PRACTICA 7

              PRACTICA 7: ANÁLISIS DE CIRCUITOS EN ALTERNA.

1. COMPORTAMIENTO DE R, L, C EN ALTERNA.        

           1.1. Comportamiento resistivo.

                           (*)                     Figura 1: circuito resistivo en AC

 .

Montamos el circuito (figura 1) con una resistencia en serie con la fuente de tensión alterna (VSIN en la librería SOURCE). Esta fuente tiene una señal de V(t)= 5·cos(100·2∏·t) V.

Para simular el circuito debemos utilizar un análisis tipo Time Domain (Transient) y simularla durante 40ms (Run to time =40ms). 

Para que nos muestre la gráfica debemos darle a simular circuito(*). Una vez hecho se nos abrirá una nueva ventana con la gráfica de la tensión en extremos de la resistencia. (figura 2) y si lo simulamos otra vez nos mostrara la gráfica de la corriente en extremos de la resistencia(figura 3).

Figura 2: gráfica de la tensión en extremos  de la resistencia.

Figura 3: gráfica de la corriente en extremos de la resistencia.

  

 1.2 Comportamiento inductivo.

Figura 4: Circuito inductivo en AC.

En este circuito (figura 4) hay una bobina y una resistencia en serie con una fuente de ténsion alterna con una señal de V(t)= 5·cos(100·2∏·t) V.

Para simular este circuito seguimos los pasos del apartado 1.1, pero realizando la simulación durante 60ms (Run to time=60ms). Después le damos a simular circuito(*)  y nos aparecerá la gráfica de la tensión (figura 5) y de la corriente (figura 6) en la bobina.

Figura 5: Gráfica de la tension en la bobina.

Figura 6: Gráfica de la corriente en la bobina.

Como podemos observar, la señal de tensión lleva un desfase de ∏/2 respecto a la señal de la corriente.

    1.3 Comportamiento capacitivo.

Figura 7: Circuito capacitivo en AC.

En este circuito (figura 7) tenemos un condensador y una resistencia en serie con una fuente de tensión alterna de señal V(t)= 5·cos(100·2∏·t) V.

Para simular este circuito seguimos los mismos pasos que el apartado 1.2 y obtenemos una gráfica de tensión (figura 8) y de corriente (figura 9) en el condensador.

                  

Figura 8: Gráfica de tensión en extremos del condensador.

Figura 9: Gráfica de corriente en extremos de condensador.

Observamos que la señal de tensión lleva un desfase de ∏/2 respecto a la señal de la corriente.

2. ANÁLISIS EN CIRCUITOS EN ALTERNA: AC SWEEP.

    

      2.1 Introducción.

Para hacer el ejercicio 2 tenemos que seleccionar la opción de AC Sweep/Noise en la ventana de dialogo Simulation Settings.(figura 10)

Figura 10: Análisis AC Sweep.

Esta opción te permite  calcular la respuesta en frecuencia del circuito para un rango dado de frecuencias.

         ·AC Sweep type: esta en la parte superior en la derecha y ahí podemos seleccionar             el tipo de barrido a realizar, lineal o logarítmico.

         ·Start frecuency te permite fijar la frecuencia de comienzo.

         ·End frecuency fija la frecuencia de finalización del análisis.

         ·Total Points es el número de puntos en los que queremos que calcule los datos.

      

   2.2 Ejemplo de análisis de alterna.

 Figura 11: Ejemplo de análisis en alterna.

Montamos el circuito (figura 11) del cual buscamos hallar la intensidad (I), que al realizar los cálculos tenemos  I=0,2·cos(100t+83,1) A.

Para obtener este resultado por medio de Pspice tenemos que montar el circuito (figura 11) en el cual ponemos una fuente de tensión VAC, en donde introduciremos en ACMAG= 200 , y en ACPHASE= 0.

Como queremos obtener frecuencias indicamos que queremos un análisis AC Sweep lineal, en total points pondremos 1 y como la frecuencia de comienzo es igual a la frecuencia de la fuente de tensión, de W= 100= 2∏f despejamos f y nos da una frecuencia de 15,915 Hz.(figura 12)

Figura 12: Configuración del análisis AC Sweep.

