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MANUAL BASICO DE SPICE PARA ESTUDIANTES DE
INGENIERIA ELECTRICA
CONTENIDO
1. Pasos para crear un proyecto de simulación
2. Pasos para construir un circuito en el dominio del tiempo
3. Pasos para simular
4. Pasos para construir un circuito en el dominio de la frecuencia
5. Otras cosas acerca de la simulación
6. Como calcular el desfase entre dos ondas
7. La herramienta Parameter
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1. PASOS PARA CREAR UN PROYECTO DE SIMULACION
1.1 Seleccionar Orcad Capture
1.2 Para crear un proyecto nuevo:
1.3 Le ponemos cualquier nombre por ejemplo: proyecto1 y le damos la ubicación, es
decir donde se guardaran todos los archivos que generemos al simular.
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1.4Creamos un proyecto en blanco y estamos listos para construir nuestro circuito.
2. PASOS PARA CONSTRUIR UN CIRCUITO EN EL DOMINIO DEL TIEMPO
2.1 Seleccionemos primero los componentes que formaran nuestro circuito:
La mayoría de los componentes pasivos que utilizaremos se encuentran en la librería
ANALOG, de esta sacamos las resistencias, bobinas y condensadores.
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En nuestra hoja de simulación creamos el siguiente circuito:
A nuestro circuito solo le hace falta una fuente de voltaje y la referencia.
Escogemos la fuente VSIN
NOTA: Si no se coloca referencia el circuito nunca simulara:
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\
El primer circuito se vera así:
2.2 Solo falta colocarle los valores reales a los componentes del circuito.
Para editar cada componente solo tenemos que darle doble clic y veremos un cuadro
con todas sus características, para el caso de la fuente esto es lo que veremos:
En este cuadro aparecen muchas más propiedades, pero por facilidad solo he
incluido las más importantes: Frecuencia, fase, amplitud y Voff.
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Así se vera el circuito final:
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3. PASOS PARA SIMULAR
3.1 Click en NEW SIMULATION, le damos cualquier nombre por ejemplo: primer.
Al darle clic en Create aparece el siguiente cuadro:
En este cuadro aparecen muchas pestañas: General, Analysis, Include Files,
Libraries, etc; por ahora solo trabajaremos en la pestaña Analysis.
En Analisys encontramos: el tipo de simulación que realizaremos, sus diferentes
opciones, el valor de muestreo de la señal, y el número de segundos de la simulación.
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3.2 Llenar el cuadro de propiedades de la simulación
En Analysis type encontramos los diferentes análisis que
se pueden hacer con Spice.
Para nuestro primer circuito utilizaremos el que viene por
defecto: Time Domain (Transient) Análisis en el dominio
del tiempo.
Run to time (TSTOP):
muestra cuanto tiempo se
va a simular. Como nuestro
periodo es de 16.66ms con
50ms veremos casi 3 ondas.
Maximum step size: se
refiere al muestreo de la
señal, es decir la cantidad
de puntos con los que
estará formada la señal, en
nuestro caso la señal la
muestrearemos cada 0.1ms.
Options: se deja como esta
por defecto.
3.3 Que se va a Simular?
Para realizar la simulación colocamos las paletas de voltaje y de corriente, y después
le damos RUN.
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3.4 Resultado de la simulación:
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4.PASOS PARA CONSTRUIR UN CIRCUITO EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA
Con este tipo de análisis podremos ver los valores del voltaje y de la corriente en
forma rectangular o polar. No se utiliza la simulación grafica, vamos a utilizar solo los
resultados obtenidos en el Output File.
4.1 Para simular en términos de la frecuencia necesitamos escoger otro tipo de fuente,
la fuente VAC.
Con la fuente anterior VSIN hacíamos un barrido en el dominio del tiempo, ahora con
VAC hacemos un barrido es en el dominio de la frecuencia. VAC a diferencia de VSIN
solo tiene dos propiedades: ACMAG y ACPHASE.
Nuestro circuito quedara:
Para poder ver los valores de voltaje y corriente en el output file necesitamos añadir
los siguientes instrumentos: VPRINT y IPRINT. Se encuentran en la librería special,
físicamente tienen apariencia de impresoras.
