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DPTO. DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR

SEMINARIO: SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS DE POTENCIA CON ORCAD PSPICE J.D.AGUILAR; P.LOZANO; R.MORALES; M.J.LÓPEZ


Seminario Introducción a Orcad PSpice 9.2 Demo

1. PROGRAMAS DE SIMULACIÓN _____________________________________ 4 2. ORCAD 9.2 DEMO: DESCRIPCIÓN ___________________________________ 7 2.1 INTRODUCCIÓN ____________________________________________________ 7 2.2 REQUISITOS MÍNIMOS DEL SISTEMA E INSTALACIÓN _________________ 8 2.3 COMPONENTES DEL PAQUETE ______________________________________ 8 2.4 LIMITACIONES DE LA VERSIÓN DE EVALUACIÓN ____________________ 11

3. ORCAD CAPTURE ________________________________________________ 12 3.1 INTRODUCCIÓN ___________________________________________________ 3.2 ENTORNO DE TRABAJO DE CAPTURE _______________________________ 3.3 CREACIÓN DE UN NUEVO PROYECTO _______________________________ 3.4 GESTOR DE PROYECTOS ___________________________________________ 3.5 EDITOR DE ESQUEMAS ____________________________________________

12 12 14 15 16

3.5.1 EDICIÓN DE UN CIRCUITO ___________________________________________ 3.5.2 EDITOR DE PROPIEDADES ___________________________________________ 3.5.3 OPCIONES DE SIMULACIÓN __________________________________________ 3.5.3.1 ANÁLISIS BIAS POINT _______________________________________________ 3.5.3.2 ANÁLISIS DC SWEEP _______________________________________________ 3.5.3.3 ANÁLISIS AC SWEEP/NOISE __________________________________________ 3.5.3.4 ANÁLISIS TRANSIENT/FOURIER/PARAMETRIC___________________________ 3.5.4 EDITOR DE COMPONENTES __________________________________________

19 23 24 25 27 28 29 35

3.6 INFORME DE LA SESIÓN ___________________________________________ 36 3.7 TIPOS DE FICHEROS _______________________________________________ 36

4. SCHEMATICS_____________________________________________________ 38 4.1 INTRODUCCIÓN ___________________________________________________ 38 4.1.2 IMPORTAR .SCH A .OPJ_______________________________________________ 39

4.2 PSPICE DESIGN MANAGER _________________________________________ 4.3 ENTORNO DE TRABAJO DE SCHEMATICS ____________________________ 4.4 EDICION DE UN CIRCUITO _________________________________________ 4.5 LIBRERÍAS DE COMPONENTES _____________________________________ 4.6 INCLUSIÓN DE FICHEROS __________________________________________ 4.7 PREPARACIÓN DEL ANÁLISIS ______________________________________ 4.8 EDITOR DE COMPONENTES ________________________________________ 4.9 VISUALIZADOR DE MENSAJES _____________________________________ 4.10 FICHEROS QUE GENERA PSPICE ___________________________________

40 41 43 45 46 46 48 50 50

5. PSPICE A/D _______________________________________________________ 51 5.1 ENTORNO DE TRABAJO DE PSPICE A/D ______________________________ 5.2 AGREGAR NUEVA GRÁFICA ________________________________________ 5.3 FUNCIONES VÁLIDAS EN PSPICE A/D________________________________ 5.4 FUNCIONES OBJETIVO (GOAL FUNCTIONS) __________________________ 5.5 DEFINICIÓN DE UNA MACRO _______________________________________ 5.6 AGREGAR NUEVO PLOT ___________________________________________ 5.7 MENU DE EJES ____________________________________________________ © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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51 55 56 57 58 59 60


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5.8 MENÚ CURSOR ___________________________________________________ 60 5.9 FICHERO .CIR _____________________________________________________ 62 5.9.1 NORMAS DE DEFINICIÓN PARA UN CIRCUITO ___________________________ 62 5.9.2 ESTRUCTURA DE UN FICHERO .CIR ____________________________________ 64 5.9.3 INCLUSIÓN DE LA SENTENCIA” .PROBE” _______________________________ 65

5.10 TIPOS DE ANÁLISIS _______________________________________________ 66 5.10.1 ANÁLISIS DC ______________________________________________________ 5.10.2 CÁLCULO DEL PUNTO DE TRABAJO (BIAS POINT) _______________________ 5.10.3 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD __________________________________________ 5.10.4 ANÁLISIS DE LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA _________________________ 5.10.5 ANÁLISIS DE AC____________________________________________________ 5.10.6 ANÁLISIS TRANSITORIO _____________________________________________ 5.10.7 ANÁLISIS DE FOURIER ______________________________________________ 5.10.8 ANÁLISIS PARAMÉTRICO ____________________________________________ 5.10.9 ANÁLISIS DE TEMPERATURA _________________________________________ 5.10.10 ANÁLISIS ESTADÍSTICO (MONTE CARLO Y PEOR CASO) __________________ 5.10.11 CONDICIONES INICIALES ___________________________________________

67 68 69 69 69 72 75 78 80 80 81

6. MODELOS ________________________________________________________ 82 6.1 INTRODUCCIÓN ___________________________________________________ 6.2 DEFINICIÓN DE UN MODELO _______________________________________ 6.3 MODELOS DE SEMICONDUCTORES _________________________________ 6.4 SUBCIRCUITOS ___________________________________________________

82 83 84 88

6.4.1 INTRODUCCIÓN ____________________________________________________ 6.4.2 DEFINICIÓN DE UN SUBCIRCUITO _____________________________________ 6.4.3 INSERCIÓN DE UN SUBCIRCUITO ______________________________________ 6.4.4 SUBCIRCUITOS DE COMPONENTES COMPLEJOS _________________________

88 88 89 90

6.5 EDITOR DE MODELOS _____________________________________________ 94 6.6 CREACIÓN DE UN NUEVO MODELO _________________________________ 95

7. LIBRERÍAS _______________________________________________________ 96 7.1 INTRODUCCIÓN ___________________________________________________ 7.2 USO DE LAS LIBRERÍAS ____________________________________________ 7.3 FICHERO ÍNDICE DE LAS LIBRERÍAS ________________________________ 7.4 DISPONIBILIDAD DE LIBRERÍAS ____________________________________

96 97 98 98

8. ESTÍMULOS ______________________________________________________ 99 8.1 INTRODUCCIÓN ___________________________________________________ 99 8.2 DEFINICIÓN DE FORMAS DE ONDA ________________________________ 100 8.3 EDITOR DE ESTÍMULOS ___________________________________________ 107

9. MODELADO DEL COMPORTAMIENTO ANALÓGICO _______________ 108 9.1 INTRODUCCIÓN __________________________________________________ 108 9.2 DISPOSITIVOS ___________________________________________________ 109

10. CADENCE ORCAD 16.3 DEMO____________________________________ 119 10.1 INTRODUCCIÓN _________________________________________________ 10.2REQUISITOS MINIMOS DEL SISTEMA ______________________________ 10.3 COMPONENTES DEL PAQUETE ___________________________________ 10.4 EJEMPLO CON CADENCE ORCAD 16.3 _____________________________

119 119 120 122

11. BIBLIOGRAFÍA _________________________________________________ 126 © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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1. PROGRAMAS

DE SIMULACIÓN

Un simulador es una herramienta informática que permite reproducir sobre el ordenador el funcionamiento de los circuitos electrónicos.

La mayor parte de estos simuladores deriva de SPICE (Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis) desarrollado en la Universidad de California-Berckley, En la actualidad incorporado en el paquete que comercializa Orcad. En 1984 apareció el programa PSpice, versión para PC. Todos estos son

muy útiles para trabajar con pequeños circuitos pero presentan

problemas en circuitos más complejos, empleando un tiempo elevado de procesador y gran cantidad de memoria. Aunque, hoy en día, estos problemas pueden ser menores debido a la gran capacidad de cálculo de los ordenadores actuales.

La lista de los diferentes programas de simulación existentes en el mercado, tanto en el ámbito profesional como docente, es muy extensa. Pero dentro de todos estos existen algunos que, por disponer de versiones de evaluación, entre otras razones, son más conocidos y utilizados. De estos últimos haremos una mención de algunos de ellos además de mostrar una imagen capturada.

ORCAD 9.2

OrCAD es un paquete de diseño de circuitos electrónicos asistido por ordenador que comprende un gran número de herramientas. Tras la adquisición de la empresa Microsim por parte de OrCAD se unificó las herramientas del diseño y la simulación de circuitos electrónicos en un solo paquete, dando lugar al lanzamiento de la versión OrCAD 9.2. La herramienta Orcad-PSpice, incluida en este paquete, nos permitirá diferentes tipos de simulación analógica, digital o mixta. URL: http://www.cadence.com/us/pages/default.aspx

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Figura 1.1- Pantalla de Orcad Capture en la que vemos el editor de circuitos, el gestor de proyectos y PSpice A/D.

MICRO-CAP Micro-Cap es un editor esquemático integrado y simulador analógico/digital que proporciona un esbozo interactivo y simula el entorno para ingenieros electrónicos. Desde su edición original en 1982, Micro-Cap ha sido constantemente ampliada y mejorada. Micro-Cap mezcla un interfaz moderno, intuitivo con algoritmos numéricos robustos para producir niveles incomparables de poder de simulación y facilidad del uso. URL: http://www.spectrum-soft.com

Figura 1.2 – Entorno de trabajo de Micro-Cap © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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MULTISIM

Simulador interactivo de circuitos electrónicos. Es el único simulador que le permite modificar su esquemático mientras se ejecuta la simulación para explorar los escenarios en tiempo real. Posee instrumentos virtuales reales que facilitan su manejo (osciloscopio), Simulación SPICE y diseño flexible de tarjeta de circuito impreso (PCB) de NI Ultiboard. También ofrece integración con los productos LabVIEW, lo que permite integrar todo el proceso de diseño y análisis

URL: http://www.electronicsworkbench.com

Figura 1.3 - Editor de circuitos de MultiSim y NI Ultiboard para crear PCB. ESPECÍFICOS PARA ELECTRÓNICA DE POTENCIA PSIM 6.0: Es un programa específico para simulación de circuitos electrónicos de potencia y control de motores. URL: http://www.powersimtech.com SIMPLORER: (48MB) URL: http://www.ansoft.com CASPOCFREWARE: (47MB) URL: http://www.caspoc.com POWER SYSTEM BLOCKSET: Toolbox de Matlab/Simulink que incorpora modelos y bloques de electrónica de potencia. URL: http://www.mathworks.com INTERACTIVE POWER ELECTRONICS ON LINE TEXT: URL: http://www.powerdesigner.com.

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CONRED y INSIMEEP: Curso asistido sobre simulaciones dinámicas interactivas sobre los temas convertidores conmutados por la red y inversores. URL: http://www./iee.edu.uy

En la actualidad hay nuevas versiones ya desarrolladas, como Cadence OrCAD 16.3. Esta versión además de las herramientas para el diseño y simulación de circuitos, también ofrece una serie de herramientas relacionadas con la creación de circuitos como las herramientas para diseñar placas de circuitos impreso (PCB), para su posterior fabricación, y otras muchas más. La diferencia mas resaltada de esta última versión de Orcad es que el programa que se llama en Orcad 9.2 Layout, en esta última se llama Orcad PCB editor y los procedimientos de trabajo en uno y otro programa son completamente distintos.

2. ORCAD 9.2 DEMO: DESCRIPCIÓN 2.1. INTRODUCCIÓN Tras la adquisición de la empresa Microsim por parte de Orcad, se creó un paquete de aplicaciones en el software de diseño y simulación de circuitos electrónicos y eléctricos de una potencia elevada. A la gran capacidad de diseño de los productos Orcad se unió, el estándar en la simulación de circuitos electrónicos y eléctricos (PSpice) y el resultado ha sido, entre otras, la versión de Orcad PSpice 9.2.

Es un paquete que trabaja bajo el entorno gráfico Windows. En la parte que se refiere a simulación nos permitirá los análisis transitorios, de respuesta en frecuencia, análisis de Fourier, análisis paramétrico, análisis de ruido, del pero caso, etc. Además, el tipo de simulaciones que serán posibles realizar serán analógicas, digitales y mixtas.

Trabajaremos bajo entorno gráfico, solicitando e introduciendo datos mediante el uso de menús despegables y botones pertenecientes a diferentes barras de herramientas y con el uso del ratón.

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2.2. REQUISITOS MÍNIMOS DEL SISTEMA DE INSTALACIÓN Las características mínimas del equipo donde instalemos la versión Orcad 9.2 Demo deberán ser las siguientes: •

Intel Pentium o procesador equivalente

Window NT (Con Service Pack 3 o posterior, instalado), Windows Vista.

32 MB RAM (minimo)

200 MB de espacio libre en disco duro

Resolución de pantalla 800 x 600 mínima (recomendado 1024 x 768).

NOTA: Cuando instalemos la versión completa de Orcad Pspice 9.2, tendremos dos maneras de diferentes de instalación, la automática (Typical) y la manual (Custom). Esto es importante recalcarlo, ya que, como hemos comentado, a partir de esta versión de Orcad, la instalación del programa no trae por defecto la instalación de Schematics, por lo que debemos hacer una instalación manual para poder instalarlo como muestra la ilustración 1.1 siguiente.

Ilustración 1.1 Instalación Schematics en Orcad Pspice 9.2

2.3. COMPONENTES DEL PAQUETE El paquete contiene un número de Estas aplicaciones son las siguientes:

aplicaciones totalmente funcionales cada una de ellas.

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Capture 9.2 Versión estudiante Orcad Layout Plus 9.2 Versión estudiante PSpice A/D 9.2 Versión estudiante PSpice Model Editor Versión estudiante PSpice Optimizer Versión estudiante PSpice Stimulus Editor Versión estudiante

Figura 2.1 – Grupo de programas del paquete Orcad 9.2 Demo

ORCAD CAPTURE 9.2 Utilizando OrCAD Capture puede crear esquemas para diseños analógicos o mixtos. El editor de páginas de esquemas de Capture le ayuda a crear el diseño de la forma más eficaz. Después de crear el diseño, utilice las herramientas de Capture para anotar rápidamente el esquema y prepararlo para el siguiente estado del desarrollo.

Capture se comunica de forma interactiva con OrCAD PSpice y OrCAD Layout, de modo que puede depurar fácilmente sus proyectos. Además de las más de 30,000 librerías incluidas con Capture, puede crear sus propias partes y librerías. También puede guardar esquemas como si fueran librerías para su uso posterior.

ORCAD LAYOUT 9.2 Permite el diseño PCB ayudándose de los módulos anteriores o ficheros de otros programas: creación del circuito con sus componentes, su ubicación o emplazamiento sobre la placa, la interconexión, la generación de máscaras y finalmente la documentación.

PSPICE A/D 9.2 Orcad Pspice A/D nos permitirá simular los distintos circuitos creados desde el esquemático a través del programa Orcad Capture, o mediante un fichero de texto “.CIR”. PSpice inicia la simulación, mediante algoritmos matemáticos, del comportamiento del circuito en los diferentes tipos de análisis solicitados. Podremos elaborar simulaciones analógicas, digitales y mixtas. El número de análisis disponibles es muy alto. El resultado final queda almacenado en diferentes tipos de ficheros de salida tras lo cual estos pueden ser editados para su visualización o utilizados por procesadores de gráficos. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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PSPICE MODEL EDITOR Es un programa que nos permitirá modelar cualquier elemento de una librería o incluso diseñar elementos propios a partir de sus características.

PSPICE OPTIMIZER Esta aplicación calcula el valor unos parámetros del circuito para que éste cumpla una serie de condiciones. Es decir, PSpice Optimizer, mediante llamadas a PSpice A/D, realiza simulaciones de forma iterativa ajustando los valores de los parámetros hasta que se cumpla la función objetivo, definida bajo una serie de restricciones. Se puede prescindir de restricciones si no es necesario imponerlas.

PSPICE STIMULUS EDITOR Es un programa que nos permitirá generar diferentes tipos de señales, con la posibilidad de visualizarlas a la vez que se están diseñando

Haremos referencia a la parte de Orcad SCHEMATICS que desapareció en la versión de Orcad 9.1.

Esta aplicación permite la captura de esquemáticos (CE). Con la CE, se introduce y edita el esquemático del circuito de forma sencilla usando la técnica de arrastrar y soltar con el ratón. Así la posibilidad de conexiones erróneas o nudos flotantes es menor que si introdujéramos el esquemático en modo texto (en entornos sin CE). ¿Qué diferencia hay entre Schematics y Capture? Schematics es un programa que incorpora el software de aplicación DesignLab Eval 8, última versión que lanzó al mercado la firma Microsim antes de fusionarse con Orcad, la cual a su vez ha sido adquirida por Cadence. De esta fusión nace el entorno de simulación y desarrollo de proyectos Orcad PSpice 9.2, segunda versión tras la desaparición de Microsim, donde aparece dentro del paquete el programa Capture, la nueva herramienta de diseño electrónico, manteniendo la opción de instalar el programa en la versión Orcad 9.1 aunque en versiones posteriores ya desaparece por completo,

pero

existen parches

en la pagina oficial

de Orcad (

http://www.cadence.com/products/orcad/pages/default.aspx ) para poder seguir utilizándolo.

Después de esta breve reseña histórica, señalar que la diferencia existente entre Schematics y Capture radica en la forma de aparecer en el mercado profesional puesto que a la hora © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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de trabajar poseen muchos aspectos similares de simulación, diseño y edición de circuitos. Destacar que Capture tiene una mejor organización a la hora de realizar proyectos, visualizando y estructurando los ficheros desarrollados en la elaboración de dicho proyecto de una forma sencilla de manejar.

2.4. LIMITACIONES DE LA VERSIÓN DE EVALUACIÓN Como todas las versiones de evaluación, esta nos permitirá hacer un uso limitado de las funciones de los diferentes programas. Estas limitaciones son: Orcad Capture CIS 9.2 Versión estudiante: • • • •

Los diseños no deben exceder de 30 casos. Eso significa que se puede colocar 1 elemento 30 veces, 30 componentes distintos 1 vez o cualquier combinación entre ellas. Quince componentes por librería. No se podrá modificar o grabar unos componentes de esa librería si contiene más de 15 elementos. No podrá realizarse exportación de EDIF El asistente a través de Internet no está habilitado.

PSPICE A/D 9.2 Versión estudiante La simulación de circuitos está limitada a un número máximo de: • • • • •

64 nodos 10 transistores 65 dispositivos primitivos digitales 10 líneas de transmisión en total (ideal o no ideal) 4 líneas de transmisión conectadas en parejas.

Límites adicionales: • • •

La biblioteca de muestra incluye 39 elementos analógicos y 134 elementos digitales. No puede crear ficheros de datos de formato de CSDF. Puede mostrar sólo datos de simulación de simulaciones realizadas con la versión de estudiante del simulador.

PSPICE STIMULUS EDITOR Versión estudiante: •

La generación del estímulo se limita a las señales sinusoidales (analógico) y relojes (digital).

PSPICE MODEL EDITOR Versión estudiante: •

Sólo se permiten crear, editar y guardar librerías de diodos.

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Orcad Layout Plus 9.2 Versión estudiante: • • •

Sólo se permiten crear, editar y guardar pequeños diseños y librerías. Un máximo de 15 componentes Un máximo de 100 conexiones.

Las limitaciones de PSPICE SCHEMATICS Versión estudiante en la ultima versión que aparece (Orcad PsPice 9.1) • •

Puede colocar un máximo de 50 partes sobre un diseño esquemático. Puede usar sólo el tamaño A de hoja de papel.

3. ORCAD CAPTURE 3.1. INTRODUCCIÓN La opción Orcad Capture CIS es la aplicación del programa que permite la creación de circuitos eléctricos y electrónicos bajo un entorno gráfico, tanto analógicos como digitales, o bien mixtos. El acceso a esta aplicación se realiza directamente desde el icono correspondiente a la aplicación, situado en el grupo de programas Orcad Demo bajo el nombre OrCAD CIS Demo.

3.2. ENTORNO DE TRABAJO DE CAPTURE Cuando seleccionamos y entramos en el programa, aparece la pantalla tal y como se muestra en la figura 3.2, con la barra de herramientas de Capture (figura 3.1) y el informe de la sesión. No obstante podremos configurar el área de trabajo y especificaciones del proyecto desde el menú desplegable Options, seleccionando Preferences.

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2 3

4

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6 7

8

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20 21

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Figura 3.1 – Barra de herramientas de Capture

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HERRAMIENTA

NOMBRE

DESCRIPCIÓN

1

New

Crea un documento nuevo basándose en el documento activo.

2

Open

Abre un proyecto o librerías ya existentes.

3

Save

Salva el documento, esquema o parte activo.

4

Print

5

Cut

6

Copy

Copia el objeto seleccionado al portapapeles.

7

Paste

Pega el contenido del portapapeles en el cursor.

8

Undo

9

Redo

10

Zoom In

11

Zoom Out

12

Zoom Area

13

Zoom All

14

Annotate

15

Back Annotate

16

Design Rules Check

17

Create Netlist

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Cross Reference

19

Bill of Materiales

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Snap-to-Grid

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Project Manager

22

Help Topics

Imprime las partes seleccionadas en la carpeta de esquemas, o la página de esquema o parte activa. Borra el objeto seleccionado y lo coloca en el portapapeles.

Deshace el último comando ejecutado, si fuera posible. Rehace el último comando realizado, si fuera posible. Hace Zoom in para ver más detalle. Hace Zoom out para ver una porción mayor en el diseño. Especifica un área de la página del esquema o de la parte para que esta ocupe toda la ventana. Muestra todo el documento. Asigna referencias de partes a partes en las páginas de esquemas seleccionadas. Realiza un retro anotación de las páginas de esquemas seleccionadas. Busca violaciones de las reglas en las páginas de esquemas seleccionadas. Crea una lista de conexiones de las páginas seleccionadas. Crea un informe de referencias cruzadas para las páginas de esquemas. Crea una lista de materiales para las páginas de esquemas seleccionadas. Conmuta la edición de partes o de páginas de esquemas para trabajar dentro o fuera de la rejilla. Muestra la ventana del gestor de proyectos para el documento activo. Abre la ayuda en línea.