Una vez configurado el análisis, tenemos que indicarle al programa los valres que queremos visualizar en el fichero de salida. Tenemos que poner un componente (IPRINT en la librería SPECIAL), el cual mide la intensidad donde e conecta. Para ello tenemos que poner en 1 AC, MAG y PHASE. Una vez hecho ésto obtendremos lo siguiente:

                

Parte 1

Parte 2

 

Parte 3

En la última linea tenemos la información que hemos pedido:

     ·IM= Magnitud de la corriente = 2,025E-01=0,202A.

     ·IP= fase de la corriente = 8,335E+0,1= 83,3º

 Este coincide con el resultado teórico: I=0,2·cos(100t+83,1) A.

     2.3 Ejercicio: Analisis en AC.

Figura 13: Circuito análisis AC.

En el circuito(figura 13) tenemos dos fuentes de tensión las cuales dan unas señales de V1=20·cos(10⁵ t+90º) V e I1=6·cos(10⁵-t)A.

- De estas ecuaciones obtenemos que W=10⁵  = 2∏f ----> f= 159154,94 Hz.

- Si queremos hallar estos resultados mediante una simulación AC Sweep en Pspice tenemos que seguir los pasos del apartado 2.2.

Montamos el circuito(figura 13), ponemos el componente VPRINT2 y seleccionamos la opción de  AC Sweep/Noise en la ventana de dialogo Simulation Settings (figura 14).

Figura 14: Configuración de Simulation Settings.

Colocamos la frecuencia anteriormente obtenida en start y end frecuency, y total points=1.

Le damos a la opción de simular(*), y después en la opción Pspice de la barra de herramientas superior seleccionamos View Output File. Una vez hecho esto, saldrá una nueva ventana con el resultado (fugura 15).

Figura 15: Resultado.

     2.4. Ejercicio análisis AC.

Figura 16: Circuito análisis AC.

En este circuito (figura 16) tenemos dos fuentes de tensión con unas señales de: v1=11,3cos(800∏t+45º) V e I1= 4cos(800∏t)A.

  - De estas ecuaciones obtenemos que W=800∏, si W=800∏= 2∏f ------> f= 400 Hz.

 - Si queremos hallar estos resultados mediante una simulación AC Sweep en Pspice tenemos que seguir los pasos del apartado 2.3.

Montamos el circuito(figura 16), ponemos el componente VPRINT2 y seleccionamos la opción de  AC Sweep/Noise en la ventana de dialogo Simulation Settings (figura 17).

Figura 17: Configuración de Simulation Settings.

Colocamos la frecuencia anteriormente obtenida en start y end frecuency, y total points=1.

Le damos a la opción de simular(*), y después en la opción Pspice de la barra de herramientas superior seleccionamos View Output File. Una vez hecho esto, saldrá una nueva ventana con el resultado (fugura 18).

Figura 18: Resultado

      2.5. Ejercicio: Análisis AC para varias frecuencias.

Figura 19: circuito analisi AC para varias frecuencias.

En el circuito (figura 19) , la fuente de intensidad tiene un valor de ACMAG= 10 y ACPHASE= 0. 

- Hay que calcular Vo, por lo que tendremos que simular el circuito(figura 19),

ponemos el componente VPRINT2 y seleccionamos la opción de  AC Sweep/Noise en la ventana de dialogo Simulation Settings  para frecuencias de 50, 100, 150, 200 y 300 Hz.

Para cada una de ellas hay que repetir los mismos pasos:

       ·50Hz.

Abrimos la opción de  AC Sweep/Noise en la ventana Simulation Settings (figura 20) y Colocamos la frecuencia en start y end frecuency, y total points=1.

practica 5

Practica 5: Circuitos de primer orden

En primer lugar, haremos la simulación de la carga de un condensador con el siguiente circuito. Una vez simulado el circuito de la figura, hay que visualizar la tensión y la corriente del condensador.

