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Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones
                      Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación
                                                      UNIVERSIDAD DE VIGO

                                                 Campus de Lagoas-Marcosende, s/n
                                                                    36310 VIGO

                                    www.tsc.uvigo.es/DAF/Investigacion/DOC.html




     Análisis de redes
         Prácticas con PSpice


                                                    Enrique Sánchez
                                                     Artemio Mojón

                                                              Vigo, enero 2006

  Este documento ha sido preparado para las asignaturas y titulaciones siguientes:

            Análisis de redes. Ingeniero de Telecomunicación.

                           Análisis de circuitos.
                 Ingeniero Técnico de Telecomunicación,
              especialidad en Sistemas de Telecomunicación.

Ingeniero Técnico de Telecomunicación, especialidad en Sonido e Imagen.
     Se trata de una versión corregida de un manual con los mismos contenidos
                           hecho público en enero de 2005.
Índice


Introducción .............................................................................................................................             1
        1      Presentación .....................................................................................................................      1
        2      Contenidos teóricos ........................................................................................................            2
        3      Herramientas informáticas ............................................................................................                  3
        4      Documentación................................................................................................................           4

Consideraciones generales ...........................................................................................                                   7
        1      Introducción .....................................................................................................................       7
        2      Elementos de un circuito...............................................................................................                  8
        3      Construcción del circuito...............................................................................................                10
        4      Características de los elementos ..................................................................................                     12
        5      Almacenamiento del circuito........................................................................................                     14
        6      Análisis del circuito.........................................................................................................          15

Análisis en régimen permanente continuo ...................................................                                                            17
        1      Características generales................................................................................................               17
        2      Práctica 1 ..........................................................................................................................   20
        3      Práctica 2 ..........................................................................................................................   21
        4      Práctica 3 ..........................................................................................................................   23
        5      Práctica 4 ..........................................................................................................................   25
        6      Práctica 5 ..........................................................................................................................   26

Análisis en régimen transitorio ...............................................................................                                        27
        1      Características generales................................................................................................               27
        2      Práctica 6 ..........................................................................................................................   30
        3      Práctica 7 ..........................................................................................................................   33
        4      Práctica 8 ..........................................................................................................................   34
        5      Análisis paramétrico .......................................................................................................            36
        6      Práctica 9 ..........................................................................................................................   37

El módulo Probe ...................................................................................................................           39
        1      Características generales................................................................................................ 39
        2      Representación de variables.......................................................................................... 40
        3      Opciones gráficas ............................................................................................................ 41
ii                                                                                               Análisis de redes. Prácticas con PSpice



Régimen sinusoidal permanente ............................................................................                                        45
      1     Características generales................................................................................................             45
      2     Análisis fasorial ................................................................................................................    48
      3     Práctica 10........................................................................................................................   51
      4     Práctica 11........................................................................................................................   52
      5     Práctica 12........................................................................................................................   53
      6     Práctica 13........................................................................................................................   54
      7     Práctica 14........................................................................................................................   55
      8     Práctica 15........................................................................................................................   56
      9     Práctica 16........................................................................................................................   57
      10    Práctica 17........................................................................................................................   58
      11    Respuesta en frecuencia.................................................................................................              59
      12    Práctica 18........................................................................................................................   60
      13    Práctica 19........................................................................................................................   62
      14    Práctica 20........................................................................................................................   63
      15    Práctica 21........................................................................................................................   64
      16    Práctica 22........................................................................................................................   65
      17    Análisis temporal.............................................................................................................        66
      18    Práctica 23........................................................................................................................   70
      19    Práctica 24........................................................................................................................   72
      20    Observaciones adicionales sobre el análisis temporal..............................................                                    74




 Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
Introducción


1    Presentación

     Este manual está dirigido a los alumnos de las asignaturas y las titulaciones que se indi-
can a continuación y que se imparten en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Tele-
comunicación de la Universidad de Vigo (ETSIT-Vigo).

                            Titulación                            Asignatura


               Ingeniero Técnico de Telecomunicación,
            especialidad en Sistemas de Telecomunicación       Análisis de circuitos
                                                           (común a ambas titulaciones)
               Ingeniero Técnico de Telecomunicación,
                  especialidad en Sonido e Imagen


                   Ingeniero de Telecomunicación                Análisis de redes


     Las dos asignaturas citadas son troncales y se imparten en el segundo cuatrimestre del
primer curso de cada titulación.
     La asignatura Análisis de circuitos incluye conceptos tanto de análisis de redes propia-
mente dicho como de sistemas lineales. Los primeros tienen muchos puntos de coincidencia
con los correspondientes a Análisis de redes; de ahí que este manual sea común para
ambas asignaturas en todo lo relativo a los mencionados conceptos. En consecuencia, en lo
sucesivo se utilizarán indistintamente las denominaciones análisis de redes y análisis de cir-
cuitos para hacer referencia a los contenidos aludidos.
     Las prácticas a las que concierne este manual están enfocadas a la resolución de circui-
tos eléctricos con ayuda de un conjunto de herramientas informáticas. El manual recoge
una breve guía de utilización de un paquete de software específico para dicho propósito, y
un conjunto de prácticas cuya realización se recomienda a los alumnos para que lleguen a
familiarizarse con el uso del citado paquete.
     En ningún caso el manual intenta ser una guía exhaustiva para el manejo del software
aludido. Por otra parte, en la sugerencia de prácticas a realizar no se pretende agotar la indi-
cación de las posibles utilizaciones de aquél. Es más, con relación a este último aspecto, se
recomienda vivamente a los alumnos que, tan pronto como hayan alcanzado una cierta sol-
2                                                                        Análisis de redes. Prácticas con PSpice



tura en el manejo del software, ejerciten su propia iniciativa para analizar circuitos eléctricos
distintos de los considerados en este manual.
      Debe tenerse presente que el objetivo final de las prácticas de las asignaturas antes
mencionadas es complementar la formación teórica de modo que a los alumnos les resulte
más fácil asimilar los conceptos básicos recogidos en aquélla; y ello se consigue, no sólo si-
guiendo las indicaciones de los profesores, sino, sobre todo, desarrollando la capacidad per-
sonal para explorar las implicaciones y las consecuencias de tales conceptos básicos.


2     Contenidos teóricos

      El ámbito de la disciplina conocida habitualmente como análisis de redes o análisis de
circuitos es extremadamente amplio. Desde luego, es mucho mayor que aquél al que con-
cierne este documento. La selección de los contenidos para las asignaturas mencionadas en
la sección anterior se ha hecho teniendo en cuenta la limitación del tiempo disponible para
impartirlas y el objetivo de proporcionar a los alumnos una panorámica de los conceptos
básicos de la disciplina citada.
      En consecuencia, los contenidos tratados en las citadas asignaturas (y, por tanto, aqué-
llos a los que se refiere este manual) son los indicados seguidamente.

           Contenidos                                            Breve descripción


Conceptos básicos                    Elementos de un circuito y sus relaciones funcionales.
                                     Leyes de Kirchhoff. Técnicas de análisis por mallas y nudos.
                                     Análisis de circuitos en régimen permanente continuo.

Régimen transitorio entre dos   Condiciones iniciales y finales del régimen transitorio.
regímenes permanentes continuos Respuestas natural y forzada. Circuitos con dos elementos reactivos.
(análisis integro-diferencial)  Circuitos con cambios sucesivos.

Régimen sinusoidal permanente        Fasores e impedancias. Análisis por mallas y por nudos.
                                     Inducción mutua; transformadores lineal e ideal.
                                     Conceptos de potencia. Circuito equivalente de Thèvenin.
                                     Respuesta en frecuencia.
                                     Circuitos con dos o más excitaciones de distinta naturaleza.

Cuadripolos                          Parámetros característicos; técnicas para obtenerlos.
                                     Cuadripolos insertados en circuitos. Agrupaciones de cuadripolos.




Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
Análisis de redes. Prácticas con PSpice                                                                         3



3      Herramientas informáticas

      La herramienta informática para realizar las prácticas a las que se refiere este manual
está basada en el paquete de software SPICE (acrónimo de Simulation Program with Inte-
grated Circuit Emphasis), desarrollado bajo la supervisión del profesor Donald O. Pederson
en la primera mitad de la década de 1970 en el Electrical Engineering and Computer
Sciences Department, asociado al Electronics Research Laboratory, y ambos pertenecientes
a la Universidad de California en Berkeley (Estados Unidos). Entre los colaboradores de
Pederson se encontraban el profesor Ron Rohrer y el estudiante de doctorado Laurence W.
Nagel. Uno y otro desempeñaron un papel principal en el desarrollo de un antecesor de
SPICE, denominado CANCER (acrónimo de Computer Analysis of Nonlinear Circuits
Excluding Radiation).
      SPICE fue concebido como un programa de propósito general destinado a la simula-
ción de circuitos eléctricos en régimen permanente continuo, régimen transitorio y régimen
permanente sinusoidal. Tras el éxito alcanzado por SPICE en tareas de análisis y diseño de
circuitos, incluyendo los que contienen dispositivos semiconductores, se desarrollaron nu-
merosas versiones mejoradas del mismo; algunas de ellas fueron de distribución pública y
gratuita, mientras que otras llegaron al mercado previo pago por parte de los usuarios.
      SPICE y los programas desarrollados a partir de él tienen tres partes principales. En la
primera se describen los elementos que constituyen el circuito a analizar. En la segunda se
especifican las condiciones en las que ha de realizarse el análisis. Y en la tercera se presentan
los resultados de la simulación. En las primitivas versiones de SPICE las tres partes se im-
plementaban en forma de texto y por medio de comandos. Eso significa que el usuario ha
de detallar la composición del circuito y las condiciones de análisis mediante una serie de lí-
neas de código, y que obtiene los resultados de la simulación en un fichero de datos.
      Para subsanar estos inconvenientes, MicroSim Corporation desarrolló el programa
Probe, que permite visualizar en forma gráfica los resultados del análisis de un circuito. Mi-
croSim integró Probe con su propia versión de SPICE, dando lugar al programa denomina-
do PSpice. En el paquete de software MicroSim Eval 7.1 se integró PSpice con un nuevo
desarrollo, conocido como Schematics. Éste consta de dos partes fundamentales. La prime-
ra permite definir en forma gráfica el circuito a analizar, y la segunda permite seleccionar
las condiciones en las que ha de realizarse el análisis o simulación.
      En la década de 1990 la compañía OrCAD absorbió a MicroSim Corporation. El anti-
guo paquete MicroSim Eval 7.1 fue mejorado para dar lugar a distintas versiones nuevas de
PSpice. Una de ellas, la versión PSpice 9.1 para estudiantes, de distribución gratuita y acce-



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4                                                                        Análisis de redes. Prácticas con PSpice



sible a través de internet, es la que se utilizará para realizar las prácticas a las que se refiere
este documento. Recientemente, OrCAD ha sido absorbida a su vez por Cadence Design
Systems (San Jose, California, Estados Unidos), si bien manteniendo y mejorando algunos
de los productos de aquélla. En concreto, la versión PSpice 10, de utilización profesional y
no gratuita, es un desarollo de Cadence Design Systems.
      Para los fines de este manual la versión PSpice 9.1 es perfectamente adecuada, ya que
permite tratar todos los problemas de análisis de circuitos considerados en las asignaturas
con las que se relaciona este documento. Entre otras cosas, mantiene la definición del circui-
to en forma gráfica y la presentación de resultados tanto en fichero como en el propio cir-
cuito o a través del módulo Probe. A pesar de sus limitaciones, sirve como una preparación
al manejo de las versiones profesionales e industriales de PSpice.
      Para concluir esta sección cabe decir que el programa que se utilizará en las prácticas a
las que se refiere este manual puede ser utilizado en ordenadores personales tipo PC (perso-
nal computer) dotados de sistema operativo Windows 98 o Windows XP. Versiones más
elaboradas de dicho programa requieren ser soportados en el segundo de los sistemas ope-
rativos citados. Por el contrario, el paquete MicroSim Eval 7.1 puede ser utilizado en orde-
nadores tipo PC dotados de sistema operativo Windows 95 o Windows 98.


4     Documentación

     Toda la información que se ha mencionado a lo largo de la sección anterior ha sido
elaborada a partir de la recogida en las siguientes páginas web:
    1     http://erl.berkeley.edu/welcome/welcome.html
          Información sobre el Electronics Research Laboratory.
    2     http://www.eecs.berkeley.edu/
          Información sobre el Electrical Engineering and Computer Sciences Department.
    3     http://www.coe.berkeley.edu/labnotes/0502/history.html
          Breve historia del nacimiento de SPICE.
    4     http://www.icsl.ucla.edu/aagroup/Life%20of%20SPICE.html
          Más detalles sobre el nacimiento de SPICE.
    5     http://bwrc.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/SPICE/
          La página de SPICE en la Universidad de California en Berkeley.
    6     http://bwrc.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/tools.html
          Lista de versiones de SPICE accesibles a través de internet.



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Análisis de redes. Prácticas con PSpice                                                                         5



     7     http://eceweb.uccs.edu/kalkur/Primer_intro.html
           Estructura de PSpice (MicroSim).
     8     http://denethor.wlu.ca/pc300/PSpice/pspice_tutorial.html
           Cómo utilizar PSpice.
     9     http://www.orcad.com/
           Página web de OrCAD.
     10 http://www.electronics-lab.com/downloads/schematic/013/
           Cómo obtener a través de internet la versión para estudiantes PSpice 9.1, de dis-
tribución gratuita, que ocupa 28 Mb en disco duro.
     11 http://www.cadence.com/
           Página web de Cadence Design Systems.
      Por otro lado, se recomienda a los alumnos interesados en la realización de las prácti-
cas a las que se refiere este manual que hagan uso de todo o parte del material que se indica
seguidamente.
     1     Análisis de redes. Prácticas con PSpice (Enrique Sánchez, Artemio Mojón, enero
de 2006).
           Se trata de este manual.
           Puede conseguirse en el servicio de reprografía de la ETSIT-Vigo, o en formato
PDF en la página web http://www.tsc.uvigo.es/DAF/Investigacion/DOC.html.
      2 Programa PSpice versión 9.1 de OrCAD.
           Puede      conseguirse     en    la   página     web     http://www.electronics-
lab.com/downloads/schematic/013/.
      3 Análisis de redes. Transparencias de clase (Enrique Sánchez, Artemio Mojón,
enero de 2006).
           Recoge los conceptos teóricos presentados en las clases de la asignatura del
mismo nombre.
           Puede conseguirse en el servicio de reprografía de la ETSIT-Vigo, o en formato
PDF en la página web http://www.tsc.uvigo.es/DAF/Investigacion/DOC.html.
      4 Colección de problemas resueltos de Análisis de redes.
           Son problemas que fueron planteados a los alumnos en los exámenes de la asig-
natura citada desde el curso 2002-03.
           Puede conseguirse en el servicio de reprografía de la ETSIT-Vigo, o en formato
PDF en la página web http://www.tsc.uvigo.es/DAF/Investigacion/DOC.html.




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6                                                                        Análisis de redes. Prácticas con PSpice



     5     Colección de problemas resueltos de Análisis de circuitos.
           Son problemas que fueron planteados a los alumnos en los exámenes de la asig-
natura citada (sólo en relación con los contenidos de análisis de redes) desde el curso
2003-04.
           Puede conseguirse en el servicio de reprografía de la ETSIT-Vigo, o en formato
PDF en la página web http://www.tsc.uvigo.es/DAF/Investigacion/DOC.html.
      6 Electric circuits (James W. Nilsson, Addison-Wesley Company).
           Es el libro en el que se basa la configuración de las asignaturas a las que se refiere
este manual, si bien sus contenidos son mucho más amplios que los de aquéllas. Existe tra-
ducción al castellano.
           Las versiones en castellano e inglés pueden conseguirse a través del servicio de
biblioteca de la ETSIT-Vigo.