Cuando iniciemos un nuevo proyecto o abramos uno existente aparecerán otras ventanas que configuran el contenido del programa. Estas son: •

El administrador de diseños (Design Manager)

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• • •

El editor de páginas de esquemas (Schematic Page Editor) El editor de componentes (Part Editor) El informe de la sesión (Session Log). (En la figura).

Figura 3.2 – Ventana de comienzo de Orcad Capture

3.3. CREACIÓN DE UN NUEVO PROYECTO Para crear un nuevo proyecto haremos lo siguiente: 1. En el menú File, seleccionar New, y después Project. Se mostrará la caja de diálogo New Project, o bien pinchando sobre el icono: 2. En la caja de texto Name, teclear un nuevo para el nuevo proyecto. 3. Utilice el botón Browse para seleccionar la localización del nuevo proyecto. 4. Seleccionar un tipo de proyecto en la caja de grupo Create a New Project Using, y pinchar en OK. Capture proporciona los siguientes tipos de proyectos:

Figura 3.3 – Menú File y Menú de nuevo proyecto © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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• • •

• •

Circuito de señales mixtas o analógicas. Seleccionar este tipo de proyecto si quiere utilizar el diseño con OrCAD PSpice. Placa PCB. Seleccionar este tipo de proyecto si piensa utilizar el diseño con OrCAD Layout. Lógica programable. Seleccionar este tipo de proyecto si piensa utilizar el diseño con OrCAD Express. Esquema. Utilizando esta opción, Capture crea un proyecto básico conteniendo sólo el fichero del diseño. Al dar OK aparecera la ventana “Create PSpice Project” en donde se selecciona “Create Blank Project” de la ventana. Una vez creado el nuevo proyecto, obtendremos un proyecto en blanco, como el que se

muestra a continuación:

Figura 3.4 – Nuevo proyecto en blanco

3.4. GESTOR DE PROYECTOS Se usará el gestor de proyectos para recoger y organizar todos los recursos necesarios para el proyecto. Estos recursos incluyen carpetas de esquemas, páginas de esquemas, librerías de partes, ficheros VHDL e informes de salida tales como listas de materiales, y listas de conexiones.

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Figura 3.5 – Pestaña File y Pestaña Hierachy En el gestor de proyectos encontraremos tres carpetas: • La carpeta Design Resources es la carpeta donde esta el proyecto completo • La carpeta Outputs donde van a aparecer todos los ficheros de salida que vamos a generar en el proyecto como por ejemplo el listado de materiales. • La carpeta Referenced Projects es para hacer referencia a otros proyectos que hacen referencia a nuestro proyecto que sera el principal. Como podemos ver en la figura 3.5 dentro de la carpeta Design Resources, hay dos carpetas la carpeta .DSN y la carpeta Library. La carpeta .DSN contiene las carpetas de esquema. Y la carpeta Library son librerías que podemos incluir dentro del proyecto

El gestor de proyectos tiene dos formas de visualizar los recursos de un proyecto, mediante la pestaña File y la pestaña Hierarchy. Si seleccionamos la pestaña File, esta nos mostrará las carpetas de esquemas y páginas de esquemas (Design), así como todas los componentes utilizados en el proyecto (Design Caché), los ficheros de librerías de componentes que se han añadido en el proyecto (Library), y los ficheros de salida de las herramientas de proceso de Capture (Outputs).

Si seleccionamos la pestaña Hierarchy, el gestor de proyectos muestra la interrelación jerárquica entre las carpetas de esquemas del proyecto y las páginas de esquemas.

3.5. EDITOR DE ESQUEMAS El editor de páginas de esquemas se utiliza para ver y editar páginas de esquemas. Puede colocar partes, hilos, buses y dibujar gráficos. El editor de páginas de esquemas posee una paleta de herramientas que puede utilizarse para dibujar y colocar cualquier cosa que se necesite para crear una página de un esquema. Puede imprimir desde dentro del editor de páginas de esquemas o desde © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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la ventana del gestor de proyectos. Además, el editor incorpora una barra de herramientas de simulación para acceder directamente a las opciones de PSpice.

Figura 3.6 – Editor de esquemas de Orcad Capture

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Figura 3.7 – Paleta de herramientas del editor de esquemas HERRAMIENTA

NOMBRE

DESCRIPCIÓN

1

Select

2

Part

3

Wire

4

Net alias

5

Bus

6

Junction

Coloca puntos de unión.

7

Bus Entry

Dibuja entradas a buses.

8

Power

Coloca símbolos de alimentación.

9

Ground

Coloca símbolos de masa.

10

Hierarchical Block

11

Hierarchical Port

12

Hierarchical Pin

Selecciona Objetos. Este es el modo normal. Selecciona partes de una librería para su posicionado. Dibuja hilos. Pulsar la tecla Shift para dibujar hilos con cualquier ángulo. Coloca alias en hilos y buses. Dibuja buses. Pulsar Shift para dibujar segmentos en cualquier ángulo.

Coloca bloques jerárquicos. Coloca puertos jerárquicos en páginas de esquemas. Coloca pines jerárquicos en bloques jerárquicos.

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Off-Page Connector

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No Connect

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Line

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Polyline

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Rectangle

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Ellipse

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Arc

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Text

1

2

3

4

Coloca conectores de salida de página. Coloca símbolos de no conectado en pines. Dibuja líneas. Dibuja polilíneas. Dibuja rectángulos. Shift los limita a un cuadrado. Dibuja elipses. Shift restringe la forma a un círculo. Dibuja elipses. Shift restringe la forma a un círculo. Coloca texto.

5

6

7 8

9 10 11 12 13 14

Figura 3.8 – Paleta de herramientas de PSpice en Capture

HERRAMIENTA

NOMBRE

1

New simulation profile

2

Edit simulation settings

Abre el cuadro de diálogo para una nueva simulación Abre el cuadro de diálogo de los opciones de simulación.

3

Run

Comienza la simulación.

4

View simulation results

Visualiza los resultados de la simulación.

5

Voltaje level marker

6

Voltaje differential marker

7

Current into pin marker

8

Power Dissipation Marker

9 10 11 12

Eneable Bias voltaje display Toggle selected Bias voltge Eneable Bias current display Toggle selected Bias current

DESCRIPCIÓN

Marcador para visualizar un voltaje o un nivel respecto a un nudo de referencia. Marcadores para visualizar el voltaje diferencial entre los dos puntos especificados por dichos marcadores. Marcador para visualizar la corriente que circula por un elemento respecto a un nudo de referencia. Marcador para visualizar la potencia que se disipa en un elemento respecto a un nudo de referencia. Muestra unas etiquetas con el valor de la tensión en los nudos. Visualiza la etiqueta de la tensión en un nudo si se encuentra oculta, o viceversa. Muestra los valores de corriente por los componentes. Visualiza la etiqueta de corriente en un componente si se encuentra oculta, o viceversa.

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Eneable Bias Power Display Toggle Power on Selected Part

Muestra los valores de potencia por los componentes. Visualiza la etiqueta de potencia en un componente si se encuentra oculta, o viceversa.

3.5.1. Edición de un Circuito Una vez que el área de trabajo esté perfectamente definida, se puede comenzar a dibujar el circuito. Para hacerlo, será necesario fundamentalmente trabajar con el menú desplegable Place cuyas opciones se ilustran en la figura 3.9, muchas de ellas descritas en la paleta de herramientas del editor de esquemas.

Utilizaremos la orden Part para la inserción de componentes, apareciendo el cuadro de diálogo de la figura 3.9:

Figura 3.9 – Opciones del menú Place y Menú de la orden Part (donde se colocan los componentes)

En la parte izquierda del cuadro de diálogo de la figura 3.9, se tiene dos cuadros de selección, Libraries donde figuran las diferentes librerías activas en el diseño y Part List donde aparecen los distintos componentes de cada librería, con su correspondiente dibujo en la parte inferior.

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Figura 3.10 Menú Part Search, dentro de Place Part. Para añadir un componente seleccionamos la librería que contenga los componentes requeridos. Teclea el inicio del nombre en la caja de texto Part. La lista de componentes desplegara los componentes cuyo nombre contenga las mismas palabras. Si la librería no esta disponible, es necesario agregarlo haciendo clic en el botón Add Library (NOMBRE DE LA LIBRERÍA.OLB). Esto sacará la ventana Add Library. Seleccionar la librería deseada. Para PSpice se debe seleccionar las librerías desde la carpeta Capture/Library/PSpice. Si un componente no lo encontramos, o no sabemos en que librería puede estar, lo que se puede hacer es entrar en Part Search, donde nos aparecerá una ventana como la figura 3.10. En este caso estamos buscando un conector, para ello en el cuadro de Part Name, pondremos las 3 primeras letras de lo que deseamos buscar en inglés y entre *, como muestra la figura. 

Abm.olb: Esta librería esta constituida por bloques que poseen entradas y salidas, y que realizan operaciones específicas, tales como el coseno, valor absoluto, derivadas, logaritmos, transformadas, etc. Estos elementos serán los que se utilicen para construir diagramas de bloques que simulen el comportamiento de sistemas físicos reales.



Analog.olb: Constituida por componentes pasivos, como resistencias, bobinas, condensadores y fuentes dependientes.

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Breakout.olb: Esta constituida esencialmente por elementos activos, diodos y transistores; más algunos elementos pasivos: potenciómetro, condensadores, interruptores; siendo el valor de sus parámetros internos los asignados por defecto por PSpice, siendo posible la modificación por parte de los usuarios.



Eval.olb: Librería formada por todo tipo de elementos activos específicos, es decir, con nombre determinado y parámetros internos asignados. Se encuentran en esta librería tiristores, triacs, transistores bipolares y fets, diodos, amplificadores operacionales, circuitos integrados digitales como puertas, biestables, multiplexores, decodificadores, etc.



Source: ofrece los diferentes tipos de Fuentes de voltaje y corriente, tales como Vdc, Idc, Vac, Iac, Vsin, Vesp, pulso, cuadrado, etc. Explore la librería para ver cual esta disponible.



Special: Contiene elementos especiales que no se pueden considerar como componentes electrónicos, pero que ayudan a etiquetar partes del circuito que deseemos.

Por ejemplo para un circuito que

en el cual, necesitamos una fuente, esta podremos

encontrarla en la librería source, así que damos clik en el mismo cuadro donde dice Add library, y seleccionamos source, en esta se encuentran todas las fuentes que se necesitan para un circuito, estas las podremos ir viendo en Part List.

Como se muestra en la figura, en la parte inferior derecha se observa el tipo de fuente que se esta escogiendo. Una vez escogido el elemento le damos OK.

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Figura 3.11-Búsqueda Fuente de Tensión.

Posteriormente aparecerá la fuente en nuestra pantalla del proyecto nuevo, y daremos click para pegarla en la parte que queramos del diseño, una vez que ya no se desea utilizar esta plantilla le damos click derecho y end mode. Así iremos añadiendo los componentes necesarios.

Para cambiar los valores de los componentes, solo es necesario darle click al valor del componente, por ejemplo para una resistencia hacemos click en el valor de la resistencia y para una fuente se le da click en la parte de DC o AC. Ahora es solo cuestión de unir los elementos, esto se hace dando click en los cuadro colocados en los extremos de los elemento. En el caso de las fuentes si no se utiliza una de las partes (DC,AC O TRAN) debemos dar doble click en el valor o valores que no vayamos a utilizar seleccionamos en su Display Properties, Do Not Display.

Figura 3.12 – Menú Display Properties.

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En PSpice los valores de las resistencias, condensadores, Inducatancias…etc son escritos con los siguientes prefijos:

Cuando terminemos de realizar el diseño, es necesario colocar una tierra, la cual se podrá insertar de dos maneras, en el menú en la opción (Pace>Ground),

o

por

medio

del

icono

correspondiente o mediante la combinación de teclas Shift+G.

Figura 3.13 – Prefijos para los componentes.

3.5.2. Editor de Propiedades Puede ver el editor de propiedades seleccionando elementos en una página de un esquema y después Properties en el menú Edit o en el menú que aparece con el botón derecho del ratón, o haciendo doble clic sobre un elemento en el Editor de páginas de esquemas.

Figura 3.14 – Menú Edit y Editor de propiedades del diseño P1R1-2R El editor de propiedades le permite editar propiedades para ocurrencias o instancias de los siguientes objetos: • • • •

Partes (Incluyendo bloques jerárquicos) Conexiones (incluyendo conexiones dentro de buses) Pines Bloques de títulos

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Cada columna del editor de propiedades es una propiedad. Cada fila es una instancia o una ocurrencia. Las propiedades que aparecen en el editor de propiedades dependen del elemento seleccionado en la página del esquema.

3.5.3. Opciones de Simulación Una vez diseñado nuestro circuito debemos de indicar el tipo de análisis a realizar, configurar las librerías a utilizar, modificar las opciones ante posibles problemas de convergencia, etc. Para ello desplegamos el menú Simulation Settings (figura 3.15) seleccionando Edit Simulation Profile desde el menú PSpice donde nos aparecerá varias pestañas de opciones que configuraremos según nos convenga, o bien directamente pinchando en el icono:

Figura 3.15 – Menú PSpice y Opciones de simulación Si hacemos clic en la pestaña Analysis type, nos encontraremos los cuatro análisis fundamentales: • • • •

Time domain(transient) DC Sweep AC Sweepp/Noise Bias Point

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3.5.3.1.

Análisis Blas Point

En este análisis se realiza el cálculo del punto de trabajo del circuito, lo que obtendremos es información acerca de la tensión en los nudos del circuito, intensidad a través de las fuentes, potencia total disipada y todos los parámetros de pequeña señal de las fuentes controladas no lineales y elementos semiconductores. La opción Perform Sensitivity análisis realiza un análisis de sensibilidad en continua.

El análisis Calculate small-signal DC gain, linealiza el circuito en torno a su punto de trabajo y calcula su función de transferencia para pequeña señal. Para ello, se especifica la variable de salida y la fuente de entrada.

Figura 3.16 – Opciones de simulación, Análisis Bias Point.

Ejemplo 1.- (Ejemplo5.10.2.opj) Mediante este ejemplo realizaremos el análisis del punto de trabajo del circuito basado en un transistor, visualizando las tensiones y corrientes en el fichero .OUT y en el esquemático. Cuando se modifica el valor de algún componente el borde del recuadro donde se introduce el valor cambiará de color, indicando que ya no es válido.

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Figura 3.17 – Circuito a simular.

Figura 3.18 – Resultado de la simulación.

Ejemplo 2.- (FUENTEALIMREGUL.opj) Comprobar la regulación de la tensión de salida para la variación de la tensión de entrada por medio de Pspice. Intensidades que circulan por cada una de las resistencias y los transistores, tensiones en los diferentes nodos del circuito.

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Figura 3.19 – Circuito a simular.

Figura 3.20 – Resultado de la simulación.

3.5.3.2.

Análisis DCSWEEP

Este análisis permite hacer un barrido en torno a una serie de valores de una fuente de entrada independiente, de la temperatura, de un parámetro interno de un modelo (β de un transistor), o de un parámetro global, calculando el punto de trabajo para cada uno de los valores que tome la variable en cuestión. Según el tipo de variable que reciba el barrido, hay que especificar el nombre, Name, el tipo de modelo, Model Type, el nombre del modelo, Model Name, o el parámetro del modelo a variar, Parameter Name. La opción Secondary Sweep, da la posibilidad de hacer el barrido de una segunda variable.

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Figura 3.21 – Opciones de simulación, Análisis DC Sweep.

3.5.3.3.

Análisis ACSWEEP/NOISE

Este tipo de análisis se utiliza para calcular la respuesta en frecuencia del circuito para un rango de frecuencias determinado. Por ello se consideran como señales de entrada todas aquellas fuentes independientes que tengan especificaciones AC, considerándose nulas las siguientes. Se especificaran los siguientes parámetros: 1. Frecuencia inicial, Start Freq. 2. Frecuencia final, End Freq. 3. Tipo de barrido, AC Sweep Type: lineal, logarítmico por octavas o décadas. 4. Numero de puntos por octava o décadas, según el barrido logarítmico elegido, o totales si el barrido es lineal. El análisis del ruido, NOISE, debe ser hecho en conjunción con un análisis de respuesta en frecuencia, para ello, habilitaremos el casillero Noise Analysis Enabled y se especificara la señal de salida, Output Voltage, la fuente independiente de entrada, I/V Source y el intervalo, Interval.

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Figura 3.22 – Opciones de simulación, Análisis AC Sweep.

3.5.3.4.

Análisis Transient/Fourier/Parametric

Este tipo de análisis estudia el comportamiento del circuito a lo largo del tiempo. En la ventana de edición se especificaran los siguientes valores: • • •

Run to time. Start saving data after. Maximun step size.

Antes de realizar el análisis transitorio, el programa calculara el punto de trabajo del circuito. Si habilitamos el casillero Skip the inicial transient bias point calculation, permitirás al programa usar las condiciones iniciales de los condensadores y bobinas en la simulación del circuito.

Figura 3.23 – Opciones de simulación, Análisis Transitorio. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Si pulsamos en el botón Output file options, como muestra la Figura 3.23, se accede a una ventana como muestra la Figura 3.24, Para poder realizar este tipo de análisis, es imprescindible que exista con anterioridad una serie de datos que se derivan del análisis en función del tiempo, y a partir de estos se determinaran los coeficientes de la serie de Fourier para un ciclo completo de la forma de onda. Además de habilitar el casillero Perform Fourier Analysis, se especificara la frecuencia del fundamental, Center Frecuency, el número de armónicos a calcular, Number of Harmonics y las variables de salida sobre las que se deseen realizar el análisis, Output Variables.

Figura 3.24 – Opciones de simulación, Análisis Fourier.

Para el análisis Parametric, habilitaremos el casillero Parametric Sweep del apartado Options, como muestra la Figura 3.25. Este análisis permitirá realizar el barrido de una variable en torno a su rango de valores. Posteriormente, el programa realizará la simulación del circuito para todos y cada uno de los valores que adquiera la variable especificada, la cual puede ser una fuente, la temperatura, un parámetro de un modelo o un parámetro global. Para una resistencia, p.ej., parámetro global, hay que definir un nuevo parámetro, SET, situando un nombre en el mismo, (SET->resis) y de la librería Special tomar el componente PARAM definiendo un nuevo parámetro con el nombre dado anteriormente en SET, (resis->0), Así se podrá observar el resultado para varios valores. Para una fuente de voltaje o de corriente no es necesario utilizar el componente PARAM.

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Figura 3.25 – Análisis transitorio para un parámetro. Uno de los errores más comunes con el que nos podemos encontrar es el llamado error de convergencia, que es cuando no puede aproximarse el análisis a la solución. Para ayudar a PSpice durante el proceso de cálculo a evitar este tipo de errores en la pestaña OPTIONS (Figura 3.26) definimos unos parámetros de tolerancia de error para valores de tensiones y corrientes, con los que podremos aumentar el margen del error de tolerancia y, de esta forma, evitar los errores durante la simulación. Estos parámetros, para todo tipo de análisis en general, son: •

RELTOL: Este parámetro define un error relativo de tolerancia. Por defecto PSpice tiene marcado este valor para 0.001 (0.1%). En el caso en el que por una rama circule una corriente de 1 A Pspice permitirá un error máximo relativo a 0.001 x 1 = 1mA. Esto, en circuitos de potencia, en los que los valores de corriente suelen ser elevados, supone un margen muy pequeño para asegurar una simulación sin que se produzcan errores de convergencia, por lo que para este tipo de circuitos daríamos a este parámetro un valor de RELTOL=0.01, con lo que incrementamos el margen de error.

VNTOL, ABSTOL: Definen valores absolutos de error tolerancia. Estos se refieren a voltaje y corriente respectivamente.. Por defecto VNTOL está configurado para un valor de 1µV y ABSTOL para un valor de 1pA. Para circuitos de potencia estos valores son bajos, por lo que deberíamos seguir un criterio para su configuración a un valor que nos permita evitar los errores de convergencia. Este sería:

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Si el mínimo valor de voltaje de un circuito fuera de Vmin ≈ 0.1V y si VNTOL ≈ RELTOL x Vmin, podemos configurar VNTOL=1mV (0.001) para ayudar a la convergencia. Para una corriente mínima del circuito de Im ≈ 0.1µA y si ABSTOL ≈ RELTOL x Imin, podemos dar el valor a ABSTOL = 1nA para ayudar a la convergencia.

Aparte de los vistos hasta ahora, para el caso de los análisis transitorios disponemos de un par de parámetros que nos ayudarán a evitar los errores de convergencia. Una combinación de una transición rápida de voltajes y discontinuidades en el modelo de un dispositivo puede producir problemas de no-convergencia. En el análisis transitorio, si una no-convergencia ocurre en el límite de una iteración, PSpice descarta ese punto de tiempo, reduce el tiempo de paso de cálculo (Step Ceiling) y recalcula. •

ITL4: Este parámetro indica el límite del número de iteraciones antes de abandonar un punto de tiempo y reducir el tiempo de paso de cálculo. Cuanto mayor tiempo de paso menor probabilidad de discontinuidad. Merece la pena tener un número grande de iteraciones permitidas para incrementar la posibilidad de convergencia. El valor por defecto que PSpice tiene configurado para este parámetro es de ITL4 = 10. Para asegurar la convergencia daremos a este parámetro el valor de ITL4 = 40.

