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INTRODUCCION
Spice
(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) es un versátil
software de diseño y simulación de circuitos. Spice fue desarrollado por la Universidad
de Berkeley, California en 1975. Actualmente se encuentran disponibles numerosas
versiones de Spice para ordenadores personales (PSpice),
desarrollada por Microsim Corporation.
la más utilizada es la
La popularidad de Spice se debe
fundamentalmente a su versatilidad en los distintos tipos de análisis que puede realizar, su
facilidad de aprendizaje y por la gran variedad de elementos que posee dentro de sus
librerias.
La importancia de contar con una herramienta como Pspice radica en la reducción
del tiempo necesario para realizar complicados cálculos numéricos que se pueden presentar
en el análisis de circuitos. Es importante que la persona que tiene contacto por primera vez
con el software no se deje impresionar por el poder y versatilidad de Spice, ya que los
resultados obtenidos dependen totalmente de que le suministremos los datos de manera
correcta, de lo contrario de muy poco nos puede servir esta herramienta.
Se pretende en este corto manual realizar una introducción básica a la utilización de
PSpice, haciendo énfasis en la simulación de circuitos resistivos, análisis en el dominio
del tiempo y respuesta permanente sinusoidal. Los temas son desarrollados en el orden
descrito anteriormente y en cada uno se incluyen ejemplos resueltos. El enfoque de este
manual esta dirigido a la utilización de PSpice mediante ficheros de texto, sin recurrir a
otras herramientas de las que dispone el software y que serán tratadas durante el curso.
El estudiante que se interese por algunos temas adicionales relacionados con PSpice
puede consultar las referencias bibliográficas que se presentan al final del manual.
1
INDICE
Características Generales de PSpice
1
1. Creación de un fichero fuente en PSpice
3
1.1 Sentencias de datos
3
1.2 Sentencias de control
4
1.3 Sentencias de salida
4
2. Análisis de circuitos resistivos
5
2.1 Sentencias de introducción de datos
6
2.1.1 Generadores DC independientes
6
2.1.2 Generadores Sinusoidales
7
2.1.3 Generadores dependientes
9
2.1.4 Elementos Resistivos
11
2.1.5 Amplificadores Operacionales
11
2.2 Sentencias de control
14
2.2.1 Sentencia .OP
14
2.2.2 Sentencia .DC
14
2.2.3 Sentencia .TF
15
2.2.4 Sentencia .SENS
16
2.3 Sentencia .PRINT
16
Ejemplos
17-26
2
3. Análisis en el dominio del tiempo
27
3.1 Inductores
27
3.2 Condensadores
27
3.3 Sentencia .TRAN
28
3.4 Sentencias .PLOT y .PRINT
28
3.5 Sentencia .PROBE
29
3.6 Generador exponencial
29
3.7 Generador lineal por tramos (PWL)
31
Ejemplos
32-37
4. Análisis de Régimen permanente sinusoidal
38
4.1 Generadores AC
38
4.2 Sentencia .AC
38
4.3 Sentencia .PRINT
39
Ejemplos
40-45
Referencias bibliográficas
46
3
Características generales de PSpice
El procedimiento general para la simulación de circuitos utilizando
PSpice
consta de tres pasos básicos. Primero la creación del fichero fuente, que contiene las
características de los elementos que forman parte del circuito. El siguiente paso es
introducir el fichero fuente en el ordenador y correr el programa, el cual creará un fichero
de salida. El último paso es indicar al ordenador la manera de presentar los resultados, ya
sea en gráficos, en tablas.
Antes de iniciar la discusión de cómo crear un fichero fuente en PSpice es necesario
realizar algunos comentarios generales sobre su formato:
1. Cada sentencia en el fichero fuente consta de varias partes, denominadas campos. Cada
campo tiene un orden específico dentro de una sentencia y los mismos pueden separase
mediante el empleo de comas, uno o más espacios en blanco o mediante tabulaciones.
2. En algunas ocasiones se pueden utilizar signos de igual “=”, o paréntesis “()” como
separadores.
3. Una sentencia en un fichero fuente no puede contener más de 80 caracteres por línea.
Sí alguna sentencia necesita más de 80 caracteres, puede continuarse en la siguiente
línea colocando el signo “+ ” al inicio de la nueva línea, seguido por el resto de la
sentencia.
4. PSpice no hace distinción entre letras mayúsculas y minúsculas. Pero es preferible
colocar los nombres en mayúscula.
5. El campo correspondiente al nombre de un elemento debe iniciar con una letra de la
“A”  “Z”, pero los caracteres siguientes pueden ser letras, números, o cualquier de
los siguientes símbolos: $, -,*,/,%. Los nombres pueden contener un máximo de 131
caracteres, pero se recomienda la utilización de 8 como máximo.
6. Los campos pueden contener números enteros (3, -5, 9) o números reales (1.235, 0.002,
-0.01254). Los números enteros y reales pueden estar acompañados de un exponente
4
entero (7.5e-9, 8e3, -5.23e-2), o de un factor de escala simbólico (7.5n, 8k, -52.3m).
En la siguiente tabla se presentan los factores de escala utilizados por PSpice y sus
respectivas formas exponenciales.
FACTORES DE ESCALA DE PSPICE
SÍMBOLO
FORMA EXPONENCIAL VALOR
F (f)
P (p)
N (n)
U (u)
M (m)
K (k)
MEG (meg)
G (g)
T (t)
1e-15
1e-12
1e-9
1e-6
1e-3
1e3
1e6
1e9
1e12
10-15
10-12
10-9
10-6
10-3
103
106
109
1012
7. La primera línea de un fichero fuente es el título, el cual puede contener cualquier texto.
La línea de título es ignorada por PSpice, a excepción de ser colocada como etiqueta en
el archivo de salida.
8. La última sentencia en un fichero fuente debe ser la sentencia .END.
9. Un asterisco “*” al inicio de una línea indica un comentario. Los comentarios son
ignorados por PSpice.
10. Exceptuando la línea de título, la definición de subcircuitos, y las sentencias .OPTION
.END el orden en que se coloquen el resto de las sentencias en el fichero no tiene
importancia para el programa.
5
1. Creación de un fichero fuente en PSpice