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Consideraciones generales


1    Introducción

      Este manual está pensado para ser utilizado por personas con cierta experiencia previa
en manejo de ordenadores tipo PC. Por tanto, en él se omiten las menciones a acciones que
se suponen incluidas en tal experiencia.
      Como se indicó en el capítulo anterior, el manual se refiere al paquete de software
PSpice versión 9.1 para estudiantes, diseñado por OrCAD. Naturalmente, cada persona
tiene su propio estilo para disponer programas y activarlos en su ordenador, así como a la
hora de elegir las opciones de visualizar pantallas y resultados. Los contenidos de este
manual se refieren a la disposición habilitada en los ordenadores de la ETSIT-Vigo para la
realización de las prácticas a las que concierne este documento.

     En las condiciones indicadas, el usuario debe activar en la
pantalla del ordenador el icono mostrado en la figura adjunta.
Obsérvese que, teniendo en cuenta lo expuesto en el capítulo
precedente, se utiliza como identificativo global del programa lo
que estrictamente es tan sólo una parte del mismo.

      Al activar el icono indicado aparece la pantalla principal, con la apariencia mostrada en
la figura de la página siguiente. En ella pueden distinguirse tres tipos principales de
elementos:
      -La barra de menús (parte superior de la pantalla). A través de ella se accede a las
distintas opciones y funciones del programa.
      -La botonera (parte superior de la pantalla, debajo de la barra de menús, y parte
izquierda -del lector- de la pantalla). A través de ella se accede de forma rápida a las
opciones y funciones más empleadas del programa. Puede decirse que es una versión
simplificada de la barra de menús.
      -El área de diseño (zona central de la pantalla, dotada de una rejilla de puntos para
facilitar el trabajo). En ella se disponen los elementos que conforman el circuito que se
desea analizar.
      En este capítulo trataremos algunos aspectos relativos a los citados elementos que son
comunes a las distintas situaciones de interés en la realización de las prácticas a las que se
refiere este manual.
8                                                                        Análisis de redes. Prácticas con PSpice




2    Elementos de un circuito
     El programa dispone de un amplio catálogo de elementos
que pueden ser utilizados para construir un circuito. A dicho
catálogo se puede acceder pulsando el botón mostrado en la
figura adjunta, que forma parte de la botonera.

     Al pulsar el botón se abre un cuadro de diálogo que
tiene la apariencia indicada en la figura adjunta y en el que
se muestra el catálogo de elementos. La selección de
cualquiera de ellos puede hacerse de dos formas:
     -Escribiendo el código identificativo del elemento en el
recuadro Part Name.
     -Desplazando la lista arriba y abajo mediante las flechas
que tiene adjuntas hasta dar con el elemento deseado y, una
vez encontrado éste, disponiendo el cursor sobre él.
     En cualquiera de ambos casos, el código identificativo
del elemento aparece en la pantalla principal, en el recuadro
insertado en la botonera superior.



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Análisis de redes. Prácticas con PSpice                                                                          9



     En el catálogo figuran muchos elementos susceptibles de ser utilizados para configurar
un circuito, pero no todos son relevantes para los propósitos de este documento. Los
elementos de interés desde la perspectiva de este manual se indican en la tabla siguiente.
Para cada uno de ellos se menciona su correspondiente código identificativo en el
programa.

 Tipo de elemento Código del elemento             Descripción del elemento               Observaciones


Pasivos                          R              Resistencia
                                 L              Inductancia
                              K_Linear          Acoplamiento magnético            Para inducción mutua.
                                 C              Capacidad


Fuentes                         VDC             Fuente de tensión continua
independientes                  IDC             Fuente de corriente continua
                                VAC             Fuente de tensión sinusoidal      VAC e IAC se definen
                                IAC             Fuente de corriente sinusoidal    como fasores.
                                VSIN            Fuente de tensión                 VSIN e ISIN representan
                                                sinusoidal amortiguada            fuentes en el dominio
                                ISIN            Fuente de corriente               del tiempo.
                                                sinusoidal amortiguada


Fuentes                           E             Fuente de tensión                 En la representación gráfica
dependientes                                    controlada por tensión            tienen cuatro terminales.
                                  G             Fuente de corriente               Los asociados a un círculo
                                                controlada por tensión            son la fuente propiamente
                                  H             Fuente de tensión                 dicha. Los otros dos
                                                controlada por corriente          deben ser conectados
                                  F             Fuente de corriente               al correspondiente elemento
                                                controlada por corriente          de control.


Elementos                     IPROBE            Amperímetro de continua           Los tres últimos valen para
de medida                   VIEWPOINT           Voltímetro de continua            continua y régimen
                              IPRINT            Amperímetro                       sinusoidal permanente.
                             VPRINT1            Voltímetro                        Almacenan resultados
                             VPRINT2            Voltímetro                        en ficheros.


Otros                          EGND             Nudo de tierra                    Ha de figurar
                                                                                  en cualquier circuito.
                              PARAM             Parámetro variable                Permite variar el valor
                                                                                  de un elemento pasivo.




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                               Observaciones

                                     El catálogo de elementos del programa incluye un interruptor ideal para
                               hacer análisis de circuitos en régimen transitorio. Sin embargo, se desaconseja
                               a los alumnos su utilización con objeto de que su trabajo al respecto sea lo
                               más parecido posible al planteado en las clases teóricas.
                                     El catálogo también incluye un transformador ideal. Una vez más, se
                               desaconseja a los alumnos su utilización, por cuanto el comportamiento de tal
                               elemento es ligeramente distinto del explicado en las clases teóricas.



3    Construcción del circuito

      La definición de la topología del circuito a analizar se realiza tomando elementos del
catálogo y colocándolos en el área de diseño.
      Una vez seleccionado un elemento del catálogo se pulsa Place o Place & Close
en el cuadro de botones que figura en aquél. La primera opción permite colocar en el área
de diseño tantos elementos idénticos al seleccionado como se desee; la segunda permite
colocar un elemento y cerrar el mismo tiempo el catálogo.
      La colocación de un elemento en el área de diseño se realiza haciendo click o doble
click en la posición que se desea que ocupe dicho elemento. La primera opción permite
seguir añadiendo elementos idénticos en otras posiciones del área de diseño; la segunda deja
el elemento en el sitio seleccionado.

                               Observación

                                      Si se hace click (no doble click) más de una vez en una misma posición
                               se están colocando tantos elementos idénticos como veces se haya repetido la
                               acción aunque en la pantalla sólo sea visible uno de ellos. Esta circunstancia
                               provocará un mensaje de error cuando se pretenda analizar el circuito, ya que
                               el programa interpreta que todos los elementos están presentes y que los
                               ocultos no está conectados al resto del circuito. Se puede comprobar que sólo
                               se ha colocado un elemento desplazando el visible, ya que el arrastre con el
                               ratón sólo afecta a éste.


     La posición de un elemento en el circuito puede ser modificada seleccionándolo en el
área de diseño (haciendo click sobre él) y arrastrándolo con el ratón al nuevo lugar deseado.
     Cualquier elemento de un circuito, incluidos los de conexión entre otros elementos,
puede ser suprimido de aquél, seleccionándolo en el dibujo y pulsando la tecla de borrado
en el ordenador, o bien activando Delete en el botón de Edit en la barra de menús
(véase más abajo en esta misma sección).



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      Tras colocar un elemento en el área de
diseño es posible modificar su disposición
mediante los comandos Flip o Rotate.
Ambos se seleccionan, como se muestra en la
figura adjunta, en el botón de Edit, incluido
en la barra de menús. El primero invierte la
posición del elemento en dirección horizontal;
el segundo gira el elemento 90 º en sentido
antihorario cada vez que es activado.
      Estas acciones pueden ser importantes a
la hora de obtener tensiones o corrientes en el
elemento, ya que afectan a la polaridad de
éste.

