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.