Para crear un fichero fuente en PSpice es necesario seguir los siguientes pasos:
Primero se describe el circuito que se desea analizar; luego se establece el tipo de análisis
que se va a realizar, y por último se determina el tipo de presentación para los resultados.
Para facilitar la creación de los ficheros fuente es recomendable subdividir el fichero
en tres partes: primero la declaración de sentencias de datos, en la cual se colocan las
sentencias que describen las características de cada uno de los elementos del circuito.
Luego se declaran las sentencias de control, en donde se establecen los tipos de análisis
que se realizaran, y en tercer lugar las sentencias de salida, en las cuales se especifica la
manera en que se presentaran los resultados.
Además de estas tres divisiones, el fichero fuente consta de la línea de título y de la
sentencia .END al final del fichero. El fichero puede ser creado en cualquier editor de
texto, siempre que el editor no introduzca ningún tipo de caracteres especiales o de control.
1.1 Sentencias de datos
PSpice se basa en el método de análisis nodal, por lo cual el primer paso en la
descripción de un circuito en PSpice debe ser enumerar todos los nodos, colocando el nodo
cero (0) como nodo de referencia y el resto de los nodos pueden ser enumerados con
números naturales (enteros positivos), no necesariamente en secuencia, o pueden ser
nombrados con cadenas alfanuméricas no mayores de 8 caracteres. Después de nombrar
cada uno de los nodos del circuito, se describe completamente el circuito, identificando
cada uno de los elementos conectados a los nodos, además de especificar sus características
numéricas. PSpice tiene algunas restricciones con relación a la topología de los circuitos,
siempre que describimos un circuito es PSpice debemos asegurarnos de que: (1) en cada
nodo hay por lo menos dos elementos conectados; (2) cada nodo del circuito debe tener al
menos un camino al nodo de referencia; (3) no se pueden crear lazos o mallas que
contengan únicamente fuentes de tensión o inductores; (4)
no se pueden dejar
condensadores o generadores de corriente como parte de ramas abiertas en un circuito.
6
1.2 Sentencias de control
Las sentencias de control son comandos de PSpice que describen los parámetros del
tipo de análisis que se desea realizar a un determinado circuito. El número y tipo de
parámetros en cada sentencia, depende del tipo de análisis requerido. PSpice incluye
análisis .DC, para análisis de corriente continua, .AC para análisis de corriente alterna y
respuesta en frecuencia, .FOUR para realizar análisis de Fourier, .TF para el cálculo de
funciones de transferencia e impedancias, .SENS para sensitividad y .OP para la obtención
de los valores de operación en cada componente de un circuito.
1.3 Sentencias de salida
Las sentencias de salida se utilizan para controlar la manera de presentar los resultados,
ya sea en forma de gráficas o en tablas. Los resultados de los análisis realizados, es
almacenado por PSpice en un fichero con extensión .OUT, con el mismo nombre que el
fichero fuente, el cual al ser guardado debe tener una extensión .CIR.
El fichero de resultados se puede dividir en tres partes: la primera contiene una copia del
fichero fuente; en la siguiente se encuentran los resultados de algunos tipos de análisis
como .TF, .OP, .SENSE,
los cuales presentan estos resultados sin la necesidad de ser
indicados por sentencias de salida; y en la tercera parte se encuentran los resultados
producidos por las sentencias de salida, es decir gráficas y tablas.
Las gráficas se obtienen mediante la declaración .PLOT, mientras que las tablas se
obtienen mediante la declaración .PRINT. Además de estas opciones PSpice incluye un
visualizador de gráficos, conocido como PROBE, el cual utiliza un fichero especial creado
por PSpice para la presentación de los resultados mediante gráficas. Para hacer uso de la
opción PROBE, se debe incluir en el fichero fuente la sentencia .PROBE; con lo cual
PSpice genera un fichero con extensión .DAT que es utilizado como base de datos por el
programa PROBE.
7
2. Análisis de circuitos resistivos
En este apartado se analizan
circuitos con elementos resistivos, amplificadores
operacionales, generadores de tensión y corriente (dependientes e independientes). El
análisis puede hacerse tanto en corriente directa (DC), como en otras formas de señal. En
esta sección iniciaremos por explicar como se introducen las sentencias de datos necesarias
para crear los archivos fuente para de análisis permanente. Luego se presentan las
sentencias de control en donde se podrán observar los distintos tipos de análisis DC, que
PSpice nos permite realizar. En la siguiente tabla se presenta una breve descripción de cada
uno de estos tipos de análisis.
SENTENCIA DE CONTROL DC RESULTADOS QUE OBTIENE PSPICE
Estado permanente de las corrientes y voltajes del
.DC
circuito, con respecto a la variación de la tensión de
un generador, la temperatura o algún parámetro del
circuito.
.OP
Se obtiene el punto de operación de cada elemento
del circuito.
Se obtiene la sensibilidad de algún parámetro del
.SENS
circuito con respecto a cambios en los valores
nominales de los elementos del circuito.
.TF
Se obtiene la relación salida / entrada del circuito y
resistencias de entrada y salida del circuito.
Seguidamente se presentaran las sentencias de salida en las cuales se podrán observar las
distintas maneras de presentar los resultados en PSpice.
8
2.1 Sentencias de introducción de datos para análisis DC
Iniciaremos la descripción de las sentencias de entrada de datos, con los generadores
dependientes e independientes, continuando con elementos resistivos y amplificadores
operacionales.
2.1.1 Generadores DC independientes
La declaración utilizada para especificar generadores independientes consta de cuatro
campos:

