cadena de pulsos positivos que se inicia 10 ms despus de iniciada la simula

Guía OrCAD 2007-3 Prof. Jaime Salcedo

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