Una vez hemos construido el circuito, haremos su simulación. IR a la opción PsPice y crear una nueva simulación. Y de alli  hacer el análisis Time Domain y aplicar un tiempo de 100ms. 

A través de la curva se observa que la tensión del condensador va aumentando con el tiempo hasta llegar a los 10V donde se mantiene constante. Este efecto es conocido como efecto de carga del condensador.

Despues de simular, se abrirá una nueva ventana donde podremos encontrar las gráficas. Para visualizarlas tendremos que hacer click en la opción Traces/Add Traces, o bien en el icono directo. Se nos abrirá una nueva ventana y en ella escogeremos las gráficas deseadas; en este caso, la tensión en el condensador C.

En esa parte de la practica, hay que volver a hacer lo que hemos hecho en el ejercicio anterior, es decir  Crear una nueva simulación en Time Domainy y asignarle un tiempo de 100ms. Ejecutamos y obtenemos la siguiente gráfica:

A continuación vamos a estudiar la constante de tiempo de carga. Hay que volver al primer circuito y realizar un análisis paramétrico. Con este tipo de análisis se consiguen resultados variando el valor de la resistencia R1.

Se comienza el análisis paramétrico seleccionando el componente PARAM de la librería SPECIAL. Una vez situado en la zona de trabajo, doble click en él y editar sus propiedades. Hacer click en New Column.

 Se abre una ventana en la cual hay que definir el nombre de la variable, en este caso la resistencia R1, “Rval”. Y más abajo asignar su valor: 1k. Una vez hecho esto, para terminar de asignar la variable, hacer click en Display y seleccionar la opción Name and Value.

Ahora tenemos que hacer la simulación. En el análisis Time Domain seleccionaremos el tipo de variable (Sweep variable), que en este caso es Global parametrer. Marcamos el barrido lineal y definimos los valores que tomará la resistencia R1. Desde1k hasta 20k, con incrementos de 1k.

Al realizar la simulación, se abre la ventana de visualización de las gráficas. Añadimos la gráfica de la tensión en extremos del condensador y vemos como afecta el valor de R1 al tiempo de carga del condensador :

Ahora vamos a visualizar la descarga de un condensador. Para ello diseñamos el siguiente circuito y lo simulamos con un análisis Time Domain durante un tiempo de 100ms.

Ejecutamos la simulación y en la ventana de gráficas visualizamos la tensión en el condensador, obteniendo la siguiente gráfica de descarga del condensador: 

En la gráfica apreciamos que el condensador se descarga en el primer instante y a partir de 70 ms se alcanza un valor de 0V hasta que se mantiene constante.

Si hacemos una comparación entre esta gráfica con las anteriores, vemos que el tiempo que tarda en descargarse es mayor. Eso es porque si variamos la constante de carga, las gráficas difieran entre ellas.

Hemos dibujado el circuito y simulado de tipo Time Domain. En el circuito tenemos dos interruptores: el primero en el instante t=0 está cerrado y se abre a los 5ms y el segundo en el instante t=0 está abierto y se cierra a los 5ms.

Este circuito es para  comprobar cómo se carga y se descarga el condensador dependiendo de la situación de los interruptores.

Una vez obtenida la gráfica, observamos que en los primeros 5ms la curva es ascendente, el condensador empieza a cargarse y alcanza una tensión de aproximadamente 10V. A partir de los 5 ms la curva es descendente, por lo tanto empieza el proceso de descarga.

4.2. Circuito de carga y descarga de un condensador mediante generador de tensión.

Hemos realizado el circuito esta vez sin interruptores para observar varios procesos sucesivos. En este caso, la fuente de tensión genera pulsos lo que hace que se repite el proceso. Se obtiene la siguiente grafica.

5.   Carga y descarga de una bobina.
Modificando el circuito de la figura anterior sustituyendo el condensador por una bobina nos da el siguiente circuito: 

Despues de hacer la simulación del circuito,nos sale la siguiente gráfica :

Práctica 4

PRÁCTICA 4: ÁNALISIS DE CIRCUITOS EN DC: BARRIDO DC SWEEP.