Nombre del generador.

Nodos de conexión.

Tipo de generador.

Valor.
Generador de tensión
La sintaxis es la siguiente:
donde la letra V al inicio del nombre indica que es un generador de tensión y las letras xxx,
puede ser cualquier cadena alfanumérica, preferiblemente no mayor de 8 caracteres.
En el campo de nodos de conexión, se colocan los números de los nodos a los cuales se
conectan las terminales positiva
y negativa del elemento.
Por el momento solo se
utilizaran generadores tipo DC. Es importante tener en cuenta que para el programa la
corriente siempre sale por la terminal negativa.
9
Generador de Corriente
En el caso de los generadores de corriente las diferencias consisten en que la primera letra
del nombre debe ser la letra I, y además el nodo 1 nodo de extracción, y el nodo 2, como
nodo de inyección, de la siguiente manera:
con lo cual la sintaxis para los generadores de corriente es la siguiente:
2.1.2
Generadores sinusoidales:
PSpice nos ofrece la opción de crear señales
sinusoidales, ya sean puras o amortiguadas.
La sintaxis para la introducción de un
generador sinusoidal es la siguiente:
Vxxx N+ N- SIN(Vo VA FREQ TD
 )
Donde Vg es el nombre del generador; N+ y N- son los nodos correspondientes a las
terminales de conexión del generador;
Vo indica una tensión continua superpuesta a la
sinusoidal.; VA indica la amplitud de la señal, el campo FREQ indica su frecuencia en
10
hertz; TD es el tiempo de retardo de la señal ,  representa el factor de amortiguamiento y
 es el desfase.
PSpice genera las señales sinusoidales a partir de la siguiente ecuación:
0  t  TD
Vg = Vo;
TD  t  TSTOP
Vg  Vo  VAe  ( t TD ) sin(2FREQ(t  TD));
Por ejemplo para generar la señal de la figura, se necesita la siguiente línea de comando:
Vx 1 0 sin(10 20 159.1549 .008 45)
11
2.1.3 Generadores dependientes
Los generadores dependientes se dividen en dos tipos:
A. Generadores controlados por tensión.
B. Generadores controlados por corriente.
A. Generadores controlados por tensión
La declaración comprende cuatro campos.

Nombre del generador.

Nodos de conexión.

Nodos de control.

Ganancia o Transconductancia.
Generador de tensión controlado por tensión
La sintaxis para la declaración de un generador de tensión controlado por tensión es la
siguiente:
donde la letra E indica que es un generador de tensión controlado por tensión. El campo
ganancia indica el factor de amplificación del generador dependiente con respecto al
voltaje de control.
Generador de corriente controlado por tensión
12
Para los generadores de corriente controlados por tensión la sintaxis es de manera similar,
exceptuando el inicio del nombre el cual debe ser con la letra G y teniendo en cuenta lo
explicado en los generadores independientes, con relación a los nodos de extracción (N1)
e inyección (N2).
B. Generadores controlados por corriente.
Cuando la variable de control de una fuente controlada es una corriente PSPICE requiere
la inserción de una fuente de tensión continua de 0 V, que actúa como amperímetro. De
esta manera no se alteran las tensiones en el circuito y el software calcula la corriente que
atraviesa la fuente de control, pudiendo así determinar la tensión o la corriente entregada
por el generador dependiente. Es importante tener en cuenta la fuente sensora, debe ser
colocada de tal manera que la corriente de control entre por la terminal positiva.
La declaración de este tipo de generadores cuenta con cuatro campos:

Nombre del generador.

Nodos de conexión.

Generador de control.