     Para conectar unos elementos con otros se utilizan
cortocircuitos, que se dibujan seleccionando en la botonera el
botón mostrado en la parte superior de la figura adjunta.
     No debe confundirse este botón con el mostrado en la parte
intermedia de la figura adjunta, que corresponde a un bus de
conexión en un circuito electrónico y es irrelevante para los
propósitos de este manual.
     Tampoco puede montarse un cortocircuito sobre un
elemento o viceversa, dando lugar a la situación mostrada en la
parte inferior de la figura adjunta. Dicha situación, delatada por la
presencia de dos puntos en los extremos del elemento, impide
que el circuito pueda ser analizado.

                               Observación

                                      Algunas combinaciones de elementos no están permitidas por la
                               configuración interna del programa (por ejemplo, una malla compuesta
                               exclusivamente por inductancias). Este problema se soluciona, en general,
                               añadiendo resistencias al circuito; por ejemplo, puede colocarse una
                               resistencia de valor muy pequeño en serie, o una resistencia de valor muy
                               elevado en paralelo.




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     En muchas ocasiones resulta conveniente numerar explícitamente los nudos del
circuito; de lo contrario, el programa lo hace automáticamente, aunque sin mostrar la
numeración en pantalla.

      En la figura adjunta se muestra un ejemplo de
numeración de los nudos en un circuito. Recuérdese
que un nudo es cualquier conexión entre dos
elementos. Para adjudicar un número a un nudo
basta hacer doble click sobre el elemento de
conexión entre dos elementos y poner el valor
(entero) deseado en el cuadro de diálogo que se
abre.

     Ningún nudo puede tomar un valor negativo o nulo. El valor nulo es asignado
automáticamente por el programa al nudo de tierra, que debe figurar en cualquier circuito.
La ausencia de este nudo de tierra (elemento EGND) impide el análisis del circuito.


4    Características de los elementos
      Al colocar cualquier elemento en el área de diseño el programa le
asigna automáticamente y por defecto un nombre identificativo y un
valor. Ambos se muestran explícitamente junto al elemento, como se
refleja en el ejemplo de la figura adjunta.

     Naturalmente, en la mayor parte de los casos prácticos deberemos cambiar tales
características para que se correspondan con las del circuito que deseamos analizar.

     El nombre se cambia haciendo doble click
sobre la identificación que aparece en el dibujo
(sobre R6 en el caso de la figura anterior), con lo
que se abre un cuadro de diálogo como el
mostrado en la figura adjunta. El nuevo nombre,
que ha de conservar la primera letra de su código
identificativo, se escribe en el cajetín de Package
Reference Designator.



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Análisis de redes. Prácticas con PSpice                                                                       13



     El valor se cambia haciendo doble click sobre
el mostrado en el dibujo (1k en el caso del ejemplo
que se está considerando), con lo que se abre un
cuadro de diálogo como el mostrado en la figura
adjunta y en el que es posible escribir el valor
deseado.

     En algunos casos es preciso modificar (o añadir) más características del elemento. Es
el caso, por ejemplo, de algunos medidores y de los elementos reactivos (inductancias y
capacidades).




      En la figura inmediatamente precedente se muestra el caso de una capacidad que
aparece en un circuito sometido a régimen transitorio. Tras el cambio de posición de los
interruptores del circuito la tensión no puede cambiar en ella. Es decir, tal magnitud tiene
un valor inicial para el análisis correspondiente al tiempo que sigue a dicho cambio. Ese
valor se especifica en el parámetro IC del cuadro de diálogo que se activa haciendo doble
click sobre el símbolo representativo del elemento. Para que el programa acepte este valor
inicial es necesario pulsar Save Attr antes de cerrar el cuadro de diálogo.

                               Observación

                                     IC (initial condition) hace referencia a una tensión en el caso de una
                               capacidad y a una corriente en el caso de una inductancia.


     En la asignación de valores numéricos a los elementos pasivos hay que tener en cuenta
que no se especifican las unidades si son las básicas (ohmios, henrios o faradios). Cuando se
pretende expresar el valor del elemento utilizando múltiplos o submúltiplos es posible
recurrir a sufijos representativos de los factores de escala o bien a notación exponencial;
unos y otra aparecen indicados en la tabla siguiente.



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                     Factor            Significado          Notación               Valor
                    de escala                              exponencial


                        f                  femto               1e-15                10-15
                        p                   pico               1e-12                10-12
                        n                   nano                1e-9                 10-9
                        u                  micro                1e-6                 10-6
                        m                    mili               1e-3                 10-3
                        k                    kilo               1e3                  103
                       meg                 mega                 1e6                  106
                        g                   giga                1e9                  109
                        t                    tera              1e12                 101 2


                               Observaciones

                                     Es indiferente escribir los factores de escala con mayúsculas o
                               minúsculas.
                                     Los factores de escala deben seguir inmediatamente a los valores
                               numéricos; por ejemplo, es válido 16.8u, pero no 16.8 u.
                                     En el caso de las capacidades, las unidades básicas (faradios) no deben
                               ser mencionadas nunca explícitamente. Así, por ejemplo, el programa no
                               interpretará 40F como 40 faradios, sino como 40 femtofaradios.



5    Almacenamiento del circuito

     Una vez completada la construcción del circuito, el programa no puede analizarlo si
previamente aquél no ha sido almacenado en un fichero.

     El almacenamiento se activa seleccionando File en la barra
de menús y luego eligiendo la opción Save As, tal y como se
muestra en la figura adjunta. Al realizar esta opción se abre un
cuadro de diálogo, en el que se pide que se indiquen el nombre
del fichero y la carpeta del ordenador en el que éste ha de ser
almacenado.
     El nombre del fichero ha de constar de un máximo de ocho
caracteres alfanuméricos, entre los que no pueden incluirse
caracteres especiales, como el espacio, la barra, o la letra ñ.



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6     Análisis del circuito
     Una vez dibujado el circuito hay que precisar las condiciones
del análisis que se pretende realizar sobre aquél. Para ello, se
pulsa en la botonera el botón mostrado en la figura adjunta.

      En respuesta a tal acción se abre el
cuadro de diálogo que se indica en la
figura adjunta. Como puede verse en
ella, el programa permite realizar
distintos tipos de análisis.


     El análisis a realizar se selecciona haciendo click en el cajetín adjunto al deseado, con
lo que aparece una marca en el mismo. El programa ejecuta todos los análisis seleccionados.
Para que un determinado tipo de análisis no se ejecute se hace click en el correspondiente
cajetín marcado. En este manual únicamente se hará referencia a tres tipos de análisis: en
continua (DC Sweep), en régimen transitorio (Transient) y en régimen sinusoidal
permanente (AC Sweep). También se hará referencia a un tipo particular de análisis
(Parametric), en el que se permite la variación del valor de un elemento pasivo dentro
de un rango especificado previamente.
     Una vez seleccionado el tipo de análisis a realizar, las condiciones del mismo se
establecen haciendo click en el botón correspondiente a aquél. En los capítulos siguientes se
proporcionan más detalles acerca de las condiciones de los distintos tipos de análisis.

     Completada la definición del tipo y las condiciones del
análisis, éste se activa pulsando en la botonera el botón mostrado
en la figura adjunta. En los capítulos siguientes se indica cómo
acceder a los resultados de los distintos tipos de análisis.

     El análisis sólo comienza y se ejecuta completamente si se cumplen dos condiciones:
que el circuito haya sido almacenado en un fichero (véase la sección anterior) y que carezca
de errores. Suponiendo que el circuito ha sido almacenado correctamente, el programa
comprueba automáticamente que aquél carezca de errores antes de analizarlo en las
condiciones especificadas. En caso de detectar errores, el programa genera uno o más
mensajes al respecto y suspende la ejecución del análisis.



