Este documento presenta los conceptos básicos para el análisis de circuitos con elementos inductivos y capacitivos en el dominio del tiempo usando SPICE. Explica la nomenclatura para circuitos con inductores y capacitores, las diferentes formas de onda para fuentes independientes, y las instrucciones .TRAN, .PRINT y .PLOT para realizar el análisis transitorio y graficar los resultados. También incluye dos ejercicios de simulación y análisis para circuitos RLC en serie y un filtro pasa bajos con un operacional.

1. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR
FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA
ANALISIS ELECTRICO I
CICLO I 2011
Catedrático: Ing. G. Marvin J. Hernández.
Instructores: Br. Luis Edgardo Flores López.
Br. Joel Edgardo Flores Rubio.
ANÁLISIS EN EL DOMINIO DEL TIEMPO: CIRCUITOS INDUCTIVOS Y
CAPACITIVOS.
En esta práctica de simulación se presentará el uso de elementos cuyas propiedades son diferentes a la
de los resistores. Estos elementos son el capacitor y el inductor. Las variables de voltaje y corriente para
los elementos están relacionadas por ecuaciones integrales y diferenciales.
Aunque los formatos de entrada de capacitores e inductores para SPICE son similares a los de resistores,
las funciones que se pueden realizar con ellos, y por tanto las instrucciones asociados a ellos son
considerablemente más numerosas.
La nomenclatura para circuitos con capacitores y/o inductores es la siguiente:
Cnombre < nodo + > < nodo - > < valor > IC=cond. inicial
Lnombre < nodo + > < nodo - > < valor > IC=cond. Inicial
Donde: nodo+ y nodo- son los nodos a los que se conecta el elemento. IC es
el valor del voltaje a través del capacitor al tiempo t=0 o la corriente
circulando en el inductor en t=0 y es un parámetro opcional. Solo se usa en
análisis transitorio.
Tipos de formas de onda.
Para realizar un análisis de respuesta transitoria es necesario definir las fuentes independientes para dar
su valor transitorio. Este valor es adicional al valor de DC que se dio en la práctica de simulación 1. La
notación más general para las fuentes independientes en SPICE es la siguiente:
<nombre> < nodo + > < nodo - > < valor de DC> < valor de AC> + <valor transitorio>
Si alguno, o los dos valores de DC y AC se omite, su valor es cero (aunque en SPICE se produce un
mensaje de precaución, para evitar este mensaje se debe colocar el valor de cero a esos parámetros). El
< valor de DC> sirve para análisis de punto de operación y barrido de DC. El < valor de AC> se puede
combinar con el < valor de DC> para evaluar el punto de operación en un análisis de AC. El <valor
transitorio> toma prioridad sobre las otras especificaciones sólo durante el análisis transitorio. Si no se
especifica el valor transitorio, se usa entonces el valor DC y se supone que la fuente es constante durante
la simulación.
Si se encuentra presente, <valor transitorio> debe ser uno de los siguientes:
EXP: <parámetros> para forma de onda exponencial
PULSE: <parámetros> para forma de onda de pulso
PWL: <parámetros> para forma de onda por secciones