Ganancia o Transresistencia.
Generadores de tensión controlado por corriente
La sintaxis de un generador de tensión controlado por corriente es la siguiente:
donde la letra H en el nombre indica que es un generador de tensión controlado por
corriente y en el campo Vxxx se coloca el nombre de la fuente sensora.
13
Generadores de corriente controlado por corriente
Los generadores de corriente controlados por corriente tienen la misma sintaxis que los de
tensión controlados por corriente, con la excepción de que el nombre se inicia con la letra
F, y teniendo en cuenta las definiciones de nodo de extracción y nodo de inyección.
2.1.4 Elementos resistivos
Para la inserción de elementos resistivos, se utiliza una sintaxis que consta de tres campos:
La definición de la polaridad de los nodos se hace teniendo en cuenta el sentido de la
corriente, aunque de no conocerse, esto no afecta la simulación, únicamente el resultado
tendrá un signo negativo en el caso de equivocarnos en la asunción del sentido de la
corriente.
2.1.5 Amplificadores operacionales
PSPICE ofrece tres opciones para describir un amplificador operacional en un archivo
fuente. La primera es modelando el comportamiento de amplificador, utilizando un circuito
equivalente con resistencias y una fuente de tensión controlada por tensión. La segunda
opción es similar a la anterior, pero en este caso el amplificador es modelado mediante un
subcircuito, el cual puede ser utilizado como otro elemento de PSPICE.
La tercera
alternativa es utilizar los modelos incorporados en la librería de elementos que contiene el
14
programa. Estos modelos son más complejos y sofisticados, por lo cual se hace más lento
el análisis del circuito.
Es recomendable utilizar el modelo de la fuente dependiente y las resistencias para
aquellos circuitos que únicamente tengan un amplificador operacional. Para aquellos que
contengan dos o más es preferible utilizar la opción de los subcircuitos. Los modelos de
librería se utilizan en los casos en los cuales las características del amplificador operacional
son muy importantes para el análisis del funcionamiento del circuito.
A. Modelo utilizando resistencias y una fuente controlada por tensión.
El circuito utilizado para modelar el amplificador operacional se muestra en la
siguiente figura.
Los valores de Ri y Ro son parámetros de impedancia de entrada e impedancia de
salida respectivamente, los cuales son proporcionados por el fabricante. En caso de no
conocerse estos valores, se pueden asumir como estándar un valor de 10 10  para Ri y
simplemente se puede omitir Ro, dejando la impedancia de salida como nula.
Por otro lado el parámetro A representa la ganancia en lazo abierto, del dispositivo y
también es proporcionado por el fabricante. En caso de no contarse con esta información se
puede tomar un valor de 106 como un valor aceptable.
Para describir el modelo del amplificador serían necesarias las siguientes líneas
dentro del fichero:
15
Ri
1
2 valor
Exxx 3
5 2
Ro
4 valor
3
1
A
B. Modelo utilizando subcircuitos.
Para la utilización de subcircuitos el modelo utilizado es el mismo que en el caso
anterior. Pero en este caso si se tienen más de un amplificador operacional, es suficiente
hacer la declaración del subcircuito o modelo en una ocasión y en el resto de los
amplificadores se hace referencia a la declaración original, es obvio que esto solo es posible
si los amplificadores operacionales son del mismo tipo.
Para
definir un subcircuito en un archivo fuente de PSPICE es necesario utilizar la
sentencia de control SUBCKT, cuya sintaxis general es la siguiente:
donde SUBNAM corresponde al nombre del subcircuito y los nodos N1, N2, N3....
corresponden a los nodos externos del subcircuito, es decir los nodos que conectan al
subcircuito con el circuito general. La única restricción que existe para la selección de los
números de los nodos externos es que no se puede utilizar el número cero. Cualquier
número de nodo utilizado para la descripción de un subcircuito y que no aparezca en la
sentencia .SUBCKT es estrictamente local, y no importa que el mismo número se utilice
para describir otros elementos en el circuito global.
Luego de la sentencia .SUBCKT se hace la descripción del subcircuito y por último
se finaliza con la sentencia .ENDS <SUBNAME>.
Después de hacer la descripción en un subcircuito, la sentencia utilizada para
incluirlo dentro de un circuito global es la siguiente:
16
donde Xyyy describe el nombre del subcircuito utilizado, el campo nodos indica las
conexiones externas entre el subcircuito y el circuito global, las cuales son totalmente
independientes de la numeración utilizada el la sentencia de descripción del subcircuito ; y
el campo SUBNAME hace referencia al nombre de la descripción de subcircuito utilizada.
2.2 Sentencias de control para análisis DC
PSpice cuenta con cuatro sentencias de control que permiten calcular parámetros tales
como la sensibilidad, el punto de operación, impedancias de entrada y salida y respuesta
del circuito a variaciones en el nivel de una señal DC, temperatura u otros parámetros del
circuito.
2.2.1 Sentencia .OP
Esta sentencia de control indica a PSpice que calcule el punto de operación DC para el
circuito que se va a analizar. En realidad PSpice siempre calcula el punto de operación, ya
que ésta información es necesaria para realizar otros tipos de análisis. El verdadero efecto
de la sentencia .OP se refleja en los valores presentados en el fichero de salida. Estos
valores caen dentro de tres categorías:
 Voltajes en cada nodo.
 Corrientes en cada fuente de tensión y la potencia total disipada.
 Punto de operación para cada dispositivo.
El análisis básico que PSpice realiza por defecto incluye los valores que caen dentro de las
dos primeras categorías.
Con la opción de análisis .OP podemos calcular la corriente y el voltaje a través de
cualquier otro dispositivo presente en el circuito.
2.2.2 Sentencia .DC
17
La sentencia de control .DC permite incrementar el valor de una fuente independiente
(tensión o corriente) , especificando el rango de valores y el tamaño del incremento.
El
formato general de la sentencia .DC es el siguiente:
El campo fuente indica el nombre del generador, luego valor inicial, valor final y tamaño
del incremento.
Por ejemplo para variar un generador V1 entre 10 y 5 voltios, a razón de .5 voltios de
incremento, se utilizaría la siguiente línea de comando:
.DC V1 -5 10 0.5
Esta sentencia de control también nos permite crear familias de curvas, en las cuales
se presenta la variación de una cantidad especifica (corriente o voltaje), con relación a las
variaciones de dos fuentes determinadas. El programa realiza esta acción repitiendo el
rango de variación de una fuente para cada uno de los valores posibles de la otra. Para
realizar esto simplemente se agregan a al sintaxis sencilla cuatro campos que indican los