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VPRINT: funciona como un voltímetro por lo tanto es necesario que se conecte en
paralelo.
IPRINT: funciona como un amperímetro y se debe colocar en serie.
Es necesario darles nombres a los nodos con el fin de poder ubicar fácilmente a que
lugar del circuito corresponde la medida.
Estos instrumentos también tienen propiedades, veamos cuales son:
AC: Las mediciones serán solo para AC.
Para ver los valores en coordenadas rectangulares:
IMAG: Muestra la parte imaginaria ya sea de voltaje o de corriente.
REAL: Muestra la parte real del voltaje o de la corriente.
Para ver los valores en coordenadas polares:
MAG: Muestra la magnitud de la señal.
PHASE: Muestra la fase de la señal medida.
Para activar estas propiedades colocamos en cada una de ellas ok
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4.2 Necesitamos modificar las características de la simulación
El nuevo análisis presenta las siguientes características:
El análisis puede ser lineal o logarítmico y por décadas u octavas pero como no se va
a graficar estas casillas no las tendremos en cuenta.
Como trabajamos con una frecuencia fija de 60hz tenemos que decirle que el barrido
lo haga desde 60Hz hasta 60Hz, el número de puntos por década para nuestra
simulación no es de importancia, por defecto colocamos “1”.
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4.3 Damos RUN y obtenemos:
En View buscamos el Output File
En el output file tendremos:
Estos valores son los que se obtuvieron con el VPRINT ubicado en el condensador,
vemos que:
En coordenadas polares tiene un voltaje de 68.77V con un desfase de 73.45º o en
coordenadas rectangulares 19.59+j65.93.
Aquí se puede ver la utilidad de nombrar los nodos, sabemos el lugar específico de
esta medición.
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5. OTRAS COSAS ACERCA DE LA SIMULACION: (Sigamos con el primer circuito en
términos del tiempo)
Antes de simular cualquier circuito es bueno dar nombres a cada uno de los nodos que
componen el circuito.
Los nombres dados deben de tener algún tipo de relación con la parte del circuito que
nombran, en la figura, +R1 hace referencia a la parte positiva de R1.
Aunque no es necesario marcar cada uno de los nodos, lo cual se volvería muy
engorroso para un circuito grande, para términos de este ejemplo si hizo referencia a
cada parte por separado, aunque como es de notar, el nodo -C1 es igual que el +R1,
+V es el mismo nodo que +C1.
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No es necesario colocar las paletas de voltaje y de corriente en el circuito, cuando
simulamos, se da clic a Add Traces y de ahí se puede escoger la parte del circuito
que se desea simular.
Observe que son muchas las variables que aparecen en el cuadro Add Traces, por lo
cual se ve la utilidad de darle nombres a los nodos de cada componente.
Ahora vamos a graficar la corriente del circuito, y el voltaje del condensador.
Para esto es necesario añadir un nuevo eje(para la corriente) ya que como el voltaje
tiene una magnitud superior (V) a la de la corriente(mA), esta se vería como una
simple raya horizontal ante la onda de voltaje como se observa en la figura:
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Para añadir el nuevo eje damos clic en el cuadro de herramientas Plot y a
continuación en Add y Axis.
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Observe que el voltaje se encuentra en el eje 1 y la corriente en el eje 2.
También es posible tener varios cuadros de graficas al mismo tiempo. Para esto en
Plot damos clic en Add Plot to windows
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A esta nueva ventana de simulación le podemos añadir cualquier tipo de trazos al
igual que añadirle nuevos ejes.
La marca SEL>> indica en cual cuadro se esta trabajando
Pero cual es la máxima amplitud de la onda?, cual es la mínima? Con la herramienta
Toggle cursor es posible visualizar los valores de amplitud de la onda en todo
instante:
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Al darle clic a Toggle cursor aparece el Probe Cursor, con clic izquierdo sostenido es
posible recorrer toda la onda y así observar sus valores. Por ejemplo en la figura en un
tiempo de 15.461ms la onda tiene un voltaje de 119.336V. Para dejar ese valor fijo en
la grafica de damos clic en Mark label.
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6. COMO CALCULAR EL DESFASE ENTRE DOS ONDAS
6.1 Primero es necesario cambiar el eje del tiempo (Pasar de segundos a grados) para
que al medir en la grafica de simulación se encuentre el desfase directamente.