2. SFFM: <parámetros> para forma de onda frecuencia modulada
SIN: <parámetros> para forma de onda senoidal
nota: Los parámetros pueden ir o no en paréntesis; pero para fines prácticos se deben incluir los
paréntesis.
Estas formas de onda se describen a continuación. Los valores de tiempo de impresión y tiempo final se
dan en la instrucción .TRAN
Análisis de respuesta transitoria.
La instrucción para realizar análisis transitorio es .TRAN. Esta instrucción especifica durante cuanto
tiempo se va a realizar el análisis transitorio. La notación es:
.TRAN[/OP] < intervalo de impresión > < tiempo final > + [< intervalo sin impresión >] [< paso máximo >]
[UIC]
Para SPICE, el tiempo siempre empieza en cero y aumenta hasta llegar al <tiempo final >. La opción /OP
hace que se imprima la tabla de voltajes de nodo calculados en el punto de operación para el análisis
transitorio. Este punto de operación será el mismo que en el análisis .DC, a menos que se especifiquen
condiciones iniciales que solo valgan en el análisis transitorio. El valor de <intervalo de impresión>
especifica cuando se va a generar salida (que se obtendrá con una instrucción .PRINT). El valor de
<intervalo sin impresión> especifica a partir de que tiempo se desea empezar la impresión, de tal manera
que solo se tenga impresión en la ultima etapa de simulación. El valor de <máximo paso> especifica el
máximo valor del paso de tiempo que SPICE usa para realizar la simulación. Si este parámetro no se
especifica, el máximo paso será 1/50 del intervalo donde se realiza el análisis transitorio. Normalmente,
el paso de tiempo es variable, siendo más grande cuando hay poco cambio en la variable de salida y más
pequeño cuando la variable se salida cambia rápidamente. Esto se hace con el propósito de optimizar el
tiempo de computo y dedicar mayor esfuerzo donde se tienen mayores cambios. EL parámetro UIC es
opcional e indica que se deben usar condiciones iniciales. Si no existe una instrucción .IC, se usan los
voltajes de nodo de la instrucción .IC para determinar las condiciones iniciales de los elementos. Para el
caso de las condiciones iniciales se puede usar .IC con el formato siguiente:
.IC <V(<nodos>)> = <valor>
Para imprimir los resultados del análisis transitorio, se emplea la instrucción .PRINT. El formato para esta
instrucción es:
.PRINT TRAN variables
La palabra TRAN indica que lo que se desea imprimir son los resultados del análisis transitorio. Las
variables que se pueden imprimir son los voltajes de nodos, voltajes entre nodos y corrientes que fluyen
a través de fuentes independientes de voltaje. Como ejemplo:
.PRINT TRAN v(9) I(ven) v(3,4)
Indica que se desea imprimir las variables del análisis transitorio siguiente: el voltaje del nodo 9 referido
al nodo común, la corriente que fluye en la fuente de voltaje ¨ven¨ y el voltaje entre los nodos 3 y 4. La
impresión de resultados tiene como primera columna el valor del tiempo en pasos determinados por
<intervalo de impresión> de la instrucción .TRAN hasta el valor de <tiempo final>. Los resultados del
análisis transitorio también se pueden graficar usando la instrucción .PLOT, cuyo formato es:
.PLOT TRAN < variables > [<limite inferior>,<limite superior>] + [xlabel ´texto´ ] [ylabel ´texto´ ] [title
´texto´ ]

3. Donde: TRAN indica que son variables de análisis transitorio. <Variables> puede ser cualquier variable,
voltaje o corriente, del circuito y como opciones opcionales los <limites superior> y <limites inferior> son
los limites de la gráfica, si estos limites no se especifican SPICE los genera automáticamente. Para xlabel,
ylabel y title son para colocar leyendas en los ejes X e Y, title coloca un titulo a la gráfica. Se pueden
escribir hasta 8 variables por cada instrucción .PLOT; sin embargo, se pueden repetir la instrucción
.PLOT cuantas veces sea necesario.
Ejercicio 1.
Un circuito en serie RLC con R = 100 W, L = 10mH, C = 0:1 mF está excitado por una fuente de frecuencia
variable sinusoidal de RMS valor de 100 V. Representar la magnitud y ángulo de fase de la impedancia
del circuito contra la frecuencia de la fuente en que ésta se varió de 25 Hz a 1000 kHz. Medir frecuencia
de resonancia, las frecuencias de media potencia, y el ancho de banda de las parcelas y verificar sus
valores por los cálculos teóricos. Repita simulación con R = 1000 Ω y R = 5000 Ω. ¿Cuál es el efecto de la
variación de R en frecuencia de resonancia, las frecuencias de media potencia y ancho de banda?
Para el circuito dado, la frecuencia de resonancia viene dada por:
Para ello, tenemos que variar la frecuencia de la sinusoidal
excitación. Por lo tanto, tenemos que usar el comando de corriente alterna. Para ª respuesta de
frecuencia, el comando que se incluirán
entre. control y. end es:
ac dec points_per_decade start_frequency end_frequency
Circuito para estudiar la resonancia serie.
RESONANCIA SERIE
* Fuente de voltaje senoidal tiene valor dc = 0 y valor RMS = 1000
vin 1 0 dc 0 ac 100V
* Fuente para medir corriente
vx 4 0 dc 0
* Componentes pasivos
* Observar que inicialmente r=0.1 y luego cambia a 100, 1000 y 5000 Ohm
r 1 2 0.1
l 2 3 10mH
C 3 4 0.1uF