parámetros descriptivos de la segunda fuente, es decir:
.DC FUENTE1 INICIO1 FIN1 INCR1 FUENTE2 INICIO2
+ FIN2 INCR1
por ejemplo, para describir un análisis DC en el cual se estudia la respuesta del circuito a
variaciones de un generador de tensión V1 y un generador de corriente I1, la sentencia es
la siguiente:
.DC V1 0 10 1 I1 0 3 .25
2.2.3 Sentencia .TF
18
La sentencia de control .TF permite calcular tres características de los circuitos. Primero
calcula la razón entre una variable de salida y otra de entrada. Esta razón es la función de
transferencia del circuito. Segundo nos permite obtener la impedancia de entrada con
respecto al generador. Por último nos permite calcular la impedancia de salida con respecto
a las terminales de la carga.
La sintaxis general de esta sentencia es la siguiente:
.TF Variable de salida
Variable de entrada
esta sentencia es muy útil para la aplicación de los teoremas de Thevenin y Norton, y el
teorema de máxima transferencia de potencia.
2.2.4 Sentencia .SENS
La sentencia .SENS nos permite obtener la sensibilidad de una determinada variable con
respecto a los cambios en los valores nominales en cualquiera de los elementos del circuito.
La sintaxis es muy simple: .SENS Variable.
2.3 Sentencia .PRINT
Esta sentencia genera tablas de datos con el valor de una o más variables, los cuales
dependen de una sentencia .DC previa .
Es decir, que es necesario aplicar una sentencia .DC a uno o más generadores dentro del
circuito, para luego con la sentencia .PRINT presentar los resultados en una tabla, en la
cual se encuentran los valores de una variable determinada con respecto a las variaciones en
los generadores. Su sintaxis es la siguiente: <opcionales>
PRINT
DC
VARIABLE 1 <VARIABLE 2> <VARIABLE 3>
Las variables en una sentencia .PRINT pueden ser tensiones o corrientes; en el caso
de tensiones se especifica de la siguiente manera: V(x,r), en donde se indican hacer una
tabla de la tensión entre los nodos x y r, en caso de no especificarse el nodo r, PSpice lo
19
asume como el nodo de referencia. Para el caso de utilizar corrientes como variables, se
efectúa de la siguiente manera I(Vxx), donde Vxx indica el nombre de la fuente de tensión
por la cual circula la corriente que se desea conocer. En caso de no haber fuentes de
tensión en el ramal por el cual circula la corriente que nos interesa, se hace necesario
insertar una a modo de amperímetro (0 V).
Ejemplo 1:
En el circuito de la figura, calcule V1 y Vo, sí Vg = Ig = g = 1.
El fichero necesario para analizar este circuito utilizando
P-SPICE es el siguiente:
Problema 1.6
*Descripción de los elementos
*nombre
n+
n-
valor
20
R1
1
2
1
R2
2
3
1
R3
3
4
0.5
R4
4
5
0.5
R5
0
2
1
R6
6
4
1
R7
6
5
0.5
R8
0
6
1
*nombre
n+
Vg
1
I1
3
*nombre
n+
n- nc+
G1
3
6
n-
tipo
valor
0
DC
1
0
DC
1
nc- ganancia
2
0
1
.end
El fichero de salida que produce P-SPICE es el siguiente:
**** 03/16/98 13:23:58 ***** NT Evaluation PSpice (July 1997)
****
SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION
TEMPERATURE =
27.000 DEG C
*************************************************************
NODE
VOLTAGE
NODE
NODE
VOLTAGE
NODE
VOLTAGE
VOLTAGE
(
1)
(
4)
1.0000
-.4375
(
2)
.1250
(
3)
-.6250
(
5)
-.3438
(
6)
-.2500
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME
CURRENT
Vg
-8.750E-01
TOTAL POWER DISSIPATION
8.75E-01
WATTS
JOB CONCLUDED
21
TOTAL JOB TIME
.17
Ejemplo 2:
En el circuito del a figura encontrar VA-B y las corrientes en cada generador.
Sí V1 = V2 = 1 y a = 50.
Para utilizar PSpice en el análisis de este circuito, debemos insertar una fuente DC de 0 V,
para que actúe como amperímetro, en cada de las corrientes de control.
El circuito modificado es el siguiente:
El fichero del circuito es el siguiente:
22
Circuito con fuentes de corriente controladas por corriente
R1
1 2
500
R2
3 4
20
R3
4 5
20
R4
7 6
500
R5
0 4
1k
R6
0 8
2k
** Generadores independientes
V1
1 0 DC 1
V2
7 0 DC 1
V3
2 3 DC 0
V4
6 5 DC 0
** Generadores dependientes
F1
0 3 V3 50
F2
8 5 V4 50
.op
.end
Fichero de salida
****
INITIAL TRANSIENT SOLUTION
TEMPERATURE = 27.000 DEG C
*************************************************
NODE
VOLTAGE
NODE
VOLTAGE
NODE
VOLTAGE
NODE
VOLTAGE
(
1) 1.0000 ( 2)
.9952 ( 3)
.9952 (
4)
.9853
(
5)
.9952 ( 7) 1.0000 (
8)
-.9660
.9952 ( 6)
23
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME
CURRENT
V3
9.660E-06
V4
9.660E-06
V2
-9.660E-06
V1
-9.660E-06
TOTAL POWER DISSIPATION 1.93E-05 WATTS
**** 03/25/98 10:37:43 ********* NT Evaluation PSpice (July 1997) ************
Circuito con fuentes de corriente controladas por corriente
**** OPERATING POINT INFORMATION
TEMPERATURE = 27.000 DEG C
*************************************************************************
**** CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES
NAME
I-SOURCE
F1
F2
4.830E-04 4.830E-04
JOB CONCLUDED
TOTAL JOB TIME
.25
Ejemplo 3:
En el siguiente circuito, varíe la fuente de corriente I1 de 0 a 3 A (en pasos de 1A). Para
cada valor de corriente, obtenga el valor de V12 , si el generador V1 varía de 0 100 V en
pasos de 20 voltios.
24
Este es un ejemplo sencillo y su propósito es ilustrar la utilización de la sentencia
.DC, para el análisis de circuitos. En este caso en particular se hace necesario la
utilización de la sentencia .DC en modo anidado, es decir haciendo un barrido de dos
fuentes simultáneamente. Para este propósito utilizaremos el generador de tensión como
ciclo principal, por lo cual el ciclo de variación del generador de tensión se repetirá por
completo, para cada valor del generador de corriente (ciclo anidado). Es importante
recordar que para poder observar los valores de corriente, mediante el empleo del comando
.PRINT es necesario insertar una fuente de tensión en modo de amperímetro, en el ramal
donde se encuentra el generador de corriente.
El fichero fuente necesario para realizar este ejemplo es el siguiente:
Ejemplo 4
R1
R2
R3
R4
V1
12
02
23
13
10
5
40
8
32
DC 0
***V2 es la fuente DC que actúa como amperímetro
V2
0 4 DC 0
I1
4 3 DC 0
****Sentencia DC anidada
.DC V1 0 100 20
I1 0 3 1
***tipo de análisis
.PRINT DC V(1,2) I(V2)
.PROBE
.END
El resultado de este análisis se puede observar en el fichero siguiente:
****
DC TRANSFER CURVES
TEMPERATURE =
27.000 DEG C
*************************************************************************
V_V1
0.000E+00
2.000E+01
V(1,2)
0.000E+00
2.000E+00
I(V_V2)
0.000E+00
-1.840E-11
25
4.000E+01
6.000E+01
8.000E+01
1.000E+02
0.000E+00
2.000E+01
4.000E+01
6.000E+01
8.000E+01
1.000E+02
0.000E+00
2.000E+01
4.000E+01
6.000E+01
8.000E+01
1.000E+02
0.000E+00
2.000E+01
4.000E+01
6.000E+01
8.000E+01
1.000E+02
4.000E+00
6.000E+00
8.000E+00
1.000E+01
-3.200E+00
-1.200E+00
8.000E-01
2.800E+00
4.800E+00
6.800E+00
-6.400E+00
-4.400E+00
-2.400E+00
-4.000E-01
1.600E+00
3.600E+00
-9.600E+00
-7.600E+00
-5.600E+00
-3.600E+00
-1.600E+00
4.000E-01
-3.680E-11
-5.520E-11
-7.360E-11
-9.200E-11
1.000E+00
1.000E+00
1.000E+00
1.000E+00