1.       Ánalisis de DC Sweep: Introduccion.

El análisis DC Sweep o Barrido DC nos permite hacer un barrido de los distintos componentes eléctricos, por ejemplo:

·         Barridos de tensión (V) o de corriente (I)

·         Barridos de componentes más complejos

·         Barridos de temperatura

Los valores que toman las distintas variables en el puntos de trabajo de calcula en el barrido.

Se pueden realizar varios barridos como también uno solo. Los valores que puede tomar la variable en el barrido pueden ser:

·         Lineal

·         Por décadas

·         Según una lista de valores

2.       Selección del análisis DC Sweep.

Para crear  una nueva simulación para el análisis del DC Sweep pulsamos el botón          y le damos un nombre a dicha simulación. Si anteriormente hemos realizado esta acción pulsamos el  botón                 .

Otra manera de crear una nueva simulación es a través del meni de Pspice con New Simulation Profile. Tambien podemos modificar una simulación anterior en Edit Simulation Profile:

                                                Figura 1. Menú desplegable.

A continuación nos aparecerá la siguiente ventana de dialogo:

                         Figura 2. Ventana de dialogo con las opciones de simulación

                                 

Aquí nos aparecerá la opción Analysis Type, donde marcaremos la opción DC Sweep.

Nos saldrá seleccionado por defecto la opción Prymary Sweep.

Dentro del cuadro Sweep seleccionaremos la variable sobre la que realizaremos el barrido:

·         Un fuente de tensión (Voltage source)

·         Una fuente de corriente (Current source)

·         Un parámetro global (Global parameter), como por ejemplo el  valor de una resistencia.

·         Un parámetro interno de un modelo (Model parameter) (la β de un transistor)

·         La temperatura (Temperature)

Escribiremos el nombre de nuestra variable en el cuadre Name (por ejemplo R1 o I1)

Seleccionaremos el tipo de variable en la que queremos realizar el barrido en el cuadro de Sweep type.  Esta variable será la misma que hayamos seleccionado en Sweep variable:

·         Lineal  (linear)

·         Logaritmo por octavas o por décadas (Logarithmic)

·         Lista de valores (Value List)

En la parte derecha nos aparecen las opciones para poner el valor inicial (Start Value) del rango de valores que realizara el barrido, el valor final (Final value), el incremento en el caso lineal (Increment) o los puntos por octava (Pts/Octave) en el caso de elegir la opción de octavas o los puntos por décadas (Pts/Decade) en el caso de seleccionar la opción décadas o bien los valores (Value list) en el caso de elegir la opción de lista de valores.

3.       Ejemplo 1: variación de un parámetro.

Se propone el siguiente circuito para realizar una simulación DC Sweep:

                                                              Figura 3: Ejemplo 1.

Para este circuito la fuente de tensión V1 varia entre 0 y 15 V con un incremetno de 1V. Con estos datos queremos calcular los valores de la tensión y la corriente que pasan por R4.

En primer lugar realizaremos el dibujo o esquema del circuito utilizando los componentes que ya conocemos.

Recordamos que los componentes se obtienen desde el dialogo Place Part, pulsando      .

                                                                   

    

                             Figura 4. Ventana de diálogo Place Part

En la librería ANALOG encontramos las resistencias que se denominan R .

Mientras que en  la librería SOURCES, encontramos la fuente de tensión que se denomina VDC o VSRC, y la fuente de corriente IDC o ISRC. Aquí también podemos encontrar la toma de tierra que se denomina 0, pero se encuentra a través de la ventana de dialogo Place Ground, pulsando el botón     .

                                

Figura 5. Ventana de dialogo Place Ground.

Usando los marcadores (Markers) y colocándolos en el dibujo, visualizaremos la corriente y la tensión en R4. Accedemos a ellos a través de los botones. El primero nos permite visualizar la tensión en un nodo respecto a la tierra, el segundo la corriente a traces de un componente y el tercero es un marcador diferencial de tensión.

Otra manera de acceder a los marcadores es desde el menú de Pspice:

                 

                        Figura 6. Menú Pspice con la opción Markers activadas.