RELTOL = 0.01 VNTOL = 1mV

ABSTOL = 1nA

ITL4 = 40

Figura 3.26 – Pestaña de opciones del menú de simulación

Una línea para incluir en nuestro fichero .CIR (Ver más adelante) con la sentencia .OPTIONS, que asegure la convergencia durante la simulación de nuestros circuitos de potencia, sería de la forma: © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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.OPTIONS RELTOL=0.01 VNTOL=1mV ABSTOL=1mA ITL4=40

Una vez modificados los parámetros de simulación, indicando el tipo de análisis elegido, y acabado el circuito por completo, con todos los componentes colocados, podremos simularlo seleccionando Run en el menú desplegable PSpice o pinchando sobre el icono:

Si al simularlo PSpice no reconoce algún componente de los utilizados en el diseño debemos añadir la librería donde esté incluido dicho componente. Para ello pinchamos en la pestaña Libraries del menú de simulación (Figura 3.27), también tendremos que asegurarnos que en el esquema hemos utilizado una librería, en la cual, sus componentes se puede simular. Buscamos la librería mediante el botón Browse y finalmente la añadimos haciendo clic sobre el botón Add as Global, para añadirlo en el proyecto global, o sobre Add to Design, para añadirlo al diseño. Las librería que se instalen inicialmente con los programas de ORCAD vienen listadas en NOM.LIB. Figura 3.27 – Pestaña de librerías.

Ejemplo 3.- (Ejemplo5.10.4.opj). Mediante este ejemplo realizaremos el cálculo del equivalente Thevenin del circuito de la figura 3.28.

Figura 3.28 – Circuito a simular.

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Figura 3.29 –Resultados de la simulación.

Ejemplo 4.- (Ejemplo5.10.7.OPJ). Mediante este ejemplo visualizaremos el listado de Fourier del fichero de salida para la tensión en la carga de un rectificador de media onda con carga RL, así como su espectro de frecuencias.

Figura 3.30 – Resultados del análisis de fourier

Figura 3.31 – Rectificador media onda

Figura 3.32 – Espectro de frecuencias visualizable

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3.5.4. Editor de Componentes El editor de partes se utiliza para crear y editar partes y símbolos, después guardarlos en librerías nuevas o ya existentes. Crear y editar símbolos de masa y alimentación, símbolos de conectores de salida de página, y bloques de títulos. Utilice las herramientas eléctricas de la paleta de herramientas para colocar pines en partes, y sus herramientas de dibujo para dibujar partes y símbolos. Para ello seleccionamos el componente a editar y nos vamos en el menú a Edit -> Part. Donde su barra de herramientas es la siguiente:

1

2

3 4

5

6 7

8

9 10

Figura 3.33 – Paleta de herramientas del editor de componentes

HERRAMIENTA

NOMBRE

DESCRIPCIÓN

1

Cursor

Muestra el cursor en pantalla. Está siempre activo.

2

IEEE Symbol

Coloca símbolos IEEE en una parte.

3

Pin

Coloca pines en una parte.

4

Pin Array

Coloca múltiples pines en una parte.

5

Line

Dibuja líneas.

6

Polyline

Dibuja polilíneas.

7

Rectangle

Dibuja rectángulos. Shift los limita a un cuadrado.

8

Ellipse

Dibuja elipses. Shift restringe la forma a un círculo.

9

Arc

Dibuja elipses. Shift restringe la forma a un círculo.

10

Text

Coloca texto.

Como ejemplo vamos a editar un transformador, el cual no se encuentra exactamente como lo deseamos en nuestras librerías, necesitamos un transformador que en el primario tenga 3 tomas y en el secundario 5 tomas. Para ello, lo primero que hacemos es buscar en la librería correspondiente el que mas se aproxime al deseado. Como lo que necesitamos es agregarle un Pin en el primario, nos vamos a la barra de herramientas, pinchamos en el botón Pin y se lo agregamos en el primario. Decir como se muestra en la parte derecha de la figura siguiente, que fuera de la línea discontinua, es para colocar los terminales y dentro de esta para dibujar las uniones correspondientes con la herramienta Line. Con la herramienta Line, para poder dibujar, hay que deshabilitar la rejilla.

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Figura 3.34 – Editor de componentes con la paleta de herramientas

3.6. INFORME DE LA SESIÓN El informe de la sesión lista los eventos que se hayan producido durante la sesión actual de Capture, incluyendo mensajes resultantes de utilizar las herramientas de Capture. Para ver una ayuda sensible al contexto para un mensaje de error, situar el cursor sobre la línea del mensaje de error en el informe de la sesión y pulsar la tecla F1. (Ver figura 3.2)

Puede buscar la información en el informe de la sesión utilizando el comando Find en el menú Edit. También puede salvar el contenido del informe de la sesión en un fichero, SESION.TXT.

3.7. TIPOS DE FICHEROS Cuando comience el proceso de simulación, Capture primero generará unos ficheros describiendo las partes, las conexiones, las librerías, etc., del circuito. A continuación se añadirán otros ficheros por cada simulación realizada por PSpice. Los ficheros generados por Capture al guardar un proyecto son los siguientes: 1. Fichero de proyecto: Este fichero, con extensión .OPJ, contiene el proyecto propiamente dicho, que engloba a todo lo referente al circuito.

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2. Fichero de diseño del circuito: Este fichero contiene la página de esquema del circuito así como sus componentes. Este tipo de ficheros poseen la extensión .DSN.

3. Fichero de seguridad: Fichero que se crea mientras se trabaja para mantener un backup en el caso de que ocurra algún error al cerrar el fichero. De esta forma lo podrá leer y retomar la información existente. Poseen la extensión .DBK, que corresponden a las siglas del inglés design backup file.

4. Fichero de nudos de conexión: Fichero que contiene el listado que identifica los nudos del circuito con los terminales de los elementos. La extensión del fichero será .ALS.

5. Fichero de lista de conexiones: El fichero de lista de conexiones contienen una lista de los nombres de los dispositivos, sus valores, y cómo están conectados a otros dispositivos. Capture generará un fichero con la extensión .NET.

6. Fichero de librería: El fichero de librería del circuito contiene la lista de componentes usados en el diseño del circuito, con sus correspondientes símbolos. Capture generará un fichero con la extensión .OLB.

Ejemplo de aplicación 1.- (EjemploCapture.opj). Diseñar el circuito RLC de la figura para poder efectuar un barrido de frecuencias para obtener la frecuencia de resonancia. Para ello utilizaremos un marcador de tensión diferencial y de fase. Realizaremos un tipo de análisis AC. Pasos a realizar: 1. Colocar los componentes que faltan, indicando las características de cada uno. 2. Indicar el análisis a realizar ( AC, desde 1Hz hasta 100KHz, 101 puntos ). 3. Cambiar las opciones para el error de convergencia. 4. Colocar los marcadores de tensión diferencial y de fase. 5. Simular el circuito. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Ejemplo de aplicación 2. (Ejemplo_Capture.opj). Análisis de un circuito RLC en corriente alterna.

Pasos a realizar: 5. Colocar los componentes indicando las características de cada uno de la librería ANALOG, fuente de tension senoidal (VSIM) de la librería SOURCE y la referencia. 6. Indicar el análisis a realizar (Transient, Run to time: 100ms, Maximum step size 0.00001s ). 7. Cambiar las opciones para el error de convergencia.(RELTOL:0.000001) 8. Simular el circuito. 9. Desde PSpice A/D calcular, Tensión de alimentación, tensión entre los nudos AB y CD. 10. Simular el circuito para un análisis Transient (Run to time: 280ms y Maximum step size 0.001s), para simular las potencias activa, reactiva y aparente.

4.

SCHEMATICS

4.1. INTRODUCCIÓN Schematics es un programa de interfaz gráfica en el cual pueden colocarse directamente y de manera muy sencilla componentes eléctricos y/o electrónicos e interconectarlos entre sí, para realizar simulaciones. Este programa posee una interfaz directa a otros programas de Orcad PSpice, que le permiten integrar en un solo ambiente diferentes funciones. Mantiene la forma de la versión anterior a Orcad 9.1 (DesignLab Eval 8 de MicroSim) para aquellos usuarios acostumbrados a trabajar con este entorno. Es similar al editor esquemático de Capture, diferenciándose en la distribución de los menús. En forma resumida mediante Schematics usted puede realizar las siguientes tareas: © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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• • • •

Diseñar y dibujar circuitos. Simular circuitos utilizando Pspice. Analizar resultados de simulación de circuitos a través de gráficos elaborados mediante el programa Probe. Tener acceso directo a los diferentes dispositivos analógicos y digitales contenidos en la librería del paquete en general.

Figura 4.0 – Programas que componen en entorno de Schematics

4.1.1. Importar.Scha.Opj Como hemos comentado anteriormente la Versión de Orcad Pspice 9.2 en su paquete de instalación no contiene por defecto la instalación de Schematics, para instalarlo lo deberemos hacer manualmente como se ha comentado anteriormente.

Si a la hora de la instalación hemos olvidado o no hemos requerido de la instalación de schematics, Orcad Capture, en su menú contiene la opción para la conversión de un .sch a un .opj. A continuación mostraremos como se realiza la conversión de un fichero primeramente realizado en schematics a un capture (.opj):

El primer paso es abrir el programa Orcad Capture, hacemos clic en el menú Archivo y en la opción Import Design y se nos abrirá una pantalla como la que se muestra a continuación.

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Aquí introduciremos el directorio del circuito en SCH.

Aquí introduciremos el directorio donde deseamos que se guarde circuito convertido a .OPJ.

Figura 4.1 – Programas que componen en entorno de Schematics

4.2. PSPICE DESIGN MANAGER El Pspice Design Manager o “Gestor de diseño de PSpice” nos permite estructurar todo un proyecto en base a la información que se genera, pudiéndola organizar en función de las dependencias entre los ficheros creados y los ficheros fuentes. Asimismo, permite la inclusión en un proyecto de ficheros pertenecientes a otro proyecto de una manera cómoda y eficaz.

Desde este programa se podrán ejecutar el resto de utilidades del entorno de trabajo del paquete Orcad Demo 9.1 exceptuando la opción Capture, de forma que en cualquier momento desde la pantalla principal podamos supervisar el estado global del diseño.

Figura 4.2 – Entorno de trabajo del gestor de diseños © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Para acceder al PSpice Design Manager disponemos de dos opciones: 1. Mediante la activación del icono Schematics. 2. Mediante la activación del icono PSpice Design Manager . Si deseamos generar un proyecto nuevo accionando el icono correspondiente, podremos introducir el subdirectorio en el que vamos a guardar los ficheros generados.

4.3. ENTORNO DE TRABAJO SCHEMATICS Para arrancar un nuevo proyecto de simulación utilizando el programa Schematics usted debe ir al menú de inicio en la barra de tareas de Microsoft Windows, hacer click y posteriormente a Programas/PSpice Student en el cual debe seleccionar la opción Schematics que presenta el siguiente icono:

Una vez realizado esto aparecerá una ventana similar a la mostrada en la figura 4.2, que representa la interfaz gráfica del programa Schematics.

Figura 4.3 – Entorno del programa PSpice Schematics

Barra de herramientas de PSpice Schematics

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4.4. EDICIÓN DE UN CIRCUITO Para dibujar componentes eléctricos y/o electrónicos en el programa Schematics, es necesario recurrir a la librería del mismo. Así pues, si queremos dibujar una fuente debemos seleccionar Get new Part del menú Draw o haciendo clic sobre el botón

, con lo cual se abrirá una ventana similar a

la de la Figura 4.4.

Esta es la ventana sencilla de la librería de Schematics. En la parte inferior izquierda pueden observarse los componentes con los cuales está dotada esta librería y a la derecha de estos se observan una serie de botones que cumplen las siguientes funciones:

Figura 4.4 – Menú Part

Close: Cierra la ventana de librería.

Place: Permite pegar en la interfaz gráfica de Schematics, el componente seleccionado de la librería mediante el ratón, a la vez que deja activa la ventana de esta librería.

Place & Close: Idem al caso anterior pero esta vez la ventana de librería se cierra.

Help: Llama la ayuda de la librería.

Libraries...: Este botón abre otra ventana de librerías semejante a la mostrada en la Figura 4.5, en la que se muestran todos los componentes organizados por categorías.

Advanced>>: Haciendo click en este botón, se habré una ventana avanzada de la librería como la mostrada en la Figura 4.5 en la cual además se edita el símbolo del componente seleccionado. Es recomendable usar esta ventana al seleccionar componentes para el diseño del circuito.

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Figura 4.5 – Menú Part Advanced y Menú Libraries Una vez seleccionado el componente se hace click en Place (en caso de querer mantener activa la ventana de librería) o en Place & Close (para cerrar esta ventana), y arrastramos el ratón sobre la ventana de Schematics hasta el sitio donde queremos colocar el componente y hacemos click. Podemos colocar este componente tantas veces como queramos con solo hacer click con el ratón. Para obviar el componente seleccionado, presionamos la tecla ESC...

Cada componente como es obvio, posee ciertas propiedades a las que se puede acceder seleccionando (color rojo) el componente o dispositivo y haciendo doble click con el ratón. Esto abre una ventana con las propiedades de dicho componente de manera que el usuario pueda modificar las que necesite. Como podemos observar en la Figura 4.6, para unir cada componente seleccionamos Wire del menú Draw o hacemos click en el botón de la barra de herramientas:

En caso de querer cambiar el valor de una resistencia, condensador, inductor, etc.. se debe hacer doble clic en el valor correspondiente, con lo que se abrirá una ventana en la cual se debe introducir el nuevo valor. Las unidades aceptadas por el programa Schematics son: (p) para pico, (n) para nano, (u) para micro, (m) para mili, (k) para kilo, (M) para mega.

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Figura 4.6 – Unión de componentes de un circuito

4.5. LIBRERÍAS DE COMPONENTES Uno de los pasos que hay que realizar en nuestro diseño consiste en la configuración de las librerías que vamos a emplear. Las librerías aportadas por el fabricante estarán en el subdirectorio \Library, dentro de la carpeta PSpice, y las generadas por el usuario estarán en \UserLib. Los símbolos se encuentran almacenados en ficheros con la extensión .slb y los encapsulados en ficheros con extensión .plb.

El proceso de configuración será el siguiente: desde el menú Options de la barra de menús seleccionamos Editor Configuration. Aparecerá una ventana con todas las librerías activas. Para añadir o eliminar librerías pinchamos sobre el botón Library Settings donde aparecerá otra ventana desde la cual podremos incluir una librería existente mediante Browse o borrar una de las librerías cargadas. Una vez encontrada la podemos añadir a la configuración del programa mediante la opción Addx o bien insertarla sólo en el diseño, opción Add local.

Figura 4.7 – Menú Options Figura 4.9.- Menú Library Settigs Figura 4.8 – Menú de configuración © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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4.6. INCLUSIÓN DE FICHEROS En esta ventana podremos determinar la lista de librerías y ficheros que queremos incluir en el fichero netlist para enviar al simulador. Los ficheros marcados con asterisco serán incluidos en todos los netlist que genere el Schematics, el resto sólo se incluirán en el diseño actual. Esto permite adaptar las librerías, etc., que vamos a incluir en nuestro fichero a nuestras necesidades. Para buscar una librería pinchamos sobre Browse y para añadirla sobre Add Library, con o sin asterisco según nos convenga.

Figura 4.10 – Menú de opciones de inclusión de ficheros

4.7. PREPARACIÓN DEL ANÁLISIS Antes de iniciar la simulación del circuito diseñado es necesario almacenar éste en el computador. Para ello seleccionamos Save del menú File o hacemos click en su icono correspondiente: . El archivo almacenado en este caso tiene extensión *.sch. Una vez almacenado pasamos a configurar el tipo de análisis que vayamos a realizar. Para esto se puede hacer click en el botón Setup Análisis:

, de

la barra de herramientas, con lo cual aparecerá una ventana semejante a la mostrada en la Figura 4.11, o seleccionando Setup en el menú Análisis (Figura 4.10).

Figura 4.11 – Menú Análisis

Figura 4.12 – Menú de selección de tipo de análisis

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Por defecto viene seleccionado Bias Point Detail (Punto de polarización del circuito), que nos permite determinar el punto de trabajo del circuito diseñado, almacenando los resultados obtenidos en el fichero *.OUT.

En nuestro caso como sólo es de interés el análisis transitorio de circuitos, debemos seleccionar la casilla Transient... y pulsar en dicho botón, así aparecerá la ventana de la figura 4.13. Este tipo de análisis nos permite determinar la respuesta del circuito en función del tiempo. Generalmente es el más empleado dado que reemplaza a la visualización de señales con el osciloscopio. Además, podemos obtener el espectro de una señal generada mediante un análisis transitorio realizando un análisis de Fourier, descomponiendo la señal obtenida en su componente continua y sus armónicos (es necesario realizar el análisis transitorio para poder ejecutar el de Fourier).

• • • •

• • • •

Especifica el intervalo que empleará para mostrar los resultados en el fichero de salida. Tiempo final de análisis. Tiempo a partir del que se presentará la señal en pantalla. Tiempo máximo de separación entre puntos calculados. Este tiempo influye en la resolución de la gráfica que se presente. Habilita el análisis de Fourier. Frecuencia central objeto del análisis. Números de armónicos (como máximo nueve) Variable a la que se le realiza el análisis.

Figura 4.14 – Menú de análisis transitorio Al igual que Capture, el programa Schematics nos permite, seleccionando el botón Options, modificar los parámetros que determinan la precisión de cálculo con la que va a trabajar PSpice evitando un posible error de convergencia. Los parámetros a modificar son:

• • • •

ABSTOL = 1 nA ITL4 = 40 RELTOL = 0.01 VNTOL = 1 mV

Figura 4.15 – Menú Options © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Una vez definido el tipo de análisis a realizar en el circuito y cambiados los parámetros oportunos procederemos a realizar la simulación mediante el botón

. Si no se produce

ningún error, el programa enlazará con el programa PSpice A/D con el que trabajaremos para visualizar las gráficas que creamos conveniente.

Ejemplo de aplicación 1.- ( EjemploSchematics.sch ). Diseñar el circuito de la figura incluyendo las librerías necesarias para la inserción de componentes. Realizar un análisis transitorio indicando los valores paso, final time y Step Ceiling. Además, modificar los valores de opciones para un posible error de convergencia en la simulación. Pasos a realizar: 1. Insertar la librería Semikron.lib. 2. Insertar los componentes del circuito indicando sus valores. 3. Indicar el tipo de análisis a realizar. 4. Modificar los valores de opciones. 5. Colocar las marcas de voltaje e intensidad para medir dichos valores y simular.

4.8. EDITOR DE COMPONENTES El programa Schematics incorpora una herramienta para la creación y edición de nuevos componentes que podremos almacenar en librerías nuevas o ya existentes. Se debe de tener claramente definidas las características técnicas del elemento, así como sus terminales de conexión.

Para la edición de nuevos componentes se debe entrar en el Schematics, pulsar sobre el menú File y a continuación sobre Edit Library. Una vez se ha entrado en la edición de librerías, se puede abrir una librería existente pulsando Open en el menú File o crear una nueva pulsando New.

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Figura 4.16 – Menú Edit Library Figura 4.17 – Entorno de trabajo del editor de símbolos Cuando ya tengamos la librería disponible podemos crear un nuevo modelo, editar uno ya existente o copiarlo. Para ello seleccionamos New, Copy o Get del menú Part según nos convenga. Para modificar un símbolo o crearlo tenemos las opciones de arco, círculo, polilínea, de la barra de herramientas o del menú Graphics, para la representación del elemento y su inserción en la aplicación. Una vez dibujado el contorno, se procede a la definición de las patillas de conexión o pines seleccionando pin del menú Graphics o pinchando sobre: Cuando ya tengamos el símbolo dibujado se procede a la descripción del componente (Figura 4.18), se definen los atributos (Figura 4.19), se asignan los pines (Figura 4.20) y finalmente se almacena en la librería (Figura 4.21).

Figura 4.18 - Atributos Figura 4.19 – Descripción

Figura 4.21 – Menú Part Figura 4.20 – Opción Pin list del menú Part © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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4.9. VISUALIZADOR DE MENSAJES Durante todo el proceso de diseño el entorno mantiene en un segundo plano al programa PSpice Message Viewer. Este programa nos suministra en una ventana de texto la información sobre el estado del diseño concerniente al programa Schematics y a los posibles errores de simulación.

El Message Viewer aparece en pantalla cuando se genera cualquier tipo de mensaje del que el diseñador tiene que tener constancia, por ejemplo los posibles mensajes de alarma o error generados durante la ejecución del netlist o del programa ERC. Cada uno de los mensajes generados contiene un enlace de hipertexto a la fuente generadora del mensaje, lo que permite la rápida localización en el diseño del componente o elemento que ha generado el aviso haciendo doble click con el ratón.

Figura 4.22 – Ventana del programa PSpice Message Viewer

4.10. FICHEROS QUE GENERA PSPICE Los ficheros que genera PSpice por cada simulación realizada a partir de la información proporcionada por los ficheros creados por Capture o Schematics son los siguientes: •

Fichero de salida: En él se almacena la información sobre los resultados de la simulación (modelos de componentes empleados, posibles errores generados, etc.). La extensión de dicho fichero es .OUT.

Fichero de datos: En él se almacenan los datos generados para su posterior visualización mediante el programa Probe. Tienen extensión .DAT.

Fichero del circuito: El fichero del circuito contiene comandos describiendo cómo ejecutar la simulación. Este fichero también hace referencia a otros ficheros que contienen listas de conexiones, modelos, impulsos y cualquier otra información definida por el usuario que sea aplicable a la simulación. Capture generará un fichero con la extensión .CIR.

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Fichero de impulsos: Un fichero de impulsos contiene definiciones basadas en tiempos para formas de onda de entrada analógicas y/o digitales. Puede crearse un fichero de impulsos tanto manualmente utilizando el visualizador de texto de (la extensión típica de estos ficheros es .STM), o automáticamente utilizando el editor de impulsos (que genera un fichero con la extensión .STL).