1.000E+00
1.000E+00
2.000E+00
2.000E+00
2.000E+00
2.000E+00
2.000E+00
2.000E+00
3.000E+00
3.000E+00
3.000E+00
3.000E+00
3.000E+00
3.000E+00
Ejemplo 4:
En el circuito de la figura hallar VO,VO1, la relación VO / Vin y la sensibilidad del circuito.
Sí Vin = 10-3 + 0.5 cos(106 t), R1 = 100, R2 = 100K, R3 = R4 1K, R5 = R6 = 2.2K.
26
En la siguiente figura se observa el circuito transformado mediante la utilización del
modelo del amplificador operacional.
El fichero fuente para la descripción del circuito es el siguiente:
CIRCUITO CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES
V1 1
0
sin(1m
.5
1.591e5
0
0
90)
R1 1 2 100
R2 2 4 100k
R3 3 0 1k
R4 4 5 1k
R5 6 0 2.2k
R6 7 6 2.2k
** Descripción de los AMPO mediante subcircuitos.
.SUBCKT AMPO
1
2 3 4
Ri1 1 2 1e10
E1
3 4 2
1 1e6
.ENDS AMPO
** Inclusión de los amplificadores operacionales en el circuito global
27
X1 2 3 4 0 AMPO
X2 5 6 7 0 AMPO
.TF V(7) V1
.SENS V(7)
.TRAN 1e-6 1e-4
.PROBE
.END
El fichero de salida del circuito es el siguiente:
**
SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION
** TEMPERATURE = 27.000 DEG C
********************************************************
NODE
VOLTAGE
NODE
VOLTAGE
NODE
VOLTAGE
NODE
VOLTAGE
(
1)
.0010
(
5) -.9990
( 2) 999.0E-09
( 3) 99.90E-15
( 6)
( 7) -1.9980
-.9990
( 4) -.9990
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME
V1
CURRENT
-9.990E-06
28
TOTAL POWER DISSIPATION 9.99E-09 WATTS
****
SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS
V(7)/V1 = -1.998E+03
INPUT RESISTANCE AT V1 = 1.001E+02
OUTPUT RESISTANCE AT V(7) = 0.000E+00
****
DC SENSITIVITY ANALYSIS
TEMPERATURE = 27.000 DEG C
*************************************************************************
*****
DC SENSITIVITIES OF OUTPUT V(7)
ELEMENT
NAME
ELEMENT
VALUE
ELEMENT
SENSITIVITY
(VOLTS/UNIT)
NORMALIZED
SENSITIVITY
(VOLTS/PERCENT)
R1
1.000E+02
1.996E-02
1.996E-02
R2
1.000E+05
-1.996E-05
-1.996E-02
R3
1.000E+03
1.998E-13
1.998E-12
R4
1.000E+03
-3.990E-16
-3.990E-15
R5
2.200E+03
4.541E-04
9.990E-03
R6
2.200E+03
-4.541E-04
-9.990E-03
X1.Ri1
1.000E+10
-2.198E-20
-2.198E-12
X2.Ri1
1.000E+10
8.392E-23
8.392E-15
29
V1
1.000E-03
-1.998E+03
-1.998E-02
CIRCUITO CON AMPLIFICADORES OPERACIONALES
****
INITIAL TRANSIENT SOLUTION
TEMPERATURE = 27.000 DEG C
*************************************************************************
*****
NODE VOLTAGE
VOLTAGE
NODE VOLTAGE
NODE VOLTAGE
(
1)
.5010 ( 2) 500.5E-06 ( 3) 50.05E-12 (
(
5) -500.5000 ( 6) -500.5000 ( 7)-1001.0000
NODE
4) -500.5000
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME
CURRENT
V1
-5.005E-03
TOTAL POWER DISSIPATION 2.51E-03 WATTS
30
En la siguiente gráfica se puede observar la señal sinusoidal, como se puede
observar es una señal coseno con período aproximado de 6.2832 E-6 seg.
A continuación se presenta la señal de salida V(7), que como puede observarse se
encuentra desfasada 180º con respecto a la entrada.
31
3. Análisis en el dominio del tiempo
Ahora describiremos algunas sentencias o comandos que se utilizan en PSpice para
observar el comportamiento de circuitos en el dominio del tiempo, es decir realizar el
análisis transitorio.
Iniciaremos por describir las sentencias de datos necesarias para la declaración de
inductores y condensadores, las cuales son muy similares a las utilizadas para la
declaración de elementos resistivos.
3.1 Inductores: Para la declaración de inductores en un circuito se necesitan como mínimo
tres campos, aunque en caso de que las condiciones iniciales del elemento sean distintas de
cero (0), se hace necesario un campo adicional.
La sintaxis completa de la sentencia de introducción de inductores es la siguiente:
La corriente inicial en el inductor se define como positiva si fluye de N+ hacia N-.
3.2 Condensadores: En el caso de los condensadores la sintaxis es prácticamente igual a la
de los inductores con la excepción de que la letra inicial es C.
32
3.3 Sentencia .TRAN:
La sentencia de control .TRAN indica a PSpice que realice el
análisis del circuito en el dominio del tiempo, por lo cual debe aparecer obligatoriamente en
el fichero fuente de cualquier circuito que se desee analizar en el dominio del tiempo. La
misma consta de seis campos, donde los tres últimos son opcionales. Su sintaxis completa
es la siguiente :
.TRAN
TSTEP
TSTOP
TSTART
TMAX
UIC
Donde TSTEP indica es el incremento entre cada valor generado por los comandos
.PRINT o .PLOT. TSTOP indica el tiempo total que dura el análisis, TSTART indica el
punto de inicio del análisis, el cual por defecto es cero, TMAX es el intervalo de tiempo
máximo entre cada valor generado en el análisis realizado por PSpice, si no se especifica
el programa lo toma como el tiempo total de análisis dividido por 50, es decir
TMAX = ((TSTOP – TSTART) / 50). El seleccionar un valor de TMAX relativamente
pequeño mejora la resolución de los gráficos en el visualizador PROBE, pero hay que tener
presente que un valor muy pequeño puede hacer que el análisis tarde considerablemente, en
especial si el tiempo total de análisis es un poco prolongado.
Por último el campo UIC indica a PSpice que utilice las condiciones iniciales de
corriente y tensión especificadas para los inductores y condensadores que formen parte del
circuito.
3.4 Sentencias .PLOT y .PRINT: La sentencia .PLOT nos permite realizar gráficos en
función del tiempo de cualquiera de las cantidades obtenidas en el análisis transitorio. La
sintaxis de este comando es la siguiente: <opcionales>
.PLOT TRAN VARIABLE 1 <MIN MAX>......... <VARIABLE 8 <MIN MAX>>
En el segundo campo (tipo de análisis) se coloca TRAN para indicar análisis
transitorio, la sentencia .PLOT nos permite realizar ocho gráficas de manera simultánea,
con la opción de indicar los valores mínimos y máximos para cada una.
33
En el análisis transitorio también se puede utilizar la sentencia .PRINT, la cual tiene
una sintaxis similar a la vista en análisis estacionario (2.3), con el único cambio que en el
segundo campo (tipo de análisis) se debe colocar TRAN, para indicar análisis transitorio.
3.5 Sentencia .PROBE: La sentencia .PROBE, indica a PSpice que genere un archivo de
datos (*.DAT), el cual contiene los resultados del análisis realizado, los cuales pueden ser
visualizados gráficamente utilizando el trazador de gráficos Probe que se incluye con el
PSpice. Se le puede indicar a PSpice las cantidades que se deseen analizar gráficamente
con la ayuda de Probe; si no se indica algún argumento a la sentencia .PROBE PSpice
incluye en el fichero todas las cantidades (corriente y tensiones) que intervienen en el
circuito.
3. 6 Generador exponenciales: PSpice provee generadores de tensión y
corriente que dependen del tiempo. Con los cuales se pueden generar pulsos cuadrados o
exponenciales tal como el que se muestra en la siguiente figura:
34
La forma general de un pulso generado por PSpice es la siguiente:
Para 0  t  TD1
VG  V1 ,
Para TD1  t  TD2
( t TD1 )