Lo primero que debemos hacer es configurar las opciones del análisis que vamos a realizar. En el ejemplo seleccionamos el análisis DC Sweep y tomamos como variable la fuente de corriente V1, por lo que seleccionaremos Voltage Source. El barrido será lineal (Linear) y empezara en 0V y acabara en 15V, con incrementos de 1V. las opciones en la ventana de dialogo quedaran así:

         Figura 7. Ventana de dialogo con las opciones de simulación del ejemplo 1.

Cuando hemos realizado el esquema del circuito, situado los marcadores y configurado las opciones, lanzaremos la simulación mediante el botón   o a través de la opción Run que se encuentra en el menú de Pspice. A continuación se abrirá automáticamente la aplicación Pspice A/D donde podremos observar gráficamente los resultados de la simulación (Ver Fig.8).

En la FIg.8 podemos observar en el eje de la X la variable barrida (V1, desde 0 a 15V). Mientras que en el eje Y se representa la tensión de la resistencia R4 (Vo).

Según el marcador que hemos situado en le esquemático o desde Pspice A/D pulsando el botón    . Con esta opción podemos añadir otros marcadores y así ver también la corriente R4 o las tensiones y corrientes en cualquier otra parte del circuito.

El valor de X e Y lo visualizaremos en el grafico pulsando el botón    , y manteniendo pulsado el botón derecho del  ratón.  Al deslizar el puntero por el grafico podemos visualizar el valor de cada punto.

Figura 8. Aplicación Pspice A/D donde aparecen gráficamente los resultados de la simulación.

3.1                        Ejercicios: Variación de un parámetro.

3.1.1. Barrido de I de una fuente de corriente: A partir del mismo circuito del ejemplo 1  (Fig.3), realiza un barrido DC de la fuente de corriente I1 de -10mA con un incremento de 0.5mA cuando  la fuente de tensión vale 15V. Visualiza la corriente y la tensión en la resistencia R4. En el caso que I1=5mA, ¿Cuáles son los valores de tensión y corriente por la resistencia R4?

Procedemos a ingresar los valores del barrido y a ejecutarlo:

Nos vamos a New Simulation Profile, donde elegiremos el barrido DC Sweep, y añadiremos los valores que nos da el ejercicio. A continuación realizamos el arrido a través de la función Run, la grafica que nos aparece es la siguiente:

La línea verde es el Voltaje y la línea roja es la Intensidad.

El ejercicio nos pide también los valores de tensión y la corriente que pasa por la resistencia R4.

Utilizaremos el botón de coordenadas y ajustamos el valor que queremos conseguir. En nuestro caso V=2.63V e I=0V

3.1.2 Barrido en V de una fuente de tensión: En el circuito que indica la siguiente figura, calcula el valor que ha de tener la fuente de tensión V1 para que la corriente que pase por R4 sea nula:

                                                

                                                     Figura 9. Ejercicio 3.1.2.

En este caso realizaremos un barrido en V de la fuente de tensión.  A continuación añadiremos un marcador en R4.

Ejecutamos de nuevo la simulación como hemos explicado en el ejercicio anterior. Para que la corriente que pasa por R4 sea nula veremos que I=-5V.

3.1.3. Barrido de una R: Para el siguiente circuito divisor de tensión, realiza un barrido del calor de la resistencia R2 desde 1kΩ y visualiza la tensión en bornes de R2 y la corriente que le atraviesa:

 

                                       Figura 10. Ejercicio 3.1.3

En este ejercicio debemos añadir el parámetro. Por lo que nos iremos a Place Part. En la parte Special tenemos la opción PARAM.

Lo añadimos haciendo un doble click. Tendremos que añadir una nueva columna. A continuación le damos a la función display, para que la variable se muestre en la pantalla.

Una vez que tenemos el circuito nos queda editar la simulación y añadir los marcadores que queremos visualizar.

Lo ejecutaremos con la función Run y ya tenemos la visualización e tensión y corriente en R2 que nos pedían en el problema.