Fichero de inclusión: Un fichero de inclusión es un fichero definido por el usuario que contiene comandos PSpice , o comentarios de texto suplementarios que quiera que aparezcan en el fichero de salida de PSpice. Puede crear un fichero de inclusión utilizando cualquier editor de textos, incluyendo Notepad. Normalmente, los ficheros de inclusión poseen la extensión .INC.

Fichero de simulación: Fichero donde se recogen los parámetros que se desean a la hora de realizar los análisis con sus opciones correspondientes. La extensión del fichero generado por Capture es .SIM.

Fichero de macros: Fichero que contienen las posibles macros realizadas durante la aplicación. Los ficheros generados tendrán la extensión .PRB.

Fichero de seguridad: Dicho fichero contiene las copias de los ficheros de simulación, perfiles y locales, librerías usadas y ficheros que guardan los Markers usados. Capture genera estos ficheros con extensión .MRK.

Fichero de enlace: Fichero que relaciona el proyecto abierto con el fichero *.CIR generado anteriormente. Estos ficheros tienen la extensión .1OP.

Dependiendo desde qué aplicación se realice la simulación, Capture o Schematics, se generarán unos tipos de ficheros u otros.

5. PSPICE A/D 5.1. ENTORNO DE TRABAJO DE PSPICE A/D Para arrancar el programa y realizar una simulación debemos hacer click en Inicio\Programas\

Orcad Family Release 9.2 Lite Edition y seleccionar PSpice A/D. Como

podemos observar en la ventana (Figura 5.1), encontramos integrados el programa PSpice A/D y el procesador gráfico Probe. Nos ofrece la posibilidad de cargar los ficheros ‘.CIR’ y editarlos desde un editor interno, además de cargar ficheros de datos ‘.DAT’ y ‘.OUT’. La información sobre el desarrollo del proceso de simulación se muestra en la ventana inferior derecha. Los mensajes que se puedan generar durante la simulación aparecerán en la ventana inferior izquierda.

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Una vez finalizado el proceso de simulación, siempre y cuando en el fichero de trabajo ‘.CIR’ hayamos añadido la sentencia ‘.PROBE’, aparecerá en otra ventana el procesador gráfico Probe, con el que podremos realizar el estudio de las señales deseadas.

Los diferentes menús disponibles en la barra de menús y los iconos pertenecientes a la barra de tareas, aparecerán activos o no dependiendo de la aplicación que estemos utilizando en el momento. Ejecución de la simulación Fichero .CIR Procesador gráfico Probe Ventana de editor de ficheros .CIR

Fichero .OUT

Fichero .DAT

Opciones de simulación de la ventana de Probe

Ventana de salida de simulación

Ventana de proceso de simulación

Figura 5.1 – Entorno de trabajo de Orcad PSpice A/D

BARRAS DE HERRAMIENTAS DE ORCAD PSPICE A/D:  Herramientas de archivo:

1

2 3

4

5

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HERRAMIENTA

NOMBRE

DESCRIPCIÓN

1

New

Abre un nuevo archivo de texto o simulación.

2

Open

Abre un archivo de datos.

3

Append file

Abre el cuadro de diálogo Añadir, que usted utiliza para añadir un archivo de datos a los datos actuales de la forma de ondas.

4

Save

Guarda el archivo activo.

5

Print

Imprime el archivo activo.

 Herramientas de edición:

1

2 3

4

5

HERRAMIENTA

NOMBRE

DESCRIPCIÓN

1

Cut

Borra el objeto seleccionado y lo coloca en el portapapeles.

2

Copy

Copia el objeto seleccionado al portapapeles.

3

Paste

Pega el contenido del portapapeles en el cursor.

4

Undo

Deshace el último comando ejecutado, si fuera posible.

5

Redo

Rehace el último comando realizado, si fuera posible.

 Herramientas de simulación:

1

2

HERRAMIENTA

NOMBRE

DESCRIPCIÓN

1

Run

Comienza la simulación actual.

2

Pause

Pega el contenido del portapapeles en el cursor.

 Herramientas de Probe:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13

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HERRAMIENTA

NOMBRE

DESCRIPCIÓN

1

Zoom In

Hace Zoom in para ver más detalle.

2

Zoom Out

Hace Zoom out para ver una porción mayor en el diseño.

3

Zoom Area

Especifica un área de la página del esquema o de la parte para que esta ocupe toda la ventana.

4

Zoom fit

Hace Zoom para mostrar todas las trazas y etiquetas.

5

Log X axis

6

Fourier

7

Performance analysis

8

Log Y axis

9

Add trace

10

Eval goal function

Abre el cuadro de diálogo de las funciones objetivo.

11

Text label

Permite agregar texto en la gráfica.

12

Mark data points

13

Toggle cursor

Permite observar en la gráfica, los diferentes puntos con los cuales es elaborada la misma. Permite utilizar el cursor para medir puntos de la gráfica, los cuales son observados en una pequeña ventana en la parte inferior derecha de la ventana Microsim Probe.

Permite transformar el eje de la abcisas (eje de tiempo) a escala logarítmica. Permite Graficar la transformada de Fourier (en función de la frecuencia) del parámetro analizado en cuestión. Activa o desactiva el análisis funcional. Permite transformar el eje de ordenadas (parámetro medido) a escala logarítmica. Permite abrir una ventana en la cual se puede seleccionar el parámetro a graficar.

 Herramientas de cursor:

1

2

3 4

5

6

7

8

9

10

HERRAMIENTA

NOMBRE

DESCRIPCIÓN

1

Cursor peak

Permite desplazar el cursor sobre los picos superiores (cresta) de la gráfica.

2

Cursor trough

Permite desplazar el cursor sobre los picos inferiores (valles) de la gráfica.

3

Cursor slope

Permite desplazar el cursor sobre los puntos de la gráfica en los cuales se produce un cambio de concavidad (cambio de pendiente de recta tangente).

4

Cursor min

Permite ubicar el cursor en el valor mínimo de la gráfica.

5

Cursor max

Permite ubicar el cursor en el valor máximo de la gráfica.

6

Cursor point

7

Cursor search

Permite desplazar el cursor sobre los diferentes puntos con los cuales es elaborada la gráfica. Abre el cuadro de diálogo de búsqueda de comando, la cual usaremos para posicionar el cursor en un lugar específico a lo largo de la traza.

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8

Cursor next tran

9

Cursor prev tran

10

Mark label

Solo se utiliza o funciona cuando se tienen gráficas de circuitosdigitales. Permite desplazar el cursor hasta el punto de transición de Alto a Bajo o de Bajoa Alto en sentido de izquierda a derecha. Idem al caso anterior pero esta vez el sentido de desplazamiento es de derecha a izquierda. Permite imprimir sobre la gráfica, el valor del punto sobre el cual está ubicado el cursor (coordenada X Tiempo” , coordenada Y “Parámetro”).

5.2. AGREGAR NUEVA GRÁFICA Para que una gráfica se cargue automáticamente luego de realizada la simulación, se debe utilizar el botón Voltaje/Level Marker (para graficar voltaje) o el botón Current Marker (para graficar corriente) de la barra de herramientas del programa Schematics en el nodo del circuito donde queramos obtener la gráfica. Sin embargo en muchas ocasiones nos vemos en la necesidad de agregar nuevas gráficas, para lo cual debemos utilizar el botón Add Trace

de la barra de

herramientas de PSpice A/D (también puede usarse la tecla Insert) , presionando este botón se nos carga una ventana como la mostrada en la figura 5.2.

En la parte izquierda de esta ventana, aparecen todas las variables resultantes de la simulación y que pueden ser graficadas por PSpice A/D, a la derecha se encuentran una serie de funciones que pueden ser aplicadas a la variable que se desea graficar y en la parte inferior izquierda aparece un recuadro en el cual debe introducirse el nombre de la variable que se desea graficar. Por ejemplo en la figura 5.2, se ha seleccionado la variable “V1(R)”, que representa el voltaje en el nodo 1 de una resistencia “R”.

Esto puede ser escrito directamente en el recuadro (Trace Expresión) o puede seleccionarse la variable correspondiente y hacer click, con lo que aparecerá automáticamente en este recuadro. Una vez seleccionada la variable a graficar presionamos Ok. En caso de querer aplicar una función a la gráfica, por ejemplo “RMS( )”, se debe colocar: “RMS( V1(R) )”. Si queremos graficar varios parámetros a la vez, los nombres de las variables deben ir separados por comas (,), ejemplo: V1(R), I(D1), V2(VS).

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Figura 5.2 – Menú Añadir Gráficas

5.3. FUNCIONES VÁLIDAS EN PSPICE A/D La potencia de cálculo disponible en el programa PSpice A/D se demuestra cuando se nos permite la posibilidad de operar mediante funciones conplejas con las variables disponibles para su representación gráfica. Las expresiones matemáticas que son permitidas en PSpice para representar cualquier forma de onda admiten los operadores: “+” (Suma), “-” (Resta), “*” (Multiplicación), “/” (División), paréntesis y además las siguientes funciones: ABS(x) SGN(x) SQRT(x) EXP(x) LOG(x) LOG10(x) DB(x) PWR(x,y) SIN(x) COS(x) TAN(x) ATAN(x) ARCTAN(x) d(x) s(x) AVG(x) AVGX(x,t) RMS(x) MIN(x) MAX(x)

Valor absoluto de X +1 (si X>0), 0 (si X=0), -1 (si X<0) X1/2 ex ln(x) (log en base e) log(x) (log en base 10) 20×log(x) (log en base 10) xy sin(x) (x en radianes) cos(x) (x en radianes) tan(x) (x en radianes) tan-1(x) (resultado en radianes) tan-1(x) (resultado en radianes) Derivada de X con respecto de la variable del eje X Integral de X Valor promedio de X sobre el rango de la variable del eje X Valor promedio de X sobre el valor de la variable tiempo Valor eficaz de X Valor mínimo de X Valor máximo de X

Así si, por ejemplo, nos interesara mostrar la gráfica del valor medio de la corriente de carga que pasa por una resistencia de carga RL, elegiríamos la opción Add_trace e introduciríamos la expresión AVG(I(RL)), que nos calculará y mostrará la gráfica. Si queremos que nos muestre lo © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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mismo pero hasta un determinado valor de tiempo (por ejemplo 50ms), utilizaríamos la función AVGX(I(RL),50ms). Lo mismo pasará con la función para calcular el valor eficaz de las distintas variables (RMS(x)) y con el resto de funciones.

PSpice nos permitirá combinar funciones y mediante operadores algebraicos operarlas para obtener el resultado deseado.

En la tabla anterior se muestra, en la columna de la derecha, el listado de funciones disponibles para la versión del PSpice del paquete Orcad 9.2 Demo. Para operar con ellas no tenemos más que marcarlas y aparecerán en la barra inferior de la ventana para poder operarlas con las variables a representar y obtener la forma de onda deseada.

5.4. FUNCIONES OBJETIVO (GOAL FUNCTIONS) Una función objetivo es un conjunto de instrucciones que PSpice utiliza para evaluar características de una forma de onda de acuerdo a unos determinados criterios. Una función objeto calcula un valor simple, como puede ser el punto máximo de una curva o la frecuencia central de una señal. Las funciones objetivo son usadas en la ejecución de análisis para simulaciones con múltiples ejecuciones para mostrar como un valor entregado cambia.

Las definiciones de funciones objetivo especifican el procedimiento para la medida de las características de las forma de onda usando comandos de búsqueda y puntos de marca.

Además de utilizar las funciones ya definidas para su evaluación, se dispone de la opción Trace->Goal Functions desde la barra de menús, tras lo que aparecerá la ventana de la figura 5.3. Desde aquí podemos crear las nuestras (New), realizar copias de funciones ya definidas (Copy), visualizar el listado que define una función (View), borrar funciones (Delete), evaluar funciones (Eval) y cargar funciones desde otros ficheros (Load).

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Figura 5.3 - Ventana de edición de funciones

5.5. DEFINICIÓN DE UNA MACRO Este comando muestra un cuadro de diálogo que permite ver, modificar y crear macros que se utilizan en la aplicación, conociendo como macro un nombre al que se le asigna un valor concreto. Los ficheros que contienen a las macros son de extensión *.PRB. Para acceder a las macros seleccionamos Macros del menú Trace de PSpice A/D. A continuación creamos una nueva o modificamos una ya existente.

Figura 5.4 – Cuadro de diálogo de las macros

Para definir una macro se realiza de la siguiente forma: <nombre de la macro> ([arg[,arg]*]) = <definición> Esto se introduce en la casilla Definition. Una vez creada o modificada la macro de guarda pulsando en Save. Un ejemplo de cómo crear una macro sería definir el ancho de banda de una señal:

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BANDA = 20*LOG10(V(B)/V(A))

5.6. AGREGAR NUEVO PLOT Esta función es especialmente útil cuando se quieren graficar variables de diferentes unidades (voltajes, corrientes, potencia), puesto que la misma divide la ventana principal de PSpice A/D en tantas ventanas como se desee. Para hacer esto, seleccionamos Plot en la barra de menús y seguidamente hacemos click en la opción Add Plot, así aparecerá una nueva ventana (Ver figura 5.5).

Luego se puede graficar una variable en la ventana que este seleccionada (SEL>>). Cuando se quiera eliminar una ventana, primero la seleccionamos (haciendo click con el ratón) luego en el menú Plot escogemos Delete Plot.

Figura 5.5 – Ventana PSpice A/D visualizando dos variables.

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5.7. MENÚ DE EJES Siempre ha sido de gran utilidad poder manipular los ejes sobre los cuales se gráfica una función, con la finalidad de obtener solo la parte que interesa de la gráfica. Para hacer esto se selecciona el menú Plot y en ella se escoge “X Axis Settings... ó Y Axis Settings..., según se quiera modificar el eje X ó Y. Luego se abrirá una ventana como la mostrada en la figura 5.6.

Por defecto la opción seleccionada es Auto Range, así si queremos modificar los límites se escoge la opción User Defined y en los recuadros siguientes se introducen los límites inferior y superior que se deseen.

Figura 5.6 – Menú para modificar los ejes.

5.8. MENÚ CURSOR Para hacer esto es necesario recurrir a las funciones del cursor. Si se quiere obtener por ejemplo en la simulación de un circuito, el voltaje en un componente de éste, transcurrido cierto tiempo, se debe hacer lo siguiente: teniendo elaborada la gráfica de la magnitud analizada, se hace clic en el botón Toggle Cursor

con lo que aparecerán en la gráfica dos rectas (horizontal y

vertical) que se cortan sobre la curva seleccionada.

También aparece un recuadro donde se indica el valor de la magnitud medida y el tiempo transcurrido (este valor es el indicado por el cursor “intersección de las rectas antes mencionadas”). Si por ejemplo se quiere fijar un valor determinado, se debe hacer clic en el botón Mark Label de la barra de herramientas del menú Cursor con lo que se indicará en la gráfica el punto correspondiente, tal y como puede observarse en la figura 5.8.

Las demás opciones del menú Cursor son Cursor Peak, Cursor Trough, Cursor Slope, Cursor Min, Cursor Max, Cursor Point, Cursor Search, Cursor Next Tran, Cursor Next Prev.

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Existe un doble cursor que se visualiza haciendo clic con el botón derecho del ratón una vez que tengamos visualizado el otro. Esto será útil para poder medir dos puntos de una misma gráfica o de gráficas distintas. Estos valores se visualizarán en un recuadro, descrito anteriormente, donde también aparecerá la diferencia entre dichos valores.

En caso de tener varias curvas en una misma gráfica, y se desee seleccionar una de ellas, basta con hacer clic en el nombre correspondiente de la curva (los nombres aparecen en la parte inferior izquierda de la ventana de PSpice A/D), y quedará seleccionada. Cuando se desee borrar una curva, primero se selecciona y luego se presiona la tecla Supr. Toggle Cursor Menú Cursor

Figura 5.7 – Toggle Cursor y Menú Cursor.

Figura 5.8 – Selección de un punto de la gráfica con el cursor

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5.9. FICHERO CIR Aunque hoy en día la mayoría de los simuladores permiten definir la entrada de un circuito a simular mediante un esquemático realizado de forma gráfica, se ha considerado el estudio del fichero de entrada ‘.CIR’ (fichero tipo ASCII) por su utilidad docente y versatilidad. Una comprensión y conocimiento del fichero ‘.CIR’ hará que nos podamos enfrentar a la mayoría de los programas de simulación de circuitos electrónicos basados en una compatibilidad del modelo SPICE. El fichero ‘.CIR’ es sumamente versátil y puede ser reconocido y utilizado por todas las versiones de PSpice, tanto para versiones DOS como para versiones Windows, con lo que podremos crear un fichero ‘.CIR’ trabajando en una versión para DOS que luego podrá ser utilizado por otra persona o por nosotros mismos si, en otro momento, estamos trabajando en versiones bajo entorno gráfico. Además de esto, la gran cantidad de información y ficheros de descripción de circuitos que podemos encontrar en la red, vendrán definidos mediante desarrollos de ficheros ‘.CIR’, a causa de la gran versatilidad de la que hemos hablado anteriormente.

El fichero puede ser redactado con cualquier procesador de texto. Este fichero no debe de tener caracteres de control (códigos relativos a márgenes, tipos de letra, etc.). Normalmente utilizaremos el editor de textos contenido en el entorno PSpice A/D, fácil de utilizar e interactivo con el simulador.

Tras su conclusión le daremos un nombre de hasta 8 caracteres y la extensión ‘.CIR’, que será la reconocida por PSpice como el fichero de entrada donde se describe el circuito. Describimos los circuitos mediante sentencias que enumeran todos y cada uno de los componentes, así como los análisis a realizar, forma de presentar los resultados, formas de ondas a visualizar, etc.

5.9.1. Normas de Definición para un Circuito Fijándonos en el esquema del circuito de la figura y para una correcta descripción del circuito seguiremos los siguientes pasos:

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1. Realizar sobre un papel el esquema del circuito a estudiar. Este esquema deberá de estar completamente definido (con todos los valores de sus componentes). 2. Identificaremos cada nudo del circuito mediante un número, sin necesidad de seguir un orden concreto. Sin embargo deberemos de tener en cuenta que el número correspondiente al nudo de tierra será siempre cero. 3. Daremos a cada componente del circuito un nombre que nos servirá para hacer referencia a dicho elemento. 4. Realizaremos la descripción del circuito conforme a las normas de PSpice.

Como podemos ver, en el esquema, cada uno de los componentes tiene su nombre y valor. Además de esto hemos numerado cada uno de los nudos de conexión entre elementos para su descripción en el circuito. Así pues, realizaremos la descripción del circuito en un fichero ‘.CIR’, en el que además de los datos necesarios para el circuito, se han añadido diferentes comentarios, tanto en líneas independientes, que van precedidas por un asterisco (*), como tras las líneas de comando que describen a los diferentes componentes del circuito, que van precedidas por un punto y coma (;) colocado justo detrás de la descripción de cada componente. Por supuesto estos comentarios son opcionales y sólo tienen carácter informativo para el usuario. El fichero ‘.CIR’ del circuito anterior puede quedar de la siguiente forma:

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CIRCUITO RECTIFICADOR *TENSION DE ENTRADA ENTRE LOS NUDOS 1 Y 0 (TIERRA), QUE GENERA UNA SEÑAL *SINUSOIDAL CON UNA TENSIÓN OFFSET NULA, UNA TENSIÓN DE 12 VOLTIOS DE *PICO Y UNA FRECUENCIA DE 50 HZ. Vent

1

0

Sin(0V 12V 50Hz)

*ELEMENTOS ACTIVOS DEL CIRCUITO DIODO RECTIFICADOR 1N4002 COLOCADO *ENTRE LOS NODOS 1 Y 2 (EN EL ORDEN *ANODO-CATODO). D1

2

D1N4002;

Diodo rectificador

*BOBINA COLOCADA ENTRE LOS NUDOS 2 Y 3 Y CON UN *VALOR DE 10 uH Lf

2

3

10uH;

Bobina de filtro

*CONDENSADOR COLOCADO ENTRE LOS NUDOS 0 Y 3 Y DE *VALOR 3300 Uf. Cf

3

0

3300Uf;

Condensador de filtro.

*RESISTENCIA COLOCADA ENTRE LOS NUDOS 0 Y 3 Y DE *VALOR 10 OHMIOS RL

3

0

10;

Resistencia de carga

*FIN DEL CIRCUITO .END

5.9.2. Estructura de un Fichero.CIR Aquí tenemos una lista que muestra cómo debemos de estructurar nuestro fichero .CIR a la hora de crearlo: 1. La primera línea es el título que asignamos al circuito. 2. La última línea ha de ser la sentencia “.END.” 3. Las líneas que comienzan con un asterisco serán consideradas por PSPICE como un comentario. 4. Para incluir un comentario al final de una sentencia lo indicaremos con un punto y coma antes del mismo. 5. Las líneas que comienzan con el signo + son consideradas como continuación de la sentencia de la línea anterior.

6. El orden de las líneas que describen el circuito no es importante. 7. Las letras mayúsculas y minúsculas son consideradas por igual. 8. Los espacios, tabuladores y comas son equivalentes y no importa su número.

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5.9.3. Inclusión de la Sentencia”.Probe” La forma de realizar este tipo de enlace se realiza añadiendo la sentencia “.PROBE” en el fichero de trabajo que define el circuito. Su sintaxis general será de la siguiente forma:

.PROBE [/CSDF] [salida]*

Esta sentencia genera, tras la simulación con PSpice A/D, un fichero de datos con la extensión ‘.DAT’, en el que se almacenan los resultados de los análisis .DC (en continua), .AC (en alterna) y .TRAN (transitorio) para ser usado posteriormente por el procesador de gráficos Probe. Si no se especifica ninguna [salida] los datos se guardarán en un fichero llamado PROBE.DAT, en el que tendremos los valores de todas las tensiones de todos los nodos y las intensidades que circulan por todos los elementos.