1

,
VG  V1  (V2  V1 ) 1  e




Para TD1  t  TSTOP
( t TD1 )
( t TD 2 )






1
2




VG  V1  (V2  V1 ) 1  e
 (V1  V2 ) 1  e








En este tipo de generadores, el parámetro V1 especifica el valor inicial de tensión,
V2 indica el valor máximo del pulso, TD1 es el tiempo que tarda en iniciar la subida del
pulso, TD2 es el tiempo que tarda en iniciar la caída del pulso 1 es la constante de tiempo
en la subida y 2 es la constante de tiempo a la caída del pulso.
La sintaxis para la introducción de este tipo de generadores es la siguiente:
Vxxx N+ N- exp(V1 V2 TD1
1 TD2 2)
Por ejemplo para introducir un escalón con duración de tres segundos la sintaxis es la
siguiente:
V1
1
0
exp(0 1 0 1e-6
3 1e-6), es importante colocar las constantes de
tiempo con valores pequeños, para la transición entre los niveles de voltaje sea lo más
rápida posible.
35
3. 7 Generador de lineal por tramos:
además del generador de pulsos exponenciales
PSpice incluye un generador lineal por tramos o PWL (Piece wise linear). Este generador
permite introducir formas de ondas arbitrarias, aproximables por tramos rectilíneos. Para
esto basta indicar sucesivamente las coordenadas de tiempo y amplitud en cada uno de los
vértices de la señal.
La sintaxis de esta sentencia es la siguiente:
Vxxx N+ N- PWL(T1 V1 T2 V2 . . . Tn Vn)
Por ejemplo para generar una señal como la que aparece en la figura, sería necesario
la siguiente sentencia:
v1 1 0 pwl(0,1,0.25,1,.5,-1,.9,2.5,1.3,2.5,1.5,1,2,1,2.5,0)
36
Ejemplo 5:
En el siguiente circuito hallar l a tensión en R2, para t= 5 y 20 mseg, suponiendo que C1 se
encuentra inicialmente descargado y que V1 es un pulso de 1 voltio de amplitud y duración
de 0.01 segundos. Respuesta: Vo (t=5ms)= -39 V; Vo (t=20ms)= -23.02V.
Para generar el pulso de entrada, se puede utilizar el generador lineal por tramos (PWL), o
el generador exponencial. En nuestro caso emplearemos el generador exponencial, para
ilustrar su utilización.
El fichero fuente del circuito es el siguiente:
R1
1 2 100
R2
3 0 100
C1
2 3 1u IC=0
*Generador exponencial (V1 V2 td1 tr td2 tf)
V1
1 0 EXP 0 1 0 .0001 .01 .0001
F1
3 2 VS_F1 .99
*Amperímetro
VS_F1 2 0 0
.TRAN .001 .04 0 1e-6 UIC
.PROBE
.END
37
En las
siguientes gráficas se presentan los resultados obtenidos, mediante la
simulación.
Pulso de entrada
Tensión de salida
38
Ejemplo 6:
En el siguiente circuito hallar la tensión en Vo para t > 0, sí V1 = 30 V y
V2 = sen (2x103t).
Respuesta:
Vo( t ) 
41 2 x103
1


e

sen 2 x10 3  
4
4
2 2

El fichero fuente de este circuito es el siguiente:
R1
1 2 1k
R2
2 3 1k
R3
3 0 1k
V1
1 0 DC 30
C1
3 0 1u IC=10
V2
2 0 SIN (0 1 318.309886 0 0 0)
** Analysis setup **
.TRAN .001 .05 0 1E-6 UIC
.PROBE
.END
39
La curva visualizada en PROBE, se observa en la siguiente figura. Como se puede
ver satisface la respuesta obtenida analíticamente.
40
Ejemplo 7:
En el siguiente circuito, encuentre I1 e I2 para t > 0.
Al desarrollar el circuito de manera analítica, nos encontramos que la corriente
inicial I1 (0-)= 6.66667, este es el valor de corriente que se utilizara como condición inicial
en el fichero fuente.
La solución analítica de este circuito es la siguiente:
I 1  5  1.666 e
I 2  5  0.555 e