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    Hay distintas formas de advertir al
usuario de que el circuito contiene errores.
En la figura adjunta se muestra una de ellas.




     Al pulsar el botón de OK de la figura superior se obtiene un recuadro como el
mostrado en la figura precedente, en el que se detallan los distintos errores cometidos al
construir el circuito.

     Otra posibilidad para obtener información sobre
los errores cometidos consiste en seleccionar
Analysis en la barra de menús y, una vez que éste
se despliega, elegir la opción Examine Output, tal y
como se muestra en la figura adjunta. En el fichero que
se obtiene como resultado de estas acciones se puede
encontrar la información buscada.

    Una vez advertidos los errores, el usuario debe regresar al fichero en el que se
almacenó el circuito y subsanar aquéllos antes de volver a dar la orden de inicio del análisis.




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  • 1. Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación UNIVERSIDAD DE VIGO Campus de Lagoas-Marcosende, s/n 36310 VIGO www.tsc.uvigo.es/DAF/Investigacion/DOC.html Análisis de redes Prácticas con PSpice Enrique Sánchez Artemio Mojón Vigo, enero 2006 Este documento ha sido preparado para las asignaturas y titulaciones siguientes: Análisis de redes. Ingeniero de Telecomunicación. Análisis de circuitos. Ingeniero Técnico de Telecomunicación, especialidad en Sistemas de Telecomunicación. Ingeniero Técnico de Telecomunicación, especialidad en Sonido e Imagen. Se trata de una versión corregida de un manual con los mismos contenidos hecho público en enero de 2005.
  • 2. Índice Introducción ............................................................................................................................. 1 1 Presentación ..................................................................................................................... 1 2 Contenidos teóricos ........................................................................................................ 2 3 Herramientas informáticas ............................................................................................ 3 4 Documentación................................................................................................................ 4 Consideraciones generales ........................................................................................... 7 1 Introducción ..................................................................................................................... 7 2 Elementos de un circuito............................................................................................... 8 3 Construcción del circuito............................................................................................... 10 4 Características de los elementos .................................................................................. 12 5 Almacenamiento del circuito........................................................................................ 14 6 Análisis del circuito......................................................................................................... 15 Análisis en régimen permanente continuo ................................................... 17 1 Características generales................................................................................................ 17 2 Práctica 1 .......................................................................................................................... 20 3 Práctica 2 .......................................................................................................................... 21 4 Práctica 3 .......................................................................................................................... 23 5 Práctica 4 .......................................................................................................................... 25 6 Práctica 5 .......................................................................................................................... 26 Análisis en régimen transitorio ............................................................................... 27 1 Características generales................................................................................................ 27 2 Práctica 6 .......................................................................................................................... 30 3 Práctica 7 .......................................................................................................................... 33 4 Práctica 8 .......................................................................................................................... 34 5 Análisis paramétrico ....................................................................................................... 36 6 Práctica 9 .......................................................................................................................... 37 El módulo Probe ................................................................................................................... 39 1 Características generales................................................................................................ 39 2 Representación de variables.......................................................................................... 40 3 Opciones gráficas ............................................................................................................ 41
  • 3. ii Análisis de redes. Prácticas con PSpice Régimen sinusoidal permanente ............................................................................ 45 1 Características generales................................................................................................ 45 2 Análisis fasorial ................................................................................................................ 48 3 Práctica 10........................................................................................................................ 51 4 Práctica 11........................................................................................................................ 52 5 Práctica 12........................................................................................................................ 53 6 Práctica 13........................................................................................................................ 54 7 Práctica 14........................................................................................................................ 55 8 Práctica 15........................................................................................................................ 56 9 Práctica 16........................................................................................................................ 57 10 Práctica 17........................................................................................................................ 58 11 Respuesta en frecuencia................................................................................................. 59 12 Práctica 18........................................................................................................................ 60 13 Práctica 19........................................................................................................................ 62 14 Práctica 20........................................................................................................................ 63 15 Práctica 21........................................................................................................................ 64 16 Práctica 22........................................................................................................................ 65 17 Análisis temporal............................................................................................................. 66 18 Práctica 23........................................................................................................................ 70 19 Práctica 24........................................................................................................................ 72 20 Observaciones adicionales sobre el análisis temporal.............................................. 74 Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 4. Introducción 1 Presentación Este manual está dirigido a los alumnos de las asignaturas y las titulaciones que se indi- can a continuación y que se imparten en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Tele- comunicación de la Universidad de Vigo (ETSIT-Vigo). Titulación Asignatura Ingeniero Técnico de Telecomunicación, especialidad en Sistemas de Telecomunicación Análisis de circuitos (común a ambas titulaciones) Ingeniero Técnico de Telecomunicación, especialidad en Sonido e Imagen Ingeniero de Telecomunicación Análisis de redes Las dos asignaturas citadas son troncales y se imparten en el segundo cuatrimestre del primer curso de cada titulación. La asignatura Análisis de circuitos incluye conceptos tanto de análisis de redes propia- mente dicho como de sistemas lineales. Los primeros tienen muchos puntos de coincidencia con los correspondientes a Análisis de redes; de ahí que este manual sea común para ambas asignaturas en todo lo relativo a los mencionados conceptos. En consecuencia, en lo sucesivo se utilizarán indistintamente las denominaciones análisis de redes y análisis de cir- cuitos para hacer referencia a los contenidos aludidos. Las prácticas a las que concierne este manual están enfocadas a la resolución de circui- tos eléctricos con ayuda de un conjunto de herramientas informáticas. El manual recoge una breve guía de utilización de un paquete de software específico para dicho propósito, y un conjunto de prácticas cuya realización se recomienda a los alumnos para que lleguen a familiarizarse con el uso del citado paquete. En ningún caso el manual intenta ser una guía exhaustiva para el manejo del software aludido. Por otra parte, en la sugerencia de prácticas a realizar no se pretende agotar la indi- cación de las posibles utilizaciones de aquél. Es más, con relación a este último aspecto, se recomienda vivamente a los alumnos que, tan pronto como hayan alcanzado una cierta sol-