Una vez creado el fichero de datos podremos cargarlo desde la versión de Probe incluida en el paquete de Orcad 9.2 Lite Edition para el estudio de las señales deseadas.

Ejemplo de aplicación 5.1.- (RLC_TRAN.CIR). Abrir el fichero RLC_TRAN.CIR desde PSpice y observar las diferentes líneas de texto comparándolo con el circuito de la figura. Simular el circuito y visualizar V1 y V(3) tratando de interpretar la línea correspondiente a V1 y a .TRAN.

Ejemplo de aplicación 5.2.- (PRECTTRIOC-RLE.CIR). Abrir el fichero PRECTTRIOC-RLE desde PSpice y observar las diferentes líneas de texto comparándolo con el circuito de la figura. Simular el circuito y visualizar las © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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tensiones de entrada V2(Van), V2(Vbn), V2(Vcn), y V(3)-V(5). Trata de interpretar las líneas correspondientes a dichas tensiones.

5.10. TIPOS DE ANÁLISIS Tras la descripción de nuestro circuito de trabajo mediante las diferentes formas que hemos visto anteriormente, tanto esquemático como fichero .CIR, procedemos a realizar la simulación de este. Durante este proceso, los simuladores pueden aplicar diferentes tipos de análisis al circuito de trabajo y seremos nosotros los que le indiquemos cuál de ellos nos interesa dependiendo del tipo de estudio a realizar.

La elección del tipo de análisis a realizar en el circuito, va a condicionar en gran medida el que del estudio de los resultados podamos obtener las conclusiones necesarias para determinar si nuestro diseño funciona correctamente ante los estímulos que le apliquemos. Básicamente cuatro son los análisis que se realizan fundamentalmente mediante el programa PSpice: • • • •

Cálculo del punto de trabajo (Bias Point). Análisis de corriente alterna (AC). Análisis de corriente continua (DC). Análisis transitorio.

Ante un mismo diseño o circuito, los cuatro análisis o sólo uno de ellos podrán estar habilitados y será en el visualizador gráfico de PSpice A/D donde seleccionaremos los resultados del análisis que queremos observar. No obstante, existen otros tipos de análisis que se pueden combinar con los mencionados anteriormente, completando así la información obtenida en función de otras variables (tolerancias, temperatura, etc.). Estos análisis son: •

Análisis paramétrico.

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• • • • • •

Análisis estadísticos (Monte Carlo y Worst Case). Análisis de temperatura. Análisis de ruido (AC). Análisis de Fourier (Transitorio). Análisis de sensibilidad (DC). Función de transferencia de pequeña señal (DC).

A continuación se describirán las características y la manera de realizar cada tipo de análisis en el fichero .CIR.

5.10.1.

Análisis DC

Este tipo de análisis nos va a permitir realizar un estudio en continua del circuito para un determinado rango de valores de una fuente de tensión o de corriente, de temperaturas o de valores de un determinado parámetro de un modelo. Será usado para calcular la característica de transferencia de un amplificador, umbrales de puertas lógicas, trazado de familias de curvas de componentes diversos, etc.

PSpice calculará el punto de trabajo del circuito para cada valor de la variable a la que se le está realizando el barrido, así como la ganancia de pequeña señal. Podremos ver como varía la señal de salida respecto a la variación del parámetro de entrada.

El análisis en continua se especifica con la sentencia: .DC [LIN][OCT][DEC] <variable> <valor inicial> <valor final> <incremento>* PSpice sólo tendrá en cuenta las fuentes de tensión cuyos valores vengan definidos por DC de la forma: V<nombre> <nudo+> <nudo-> DC <valor>

Ejemplo 5.1.- (EJEMPLODC.cir). Un ejemplo de análisis de DC lo tenemos en la obtención de la curva de característica del diodo zener D1N750, en el que hemos realizado un barrido de 20 a -20 V de la fuente de tensión en incrementos de 1 V.

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Figura 5.9 – Curva de característica del diodo zener

Figura 5.10 – Circuito a

analizar

Ejemplo 5.2.- (Curvas_Transistor.opj). Otro ejemplo de análisis de DC lo tenemos en la obtención de las curvas de un transistor NPN BC108B, en el que hemos realizado un barrido logarítmico para VCE de 0.05 a 5 V y del tipo lineal para IB de 0.01mA a 0.1mA.

Figura 5.11 – Curva de característica del transistor

5.10.2.

Figura 5.12 – Circuito a analizar

Cálculo del Punto de Trabajo (Blas Point)

Mediante este análisis el programa PSpice va a determinar el cálculo del punto de trabajo del circuito y nos suministrará un listado en valores en el fichero de salida (*.OUT) de datos divididos en tres apartados: © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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• Lista de tensiones en cada nudo • Intensidades de todas las fuentes de tensión discontínua y potencia entregada • Lista de los parámetros de pequeña señal de los componentes no lineales. Para la visualización de los resultados añadiremos la sentencia .OP en el fichero de trabajo. Si se omite esta última sentencia en el fichero que describe circuito, PSpice calculará el punto de trabajo de todas formas, ya que lo necesita para realizar otros análisis, pero sólo tendremos en el fichero de salida la lista de tensiones en cada nudo.

5.10.3.

Análisis de Sensibilidad

El análisis de sensibilidad (la sensibilidad se obtiene en régimen de DC) nos ofrece la posibilidad de obtener en el fichero de salida el listado de las variables que se especifiquen, ya sean tensiones o intensidades, en función de los parámetros característicos de cada uno de los componentes del circuito. Los componentes pueden ser: resistencias, fuentes de excitación independientes, diodos, transistores, e interruptores controlados por V o I.

5.10.4.

Análisis de la Función de Transferencia

Este tipo de análisis permite al diseñador conocer la ganancia asociada a una variable de salida respecto a la fuente de entrada. Tanto el parámetro de entrada como el de salida pueden estar asociados a fuentes o señales de tensión o corriente respectivamente. Una aplicación interesante de este análisis es la obtención del equivalente Thevenin de un circuito.

Este análisis se realizará añadiendo la sentencia .TF a nuestro fichero de trabajo, que hará que PSpice calcule y nos muestre la ganancia del circuito para pequeña señal, la impedancia de entrada y la de salida, linealizando el circuito en torno al punto de trabajo. Los resultados aparecerán en el fichero de salida de datos (.OUT) etiquetados con SMALL SIGNAL CHARACTERISTICS.

5.10.5.

Análisis de AC

El análisis en corriente alterna permite calcular la respuesta de un circuito para una pequeña señal en un determinado rango de frecuencias. El barrido de este rango de frecuencias podemos seleccionarlo entre lineal y logarítmico. Siempre que el rango de frecuencias sea pequeño será más interesante mostrar los resultados de forma lineal, sin embargo si el rango de frecuencias es

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alto será más interesante presentar los resultados de forma logarítmica, y dentro de esta última forma podremos elegir entre presentar la escala por octavas o por décadas.

Este análisis es muy interesante, ya que permite estudiar el comportamiento de un circuito en el dominio de la frecuencia, de gran utilidad en el diseño de amplificadores y filtros ya que nos permitirá obtener el Bode del circuito. El análisis en alterna se especifica con la sentencia: .AC [LIN] [OCT] [DEC] <nº puntos> <frec. inicial> <frec. final> Donde las tres primeras opciones indican el tipo de barrido: • • •

LIN: Barrido lineal. La frecuencia irá variando linealmente desde la frecuencia inicial especificada hasta la final. OCT: Barrido por octavas. DEC: Barrido por décadas. El valor <nº puntos> se refiere, en el caso de un barrido lineal, al número total de ellos a calcular. Para el caso de un barrido logarítmico indica el número de ellos a calcular para cada década u octava.

El rango de frecuencias a barrer estará comprendido entre los valores de <frec. inicial> y <frec. final>, siempre el primero menor que el segundo y ambos distintos de cero.

En este tipo de análisis PSpice sólo tendrá en cuenta las fuentes con valores especificados mediante AC. Así pues, la definición de una fuente en el momento de realizar un análisis en alterna será de la forma: V<nombre> <nudo+> <nudo-> AC <amplitud> <fase> En el análisis AC, hay que tener en cuenta los sufijos que se les deben de añadir a las variables de salida para obtener los diferentes resultados especificados en la siguiente tabla:

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Tabla 5.1. – Listado de sufijos.

Ejemplo 5.3.- (RLC_AC.cir). Como ejemplo de análisis de AC se presenta un circuito serie RLC en el que se va a efectuar un barrido de frecuencias para obtener la frecuencia de resonancia. Para ello utilizaremos un marcador de tensión diferencial y de fase.

Figura 5.13 – Resultados del análisis de AC

Figura 5.14 – Circuito serie RLC

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Figura 5.15 – Resultado y condiciones del Análisis. Como se observa en la figura 5.15. Hemos realizado un Análisis AC del tipo lineal, donde la frecuencia inicial es de 10 Hz, la frecuencia final es de 100Khz y el análisis calculara un total de 101 puntos entre estos dos valores.

5.10.6.

Análisis Transitorio

Este tipo de análisis nos permite determinar la respuesta del circuito diseñado en función del tiempo. Generalmente es el análisis más empleado, dado que reemplaza a la visualización de señales con el osciloscopio.

Para realizar el análisis, el programa PSpice determina el punto de trabajo del circuito, a continuación se aplican las fuentes de excitación a los modelos de los componentes y se obtienen las magnitudes en cada nudo y rama. El análisis transitorio se indica mediante la sentencia: .TRAN <paso> <tiempo fin> <tiempo inicial> <paso calc> Donde: © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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<paso> intervalo de tiempo para la representación de los resultados del análisis. Se refiere a representaciones en ficheros de texto.

<tiempo fin> tiempo final del análisis.

<tiempo inicio> Por defecto el análisis comienza en el tiempo cero. Podemos suprimir en la salida un intervalo de tiempo inicial indicándolo en esta opción.

<paso calc> El paso interno para realizar los cálculos tiene el valor por defecto de <tiempo final>/50, pero podemos variarlo introduciendo un nuevo valor en esta opción. Para el análisis de respuesta temporal PSpice tendrá en cuenta diferentes tipos de fuentes,

que definiremos más adelante: • • • • •

VSIN, ISIN: Fuente de voltaje o corriente sinusoidal. VEXP, IEXP: Fuentes para formas de onda exponenciales. VPULSE, IPULSE: Formas de ondas pulsantes. VPWL, IPWL: Formas de onda definidas mediante trazos. VSFFM, ISFFM: Formas de onda moduladas en frecuencia.

Intervalo entre puntos de simulación (Step Ceiling) Una de las características que causan más confusión a la hora de configurar los parámetros de un análisis transitorio es el intervalo de tiempo entre los puntos de simulación a representar o lo que se denomina el Step Ceiling.

PSpice elige un tiempo entre puntos tan grande como le sea posible para reducir el tiempo de la simulación, pero las gráficas resultantes pueden no parecer lo suficientemente adecuadas. Para poder disminuir este tiempo entre puntos y así obtener un número mayor de ellos para su impresión PSpice nos da la oportunidad con la característica Step Ceiling, que es el máximo tiempo entre puntos de simulación. Si reducimos el valor de Step Ceiling aumentaremos el número de puntos de simulación con lo que la gráfica resultante tendrá una mayor resolución pero, por el contrario, el tiempo de la simulación aumentará al ser mayor el número de puntos a calcular por PSpice. Por lo tanto deberemos adoptar un compromiso medio entre la resolución deseada de la gráfica y el tiempo empleado en la simulación. En las gráficas siguientes podemos apreciar el resultado final al modificar el valor de Step Ceiling:

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Ejemplo 5.4.- (RLC_TRAN.cir). Para entender mejor este tipo de análisis realizaremos el análisis temporal del circuito RLC serie de la figura 5.17 y estudiar el comportamiento de la señal de salida, durante su régimen transitorio, ante una entrada de la señal tipo escalón (Ver Capitulo 8.2) siguiente:

2 2,T2

00V

V

V 3,T3

TEN

V1 VPWL(0s 0v 1us 200v 30ms 200v)

V 1,T1

TIE MPO

3 0ms

El análisis lo realizaremos desde un tiempo inicial de 0 segundos hasta uno final de 50 milisegundos. Como parámetros que definen en análisis elegimos un tiempo de paso de cálculo de 1 nanosegundo (con este paso el programa puede tardar mucho en realizar la simulación) y un paso interno de 125 microsegundos.

Figura 5.16 – Resultado de la simulación

Figura 5.17 – Circuito serie RLC

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Figura 5.18 – Resultado y condiciones del Análisis. Como se observa en la figura 5.18. Hemos realizado un Análisis Transitorio, donde el tiempo inicial es de 0 s, el tiempo final es de 50ms y un tiempo de paso de cálculo de 1microsegundo.

5.10.7.

Análisis de Fourier

Mediante el análisis de Fourier vamos a obtener el espectro de una señal generada mediante un análisis transitorio (es necesario realizar el análisis transitorio para poder ejecutar el de Fourier). Se hace comenzando con los resultados del análisis transitorio para las variables de salida especificadas. A partir de estas tensiones e intensidades se calcula la componente DC, la fundamental y los armónicos desde el 2º al 9º, aunque podemos especificar un número mayor mediante <nº de armónicos>. Después de la simulación los resultados se guardarán en el fichero de salida .OUT donde también podremos ver las diferentes componentes armónicas de la señal en este fichero. El análisis de Fourier se indica mediante la sentencia: .FOUR <frecuencia> <nº de armónicos> <variable salida> Donde:

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• • •

<frecuencia>: Es la frecuencia del armónico fundamental. <salida>: Es el nombre de la variable a la que deseamos realizar el análisis. <nº de armónicos>: Es el número de armónicos de salida. Por defecto da los nueve primeros.

Ejemplo 5.5.- (Ejemplo5.10.7.opj o RLC_FOUR.cir). Mediante este ejemplo visualizaremos el listado de Fourier del fichero de salida para la tensión en la carga de un rectificador de media onda con carga RL, así como su espectro de frecuencias.

Figura 5.19 – Resultados del análisis de fourier

Figura 5.20 – Rectificador media onda

Figura 5.21 – Espectro de frecuencias visualizable

La información que muestra esta tabla del fichero .OUT se explica de la siguiente forma: • •

DC COMPONENT: Es el valor de la componente continua de la señal analizada. En este caso el de la corriente que pasa por la resistencia R1. TOTAL HARMONIC DISTORTION (THD): Se refiere al valor en porcentaje de la distorsión armónica total y nos una idea de en cuanto difiere nuestra señal de una senoidal perfecta. En este caso el valor es bajo ya que a la corriente que atraviesa la resistencia R1 es muy similar a una senoide.

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• •

• •

HARMONIC Nº: Indica el número del armónico al que se refiere el estudio. En este caso disponemos de información del armónico fundamental (Nº 1) y la de los de orden 2º hasta el 9º. FREQUENCY: Nos muestra el valor de la frecuencia de cada armónico. Podemos comprobar que el valor de la del primer armónico coincide con la introducida por nosotros en la sentencia que define el análisis como frecuencia central. FOURIER COMPONENT: Indica la magnitud de cada una de las componentes. En nuestro caso indica que el valor de la primera componente alcanza los 3.7 Amperios y el de la segunda es de 0.42 Amperios, pudiendo comprobar que es mucho más pequeño que el de la fundamental. NORMALIZED COMPONENT: Indica el índice de distorsión de cada uno de los armónicos. El valor de cada uno de ellos se obtiene de dividir el de su componente de Fourier entre el valor de la componente de Fourier del fundamental. Al multiplicarlo por cien nos da el valor en porcentaje de distorsión de cada uno de los armónicos. PHASE: Indica el valor de fase, en valor absoluto, de cada uno de los componentes de Fourier. NORMALIZED PHASE: Indica el valor de la ase relativa respecto a la componente fundamental. El resultado se obtiene de restar al valor de fase absoluto de cada componente el de la fundamental. Fijándonos en la tabla de los componentes de Fourier podríamos definir una ecuación para la tensión

instantánea de la carga RL de la forma: V($N_0002)(t) = 96.39 + 155.8 + 69.98·sen[(2·π·100)·t – 91.31] + 4.12·sen[(4·π·150)·t + 59.12] Recuérdese que la señal periódica puede expresarse, de forma genérica, en una serie de Fourier como: n =8

V (θ ) = C 0 + ∑ [C n × Sen(nθ + φ n )] n =1

Donde: • • • •

θ=2πft Co = Componente DC de la señal Cn = Componente del armónico número n. Øn = Fase del armónico n.

Ejemplo de aplicación 5.3.- (RLC_FOUR.cir). Realización de un análisis espectral de Fourier del circuito serie RLC para el valor de la intensidad que pasa por R1 eligiendo la frecuencia del armónico fundamental de 150Hz. La sentencia a introducir en el fichero .CIR será: .FOUR 150 I(R1)

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5.10.8.

Análisis Paramétrico

El análisis paramétrico permite asignar valores a una variable que puede ser una fuente de tensión, de corriente, la temperatura de trabajo del sistema, un parámetro de un componente o un parámetro global definible por el usuario. Una vez tenemos definida la variable y asignados los valores, deberemos configurar otro tipo de análisis bien sea el AC, DC, etc., y será en este último en el que estudiaremos el comportamiento del sistema para cada uno de los valores asignados al elemento variable. El análisis se define en nuestro fichero de trabajo mediante la sentencia .STEP seguida de los parámetros que definen el análisis. Vamos a considerar tres apartados dependiendo de la forma de realizar el análisis: Análisis paramétrico lineal: Este tipo realiza un barrido de tipo lineal de la variable que indiquemos desde un valor inicial señalado hasta uno final, indicando el incremento desde el valor anterior al siguiente. La sentencia es de la forma: .STEP [LIN]* <variable> <valor inicial> <valor final> <incremt> El <valor inicial> puede ser mayor o menor que el <valor final> ya que el barrido puede ser ascendente o descendente. Análisis paramétrico logarítmico: Al igual que el tipo de análisis anterior, este realiza un barrido de la variable que se indicamos desde un <valor inicial> hasta un <valor final>, pero esta vez será de forma logarítmica y se podrá elegir entre dos tipos: 

OCT Por octavas.



DEC Por décadas.

Por último le indicaremos el número de puntos a calcular por octava o por década en <nº puntos>. La sentencia es de la forma: .STEP [DEC]* [OCT]* <variable> <val. Inic> <val. Fin> <nº puntos> Análisis paramétrico de una lista de valores: En este caso lo que se especifica es una lista de valores. No se especificará un valor inicial y final, sino un número determinado de valores, precedidos por la palabra LIST que se asignarán a la <variable> en cada uno de los análisis. La <variable> puede ser una de las siguientes: 

Una fuente. El nombre de una fuente independiente de tensión o intensidad.

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Un parámetro de un modelo. Podemos especificar un tipo de modelo, el nombre que le hemos asignado y el parámetro a variar escritos entre paréntesis. Un ejemplo sería la corriente de saturación (Is) que define el modelo de un diodo o la ganancia de corriente (βF) de un transistor.



La temperatura. Para ello, usaremos la palabra TEMP en el lugar de (variable). La temperatura se irá ajustando a los distintos valores del barrido.



Un parámetro global (una variable). En este caso usaremos el término PARAM seguido del nombre del parámetro que queremos ir cambiando. El parámetro global puede ser el valor de una resistencia, bobina, etc.

Ejemplo 5.4.- (RLC_PARAM.cir). Mediante este ejemplo visualizaremos el resultado temporal del circuito serie RLC de la figura 5.22 para distintos valores que pueda tomar la resistencia R1. Para esto añadiremos un análisis paramétrico al transitorio que ya teníamos definido con anterioridad y lo definiremos para una lista de valores que tomará la resistencia. En concreto vamos a estudiar la respuesta del circuito para los valores de R1 de 0.5, 1, 5, y 10 ohmios.

Figura 5.23 – Resultados del análisis paramétrico diseñado

Figura 5.22 – Circuito

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Figura 5.24 – Resultado y condiciones del Análisis. Como se observa en la figura 5.24 Hemos realizado un Análisis Paramétrico, donde hemos utilizado el parámetro global REVAL, el cual lo realizaremos variando este parámetro desde los 0.5ohmios, hasta los 10 ohmios con un incremento de 0.5 ohmios.

5.10.9.

Análisis de Temperatura

Con el análisis de temperatura podemos seleccionar la temperatura de trabajo a la cual realizaremos cualquier otro tipo de análisis (AC, DC, etc.), ya que por defecto todos los análisis se realizan a 27 ºC. Si en lugar de especificar una temperatura incluimos dos o más, el resultado ser á un análisis paramétrico en el que la temperatura es la variable.

5.10.10.

Análisis Estadístico (Monte Carlo y Peor Caso)

Para poder estudiar el efecto de las tolerancias en un circuito electrónico podemos realizar dos tipos de análisis (Los cuales siempre irán en conjunción de un análisis de tipo AC, DC o transitorio), que son:

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Análisis de Monte Carlo: mediante este análisis realizaremos la simulación del circuito tantas veces como indique el diseñador, siendo la tolerancia asignada a los componentes un parámetro que el programa tomará aleatoriamente en cada simulación.

Análisis Worst Case (Peor Caso): con este análisis, se realiza una simulación del circuito para cada parámetro que tenga asignada tolerancia (se asignan valores extremos). Además, PSpice calcula la sensibilidad de la señal que asignemos como salida en función de cada uno de estos parámetros.

5.10.11.