t
20
3

t
20
3
41
El fichero fuente para la descripción del circuito es el siguiente:
Análisis en el dominio del tiempo
R1
12 5
R2
2 3 10
R3
3 0 10
V1
1 0 DC 100
L1
3 0 2 IC=6.6666
.TRAN 20m 1 0 20m UIC
.PROBE
.END
Los resultados obtenidos con PROBE se reflejan en la siguiente gráfica, en la cual se
pueden comparar los resultados obtenidos, con la solución analítica.
42
4. Análisis en Régimen Permanente Sinusoidal
En el análisis de Régimen Permanente Sinusoidal (RPS) todas las tensiones y
corrientes son sinusoides con la misma frecuencia que la excitación, por lo cual el análisis
se reduce a determinar el fasor asociado a cada una de las sinusoides. Para hacer esto
analíticamente es necesario transformar el circuito a manera fasorial, pero mediante PSpice
únicamente hay que indicar al programa que despliegue los resultados en forma de fasores,
ya sea en magnitud y fase o en parte real y parte imaginaria.
4.1 Generadores AC
Para la declaración de los generadores de tensión y corriente en análisis AC, se
utilizan las siguientes sintaxis:
Vxxx N+
Ixxx N+
N- AC
AMP DESFASE
N- AC AMP DESFASE
Es importante tener en cuenta que el desfase se expresa en grados y con respecto a una
señal seno o coseno, la cual elegimos arbitrariamente, con el cuidado de expresar todos los
generadores del circuito con respecto al mismo tipo de señal (seno o coseno).
4.2 Sentencia .AC
Esta sentencia es equivalente a la sentencia .DC vista anteriormente, la misma nos
permite realizar un análisis de barrido AC en el dominio de la frecuencia. En nuestro caso
nos ocuparemos, por el momento, del análisis en una sola frecuancia.
La sentencia .AC tiene el siguiente formato:
.AC TIPO NP FINICIO FFINAL
En donde el campo TIPO se refiere al tipo de barrido que se va a realizar (lineal, octavas,
décadas), en nuestro caso utilizaremos únicamente barrido lineal (LIN). El campo NP
indica el número de frecuencias que se analizarán, en nuestro caso siempre será uno; y los
43
campos restantes indican las frecuencias de inicio y fin del barrido, en nuestro caso ambas
serán iguales a la frecuencia de la excitación.
4.3 Sentencia .PRINT
La sentencia .PRINT tiene la misma sintaxis, que hemos visto anteriormente, pero para
el análisis RPS podemos indicar en la sentencia el tipo de respuesta fasorial que deseamos
obtener.
por ejemplo : Se desea obtener la magnitud y fase de una tensión (nodo 3), y las partes
real e imaginaria de una corriente (R3) en determinado circuito.
.PRINT AC Vm(3) Vp(3) Ir(r3) I1(r3)
44
Ejemplo 8:
En el circuito de la figura 1 encontrar el equivalente de Thevenin a la izquierda de las
terminales A y B, y utilice el resultado obtenido para calcular el fasor asociado a la tensión
V3 en el circuito de la figura 2.
V1 = 4 SEN(103 t + ¾);
I1 = 0.1 COS(103 t + /4)
Para obtener el circuito equivalente
de Thevenin utilizaremos la sentencia .TF para
encontrar la impedancia vista desde las terminales A y B , y mediante el análisis AC y la
sentencia .PRINT
encontraremos la magnitud y la fase de la tensión entre dichas
terminales.
Para la primera parte de la simulación utilizaremos el siguiente fichero
EJEMPLO 8 PARTE 1
R1
1 3 100
R2
4 0 7k
R3
2 0 8k
V1
1 2 AC 4 45
45
I1
3 1 AC .1 45
F1
3 2 VF_F1 9
VF_F1
340
.TF V(2) V1
.AC LIN 1 159.2 159.2
.PRINT AC Vm(2) Vp(2) Vr(2) Vi(2)
.END
En el fichero de salida encontraremos que la resistencia de Thevenin es 4 K, mientras
que la tensión de salida, es 2.121 + 2.121 j, es decir magnitud 3 y fase 45º.
Para la segunda parte del ejemplo, el circuito es el siguiente
Para encontrar el fasor relacionado a la tensión en el nodo 3, es necesario utilizar la
sentencia .PRINT e indicar al software que encuentre la magnitud y fase en el este nodo.
Hay que tener en cuenta que se utiliza el modelo del Amplificador operacional ideal.
46
El fichero fuente es el siguiente
EJEMPLO 8 PARTE 2
RTH
1 2 4k
RB
4 3 1k
RA
2 0 4k
V4
1 0 AC 3V 45
CB
2 4 500n
CA
2 3 1u
**AMPLIFICADOR OPERACIONAL
RIN
4 0 1E10
E1
3 0 0 4 1E6
.AC LIN 1 159.15 159.15
.PRINT AC Vm(3) Vp(3) Vr(3) Vi(3)
.END
En el fichero de salida se podrá observar que la magnitud de la tensión es 0.25 V y
la fase es –135º.
47
Ejemplo 9:
En el circuito de la figura observar como cambia la amplitud y la fase de la tensión de
salida en relación con los cambios de la frecuencia del generador V1.
V1 = 10 sen 2f t. f = 100, 500, 1k , 1.5 k, 10k, 100 k.
Para realizar este ejemplo, utilizando el comando .AC en análisis de una sola frecuencia,
es necesario efectuar la simulación de manera individual, para cada una de las frecuencias
deseadas. En el fichero fuente únicamente se cambia el valor de frecuencia en la sentencia
.AC y indica a PSpice, mediante la sentencia .PRINT que calcule la magnitud y fase en el
nodo de salida.
El fichero fuente es el siguiente.
EJEMPLO 9
V1
1 0 DC 0V AC 10 0
R1
1 2 1k
R2
4 3 1k
F1
0 2 VF_F1 10
48
C1
3 0 10n
L1
2 SALIDA 100m
*AMPERÍMETRO
VF_F1
SALIDA 3 0V
*AMPLIFICADOR
R3
2 4 1T
E1
SALIDA 0 2 4 1E8
*CAMBIOS DE FRECUENCIA
.AC LIN 1 100 100
.PRINT AC VM(5) VP(5)
.END
Los resultados obtenidos para este análisis son los siguientes :
FRECUENCIA (HERTZ)
MAGNITUD
FASE (GRADOS)
100
9.98
3.595
500
9.54
17.44
1000
8.467
32.14
1500
7.277
43.3
10000
1.572
80.96
100000
0.1591
89.09
Estos resultados se podrían obtener en una sola simulación, mediante las sentencias . AC,
realizando un barrido de frecuencias desde 100 hasta 100k y luego visualizando las
variaciones de magnitud y fase mediante la sentencia .PROBE.
49
Lo s únicos cambios que habría que efectuar en el fichero fuente seria, modificar la
sentencia .AC, de la siguiente manera:
.AC LIN 600 100 100k
Se puede escoger un valor mayor a 600 para obtener mayor cantidad de puntos en la
gráfica. Y se debe añadir la sentencia .PROBE V(5) V(5)
Los resultados de magnitud y fase se observan en la siguiente gráfica
50
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. NILSSON, J,W.; RIEDEL, S.A.
“Introduction to PSpice”, Wilimington, D.: Addison-Wesley Iberoamericana, S.A.,
1994.
2. ALVIN CONNELY, J.; PYUNG CHOI
“Macromodeling with PSpice”, Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1992.
3. RASHID, M.H.
“SPICE for circuits and Electronic Using PSpice”, Englewoodc Cliffs, N.J.: Prenticehall, 1990.
51