  • 5. 2 Análisis de redes. Prácticas con PSpice tura en el manejo del software, ejerciten su propia iniciativa para analizar circuitos eléctricos distintos de los considerados en este manual. Debe tenerse presente que el objetivo final de las prácticas de las asignaturas antes mencionadas es complementar la formación teórica de modo que a los alumnos les resulte más fácil asimilar los conceptos básicos recogidos en aquélla; y ello se consigue, no sólo si- guiendo las indicaciones de los profesores, sino, sobre todo, desarrollando la capacidad per- sonal para explorar las implicaciones y las consecuencias de tales conceptos básicos. 2 Contenidos teóricos El ámbito de la disciplina conocida habitualmente como análisis de redes o análisis de circuitos es extremadamente amplio. Desde luego, es mucho mayor que aquél al que con- cierne este documento. La selección de los contenidos para las asignaturas mencionadas en la sección anterior se ha hecho teniendo en cuenta la limitación del tiempo disponible para impartirlas y el objetivo de proporcionar a los alumnos una panorámica de los conceptos básicos de la disciplina citada. En consecuencia, los contenidos tratados en las citadas asignaturas (y, por tanto, aqué- llos a los que se refiere este manual) son los indicados seguidamente. Contenidos Breve descripción Conceptos básicos Elementos de un circuito y sus relaciones funcionales. Leyes de Kirchhoff. Técnicas de análisis por mallas y nudos. Análisis de circuitos en régimen permanente continuo. Régimen transitorio entre dos Condiciones iniciales y finales del régimen transitorio. regímenes permanentes continuos Respuestas natural y forzada. Circuitos con dos elementos reactivos. (análisis integro-diferencial) Circuitos con cambios sucesivos. Régimen sinusoidal permanente Fasores e impedancias. Análisis por mallas y por nudos. Inducción mutua; transformadores lineal e ideal. Conceptos de potencia. Circuito equivalente de Thèvenin. Respuesta en frecuencia. Circuitos con dos o más excitaciones de distinta naturaleza. Cuadripolos Parámetros característicos; técnicas para obtenerlos. Cuadripolos insertados en circuitos. Agrupaciones de cuadripolos. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 6. Análisis de redes. Prácticas con PSpice 3 3 Herramientas informáticas La herramienta informática para realizar las prácticas a las que se refiere este manual está basada en el paquete de software SPICE (acrónimo de Simulation Program with Inte- grated Circuit Emphasis), desarrollado bajo la supervisión del profesor Donald O. Pederson en la primera mitad de la década de 1970 en el Electrical Engineering and Computer Sciences Department, asociado al Electronics Research Laboratory, y ambos pertenecientes a la Universidad de California en Berkeley (Estados Unidos). Entre los colaboradores de Pederson se encontraban el profesor Ron Rohrer y el estudiante de doctorado Laurence W. Nagel. Uno y otro desempeñaron un papel principal en el desarrollo de un antecesor de SPICE, denominado CANCER (acrónimo de Computer Analysis of Nonlinear Circuits Excluding Radiation). SPICE fue concebido como un programa de propósito general destinado a la simula- ción de circuitos eléctricos en régimen permanente continuo, régimen transitorio y régimen permanente sinusoidal. Tras el éxito alcanzado por SPICE en tareas de análisis y diseño de circuitos, incluyendo los que contienen dispositivos semiconductores, se desarrollaron nu- merosas versiones mejoradas del mismo; algunas de ellas fueron de distribución pública y gratuita, mientras que otras llegaron al mercado previo pago por parte de los usuarios. SPICE y los programas desarrollados a partir de él tienen tres partes principales. En la primera se describen los elementos que constituyen el circuito a analizar. En la segunda se especifican las condiciones en las que ha de realizarse el análisis. Y en la tercera se presentan los resultados de la simulación. En las primitivas versiones de SPICE las tres partes se im- plementaban en forma de texto y por medio de comandos. Eso significa que el usuario ha de detallar la composición del circuito y las condiciones de análisis mediante una serie de lí- neas de código, y que obtiene los resultados de la simulación en un fichero de datos. Para subsanar estos inconvenientes, MicroSim Corporation desarrolló el programa Probe, que permite visualizar en forma gráfica los resultados del análisis de un circuito. Mi- croSim integró Probe con su propia versión de SPICE, dando lugar al programa denomina- do PSpice. En el paquete de software MicroSim Eval 7.1 se integró PSpice con un nuevo desarrollo, conocido como Schematics. Éste consta de dos partes fundamentales. La prime- ra permite definir en forma gráfica el circuito a analizar, y la segunda permite seleccionar las condiciones en las que ha de realizarse el análisis o simulación. En la década de 1990 la compañía OrCAD absorbió a MicroSim Corporation. El anti- guo paquete MicroSim Eval 7.1 fue mejorado para dar lugar a distintas versiones nuevas de PSpice. Una de ellas, la versión PSpice 9.1 para estudiantes, de distribución gratuita y acce- Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 7. 4 Análisis de redes. Prácticas con PSpice sible a través de internet, es la que se utilizará para realizar las prácticas a las que se refiere este documento. Recientemente, OrCAD ha sido absorbida a su vez por Cadence Design Systems (San Jose, California, Estados Unidos), si bien manteniendo y mejorando algunos de los productos de aquélla. En concreto, la versión PSpice 10, de utilización profesional y no gratuita, es un desarollo de Cadence Design Systems. Para los fines de este manual la versión PSpice 9.1 es perfectamente adecuada, ya que permite tratar todos los problemas de análisis de circuitos considerados en las asignaturas con las que se relaciona este documento. Entre otras cosas, mantiene la definición del circui- to en forma gráfica y la presentación de resultados tanto en fichero como en el propio cir- cuito o a través del módulo Probe. A pesar de sus limitaciones, sirve como una preparación al manejo de las versiones profesionales e industriales de PSpice. Para concluir esta sección cabe decir que el programa que se utilizará en las prácticas a las que se refiere este manual puede ser utilizado en ordenadores personales tipo PC (perso- nal computer) dotados de sistema operativo Windows 98 o Windows XP. Versiones más elaboradas de dicho programa requieren ser soportados en el segundo de los sistemas ope- rativos citados. Por el contrario, el paquete MicroSim Eval 7.1 puede ser utilizado en orde- nadores tipo PC dotados de sistema operativo Windows 95 o Windows 98. 4 Documentación Toda la información que se ha mencionado a lo largo de la sección anterior ha sido elaborada a partir de la recogida en las siguientes páginas web: 1 http://erl.berkeley.edu/welcome/welcome.html Información sobre el Electronics Research Laboratory. 2 http://www.eecs.berkeley.edu/ Información sobre el Electrical Engineering and Computer Sciences Department. 3 http://www.coe.berkeley.edu/labnotes/0502/history.html Breve historia del nacimiento de SPICE. 4 http://www.icsl.ucla.edu/aagroup/Life%20of%20SPICE.html Más detalles sobre el nacimiento de SPICE. 5 http://bwrc.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/SPICE/ La página de SPICE en la Universidad de California en Berkeley. 6 http://bwrc.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/tools.html Lista de versiones de SPICE accesibles a través de internet. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 8. Análisis de redes. Prácticas con PSpice 5 7 http://eceweb.uccs.edu/kalkur/Primer_intro.html Estructura de PSpice (MicroSim). 8 http://denethor.wlu.ca/pc300/PSpice/pspice_tutorial.html Cómo utilizar PSpice. 9 http://www.orcad.com/ Página web de OrCAD. 10 http://www.electronics-lab.com/downloads/schematic/013/ Cómo obtener a través de internet la versión para estudiantes PSpice 9.1, de dis- tribución gratuita, que ocupa 28 Mb en disco duro. 11 http://www.cadence.com/ Página web de Cadence Design Systems. Por otro lado, se recomienda a los alumnos interesados en la realización de las prácti- cas a las que se refiere este manual que hagan uso de todo o parte del material que se indica seguidamente. 