No podemos realizar el barrido paramétrico del valor de la resistencia R2 sin utilizar un nuevo componente llamado PARAM de la librería SPECIAL.  Después de situar el PARAM en el esquemático lo seleccionamos mediante un doble click. A continuación nos aparecerá otra ventana con todas las propiedades del parámetro PARAM:

                            Figura 11. Detalle de las propiedades de PARAM.

Ahora pulsamos el botón New Column, y nos aparecerá la siguiente ventana de dialogo:

              Figura 12. Definición de un nuevo parámetro en PARAM.

En la ventana  escribiremos el nombre de la variable que queremos variar, que en nuestro caso se trata de la resistencia R2, a la que ahora denominaremos Rx, al que pondremos un valor por defecto, 1kΩ por ejemplo. Para visualizar el componente tendremos que activar la opción de display en las propiedades de PARAM.

Debemos cambiar el valor de R2, por defecto 1k, y modificarlo por {Rx}.

En la simulación DC Sweep debemos seleccionar como Sweep Variable la opción Global Parameter. En la casilla Parameter name debemos escribir el nombre de la variable, en nuestro caso Rx, y sin llaves:

              Figura 13. Ventana de dialogo con las opciones de simulación del ejercicio 3.1.3.

Realiza otro barrido del mismo circuito pero ampliando el rango desde 1kΩ hasta 3000kΩ. tras visualizar los resultados, responde a las siguientes preguntas:

·         ¿Para qué valor de R2, la tensión en bornes de R2 vale 5V?

·         ¿Para qué valor de R2, la tensión de bornes de R2 vale 10V?

·         ¿Cuál es el valor de R2 que produce que la potencia consumida por R2 sea máxima?

·         Representa la potencia de R2 mediante la aplicación Pspice A/D. (Recuerda que la potencia de cualquier componente eléctrico es el producto de la tensión en sus extremos por la corriente que lo atraviesa).

3.1.4. Barrido de una R: En el circuito que indica la siguiente figura, calcula el valor de la resistencia R2 para que la corriente que pasa a través de ella valga 4mA: 8Sugerencia: haz un barrido de la resistencia R2 desde 10Ω hasta 1000Ω con un incrementos de 1Ω.)

                                                  Figura 14. Ejercicio 3.1.4

Debemos realizar los mismo pasos para realizar el barrido, pero añadiendo los nuevos datos que nos dan.

Ejecutamos el barrido a través de la función Run.

4.                    Ejemplo 2: Variación de dos parámetros.

Realizaremos un barrido  DC de dos parámetros sobre el circuito del ejemplo 1: calcularemos la tensión de la resistencia R4, cuando varia la fuente de corriente I1 de 0mA con un incremento de 1mA, y la fuente de tensión V1 de 0V a 15V con incrementos de 1V.

                                                   Figura 15. Ejemplo 2.

Deberemos activar la función Secondary Sweep para realizar este barrido.

En el Primary Sweep realizamos el cambio de la fuente de tensión de 0V a 15V con incrementos de 1V. :

Figura 16. Ventana de dialogo con las opciones de simulación del ejemplo 2 para el barrido de la fuente de tensión V1 (Primary Sweep).

La variación de la fuente de corriente I1 de 0mA a 10mA con un incremento de 1mA lo realizaremos en el Secondar Sweep:

Figura 17. Ventana de dialogo con la opciones de simulación del ejemplo 2 para el barrido de la fuente de corriente I1 (Secondary Sweep).

Para observar los resultados en la aplicación Pspice A/D (fig. 18 y 19) debemos hacerlo mediante el botón de Run.

En el eje X aparecerá la variable del primer barrido (V1) y en el eje de las Y aparecerán varias graficas, que corresponden al valor de tensión en R4 (FIg.18) o corriente en R4 (Fig.19) para el valor dentro del rango recorrido por I1 en el barrido secundario.

Figura 18. Tensión en la resistencia R4 cuando realizamos un barrido doble de tensión y corriente.

Figura 19. Corriente en la resistencia R4 cuando realizamos un barrido de doble tensión corriente.