Condiciones Iniciales

Cuando establecemos condiciones iniciales, lo que estamos haciendo es especificar una o más tensiones o intensidades para realizar el cálculo del punto de trabajo. De esta forma podemos realizar dos cosas: ayudar a PSpice a calcular el punto de trabajo, proporcionando unos valores iniciales para su cálculo, o hacer que el punto de trabajo satisfaga unas condiciones que nosotros especificamos. Para definir estas condiciones iniciales Pspice nos permite tres métodos diferentes:  La sentencia .IC .IC <V(nudo)=<valor>>*  La sentencia .NODESET. Esta sentencia nos permite dar una primera aproximación de los valores de tensión para algunos nudos. Lo que hace es atacar los nudos especificados en la sentencia con una fuente de tensión del valor especificado en la sentencia junto a una resistencia en serie de 0.002Ω. A diferencia de la sentencia .IC, una vez calculado la primera aproximación de las tensiones, continúa hasta encontrar el punto de trabajo final, pero esta vez sin las fuentes definidas anteriormente.

Esta sentencia nos permite ayudar a PSpice a encontrar el punto de trabajo en circuitos que pueden causar errores de convergencia (como veremos más adelante), como pueden ser los biestables.

Si, por ejemplo, deseamos indicar a PSpice que la tensión aproximada en los nudos 4 y 7 es de 2 y 4.5 voltios respectivamente, incluiremos en nuestro fichero de trabajo la siguiente sentencia: .NODESET V(4)=2 V(7)=4.5 © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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 Por último PSpice nos permite especificar condiciones iniciales a condensadores y bobinas para un análisis transitorio. Para hacer esto utilizamos la sentencia IC= seguida del valor de tensión o corriente y colocado en la propia sentencia de definición del condensador o la bobina. C1 3 0 200uF IC=32V L1 2 3 5mH IC=100Ma

6. MODELOS 6.1. INTRODUCCIÓN Ya hemos visto como podemos definir algunos elementos pasivos y algún tipo de fuente de tensión o de señal en nuestro fichero de trabajo para crear la descripción del circuito RLC serie a simular. En realidad lo que hemos estado haciendo es definir el modelo de cada componente que forma el circuito pero dejando los valores de los parámetros que Capture y PSpice trae por defecto para cada uno de ellos.

Podremos definir modelos de todos los elementos que componen un circuito, sin embargo para algunos su uso puede ser opcional y para otros es obligatorio. Si hubiéramos querido modificar algún parámetro de algún elemento, como puede ser la tolerancia, deberíamos de haberlo indicado en la sentencia que lo define en el fichero de trabajo .CIR, de la forma que veremos más adelante.

Además, el paquete Orcad 9.2 Lite Edition incorpora un editor de modelos, PSpice Model Editor, con el que podremos crear o modificar de forma gráfica los modelos que incorporan las librerías.

Ejemplo de aplicación 6.1.- Abrir el editor de modelos y visualizar los diferentes elementos de la librería LAB_VIR.lib.

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6.2. DEFINICIÓN DE UN MODELO Una tabla que define el modelo y su símbolo para cada elemento que describe un circuito en el fichero de trabajo es la siguiente:

ELEMENTO DEL CIRCUITO

SÍMBOLO

MODELO

Resistencias. Condensadores. Bobinas. Acoplamientos magnéticos (transformadores). Interruptores controlados por tensión. Interruptores controlados por intensidad. Diodos. Transistores bipolares. Transistores de efecto de campo JFET. Transistores de efecto de campo MOSFET. Transistores de efecto de campo GaAsFET. Fuentes de tensión independientes. Fuentes de intensidad independientes. Fuentes de tensión controladas por tensión. Fuentes de intensidad controladas por intensidad. Fuentes de intensidad controladas por tensión. Fuentes de tensión controladas por intensidad.

R C L K S W D Q J M B V I E F G H

RES CAP IND CORE VSWITCH ISWITCH D NPN, PNP o LPNP NJF o PJF NMOS o PMOS GASFET -------------------------------------------

Tabla 6.1 - Símbolos y modelos de los elementos que definen un circuito

La sentencia que incluye la definición de un modelo en nuestro fichero de trabajo es la siguiente: .MODEL <nombre> <tipo> (param1=valor param2=valor...) Donde, para definir un modelo, en <nombre> indicamos el nombre que damos a ese elemento empezando siempre por una de las letras que tenemos en la columna SIMBOLO. En <tipo> definimos el tipo de modelo que vamos a utilizar, que viene indicado en la columna MODELO y, tras este, entre paréntesis, indicamos los valores de cada uno de los parámetros que deseamos modificar respecto a los que ya están definidos por defecto en PSpice.

Vamos a tratar de ver esto con un ejemplo. En nuestro circuito RLC hemos definido tres componentes pasivos, como han sido una resistencia, un condensador y una bobina. Para definirlo no hemos indicado nada más que su nombre, valor y los nudos entre los que están conectados sus terminales. Sin embargo, si hubiéramos deseado modificar algún parámetro, de los que PSpice tiene por defecto y que definen la resistencia, deberíamos haberlo indicado de la forma siguiente: R 1 2 RLOAD 10 © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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.MODEL RLOAD RES(TC1=0.002) Aquí hemos dado el nombre RLOAD a nuestra resistencia para luego referenciar esta en la sentencia del modelo, y le hemos indicado que el parámetro que la resistencia toma el valor de 10Ω y el valor del parámetro que define su coeficiente lineal de temperatura pasará a ser de 0.002.

En este caso, el comportamiento de la resistencia viene definido por un número de cuatro parámetros, cuyos valores están definidos por defecto por PSpice y, normalmente, no los modificaremos a la hora de definir circuitos. Lo mismo ocurrirá con la definición de condensadores y bobinas, a los que normalmente dejaremos los valores de parámetros que PSpice trae por defecto para ellos.

Ejemplo de aplicación 6.2.- Abrir con el editor de modelos la librería LAB_VIR.lib y observar los parámetros del macromodelo del TRIAC utilizado en las prácticas de Electrónica de Potencia.

6.3. MODELOS DE SEMICONDUCTORES Resistencias, condensadores, bobinas y acoplamientos magnéticos, son considerados como elementos pasivos por PSpice y su introducción en la descripción de los circuitos de trabajo no requerirá, normalmente, la modificación de sus parámetros por medio de la sentencia .MODEL. Ahora nos dedicaremos a ver como definir un modelo para diferentes dispositivos semiconductores con un comportamiento más complejo, como puede ser diodos, transistores, SCR’s u operacionales.

Para estos elementos complejos podremos definir sus parámetros según nuestras propias necesidades. Así, por ejemplo, podemos definir un modelo de diodo rectificador de recuperación rápida que puede trabajar en un circuito rectificador concreto introduciendo los valores correspondientes de los parámetros que lo definen. Esto valores de parámetros los podremos obtener de las hojas de características y gráficas suministradas por el fabricante o mediante herramientas que nos permiten definir el modelo de un componente mediante valores de gráficas como es el caso del programa PARTS.

De esta forma podremos crear nuestro propio modelo y podremos ahorrarnos la necesidad de encontrar la librería que defina ese modelo y de la que no disponemos en ese momento. Por supuesto siempre será más cómodo y rápido el uso de elementos ya definidos en librerías, pero es

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interesante saber que si no disponemos de estas podremos definir nuestro propio modelo basándonos en las características suministradas por el fabricante.

Vamos a tratar la definición de algunos elementos semiconductores que consideramos interesantes. Estos son los siguientes:

DIODO: PSpice

simula

el

comportamiento del diodo mediante dos modelos, uno para grandes señales y otro para pequeñas señales.

Cuando PSpice realiza análisis transitorio o en continua, trabaja con el modelo de gran señal, donde Re es la resistencia que simula la caída de tensión en directo; Id simula la corriente que atraviesa el diodo y el condensador Cd sería la capacidad interna del diodo.

Los demás tipos de análisis utilizan el modelo para pequeñas señales, donde la resistencia Rd es la inversa de la pendiente de la curva característica V-I (resistencia dinámica). La forma de definir el modelo de un diodo viene dado como: D<nombre> <nudo +> <nudo -> <nombre del modelo> [área] .MODEL <nombre del modelo> D(param1=valor param2=valor ...) Los parámetros que especifican el comportamiento del diodo vienen expresados en la siguiente tabla: Parámetros IS RS N TT CJO VJ M EG XTI KF IKF

Significado Corriente de saturación Resistencia parásita Coeficiente de emisión Tiempo de tránsito Capacidad de la unión sin polarizar Potencial de la unión PN Coeficiente de la graduación de la unión Tensión de la banda prohibida Exponente de la temperatura IS Coeficiente de ruido Flicker Corriente “codo” de alta inyección

Valor por defecto 1E-14 0 1 0 0 1 0.5

Unidad

1.11 3 0 ∞

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A Ω S F V

EV

A 85


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FC BV IBV

Coeficiente para Cj con polarización directa Tensión de ruptura Corriente para la tensión de ruptura

0.5 ∞ 1E-10

V A

Tabla 6.2 - Parámetros que definen el modelo del diodo En la tercera columna podemos ver el valor por defecto que Pspice asigna a cada parámetro si no indicamos nada. Todos estos parámetros son características físicas del diodo y que dependen de la fabricación del mismo. El campo [área] es opcional y es un coeficiente que permite definir diodos que, teniendo los mismos parámetros se diferencian sólo en el área efectiva de unión p-n de cada diodo. La corriente positiva irá desde el ánodo hasta el cátodo a través del diodo.

Como ejemplo, podemos definir el modelo del diodo 1N4007 del que hemos obtenido los valores de los parámetros que deseamos modificar de sus hojas de características. Los parámetros obtenidos son los siguientes: Bv = 1200V Is = 17nA Cjo = 35.35pF TT = 7.07µs

Ibv = 100µA N = 2.18 M = 0.46

La sentencia que define el modelo sería de la forma: D1 1 2 D1N4007 .MODEL D1N4007 D(Bv=1200 Ibv=100u IS=17n N=2.18 +CJO=35.35p M=0.46 TT=7.07u)

TRANSISTOR BIPOLAR: Al igual que sucedía con el diodo, PSpice utiliza dos modelos para simular el comportamiento del transistor, uno para grandes señales y otro para pequeñas señales.

El transistor bipolar está modelado como un transistor ideal con resistencias óhmicas en serie con el colector de valor RC/área, con la base de valor RB/área y con el emisor de valor RE/área. La corriente la tomaremos como positiva cuando fluye hacia el interior de un terminal. La forma de definir el modelo de un transistor es de la forma: Q<nombre> <colector> <emisor> <base> [nudo del substrato] + <nombre del modelo> [área]

Parámetros

Significado

Valor por

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defecto CARACTERISTICAS ESTÁTICAS IS BF BR RE RB RC

Corriente de saturación Valor máximo de la Beta directa Valor máximo de la Beta inversa Resistencia de emisor Resistencia de la base sin polarizar Resistencia de colector

1E-16 A 100 1 0Ω 0Ω 0Ω

CAPACIDADES DE DEPLECION DE LA UNION CJE VJE MJE CJC VJC MJC

Capacidad de la unión base-emisor sin polarizar Potencial base-emisor Factor de graduación de la unión base-emisor Capacidad de la unión base-colector sin polarizar Potencial base-colector Factor de graduación de la unión base-colector

0F 0.75 V 33 0F 0.75 V 33

ALMACENAMIENTO DE CARGA EN LA REGION DE BASE TF TR

Tiempo de transición en directo Tiempo de transición inverso

0 sg 0 sg

Tabla 6.3 - Parámetros que definen el modelo del transistor

Los parámetros físicos que definen el comportamiento del transistor bipolar genérico se muestran en la tabla 6.3. Los valores por defecto que toma el modelo del transistor vienen especificados en la columna Valor por defecto. Estos valores son los que tomará el parámetro del transistor si no son modificados. Los valores de estos parámetros podremos obtenerlos de la hoja de características que ofrece el fabricante.

Un ejemplo de inclusión en nuestro fichero de trabajo de un modelo de transistor tipo NPN, cuyo número de nudos de colector, emisor y base son respectivamente 3, 7 y 12, y al que llamamos Q1. Utilizamos las hojas de características del Q2N6122 para obtener los valores de los parámetros físicos que nos interesan modificar: Q1 3 7 12 Q2N6122 .MODEL Q2N6122 NPN(BF=50 IS=3.77E-13 RB=1.42 RC=0.145 +MJE=0.57 CJE=323p MJC=0.48 CJC=318p TF=63.66E-9 +TR=3.18E-6)

6.4. SUBCIRCUITOS © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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6.4.1. Introducción Supongamos que se nos da el caso en el que en durante la definición de nuestro circuito de trabajo existen un grupo de elementos interconectados en él que se repiten varias veces. Pspice nos da la opción de no tener que repetir la definición de los componentes y sus interconexiones en cada una de estas partes que se van a repetir. Mediante la definición de este grupo de elementos como un subcircuito, podremos definirlos como un elemento más y sólo con hacer una llamada a la sentencia de llamada de subcircuito e indicar los nudos a los que va a estar conectado, PSpice entenderá que se trata de ese grupo de componentes que hemos definido. Podemos imaginarlo como una especie de caja con conexiones de entrada/salida donde está definido este pequeño circuito y que utilizaremos como si de un elemento más se tratara.

6.4.2. Definición de un Subcircuito Un subcircuito se compone de varias sentencias que definirán los elementos que lo integran, precedidas por la sentencia .SUBCKT y terminarán con la sentencia .ENDS. Tras definir el subcircuito los podremos colocar como si de un elemento se tratase mediante la sentencia de llamada subcircuito X. Los subcircuitos pueden estar anidados, de manera que para definir un subcircuito podemos hacer una llamada a otro con la sentencia de llamada X, pero no podremos definir otro subcircuito dentro la definición de este. También deberemos tomar la precaución de si estamos definiendo el subcuircuito Primero, podremos incluir una llamada a un subcircuito ya definido como Segundo, pero este último no puede contener una llamada al subcircuito Primero, ya que esto producirá un bucle cíclico sin salida.

Una vez definido el subcircuito lo acoplaremos a nuestro circuito principal mediante unos nudos que actuarán como terminales entrada/salida.

También podremos introducir ciertos valores dentro de nuestro subcircuito definidos como parámetros, que podrán ser utilizados en expresiones aritméticas dentro de él. Para esto introducimos el término PARAMS dentro de la sentencia .SUBCKT, con lo que definimos los parámetros disponibles en dicho subcircuito y sus valores por defecto. Después, también con el término PARAMS en la sentencia X de llamada al subcircuito, daremos los valores deseados a los parámetros para cada caso en concreto.

Los números de los nudos y los nombres de los elementos de un subcircuito tienen carácter local y sólo afectan a ese subcircuito y no al resto del circuito.

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Para entender todo esto mejor vamos a suponer que nuestro circuito RLC serie, con el que hemos estado trabajando hasta ahora, pasa a formar parte de otro circuito más grande. Este circuito podría ser un inversor, rectificador, etc. y el circuito RLC lo utilizaríamos como filtro a la salida de estos circuitos para reducir, en cierta medida, el número de armónicos a la salida. Si tuviéramos que usar el filtro varias veces a lo largo de la definición del circuito superior sólo tendríamos que definirlo como un subcircuito y referenciarlo con la sentencia de llamada a subcircuito en las partes del circuito donde sea necesario pero, en este caso, como si fuera un elemento más del circuito mayor. En un principio, el valor de la resistencia es de 10Ω, pero nos va a interesar variar su valor para aplicarlo a diferentes aplicaciones del subcircuito.

Figura 6.1 - Conversión del circuito RLC a subcircuito

La definición del subcircuito quedará de la forma:

** Terminales Terminales * de entrada de salida .SUBCKT FILTRO 1 4 3 4 PARAMS: RES=10 * Resistencia R1 colocada entre los nudos 1 y * 2. Como valor el parámetro RES R1 1 2 {RES} * Bobina entre los nudos 2 y 3, de valor 5mH L1 2 3 5mH * Condensador entre los nudos 3 y 4 de valor * 200uF C1 3 4 200uF .ENDS ; Fin del subcircuito

6.4.3. Inserción de un Subcircuito Ya tenemos definido el subcircuito y sólo nos queda insertarlo en nuestro circuito principal. Para esto existe una sentencia de llamada a subcircuito de se define como sigue: X<nombre> <nudos> <subcircuito> PARAMS: <nombre>= <valor> Todos estos parámetros no serán siempre necesarios. Si, por ejemplo, no hemos definido ningún elemento del subcircuito como un parámetro, la opción PARAMS la obviaremos.

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Bien. El nombre que elegimos para insertar el subcircuito será FLT1. La entrada del subcircuito estará insertada en los nudos 12 y 15 del circuito principal, y la salida en los nudos 6 y 9. En este caso vamos a dar un valor de 0.5Ω a la resistencia. La sentencia de llamada quedará de la forma siguiente: * Entrada Salida Nombre Parámetros XFLT1 12 15 6 9 FILTRO PARAMS: RES=0.5

6.4.4. Subcircuitos de Componentes Complejos Ya hemos visto como definir e insertar un subcircuito en otro mayor, con el consiguiente ahorro de trabajo y tiempo. Pspice sólo es capaz de trabajar con condensadores, resistencias, bobinas, diodos, transistores, interruptores y fuentes de tensión en intensidad, por lo que para utilizar en nuestros circuitos elementos más complejos, como puede ser un operacional, necesitaremos diseñar un subcircuito equivalente que lo defina con los elementos mencionados. Vamos a ver algunos de estos componentes complejos y los subcircuitos que lo definen.

AMPLIFICADOR OPERACIONAL: Como sabemos, un amplificador operacional contiene una cantidad elevada de elementos, por lo que, para definirlo, lo haremos como un subcircuito y, cada vez que deseemos insertarlo en un circuito, no tendremos más que hacer una llamada al subcircuito que lo define y tratarlo como otro elemento más de los que forman el circuito.

El modelo de amplificador operacional que vamos a tratar es el modelo lineal, que simplificará el diseño y los análisis a realizar. Existen modelos más complejos que simulan con mayor realismo y precisión el comportamiento del amplificador pero, el modelo lineal nos proporcionará unos resultados aceptables en los diferentes análisis de circuitos en los que, entre sus elementos, se cuenten con operacionales.

Figura 6.2 – Modelo lineal en continua del Amplificador Operacional. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Para una mayor precisión en los cálculos podemos acudir a modelos más complejos, teniendo en cuenta que el tiempo de cálculo será mayor.

A continuación definimos este modelo del operacional en forma de subcircuito, para unos valores a los parámetros de resistencia de entrada de 2MΩ y de salida de 75Ω, así como un valor del parámetro de ganancia de 100.000. Al subcircuito le daremos el nombre de AMPOP. El circuito equivalente para el modelo lineal es el siguiente:

* Entrada Salida .SUBCKT AMPOP 1 2 5 4 RENT 1 2 2MEG; Impedancia de entrada RSAL 3 5 75; Impedancia de salida *Fuente de tensión controlada por tensión con *valor de ganancia de 100.000 EA 4 3 1 2 1E5 .ENDS AMPOP

En este modelo no se tienen en cuenta valores de los amplificadores operacionales como pueden ser los efectos de saturación y el slew rate, al igual de tratar la ganancia de forma independiente a la frecuencia. Por el contrario, la sencillez de este modelo repercutirá en una mayor velocidad en la ejecución de los diferentes análisis.

Para modelos más complejos podemos acudir a diferentes publicaciones o subcircuito incluidos en librerías de los mismos.

TIRISTOR (SCR): Al igual que el operacional, el modelo de tiristor se define mediante un subcircuito que simula su comportamiento eléctrico.

Existen varios modelos que simulan el comportamiento del tiristor con diferentes grados de complejidad. Elegir uno u otro dependerá de la precisión buscada en los resultados de los análisis. Mayor complejidad significará mayor precisión pero un tiempo mayor en el proceso de simulación. El modelo en alterna viene dado en la figura 6.3.

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Figura 6.3 – Modelo en alterna del SCR El subcircuito que define el modelo del SCR, y al que llamamos SCRAC sería de la siguiente forma:

* Ánodo puerta cátodo .SUBCKT SCRAC 1 3 2 *Interruptor controlado por tensión S1 1 5 6 2 SMOD *Definición de los parámetros del modelo de *interruptor .MODEL SMOD VSWITCH(RON=0.0125 ROFF=10E5 + VON=0.5V VOF=0V) RG 3 4 50 RT 6 2 1 DT 7 2 DMOD *Definición de los parámetros del modelo de *diodo .MODEL DMOD D(Is=2.2E-15 Bv=1800 TT=0) CT 6 2 10u *Fuentes auxiliares para medir las tensiones *de ánodo y de puerta VY 4 2 DC 0 VX 5 7 DC 0 *Fuente de intensidad controlada por *intensidad F1 2 6 POLY(2) VY VX 0 50 11 .ENDS SCRAC Este modelo de tiristor tiene las siguientes características: • • •

Conmuta al estado ON con una pequeña tensión positiva en la puerta cuando la tensión ánodo-cátodo es positiva. Se mantiene en estado ON mientras circule corriente por el ánodo. Conmuta a estado OFF cuando la corriente de ánodo se anula.

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Aparte del modelo para corriente alterna vamos a ver también el modelo para continua. Este modelo puede ser simulado por el circuito de la figura 6.4.

Figura 6.4 - Modelo en continua del SCR

El subcircuito que describe el modelo del tiristor para continua es el siguiente:

* Ánodo Puerta Cátodo .SUBCKT SCRDC 1 3 2 *Interruptor controlado por tensión S1 1 5 3 0 SMOD *definición de los parámetros del interruptor .MODEL SMOD VSWITCH(RON=0.1 ROFF=10E6 VON=10 +VOFF=5) DT 5 2 DMOD *Definición de los parámetros del diodo .MODEL DMOD D(Is=1E-25 Bv=1000) RG 3 0 10MEG .ENDS SCRDC

Se trata básicamente de un diodo en serie con un interruptor controlado por tensión conectado en serie entre ánodo y cátodo. La tensión que controla el interruptor es la que aplicamos a la puerta (Vg), de tal forma que al aplicar una determinada tensión en Rg el tiristor pasará a estado de conducción, mientras que si no se aplica nada el tiristor permanecerá en estado en corte.