1 Análisis de redes. Prácticas con PSpice (Enrique Sánchez, Artemio Mojón, enero de 2006). Se trata de este manual. Puede conseguirse en el servicio de reprografía de la ETSIT-Vigo, o en formato PDF en la página web http://www.tsc.uvigo.es/DAF/Investigacion/DOC.html. 2 Programa PSpice versión 9.1 de OrCAD. Puede conseguirse en la página web http://www.electronics- lab.com/downloads/schematic/013/. 3 Análisis de redes. Transparencias de clase (Enrique Sánchez, Artemio Mojón, enero de 2006). Recoge los conceptos teóricos presentados en las clases de la asignatura del mismo nombre. Puede conseguirse en el servicio de reprografía de la ETSIT-Vigo, o en formato PDF en la página web http://www.tsc.uvigo.es/DAF/Investigacion/DOC.html. 4 Colección de problemas resueltos de Análisis de redes. Son problemas que fueron planteados a los alumnos en los exámenes de la asig- natura citada desde el curso 2002-03. Puede conseguirse en el servicio de reprografía de la ETSIT-Vigo, o en formato PDF en la página web http://www.tsc.uvigo.es/DAF/Investigacion/DOC.html. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 9. 6 Análisis de redes. Prácticas con PSpice 5 Colección de problemas resueltos de Análisis de circuitos. Son problemas que fueron planteados a los alumnos en los exámenes de la asig- natura citada (sólo en relación con los contenidos de análisis de redes) desde el curso 2003-04. Puede conseguirse en el servicio de reprografía de la ETSIT-Vigo, o en formato PDF en la página web http://www.tsc.uvigo.es/DAF/Investigacion/DOC.html. 6 Electric circuits (James W. Nilsson, Addison-Wesley Company). Es el libro en el que se basa la configuración de las asignaturas a las que se refiere este manual, si bien sus contenidos son mucho más amplios que los de aquéllas. Existe tra- ducción al castellano. Las versiones en castellano e inglés pueden conseguirse a través del servicio de biblioteca de la ETSIT-Vigo. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 10. Consideraciones generales 1 Introducción Este manual está pensado para ser utilizado por personas con cierta experiencia previa en manejo de ordenadores tipo PC. Por tanto, en él se omiten las menciones a acciones que se suponen incluidas en tal experiencia. Como se indicó en el capítulo anterior, el manual se refiere al paquete de software PSpice versión 9.1 para estudiantes, diseñado por OrCAD. Naturalmente, cada persona tiene su propio estilo para disponer programas y activarlos en su ordenador, así como a la hora de elegir las opciones de visualizar pantallas y resultados. Los contenidos de este manual se refieren a la disposición habilitada en los ordenadores de la ETSIT-Vigo para la realización de las prácticas a las que concierne este documento. En las condiciones indicadas, el usuario debe activar en la pantalla del ordenador el icono mostrado en la figura adjunta. Obsérvese que, teniendo en cuenta lo expuesto en el capítulo precedente, se utiliza como identificativo global del programa lo que estrictamente es tan sólo una parte del mismo. Al activar el icono indicado aparece la pantalla principal, con la apariencia mostrada en la figura de la página siguiente. En ella pueden distinguirse tres tipos principales de elementos: -La barra de menús (parte superior de la pantalla). A través de ella se accede a las distintas opciones y funciones del programa. -La botonera (parte superior de la pantalla, debajo de la barra de menús, y parte izquierda -del lector- de la pantalla). A través de ella se accede de forma rápida a las opciones y funciones más empleadas del programa. Puede decirse que es una versión simplificada de la barra de menús. -El área de diseño (zona central de la pantalla, dotada de una rejilla de puntos para facilitar el trabajo). En ella se disponen los elementos que conforman el circuito que se desea analizar. En este capítulo trataremos algunos aspectos relativos a los citados elementos que son comunes a las distintas situaciones de interés en la realización de las prácticas a las que se refiere este manual.
  • 11. 8 Análisis de redes. Prácticas con PSpice 2 Elementos de un circuito El programa dispone de un amplio catálogo de elementos que pueden ser utilizados para construir un circuito. A dicho catálogo se puede acceder pulsando el botón mostrado en la figura adjunta, que forma parte de la botonera. Al pulsar el botón se abre un cuadro de diálogo que tiene la apariencia indicada en la figura adjunta y en el que se muestra el catálogo de elementos. La selección de cualquiera de ellos puede hacerse de dos formas: -Escribiendo el código identificativo del elemento en el recuadro Part Name. -Desplazando la lista arriba y abajo mediante las flechas que tiene adjuntas hasta dar con el elemento deseado y, una vez encontrado éste, disponiendo el cursor sobre él. En cualquiera de ambos casos, el código identificativo del elemento aparece en la pantalla principal, en el recuadro insertado en la botonera superior. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 12. Análisis de redes. Prácticas con PSpice 9 En el catálogo figuran muchos elementos susceptibles de ser utilizados para configurar un circuito, pero no todos son relevantes para los propósitos de este documento. Los elementos de interés desde la perspectiva de este manual se indican en la tabla siguiente. Para cada uno de ellos se menciona su correspondiente código identificativo en el programa. Tipo de elemento Código del elemento Descripción del elemento Observaciones Pasivos R Resistencia L Inductancia K_Linear Acoplamiento magnético Para inducción mutua. C Capacidad Fuentes VDC Fuente de tensión continua independientes IDC Fuente de corriente continua VAC Fuente de tensión sinusoidal VAC e IAC se definen IAC Fuente de corriente sinusoidal como fasores. VSIN Fuente de tensión VSIN e ISIN representan sinusoidal amortiguada fuentes en el dominio ISIN Fuente de corriente del tiempo. sinusoidal amortiguada Fuentes E Fuente de tensión En la representación gráfica dependientes controlada por tensión tienen cuatro terminales. G Fuente de corriente Los asociados a un círculo controlada por tensión son la fuente propiamente H Fuente de tensión dicha. Los otros dos controlada por corriente deben ser conectados F Fuente de corriente al correspondiente elemento controlada por corriente de control. Elementos IPROBE Amperímetro de continua Los tres últimos valen para de medida VIEWPOINT Voltímetro de continua continua y régimen IPRINT Amperímetro sinusoidal permanente. VPRINT1 Voltímetro Almacenan resultados VPRINT2 Voltímetro en ficheros. Otros EGND Nudo de tierra Ha de figurar en cualquier circuito. PARAM Parámetro variable Permite variar el valor de un elemento pasivo. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 13. 10 Análisis de redes. Prácticas con PSpice Observaciones El catálogo de elementos del programa incluye un interruptor ideal para hacer análisis de circuitos en régimen transitorio. Sin embargo, se desaconseja a los alumnos su utilización con objeto de que su trabajo al respecto sea lo más parecido posible al planteado en las clases teóricas. El catálogo también incluye un transformador ideal. Una vez más, se desaconseja a los alumnos su utilización, por cuanto el comportamiento de tal elemento es ligeramente distinto del explicado en las clases teóricas. 3 Construcción del circuito La definición de la topología del circuito a analizar se realiza tomando elementos del catálogo y colocándolos en el área de diseño. Una vez seleccionado un elemento del catálogo se pulsa Place o Place & Close en el cuadro de botones que figura en aquél. La primera opción permite colocar en el área de diseño tantos elementos idénticos al seleccionado como se desee; la segunda permite colocar un elemento y cerrar el mismo tiempo el catálogo. La colocación de un elemento en el área de diseño se realiza haciendo click o doble click en la posición que se desea que ocupe dicho elemento. La primera opción permite seguir añadiendo elementos idénticos en otras posiciones del área de diseño; la segunda deja el elemento en el sitio seleccionado. Observación Si se hace click (no doble click) más de una vez en una misma posición se están colocando tantos elementos idénticos como veces se haya repetido la acción aunque en la pantalla sólo sea visible uno de ellos. Esta circunstancia provocará un mensaje de error cuando se pretenda analizar el circuito, ya que el programa interpreta que todos los elementos están presentes y que los ocultos no está conectados al resto del circuito. Se puede comprobar que sólo se ha colocado un elemento desplazando el visible, ya que el arrastre con el ratón sólo afecta a éste. La posición de un elemento en el circuito puede ser modificada seleccionándolo en el área de diseño (haciendo click sobre él) y arrastrándolo con el ratón al nuevo lugar deseado. Cualquier elemento de un circuito, incluidos los de conexión entre otros elementos, puede ser suprimido de aquél, seleccionándolo en el dibujo y pulsando la tecla de borrado en el ordenador, o bien activando Delete en el botón de Edit en la barra de menús (véase más abajo en esta misma sección). Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 14. Análisis de redes. Prácticas con PSpice 11 Tras colocar un elemento en el área de diseño es posible modificar su disposición mediante los comandos Flip o Rotate. Ambos se seleccionan, como se muestra en la figura adjunta, en el botón de Edit, incluido en la barra de menús. El primero invierte la posición del elemento en dirección horizontal; el segundo gira el elemento 90 º en sentido antihorario cada vez que es activado. Estas acciones pueden ser importantes a la hora de obtener tensiones o corrientes en el elemento, ya que afectan a la polaridad de éste. Para conectar unos elementos con otros se utilizan cortocircuitos, que se dibujan seleccionando en la botonera el botón mostrado en la parte superior de la figura adjunta. No debe confundirse este botón con el mostrado en la parte intermedia de la figura adjunta, que corresponde a un bus de conexión en un circuito electrónico y es irrelevante para los propósitos de este manual. Tampoco puede montarse un cortocircuito sobre un elemento o viceversa, dando lugar a la situación mostrada en la parte inferior de la figura adjunta. Dicha situación, delatada por la presencia de dos puntos en los extremos del elemento, impide que el circuito pueda ser analizado. Observación Algunas combinaciones de elementos no están permitidas por la configuración interna del programa (por ejemplo, una malla compuesta exclusivamente por inductancias). Este problema se soluciona, en general, añadiendo resistencias al circuito; por ejemplo, puede colocarse una resistencia de valor muy pequeño en serie, o una resistencia de valor muy elevado en paralelo. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 15. 12 Análisis de redes. Prácticas con PSpice En muchas ocasiones resulta conveniente numerar explícitamente los nudos del circuito; de lo contrario, el programa lo hace automáticamente, aunque sin mostrar la numeración en pantalla. En la figura adjunta se muestra un ejemplo de numeración de los nudos en un circuito. Recuérdese que un nudo es cualquier conexión entre dos elementos. Para adjudicar un número a un nudo basta hacer doble click sobre el elemento de conexión entre dos elementos y poner el valor (entero) deseado en el cuadro de diálogo que se abre. Ningún nudo puede tomar un valor negativo o nulo. El valor nulo es asignado automáticamente por el programa al nudo de tierra, que debe figurar en cualquier circuito. La ausencia de este nudo de tierra (elemento EGND) impide el análisis del circuito. 4 Características de los elementos Al colocar cualquier elemento en el área de diseño el programa le asigna automáticamente y por defecto un nombre identificativo y un valor. Ambos se muestran explícitamente junto al elemento, como se refleja en el ejemplo de la figura adjunta. Naturalmente, en la mayor parte de los casos prácticos deberemos cambiar tales características para que se correspondan con las del circuito que deseamos analizar. El nombre se cambia haciendo doble click sobre la identificación que aparece en el dibujo (sobre R6 en el caso de la figura anterior), con lo que se abre un cuadro de diálogo como el mostrado en la figura adjunta. El nuevo nombre, que ha de conservar la primera letra de su código identificativo, se escribe en el cajetín de Package Reference Designator. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 16. Análisis de redes. Prácticas con PSpice 13 El valor se cambia haciendo doble click sobre el mostrado en el dibujo (1k en el caso del ejemplo que se está considerando), con lo que se abre un cuadro de diálogo como el mostrado en la figura adjunta y en el que es posible escribir el valor deseado. En algunos casos es preciso modificar (o añadir) más características del elemento. Es el caso, por ejemplo, de algunos medidores y de los elementos reactivos (inductancias y capacidades). En la figura inmediatamente precedente se muestra el caso de una capacidad que aparece en un circuito sometido a régimen transitorio. Tras el cambio de posición de los interruptores del circuito la tensión no puede cambiar en ella. Es decir, tal magnitud tiene un valor inicial para el análisis correspondiente al tiempo que sigue a dicho cambio. Ese valor se especifica en el parámetro IC del cuadro de diálogo que se activa haciendo doble click sobre el símbolo representativo del elemento. Para que el programa acepte este valor inicial es necesario pulsar Save Attr antes de cerrar el cuadro de diálogo. Observación IC (initial condition) hace referencia a una tensión en el caso de una capacidad y a una corriente en el caso de una inductancia. En la asignación de valores numéricos a los elementos pasivos hay que tener en cuenta que no se especifican las unidades si son las básicas (ohmios, henrios o faradios). Cuando se pretende expresar el valor del elemento utilizando múltiplos o submúltiplos es posible recurrir a sufijos representativos de los factores de escala o bien a notación exponencial; unos y otra aparecen indicados en la tabla siguiente. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 17. 14 Análisis de redes. Prácticas con PSpice Factor Significado Notación Valor de escala exponencial f femto 1e-15 10-15 p pico 1e-12 10-12 n nano 1e-9 10-9 u micro 1e-6 10-6 m mili 1e-3 10-3 k kilo 1e3 103 meg mega 1e6 106 g giga 1e9 109 t tera 1e12 101 2 Observaciones Es indiferente escribir los factores de escala con mayúsculas o minúsculas. Los factores de escala deben seguir inmediatamente a los valores numéricos; por ejemplo, es válido 16.8u, pero no 16.8 u. En el caso de las capacidades, las unidades básicas (faradios) no deben ser mencionadas nunca explícitamente. Así, por ejemplo, el programa no interpretará 40F como 40 faradios, sino como 40 femtofaradios. 5 Almacenamiento del circuito Una vez completada la construcción del circuito, el programa no puede analizarlo si previamente aquél no ha sido almacenado en un fichero. El almacenamiento se activa seleccionando File en la barra de menús y luego eligiendo la opción Save As, tal y como se muestra en la figura adjunta. Al realizar esta opción se abre un cuadro de diálogo, en el que se pide que se indiquen el nombre del fichero y la carpeta del ordenador en el que éste ha de ser almacenado. El nombre del fichero ha de constar de un máximo de ocho caracteres alfanuméricos, entre los que no pueden incluirse caracteres especiales, como el espacio, la barra, o la letra ñ. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 18. Análisis de redes. Prácticas con PSpice 15 6 Análisis del circuito Una vez dibujado el circuito hay que precisar las condiciones del análisis que se pretende realizar sobre aquél. Para ello, se pulsa en la botonera el botón mostrado en la figura adjunta. En respuesta a tal acción se abre el cuadro de diálogo que se indica en la figura adjunta. Como puede verse en ella, el programa permite realizar distintos tipos de análisis. El análisis a realizar se selecciona haciendo click en el cajetín adjunto al deseado, con lo que aparece una marca en el mismo. El programa ejecuta todos los análisis seleccionados. Para que un determinado tipo de análisis no se ejecute se hace click en el correspondiente cajetín marcado. En este manual únicamente se hará referencia a tres tipos de análisis: en continua (DC Sweep), en régimen transitorio (Transient) y en régimen sinusoidal permanente (AC Sweep). También se hará referencia a un tipo particular de análisis (Parametric), en el que se permite la variación del valor de un elemento pasivo dentro de un rango especificado previamente. Una vez seleccionado el tipo de análisis a realizar, las condiciones del mismo se establecen haciendo click en el botón correspondiente a aquél. En los capítulos siguientes se proporcionan más detalles acerca de las condiciones de los distintos tipos de análisis. Completada la definición del tipo y las condiciones del análisis, éste se activa pulsando en la botonera el botón mostrado en la figura adjunta. En los capítulos siguientes se indica cómo acceder a los resultados de los distintos tipos de análisis. El análisis sólo comienza y se ejecuta completamente si se cumplen dos condiciones: que el circuito haya sido almacenado en un fichero (véase la sección anterior) y que carezca de errores. Suponiendo que el circuito ha sido almacenado correctamente, el programa comprueba automáticamente que aquél carezca de errores antes de analizarlo en las condiciones especificadas. En caso de detectar errores, el programa genera uno o más mensajes al respecto y suspende la ejecución del análisis. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO
  • 19. 16 Análisis de redes. Prácticas con PSpice Hay distintas formas de advertir al usuario de que el circuito contiene errores. En la figura adjunta se muestra una de ellas. Al pulsar el botón de OK de la figura superior se obtiene un recuadro como el mostrado en la figura precedente, en el que se detallan los distintos errores cometidos al construir el circuito. Otra posibilidad para obtener información sobre los errores cometidos consiste en seleccionar Analysis en la barra de menús y, una vez que éste se despliega, elegir la opción Examine Output, tal y como se muestra en la figura adjunta. En el fichero que se obtiene como resultado de estas acciones se puede encontrar la información buscada. Una vez advertidos los errores, el usuario debe regresar al fichero en el que se almacenó el circuito y subsanar aquéllos antes de volver a dar la orden de inicio del análisis. Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones. Escuela Técnica Superior de Ing. Telecomunicación. UNIVERSIDAD DE VIGO