Pero por cuanto se debe multiplicar el eje del tiempo para pasar de segundos a
grados?
1
− 360°
60Hz
Tiempo − 1°
= Tiempo*21600
O sea que multiplicando el eje del tiempo por 21600, la medición la tendremos
directamente en grados.
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6.2 Clic en Toggle cursor y seguir los pasos mostrados en la figura.
El desfase entre las ondas es de 137.363˚, de su correcto análisis y observación de las
dos ondas se debe decir quien adelanta a quien, así para nuestro ejemplo la onda de
corriente adelanta en 137.363˚ a la onda de voltaje.
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7. La herramienta Parameter (Para el manejo del factor de potencia)
Parameter es una herramienta que nos ayudara a encontrar el condensador adecuado
para corregir el factor de potencia fácilmente y sin cálculos previos.
Con esta herramienta lo que se hará es poner a variar el valor del condensador o de la
resistencia o de la bobina (como un especie de potenciómetro en el caso de la
resistencia) y al simular ver que ocurre con estas variaciones, es decir no será
necesario hacer varias simulaciones para cada valor de condensador, de resistencia o
de bobina.
7.1 En el Schematics en el cuadro de toolbox damos clic en Place Part y seguimos
las instrucciones de la figura
7.2 Una vez añadida la herramienta PARAM, le damos doble clic en PARAMETERS y
entramos al editor de propiedades de la herramienta (Property Editor) y abrimos la
casilla New Column, nos aparecerá el cuadro Add new column.
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7.3 En el cuadro (Add new column) entraremos el nombre del componente que
pondremos a variar, para este ejemplo hagamos que varié la resistencia R1 y démosle
el nombre Rvar. Es necesario colocarle un valor, este valor es el que por defecto va a
tener la resistencia si no se va a utilizar la herramienta PARAM.
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Así debe quedar nuestra nueva columna:
7.4 Para visualizar cual es la variable que se va a poner a variar seleccionamos Rvar y
su valor y le damos clic derecho y damos clic en Display
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En este cuadro seleccionamos la opción Name and Value con la cual podremos
visualizar tanto el nombre (Rvar) como su valor (10).
7.5 Ahora, es necesario cambiar el valor de 200 en R1 por {Rvar} porque este valor
será el que variara. Ojo es Rvar debe de quedar entre corchetes {}.
7.6 Este paso es el mas importante porque es donde se definirá el tipo de análisis que
se hará en Spice. Los pasos a seguir son:
7.6.1 Clic en Simulation Settings y en la pestaña Analysis
7.6.2 En Options seleccionamos Parametric Sweep, esta opción nos permitirá hacer
un barrido (Sweep) en términos de cualquier variable, es decir al seleccionar esta
opción podremos hacer variar la fuente de voltaje, la fuente de corriente, la
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temperatura, etc. Pero en este caso elegiremos Global parameter, con esta
herramienta podremos hacer variar cualquier componente (R,L,C) de un circuito para
nuestro ejemplo lo que vamos a hacer variar es una resistencia.
7.6.3 En la casilla Parameter name colocamos el nombre de la variable a variar en
este caso Rvar.
7.6.4 El barrido se puede hacer de varias formas: Lineal, logarítmica, o según una lista
de valores, en este caso haremos un barrido lineal comenzando en 100Ω, subiendo
cada 100Ω, hasta 1000Ω.
7.7 Damos clic en RUN y obtendremos la siguiente la simulación:
En el cuadro que aparece en la figura Available Sections aparecen todas las
simulaciones disponibles con cada uno de los valores de la resistencia Rvar, si
deseamos ver la simulación de todas las resistencias seleccionamos OK, si no,
simplemente seleccionamos las resistencias que queramos simular, por ejemplo
Rvar=100 y Rvar=700 y damos OK.
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Para finalizar veamos la familia de ondas que se producen al simular V(+R1), para
saber a que valor de resistencia equivale cada onda solo es necesario dar clic derecho
en la onda deseada, después aparecerá un cuadro y hacemos clic en Information y
aquí podremos ver el valor de la resistencia que genero la onda.
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