4. .control
*Esto hace que la salida aungular de SPICE_OPUS sean en grados
set units=degree
* Esto limpia el area de trabajo.
destroy all
* realizar análisis de CA por variación de frecuencia de 25Hz a 1000kHz teniendo 100 puntos por década.
* Compruebe el efecto de reducir / aumentar el número de puntos por década. Realizar el análisis de CA
*para cada valor de r, como se muestra a continuación:
foreach value 100 1000 5000
alter r=$value
ac dec 100 25 1000kHz
end
* Esto grafica |Z|
plot mag(ac1.v(1)/ac1.i(vx))
+ mag(ac2.v(1)/ac2.i(vx)) mag(ac3.v(1)/ac3.i(vx))
+ xlabel 'Frecuencia[Hz]' ylabel 'r=100 Ohm[Rojo],
+ r=1000 Ohm[Verde] and r=5000 Ohm[Azul]'
+ title 'Magnitud de Impedancia[Ohm]'
* Esto grafica el angulo de Z
plot ph(ac1.v(1)/ac1.i(vx))
+ ph(ac2.v(1)/ac2.i(vx)) ph(ac3.v(1)/ac3.i(vx))
+ xlabel 'Frecuencia[Hz]' ylabel 'r=100 Ohm[Rojo]
+ r=1000 Ohm[Verde] and r=5000 Ohm[Azul]'
+ title 'Angulo de Fase de Impedancia [Deg]'
* Esto grafica la corriente
plot ac1.i(vx) ac2.i(vx) ac3.i(vx)
+ xlabel 'Frequency[Hz]' ylabel 'r=100 Ohm[Rojo],
+ r=1000 Ohm[Verde] and r=5000 Ohm[Azul]'
+ title 'Corriente[A]'
* Supongamos que desee representar la magnitud de la tensión a través de L y C en función de voltaje a
*través de la frecuencia, cómo hacer esto? Añadir las instrucciones aquí y vea los resultados.
.endc
.end

5. Ejercicio2.
Para el siguiente circuito grafique la salida si a la entrada tiene una señal AC con amplitud 1, si su
frecuencia va desde 1 a 80000, luego grafique la salida cuando a la entrada tenemos un pulso
R2 4,81k
C2 1u
R1 4,81k R3 4,81k IOP1
- VF1
C1 1u
VG1
+
+
*parametros del circuito
*fuente
* PULSE(V1 V2 TD TR TF PW PER)
*vc1 1 0 PULSE(-1 1 0.0 0.0 0.0 8m 16m)
vs1 1 0 dc 0 ac 1
*resistencias
R1 1 2 481
R2 4 2 481
R3 2 3 481
*capacitores
C1 2 0 0.1u
C2 3 4 0.1u
*operacional
e1 4 0 0 3 1meg
.control
set units = radian
*AC Lin NP(numerode puntos) Finicial Ffinal
ac lin 100 1 80000
*tran 1m 100m
*plot V(4) v(1)
*plot dB(mag(v(4)))
*+xlabel "Frecuencia [Hz]"
*+ylabel "Magnitud"
*+title "Diagrama De Bode"
.endc
.end

6. Tarea:
 Grafique la magnitud de la salida, al ingresar una señal AC de amplitud 5V, la señal AC tiene que
hacer un barrido de frecuencia desde 1HZ hasta 500HZ con NP=100
 Grafique la salida de 0 a 100ms, al ingresar una señal cuadrada, con su límite superior de 1V y límite
inferior de 0V, el ancho del pulso es de 500m y el periodo de 1m.