6.5. EDITOR DE MODELOS Mediante el programa PSpice Model Editor, que incorpora el paquete Orcad 9.2 Lite Edition, podremos editar o crear modelos de componentes que necesitemos a la hora de realizar un diseño, de una forma gráfica y sencilla de manejar o introduciendo los comandos y características del modelo de acuerdo con lo visto en los apartados anteriores. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Este programa permite convertir información de las hojas de características del fabricante en valores de parámetros precisos usados por Orcad PSpice, y una vez obtenidos éstos, se incluye el elemento como un componente más dentro de nuestra propia librería.  Barra de herramientas de PSpice Model Editor:

1

2

3

4

5

6

7

8

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10 11

12

13

14 15

16 17

18 19

HERRAMIENTA

NOMBRE

DESCRIPCIÓN

1

New library

Crea una nueva librería.

2

Open library

Abre una librería existente.

3

Save library

Guarda la librería activa.

4

Print model directly

Imprime el modelo activo.

5

Print preview

6

Cut

7

Copy

Copia el objeto seleccionado al portapapeles.

8

Paste

Pega el contenido del portapapeles en el cursor.

9

Zoom In

Hace Zoom in para ver con más detalle.

10

Zoom Out

Hace Zoom out para ver una porción mayor.

11

Zoom Area

Hace Zoom para mostrar un área seleccionada.

12

Zoom fit

Hace Zoom para mostrar todos los datos.

13

New model

Inserta un nuevo modelo en la librería.

14

Toggle X

Varía el eje X entre la escala logarítmica o lineal.

15

ToggleY

Varía el eje Y entre la escala logarítmica o lineal.

16

Extract

Extrae nuevos parámetros de tus especificaciones.

17

Sync splitters

18

Update graph

19

Auto refresh

Visualiza previamente los datos del modelo en la página a imprimir. Borra el objeto seleccionado y lo coloca en el portapapeles.

Sincroniza la barra divisora en la ventana de datos del modelo dentro de la ventana del documento de especificaciones de entrada. Rehace el gráfico después de haber añadido o editado valores. Refresca automáticamente la gráfica después de hacer un cambio.

Para acceder a la edición de un modelo existente lo podemos hacer de dos formas diferentes:

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1. Seleccionamos

el

programa

PSpice

Model

Editor

siguiendo

la

secuencia

Inicio/Programas/Orcad Family Release 9.2 Lite Edition. Una vez dentro de la ventana abrimos una librería existente mediante el icono

y a continuación seleccionamos el modelo

conveniente a modificar (Ver figura 6.5).

Figura 6.5. – Entorno de trabajo del programa PSpice Model Editor

6.6. CREACIÓN DE UN NUEVO MODELO Para crear un nuevo modelo en una librería y luego poder insertarlo en nuestro circuito debemos de realizar una serie de pasos que son los siguientes:

1.

Mediante el programa PSpice Model Editor abrimos o creamos nuestra

librería con extensión .lib.

2.

Una vez tengamos la librería disponible, creamos el modelo que

necesitemos en nuestro circuito. Para ello seleccionamos New en el menú Model apareciendo el siguiente cuadro de diálogo (Ver figura 6.6). En el recuadro Model introducimos el nombre del nuevo modelo a crear. En la versión estudiante de PSpice Model Editor solamente podemos crear modelos de diodos.

Figura 6.6

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3.

Introducimos las características del modelo a crear. Por defecto aparecerá

una ventana como el de la figura 6.6, para realizar la inserción de forma gráfica. Para facilitar la tarea y así poder crear cualquier tipo de modelo (tiristor, transistor, diodos zener, etc.), seleccionamos la opción Model Text del menú View para introducir las características de forma textual.

4.

Seleccionamos Guardar para grabar el nuevo modelo en la librería.

5.

Ahora debemos crear el componente para poder incluirlo en el circuito.

Para ello utilizamos el Editor de componentes del programa Capture (Ver apartado 3.5.4). De este modo tendremos nuestro modelo disponible en las librerías .lib y .olb

7. LIBRERÍAS 7.1. INTRODUCCIÓN Ya hemos visto como crear el modelo de un componente, mediante la sentencia .MODEL y el editor de modelos, para adaptarlo a nuestros requerimientos de trabajo. También hemos vistos como definir subcircuitos que definirán el comportamiento de modelos más complejos. Una vez creados los modelos y subcircuitos podremos guardarlos en librerías para su uso posterior en otros circuitos sin tener que volver a definir el elemento y con tan sólo una llamada al nombre de la librería que lo contiene.

Mediante la inclusión en nuestro fichero de trabajo de la sentencia .LIB, seguida del nombre de una librería, haremos referencia a esa librería. Además, podemos abrir, editar y crear nuevas librerías de forma gráfica mediante el programa PSpice Model Editor como hemos visto en el apartado anterior.

Una librería es un fichero tipo ASCII con la extensión .LIB, donde se guardan sentencias .MODEL, que definen modelos de diferentes elementos, definiciones de subcircuitos, comentarios y sentencias .LIB que hagan llamadas a otras librerías. Al principio de cada librería encontraremos un comentario que hará referencia al contenido de esta.

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7.2. USO DE LAS LIBRERÍAS Una llamada a una librería desde nuestro fichero de trabajo será de la forma: .LIB nombre del fichero librería El nombre del fichero librería deberá estar completo, esto es, con nombre y extensión ya que, aun siendo .LIB la extensión más usual para este tipo de ficheros no es tomada por defecto. Si omitiéramos el nombre de la librería en la sentencia .LIB, PSpice buscará el fichero NOM.LIB, que hace referencia al resto de librerías que se incluyen en el paquete.

Supongamos el caso en el que a nuestro circuito RLC serie quisiéramos añadirle un elemento nuevo como puede ser un diodo, al que llamaremos D1. Este será el modelo de diodo de Motorola D1N3883 incluido en la librería Diode.lib, que se encuentra en el directorio de trabajo de PSpice. Para este elemento no necesitaríamos definir los parámetros de su modelo ya que se da el caso que disponemos de la librería donde se incluye. Si el diodo lo colocáramos entre los nudos 0 y 2 nuestro fichero de trabajo quedaría de la forma siguiente:

*CIRCUITO RLC SERIE VENT 1 0 AC 1V ; Señal de entrada del circuito R 1 2 10 ; Definición de la resistencia L 2 3 5m ; Definición de la bobina C 3 0 20u ; Definición del condensador D1 0 2 D1N3883 ; Modelo de diodo *Llamada a la librería que contiene el modelo del *diodo a incluir en el circuito. .LIB DIODE.LIB *Análisis a realizar. .AC DEC 101 10 100.000k ; *ipsp* .PROBE .END

De esta forma y, tal y como vimos antes, los modelos y subcircuitos que definen diodos, transistores, amplificadores operacionales, tiristores, triacs, UJTs, están implementados en estas librerías.

Nosotros mismos podremos crear y editar nuestras propias librerías. Sólo tendríamos que añadir, mediante un editor de textos estándar, a un fichero tipo ASCII, el cual nombraremos con el © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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nombre que deseemos seguido de la extensión .LIB, los modelos y subcircuitos que vayamos creando a lo largo de nuestro proceso de trabajo. Tras esto sólo tendremos que hacer una llamada a nuestra librería desde el fichero de trabajo para disponer de nuestros elementos definidos con anterioridad y guardados en nuestra librería personal.

7.3. FICHERO ÍNDICE DE LAS LIBRERÍAS Debido al gran tamaño de las librerías, PSpice crea un fichero índice de cada librería antes de usarla por primera vez o después de que esta haya sido modificada. Los ficheros índice tendrán el mismo nombre que el de la librería, pero con la extensión .IND. Estos ficheros índice ayudarán a Pspice a encontrar rápidamente cualquier modelo o subcircuito que se encuentre en la librería.

7.4. DISPONIBILIDAD DE LIBRERÍAS Existen un gran número de estas disponibles en la red (Internet) ya que, prácticamente, todas las casas fabricantes de componentes disponen de la descripción de sus modelos en librerías de formato SPICE.

A estas librerías podremos acceder libremente y descargarlas para disponer de los modelos y subcircuitos de los componentes que estas casas fabrican y utilizarlos en la descripción de nuestros circuitos

Estas son algunas direcciones en la red donde podremos encontrar librerías para incluirlas en la simulación con PSpice.

Se usarán en las versiones Windows de PSpice, ya que en estas versiones, la descripción del circuito de trabajo se realiza mediante esquemáticos, por lo que necesitaremos, además de la definición del elemento mediante un modelo o un subcircuito, una definición del símbolo que se usará en el esquemático para dibujar el elemento, por lo que en estos ficheros de librería tendremos asociados los símbolos de los elementos definidos en la librería de extensión .LIB para usarlos en los diseños de los esquemáticos. A continuación se mostrará un enlace a muchas de las librerías disponibles en Internet: 

Analog Devices Spice Models http://www.analog.com/en/DCToolsLanding/0,3094,758%255F%255F945,00.html



International Rectifier-Spice Models http://www.irf.com/product-info/models/

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Linear Technology http://www.linear.com/designtools/spice_models.jsp



National Semiconductor Models http://www.national.com/models/index.html



SGS-THOMSON http://www.st.com/stonline/domains/support/simulators_tools.htm



Orcad Cadence http://www.cadence.com/products/si_pk_bd/downloads/pspice_models/index.aspx



Intusoft http://www.intusoft.com/models.htm



On Semiconductor http://www.onsemi.com/PowerSolutions/supportDoc.do?type=models



Semikron http://www.semikrom.com



Índice General http://www.intusoft.com/slinks.htm

8. ESTÍMULOS 8.1. INTRODUCCIÓN La inclusión de diferentes tipos de estímulos en los circuitos es algo de gran utilidad, sobre todo en el momento en que estemos trabajando con circuitos de control de potencia, donde la aplicación de estímulos a puertas de control va a ser algo muy utilizado. La forma de definir estos estímulos se realiza mediante comandos específicos en el fichero de trabajo.

Hasta ahora hemos visto como definir un estímulo consistente en una señal tipo escalón, la cual definimos mediante pares de puntos correspondientes a las coordenadas de estos en los ejes X e Y. Este tipo de señal la utilizamos para realizar el análisis de respuesta transitoria ante una entrada tipo escalón para el circuito RLC serie. La señal la definimos mediante un tipo de fuente generadora de impulsos utilizada para los análisis de tipo transitorio.

Aparte de este tipo, podemos encontrar otras que definirán diferentes tipos de impulsos, como pueden ser de tipo sinusoidal, pulsante, moduladas en frecuencia, exponenciales, etc. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Todas ellas tendrán una sentencia que defina la fuente y cómo será al forma del impulso, pero podremos utilizar una herramienta que se incluye en el paquete Orcad 9.2 Lite Edition. Esta herramienta es PSpice Stimulus Editor. Mediante esta herramienta y, a base de menús, podremos editar todos estos tipos de impulsos de una forma más sencilla y pudiendo visualizar la forma de onda durante el proceso de su creación. El inconveniente es que sólo podemos crear señales sinusoidales en la versión de evaluación.

8.2. DEFINICIÓN DE FORMAS DE ONDA

Figura 8.1 – Resumen de las fuentes disponibles para la generación de distintas formas de onda

SEÑAL CONTINUA: Una fuente de tensión continua se describe indicando el valor de dicha señal, mediante el atributo DC. DC <valor>

SEÑAL ALTERNA: Una fuente de tensión alterna se describe de la siguiente forma: AC <amplitud> <fase> Donde aparecen los siguientes parámetros: Amplitud: Es el valor de la amplitud en voltios de la señal. Fase: Es la fase en grados de la señal de la fuente. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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SEÑAL MIXTA: Este tipo de fuentes suministra tanto señal continua como alterna. Se describe de la siguiente forma: SRC (DC <valor> AC <valor>)

SEÑAL SINUSOIDAL: Una fuente de tensión sinusoidal se describe con: SIN(<voff/ioff> <vampl/iampl> <freq> <td> <df> <fase>)

Donde aparecen los términos:

PARÁME TRO <voff/ioff> <vampl/ia mpl> (freq) (td) (df) (fase)

SIGNIFICADO Tensión/Corriente de offset en V/A. Tensión/Corriente de pico en V/A. Frecuencia. Tiempo de retardo. Factor de amortiguamiento. Desfase de la señal.

VALOR POR DEFECTO Ninguno. Ninguno. 1/TIEMPO FINAL Hz 0 Sg 0 Sg-1 0 grados

El tiempo de retardo es el tiempo en que empieza a atenuarse la señal. Desde 0 a (td) la señal tendrá un valor constante de voff+(1/2)(vampl). La señal la podemos describir mediante la fórmula: © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Vsal = voff + vampl × sen(2 × Π × ( freq × (tiempo − td) +

fase )) × e−(TIEMPO−td )×df 360º

Esta forma de onda definida mediante SIN sólo se utilizará para el análisis transitorio, no teniendo ningún efecto para el análisis de respuesta en frecuencia .AC.

EJEMPLO 8.1.- Definir la fuente de tensión colocada entre el nudo 1 y masa, que genera una forma de onda sinusoidal como la mostrada en la figura anterior: VSIN 1 0 SIN(2V 7V 50HZ 20MS 20 45)

SEÑAL PULSANTE: Una fuente de tensión pulsante se define con el término: PULSE(<v1/i1> <v2/i2> <td> <tr> <tf> <pw> <per>)

Donde aparecen los siguientes parámetros:

6.0V PW T E

V2 4.0V

N S 2.0V

I Ó

TD TR

V1

PER

TF

N 0V 0s

1.0s

5.0s

2.0s

3.0s

4.0s

TIEMPO

Figura 8.1 - Parámetros que definen una señal pulsante

PARÁMET RO <v1/i1>

SIGNIFICADO Tensión/Corriente inicial en

VALOR POR DEFECTO Ninguno.

V/A. Tensión/Corriente del pulso en

<v2/i2>

Ninguno.

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<td> <tr>

Tiempo de retardo. Tiempo de subida.

<tf>

Tiempo de bajada.

0 Sg PASO PRES Sg PASO PRES Sg

Duración del pulso (estado

<pw> alto). <per>

Periodo de la señal.

TIEMPO FINAL Sg TIEMPO FINAL Sg

La forma PULSE genera una señal de tensión (V1) durante los (td) primeros segundos. Después, la señal crece linealmente desde (V1) hasta (V2) durante los próximos (tr) segundos. Entonces la tensión permanece constante al valor (V2) durante (pw) segundos. A continuación, la señal decrece linealmente, desde (V2) hasta (V1), durante los siguientes (tf) segundos. Se mantiene a una tensión (V1) durante (per)-(tr)-(pw)-(tf) segundos y después vuelve a comenzar el ciclo, exceptuando el tiempo inicial de retardo (td).

EJEMPLO 8.2.- Definir la fuente de tensión, llamada PULSE, colocada entre el nudo 1 y masa, que genera una señal pulsante como la mostrada en la figura 8.1: VPULSE 1 0 PULSE(1V 5V 1S .1S .4S .5S 2S)

SEÑAL EXPONENCIAL: Una fuente de tensión exponencial se define con el término: EXP(<v1/i1> <v2/i2> <td1> <tc1> <td2> <tc2>)

Donde aparecen los siguientes parámetros:

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6.0V T

V2

E

4.0V

TC2 TC1

N S I

2.0V

Ó N

V1

TD1

TD2

0V 0s

1.0s

2.0s

3.0s

4.0s

5.0s

TIEMPO

Figura 8.2 – Parámetros que definen una señal pulsante

PARÁME TRO <v1/i1>

SIGNIFICADO Tensión/Corriente inicial en

VALOR POR DEFECTO Ninguno.

V/A. Tensión/Corriente de pico en

<v2/i2>

Ninguno.

V/A. <td1> <tc1> <td2> <tc2>

Tiempo de retardo para la subida. Constante de tiempo de subida. Tiempo de retardo para la bajada. Constante de tiempo de bajada.

0 Sg PASO PRES Sg (td1)+PAS O PRES Sg PASO PRES Sg

La forma de onda viene dada por las fórmulas: Desde el instante de tiempo T=0 Sg hasta td1 la salida es: Vsal = V1 Desde el instante td1 hasta td2 la salida es:

Y desde el instante td2 hasta TIEMPO FINAL es:

Vsal = V 1 + (V 2 − V 1)((1 − e

− ( TIEMPO − td 1) tc 1

) − (1 − e

− ( TIEMPO − td 2 ) tc 2

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))

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EJEMPLO 8.3.- Describir la fuente de tensión llamada EXP, colocada entre los nudos 2 y 0, que genere la forma de onda exponencial mostrada en la figura anterior: VEXP 2 0 EXP(1V 5V 1 .2 2 .5)

SEÑAL DEFINIDA POR TRAMOS: Una fuente de tensión definida por el usuario por tramos rectos, se describe mediante el término: PWL(<t1> <v1/i1> <t2> <v2/i2> ... <tn> <vn/in>)

Donde aparecen los siguientes parámetros:

PARÁM ETRO <tn> <vn/in>

SIGNIFICADO Tiempo de un punto en segundos. Tensión de un punto en voltios.

6.0V T3,V3 T E

T5,V5

4.0V

N S I

2.0V

T4,V4

Ó T1,V1

N

T6,V6

T2,V2

0V 0s 5.0s

1.0s

2.0s

3.0s

4.0s

TIEMPO

Figura 8.3 – Parámetros de una señal definida a tramos

La forma PWL describe una señal definida por tramos lineales. Cada par de valores tiempotensión especifica un punto de la señal. Podemos definir hasta 3995 pares de valores para generar la forma de onda. La tensión entre dos puntos definidos la calcula PSPICE por interpolación lineal.

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EJEMPLO 8.4.- Describir la fuente de tensión, llamada PWL, colocada entre el nudo 1 y masa, que genera una señal definida por tramos como la mostrada en la figura anterior: VPWL 1 0 PWL(0 0V 1 0V 1.2 5V 1.4 2V 2 4V 3 1V)

SEÑAL MODULADA EN FRECUENCIA: Una fuente de tensión sinusoidal modulada en frecuencia se define con el término:

SFFM(<voff/ioff> <vampl/iampl> <fc> <mod> <fm>)

Donde aparecen los parámetros:

PARÁME TRO

SIGNIFICADO

VALOR POR DEFECTO Ninguno.

Tensión/Corriente de offset en

<voff/ioff> V/A. <vampl/ia mpl> <fc>

Tensión/Corriente de pico en

Ninguno.

V/A.

<mod> <fm>

Frecuencia de la portadora. Índice de modulación. Frecuencia de modulación.

1/TIEMP O FINAL Hz 0 1/TIEMP O FINAL Hz

La forma SFFM genera una tensión sinusoidal modulada en frecuencia definida por la fórmula:

Vsal =voff + vampl × sen(2 × Π× fc × TIEMPO+ mod× sen(2 × Π× fm× TIEMPO))

EJEMPLO 8.5.- Definir la fuente de tensión, llamada SFFM, colocada entre los nudos 4 y 5, que genera una forma de onda sinusoidal modulada en frecuencia con tensión de pico de 1V, tensión de offset 2V, portadora de 8Hz, índice de modulación 4 y frecuencia de modulación 1Hz: VSFFM 4 5 SFFM(2V 1V 8HZ 4 1HZ)

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Ejemplo de aplicación 8.1.- Colocar en paralelo con una resistencia los diferentes estímulos estudiados y visualizarlos mediante Probe.

8.3. EDITOR DE ESTÍMULOS PSpice Stimulus Editor es una herramienta que incorpora el paquete Orcad 9.2 Lite Edition que nos permite de una forma gráfica e intuitiva diseñar las señales de entradas de circuitos en los que se realizarán análisis transitorios. Los diferentes tipos de señales que se pueden crear son: Pulsatorias (PULSE), Sinusoidales (SIN), Exponenciales (EXP), Definida por tramos (PWL), Sinusoidales moduladas en frecuencia (SFFM) y Estímulos digitales.

El editor de esquemas Capture, dispone de unas fuentes específicas para crear cada una de las distintas señales, aunque también poseen varios tipos de fuentes genéricas (ISTIM, VSTIM, DIGSTIM, DIGCLOCK, etc.), que permitirán acceder al editor de estímulos para posteriormente asignarle el tipo de señal.

Figura 8.4 – Editor de estímulos La principal ventaja que introduce el uso de PSpice Stimulus Editor es poder visualizar la señal a la misma vez que se va confeccionando en lugar que tener que esperar a la simulación del circuito y posterior acceso a PROBE. De este modo se evitan posibles errores en el caso de no conocer con total seguridad cada uno de los parámetros que definen las distintas señales. Una vez © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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creada la señal deseada el editor de estímulos permite añadir dicha señal de manera inmediata al circuito que se quiera simular.

 Barra de herramientas:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13

HERRAMIENTA

NOMBRE

DESCRIPCIÓN

1

New

Crea un nuevo gráfico.

2

Open

Abre una librería de estímulos existente.

3

Save

Guarda la librería de estímulos.

4

Print

Imprime la ventana de gráfico activa.

5

Zoom in

Hace Zoom para ver más detalle del gráfico.

6

Zoom out

Hace Zoom para ver mayor porción del gráfico.

7

View area

Hace Zoom para ver más detalle del gráfico según el área definida.

8

View fit

Muestra la vista del gráfico por defecto.

9

Axis settings

10

New stimulus

11

Get stimulus

12

Edit, attributes

13

Add

Abre el cuadro de diálogo de “Opciones de ejes”, desde el cual modificaremos las opciones de los ejes. Abre el cuadro de diálogo de “Nuevo estímulo”, desde el cual crearemos un nuevo estímulo. Abre el cuadro de diálogo de “Obtener estímulo”, desde el cual añadiremos un estímulo al gráfico. Abre el cuadro de diálogo de “Editar transición digital”, desde el cual modificaremos los valores y opciones del estímulo seleccionado. Añade un nuevo punto o transición al estímulo según la localización del cursor.

9. MODELADO DEL COMPORTAMIENTO ANALÓGICO 9.1. INTRODUCCIÓN © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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La característica The Analog Behavioral Modeling (ABM) es implementada en PSpice como una extensión en fuentes controladas o dependientes.

Esto nos permitirá una mayor flexibilidad en la descripción de componentes electrónicos en términos de una función de transferencia. Es decir, el comportamiento de un dispositivo, o de parte de un circuito, es modelado por una expresión matemática en lugar de la representación componente a componente. Esta relación matemática es referida como la función de transferencia.

9.2. DISPOSITIVOS La forma general para estos dispositivos es:  Fuentes de tensión controladas por tensión: E<nombre> <nudo +> <nudo -> <palabra reservada> <función>  Fuentes de corriente controladas por tensión: G<nombre> <nudo +> <nudo -> <palabra reservada> <función> Donde: <nombre> Es el nombre de la fuente. <nudo +> <nudo -> Especifican los nudos donde se conecta la fuente. <función> Especifica la función de transferencia como una fórmula o tabla de valores en el formato requerido por <palabra reservada>. <palabra reservada> Especifica la forma de la función de transferencia que es empleada.. Puede ser una da las siguientes: • • • • •

VALUE Expresión aritmética. TABLE Tabla de valores. LAPLACE Transformada de Laplace. FREQ Tablas de respuesta en frecuencia. CHEBYSHEV Características de los filtros de CHEBYSHEV.

Evaluaremos dos de estos tipos de fuentes no lineales consideradas como más representativas, dejando al lector el estudio del resto acudiendo a la bibliografía disponible sobre el tema.

Expresión matemática (VALUE)

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Esta expresión permite crear una función de transferencia instantánea que está escrita como una expresión matemática en notación estándar. El formato de una fuente con VALUE es: E <nombre> <nudo +> <nudo -> VALUE = {<expresión>} G <nombre> <nudo +> <nudo -> VALUE = {<expresión>} Un ejemplo sería: ELOG

7 0 VALUE={6V*LOG(I(Vcc)/mA)}

Y un circuito donde aplicamos esta fuente sería el de la figura 9.0

Figura. 9.0 - Fuente de tensión controlada definida mediante una expresión matemática

MODELADO MEDIANTE UNA FUENTE DE TENSIÓN DEFINIDA POR UNA FUNCIÓN ***************************************************************************** V1 VX R1 D1

1 3 1 2

0 SIN(0 10 2K) 0; Fuente de tensión de valor 0 que nos permite medir la intensidad por la rama 2 2K 3 DMOD

.MODEL DMOD D (IS=2.22E-15 BV=1200V IBV=13E-3 CJO=2PF TT=1US) E1 7 0 VALUE={10V*LOG(I(VX)/10mA)} RL 7 0 500 .TRAN 5u 2m 0 1u ;*ipsp* .PROBE .END

Transformada de Laplace (LAPLACE)

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La extensión LAPLACE en una fuente controlada, permite una función de transferencia que es descrita mediante una transformada de Laplace. La función es de la forma: LAPLACE {<expresión>} = {<transformada>} La palabra LAPLACE deberá ir seguida de un espacio. Esta extensión indica que la fuente controlada tiene una descripción en forma de transformada de Laplace, siendo: <expresión> La entrada de la transformada. <transformada> Es una expresión en función de la variable ‘s’ de Laplace y sigue las normas del método estándar de la transformada de Laplace. La sintaxis de la descripción de la fuente será de la forma: E<nombre> <nudo +> <nudo -> + LAPLACE {<expresión>} = {<transformada>} G<nombre> <nudo +> <nudo -> + LAPLACE {<expresión>} = {<transformada>}

Un ejemplo sería: E1 10 0 LAPLACE {V(1)} = {1/(1+.001*S)} Donde la tensión de entrada {V(1)} = {1/(1+0.001*s)} es la expresión en términos de transformada de Laplace de la función de transferencia del circuito siguiente:

F ( s) =

1 1 + 0.001s

Figura 9.1 – Filtro serie RC definido mediante una función de transferencia.

Y un circuito donde aplicamos esta fuente sería el de la figura 9.2

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Figura 9.2 – Fuente de tensión controlada mediante transformada de Laplace

MODELIZADO DE FILTRO RC POR FUENTE CONTROLADA POR TRANSFORMADA DE LAPLACE *************************************************************************** V1 1 0 AC 0.003 R1 1 0 10K RL 10 0 100 E1 10 0 LAPLACE {V(1)} = {1/(1+.001*S)} .AC DEC 11 1 10K .PROBE .END

Con estos dos tipos de fuentes estudiados se pretende dar una idea de cómo PSpice tiene la capacidad de modelar sistemas, aparentemente complejos, mediante métodos distintos al desarrollo habitual de descripción de circuitos.

PSpice podrá modelar sistemas físicos complejos, como puede ser motores de CC, sistemas mecánicos, etc. Obtendremos las expresiones matemáticas que definen estos sistemas y las aplicaremos a los circuitos que estemos diseñando.

Mediante el método del Modelado del Comportamiento Analógico (ABM), podremos reducir sistemas eléctricos o mecánicos complejos a sus funciones de transferencia o expresiones matemáticas que los definen y aplicar un análisis del sistema completo a través de sus bloques funcionales representados por fuentes de tensión o corriente controladas.

Mediante el modelado y simulación con PSpice® de una célula fotovoltaica concreta, es posible calcular de una manera fácil y sencilla las tensiones, corrientes y potencias que aparecen en la misma bajo distintas condiciones de operación.

Ejemplo de aplicación 9.1.- Modelado de una celular solar de Silicio para obtención de sus curvas características.

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En el siguiente apartado se presenta un modelo para Pspice®, basado en los modelos matemáticos de M. Green de una célula fotovoltaica de silicio. Este modelo de célula en particular, se emplea para la fabricación del módulo I-106 de Isofotón la cual utilizaremos a lo largo de todas las simulaciones. El modelo matemático es el siguiente:

(1)

El cual se obtiene de la ecuación (1). El dispositivo ha sido modelado mediante una red de resistencias y de generadores de corriente dependientes, como ya veremos mas adelante.

Figura.9.4.- Símbolos del modelo Pspice utilizados para las simulaciones. a) Utilizado para simulaciones con G y TA constantes. b) Utilizado para comportamiento real del dispositivo. c) Subcircuito equivalente a una célula solar usado para la simulación en Pspice. A continuación se exponen las ecuaciones utilizadas para la elaboración del modelo Pspice®: Ecuación que modela la corriente fotogenerada IL :

(2)

Ecuación introducida en el modelo Pspice para obtener la corriente de oscuridad ID:

(3)

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Ambas ecuaciones determinan el comportamiento de la célula en cualquier condición de irradiancia y temperatura. Las ecuaciones (2), (3) se han trasladado al lenguaje de programación de Pspice® para obtener el modelo del subcircuito que simula el comportamiento de la célula solar:

Figura. 9.5.- Esquema equivalente al del Subcircuito programado para Pspice®.

Figura 9.6.- Modelo Pspice® de una célula de silicio. Código del Subcircuito de la figura 9.5 Fragmento extraído de librería “solar_parts.lib”. En el modelo presentado en la figura 9.6, vemos dos bloque importantes, AMBI1 (modela la ecuación(2), a través de Irradiancia incidente, y la ISC,STC), que nos suministra la corriente fotogenerada y G1(modela la ecuación (3)), que devuelve el valor de la corriente de oscuridad. Las Rs y Rp que vemos en el diagrama del modelo son las resistencias serie y paralelo calculadas para el modelo utilizado en concreto.

Los resultados obtenidos del modelo a través una simulación son los siguientes:

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Figura. 9.7: Simulación de curva característica y de potencia de la célula mediante Pspice®.

Figura 9.8.- Simulación de curva característica variando los parámetros Ta, y G del modelo de la célula.

Ejemplo de aplicación 9.2.- Modelado de una celular solar de Silicio para obtención de sus curvas de funcionamiento en régimen transitorio.

El modelo de la figura 9.4., solo nos permite realizar simulaciones con una G y una TA constante, con lo que podemos obtener el comportamiento de la célula para unas condiciones de irradiancia y temperatura dadas. Para ello se han introducido pequeñas variantes en el modelo anterior:

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Figura 9.9.- Variante del Modelo Pspice® de la figura 9.4. Fragmento extraído de librería “solar_parts.lib”.

En el modelo de la figura. 9.9. Podemos apreciar que ambas fuentes dependientes (AMBI1 y G1) ya no dependen de un parámetro, sino que lo son de fuentes de tensión. Estas fuentes de tensión nos permitirán introducir en el modelo valores de irradiancia y temperatura ambiente variables en una simulación en modo transitorio, observando así, el comportamiento de la célula ante los cambios que puedan sufrir estos parámetros a lo largo de la simulación.

Veamos un ejemplo de simulación utilizando este modelo de célula:

Figura. 9.10.- Esquema simulado en Pspice® para obtener el valor de la tensión de circuito abierto a lo largo de un día completo. En el se puede observar las curvas de irradiancia y temperatura ambiente teórica. La figura 18 nos muestra la configuración de la simulación para graficar la tensión de circuito abierto VOC que nos proporciona la célula solar durante un día completo. Aplicándole los estímulos que se observan, la curva obtenida de la simulación es la siguiente:

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Figura. 9.10.- Resultado de la simulación. Curva de la tensión de circuito abierto graficada junto a temperatura y Irradiancia.

Figura. 9.20.- Esquema simulado en Pspice® para obtener el valor de la corriente de cortocircuito a lo largo de un día completo. Ahora veamos la gráfica de corriente que nos da como resultado el circuito de la figura 20:

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Figura 9.21.- Resultado de la simulación. Curva de la corriente de cortocircuito graficada junto a temperatura y Irradiancia.

Ejemplo 9.1.- (curvas_celula.opj). Realizar un barrido en continua de la célula solar para la representación de su curva “corriente vs. tensión” característica y “potencia vs. tensión”. Y mediante un análisis parámetrico ver como varía la característica “I vs. V” de la célula con respecto a cualquier parámetro global. ISC,STC: 3.27A PM,STC: 1.47W VOC,STC: 0.6V

Figura 9.22.Resultado de la simulación y condiciones de simulación. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Figura 9.23.- Resultado de la simulación y condiciones de simulación.

10. CADENCE ORCAD 16.3 DEMO 10.1. INTRODUCCIÓN Orcad 16.3 es la versión mas reciente de Orcad, programa dedicado a la simulación de circuitos electrónicos, diseñando circuitos con relativa facilidad, el cual no ha cambiado mucho sobre el modo de colocar componentes. Una de las diferencias es que OrCAD incluye ahora OrCAD PCB Editor, sobre la base de cadencia Allegro.

El programa OrCAD 16.3 versión de evaluación incluye versiones de demostración de las siguientes herramientas: OrCAD Capture, OrCAD Opción Captura CEI, PSpice A / D, PSpice AA, OrCAD PCB Editor y SPECCTRA para OrCAD.

10.2. REQUISITOS MÍNIMOS DEL SISTEMA Requisitos Mínimos: • Sistema Operativo: Windows Server 2003-Sever 2008(con cualquier service pack pero solo las versiones de 32 bit) / Windows XP Professional (no Home Edition)/ Windows Vista(32 y 64 bits) excepto Vista Home Basic. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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• Procesador: Intel Pentium 4 a 1.2GHz/ AMD equivalente o mejor compatible con la arquitectura IA-32. • R.A.M: 1 GB. • Memoria Virtual: RAM * 2. • Disco Duro: 10GB. • Monitor: Monitor con resolución de 1024x768 y 64.000 colores (16-bits) Requisistos Recomendados: • Sistema Operativo: Windows Server 2003-Sever 2008(con cualquier service pack pero solo las versiones de 32 bit) / Windows XP Professional (no Home Edition)/ Windows Vista(32 y 64 bits) excepto Vista Home Basic. • Procesador: Intel Pentium 4 a 2.4GHz/ AMD equivalente o mejor compatible con la arquitectura IA-32. • R.A.M: 2 GB. • Memoria Virtual: RAM * 2. • Disco Duro: 50GB. • Monitor: Monitor con resolución de 1280x1024 y 32-bits • Targeta Gráfica: Targeta gráfica dedicada

10.3. COMPONENTES DEL PAQUETE

Figura 10.1 – Componentes del paquete Cadente Orcad 16.3 Demo. Cadente Orcad Capture y Cadente Orcad Capture CIS OrCAD Capture release 16.3 ha avanzado en varios aspectos, con lo que conlleva, que nuestro trabajo será mas agilizado a través del nuevo GUI, la inspección de huella de 3-D, una nueva capacidad de conexión autocableado, y realzado scripting con el apoyo de TCL/TK.

Autocableado: OrCAD Capture 16.3 incluye una herramienta de autocabelado que permite a los usuarios cablear los componentes en un esquemático. Esta nueva funcionalidad que cablea entre componentes, es tan simple de utilizar como el seleccionar una patilla de un componente de partida y una patilla de destino y el programa añade el cableado. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Realce del Interfaz de Usuario: OrCAD Capture16.3 permite cambiar el color, el estilo de línea, o la anchura de línea de un cable o la red; el color de un bloque.

OrCAD PCB Editor 3-D Footprint Viewer: OrCAD PCB Editor 3-D Footprint viewer proporciona una vista tridimensional del símbolo de huella de una parte seleccionada sobre el esquemático. Con el símbolo de huella, puedes mostrar números de pines, nombres de pines y puedes girararlo para ver perspectivas diferentes. El instrumento de medida en 3-D puede ser usado también para medir puntos en x, y, o el eje de z.

Reglas Eléctricas: El DRC de OrCAD Capture 16.3 es capaz de separar reglas físicas de reglas eléctricas. Esto permite controlar comprobaciones de diseño de las reglas disponibles físicas y/o eléctricas.

Listas de material: Con OrCAD Capture CIS 16.3, puedes incluir campos emparentados en una Lista de material, definiendo campos emparentados. Cadence PSpice A/D PSpice A/D release 16.3 ha cambiado el entorno de forma de onda, con mejoras de utilidad, Cursor realzado, y nuevos modelos de simulación.

Acceso Más fácil al Trace Properties: la opción Trace Property se puede encontrar en el menú desplegable de Trace Properties. Este cuadro de diálogo contiene una serie de opciones para cambiar el color, el modelo, la anchura y el símbolo para una onda seleccionada, haciéndolo más fácil para identificar ondas individuales. Este cuadro de diálogo también permite ocultar ondas o mostrarlas.

Exportación y Copiar Datos de Graficos: PSpice A/D 16.3 puede exportar información de cursor guardando en un archivo (.csv). Este archivo puede ser abierto en varios programas, como Microsoft Excel. También puede copiar valores seleccionados de la ventana de cursor y pegar la información en el portapapeles de cualquier editor de textos.

Nuevas Plantillas de Diseño: PSpice A/D 16.3 posee un conjunto de plantillas de diseño que cubren la electrónica básica y la topología SMPS. Estas plantillas de diseño cubren la gama de analógicos, diseños digitales, y mixtos. Puedes usar las nuevas plantillas de diseño, que son una combinación de diseño y perfiles de simulación, como un punto de partida para nuevos diseños. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Nuevos Modelos en 16.3: Más de 330 nuevos modelos están ahora disponibles para la simulación en PSPICE A/D16.3 bajo las categorías siguientes: • • • •

Anchura de Pulso Controlada (PWM) Modelos Reguladores Lineales Zener Reguladores de Voltaje Cristal Pasivo Zener Diodo Cadence OrCAD PCB Editor

OrCAD PCB Editor release 16.3 El nuevo editor de Orcad añade la capacidad de diseño con rasgos como la inspección de 3-D, nuevo DRCS entre otros.

Enhanced Arc Editing: en OrCAD PCB Editor 16.3 Esta función puede ser usada para cambiar el radio de un arco existente, convertir un vértice de esquina en un arco, la tangente de segmentos de diapositiva a un arco (s), automáticamente selecciona o conserva uno o ambos arcos, y desliza directamente los segmentos que son unidos a pines y vías.

Generador de Multilínea: El Generador de Multilínea permite comenzar la ruta de grupo en el espacio abierto y el experimento con parámetros diferentes. Un interfaz de usuario controla la cantidad de líneas, la anchura de línea, la línea al espacio de línea, y el rastro de control.

3-D Viewer: El nuevo entorno de 3-D en OrCAD PCB Editor 16.3 incorpora varias opciones de filtración; vistas de cámara; opciones de demostración gráficas como sólido, transparencia y wireframe. La inspección de 3-D también es apoyada en el modo de preselección, haciéndolo posible de mostrar HDI vía estructuras o las secciones aisladas del consejo.

10.4. EJEMPLO CON CADENCE ORCAD 16.3 Para realizar el ejemplo vamos a utilizar el archivo expuesto para resolver en el apartado de Orcad Capture 9.2. Lo primero que vamos a hacer, es abrir el programa Orcad Capture CIS 16.3 Demo Edition Después de esto, abriremos el archivo Ejemplo_Capture.opj y nos saldra en mensaje al abrirlo que nos dice que este archivo fue creado por una versión anterior a Orcad 16.3 y que si queremos convertir el archivo DSN a la actual versión, para poder ejecutarlo (Ver Anexo 1 resuelto en Orcad 9.2). Esto solo nos ocurrirá para ficheros creados con antiguas versiones, en

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el caso del laboratorio virtual, para el cual hemos creado este Seminario, todos los circuitos están creados con versiones más antiguas.

Figura 10.2 – Pantalla para convertir archivo.

Hacemos clic en Aceptar, cuando le demos a aceptar, nos dirá que si queremos convertirlo y mantener el archivo original como muestra la figura 10.2. Nosotros le daremos a la opción de mantener el archivo antiguo y después de esto, nos aparecerá una pantalla para guardar el archivo convertido en el lugar deseado. Por ultimo le daremos a Finalizar, y ya tendremos nuestro archivo convertido.

Figura 10.3 – Circuito convertido a Orcad 16.3. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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Comenzaremos por representar las gráficas correspondientes a algunas de las tensiones del circuito: • Tensión de alimentación V(V1:+) cuyo ángulo de fase (0º) tomamos como referencia. • Tensión entre los nudos AB: V(C1:1)-V(C1:2) • Tensión entre los nudos CD: V(R2:1) Una vez representadas las tensiones indicadas en PSpice A/D el aspecto es el que se muestra en la ventana de la siguiente figura.

Figura 10.4 – Simulación del circuito con PSpice A/D Demo. Ahora representaremos las gráficas correspondientes a algunas de las corrientes del circuito: • • • •

Corriente en el condensador 1 I(C1). Corriente en la resistencia 1 I(R1). Corriente en el condensador 2 I(C2). Corriente en la alimentación I(V1). Una vez representadas las corrientes indicadas en PSpice A/D el aspecto es el que se muestra

en la ventana de la siguiente figura.

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Figura 10.5 – Corrientes simuladas con PSpice A/D Demo. Para la simulación de las potencias debidos al efecto de amortiguamiento que se produce en los circuitos con condensadores y bobinas y aconsejable utilizar un tiempo de simulación algo mayor que el utilizado en corrientes y tensiones. En el ejemplo que nos ocupa nos creamos una nueva simulación cuyos ajustes son los que se indican en la figura de la ventana.

Las expresiones a utilizar para la simulación de las gráficas de las potencias disipadas en el circuito serán: • Potencia activa: RMS (V(V1:+) )* RMS(I (V1))*COS( -0.31732) • Potencia reactiva: RMS (V(V1:+))* RMS(I (V1) ) *SIN( -0.31732) • Potencia aparente: RMS (V(V1:+) ) * RMS(I (V1) )

Figura 10.6 – Potencias simuladas con PSpice A/D Demo. © Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén, España. Septiembre 2011

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11. BIBLIOGRAFÍA  Alarcón Gómez, J.R. / Blanco Solsona, A. PSPICE McGraw Hill  Calvo Rolle, J.L. Edición y simulación de circuitos con ORCAD Ra-Ma  Aguilar Peña, J.D. / Domenech Martínez, A. / Garrido Sánchez, J. Simulación electrónica con PSpice. Ed. Ra-ma 1995  García Eduardo, Breijo PSpice: simulación y análisis de circuitos analógicos asistida por ordenador. Ed. Paraninfo. 1995  Cánovas López, Andrés Simulación de circuitos electrónicos por ordenador con PSpice Ed. Paraninfo 1996  Enrique Davis y Willyns López Simulación de circuitos electrónicos con MicroSim Eval 8.0 http://www.abcdatos.com/tutoriales/tutorial/l2538.html [Consulta: 4 de Abril de 2006]  Fuentes, Manuel. Manual Orcad PSpice Departamento de Ingeniería Electrónica. Universidad de Jaén.

 Mohan, Ned Power Electronics, computer simulation, analysis, and educational using PSpice. Minneapolis; Minesota Power Electronics Research & Education 1992  R. Ramshaw & D. Schuurman PSpice simulation of power electronic circuits: an introductory guide. Ed. Chapman & Hall 1997 http://www.ece.uwaterloo.ca/~pwr_elec [Consulta: 4 de septiembre de 2006]  M. H. Rashid PSpice for power electronics and electric power Ed. Prentice Hall 1993 http://www.uwf.edu/mrashid [Consulta: 29 de Diciembre de 2006]  Andrzej M. Trynadlowski Introduction to Modern Power Electronics. Johw Wiley & Sons, 1998

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 Daniel W. Hart Electrónica de Potencia Pearson Educación 2001 http://diamond.gem.valpo.edu/~dhart [Consulta: 29 de Diciembre de 2006]  Mohan, Undeland, Robbins. Power Electronics, Converter, Applications and Design Johw Wiley & Sons. 3ª Edición. 2003  J.D. Aguilar Peña. Reflexiones sobre la docencia y herramientas de apoyo. TAEE 2009. VALENCIA.

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