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Introducción al uso de OrCAD (PSPICE) (Primera parte)
Captura de datos y representación esquemática de un circuito
Para entrar al programa y poder dibujar el circuito esquemático:
Inicio  Programas  Cadence14  CIS
Se abre la ventana mostrada en la figura 1 con iconos típicos de Windows, cuyos
componentes dependen de la versión. Se detallan las más importantes para un diseño.
Capture/Capture CIS.
Entorno que permite dibujar circuitos y
simularlos, ejecutando programas de
procesamiento gráfico de resultados.
PSpice A/D.
Realiza la simulación del circuito
dibujado sobre la hoja de trabajo
(esquemático) según el tipo de análisis
solicitado. Los resultados se pueden ver
en forma gráfica o en modo texto.
PSpice Model Editor.
Permite modelar componentes de las
librerías o diseñar componentes propios
(sólo para versiones completas).
PSpice Stimulus Editor.
Permite modelar diferentes formas de
onda para alimentar al circuito.
Figura 1
Al seleccionar:
Capture CIS
abre una pantalla con la
barra de herramientas
disponible para iniciar
un diseño, Figura 2.
Figura 2
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Para iniciar un diseño nuevo se sigue la secuencia: File  New  Project, se abre una
ventana como la mostrada en la Figura 3. Al seleccionar la opción Project se abre una
pantalla como la de la Figura 4. La opción New crea un diseño nuevo, en tanto que la opción
Open abre un diseño anterior. El archivo creado tiene una extensión .opj.
Figura 3
0
Figura 4
Las otras opciones del menú mostrado permiten el acceso a otro tipo de manejo de los datos:
Design: permite el acceso a ciertos archivos del diseño (esquemáticos, librerías, etc.), creando
un archivo con la extensión .dsn
Library: permite agregar bibliotecas de componentes al circuito con la extensión .olb
VHDL File: archivo de tipo VHDL. El archivo creado tendrá extensión .vhd
Text File: permite crear un archivo de texto con la extensión .txt
PSpice Library: permite crear una librería de componentes para PSpice con la extensión .lib.
Para un diseño nuevo se abre una pantalla como la de la Figura 4. La opción Analog or
Mixed A/D es la que permitirá diseñar y simular un circuito completo. Se debe indicar el
directorio donde se guardarán los resultados (Location). Si ya existe, se buscará con la opción
Browse. Si no, se creará un directorio nuevo como el indicado en la Figura 4. En Name se
indicará el nombre elegido para el nuevo diseño.
Luego de presionar OK se abrirá la ventana de trabajo donde se realizará el dibujo del circuito
que se pretende simular, como la mostrada en la Figura 5.
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Figura 5
Al ingresar a Edit se abrirá un menú como el de la Figura 6.
Undo Place: deshace la operación previa.
Redo: Rehace la operación previa.
Repeat Place: Repite la operación previa
Cut: Corta una parte seleccionada
Copy. Copia una parte seleccionada
Paste: Pega la parte cortada o copiada previamente
Delete: Borra la parte seleccionada.
Select All: Selecciona todos los componentes
dibujados.
Properties: abre una pantalla según el elemento que
haya sido seleccionado permitiendo configurarlo.
Link Database: Refiere a una base de datos vinculada
con los componentes.
Part: abre una ventana que permite la edición de un
componente
Figura 6
Mirror: abre un menú con distintas opciones de
movimiento del componente
Rotate: realiza una rotación de 90º del componente
seleccionado en sentido antihorario.
Group: permite el agrupamiento de varios
componentes como si fueran un bloque.
Ungroup: es la operación inversa a la anterior.
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El menú que sigue View, Figura 7, permite configurar lo que se desea ver en la pantalla.
Zoom: permite configurar características de la pantalla.
Ascend (Descend) Hierarchy: asciende o desciende
en orden jerárquico un grupo de componentes que
forman una parte de circuito denominada subcircuito.
Go To…: abre una opción para desplazar el
componente hacia otro lugar en la pantalla.
Figura 7
In: amplia pantalla
Out: reduce pantalla
Scale: permite elegir escala del dibujo
Area: amplia una zona
All: ajusta automáticamente zoom
Selection: ajusta automáticamente zoom
según el tamaño de la selección realizada
Redraw: redibuja la página.
Tool Palette: muestra u oculta la barra de componentes, descripta a continuación.
Part: selecciona un componente de circuito ingresando a las librerías del programa.
Wire: permite realizar el cableado entre los componentes seccionados de circuito
Net Alias: permite al usuario asignar un nombre a una conexión
Bus: usado en circuitos digitales inserta una línea para un bus
Junction: permite crear nodos en el circuito
Bus Entry: crea las entradas para una línea de bus.
Power: permite ingresar a las librerías asociadas con fuentes de alimentación
Ground: permite seleccionar tierras o masas para colocarlos en el circuito
Hierarchical Block: crea un bloque parecido a un encapsulado.
Hierarchical Port: muestra la misma ventana que PART pero restringido a componentes
dentro de un subcircuito
Off-Page conector: permite la conexión entre circuitos de diferentes páginas.
No Connect: permite indicar terminales sin conexión
Línea
Multilínea
Rectángulo
Elipse
Arco
Texto
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Toolbar: permite mostrar u ocultar la barra de la aplicación
Status Bar: permite mostrar u ocultar la barra de estado que indica posición del cursor,
escala,etc. que se encuentra en el borde inferior derecho de la pantalla.
Grid: muestra u oculta la grilla sobre la pantalla
Grid References: muestra u oculta el marco de referencia de la grilla.
El menú que sigue Place, Figura 8, permite la inserción de un componente en el dibujo del
circuito. La mayoría de sus opciones fueron descriptas en el menú de barra de componentes.
Part abre una ventana que permite seleccionar un
componente de las librerías incluidas en el programa,
como se muestra.
Add Library: incorpora bibliotecas de componentes no
seleccionadas inicialmente.
Remove Library: elimina la librería que se considera
innecesaria en el trabajo en curso.
Part Search: realizar búsqueda de componentes por
algunas referencias de los mismos.
Figura 8
En el menú Pspice se presentan opciones que
permiten configurar, ejecutar la simulación y ver
resultados de la misma a partir del circuito
dibujado, Figura 9.
Figura 9
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Al seleccionar New Simulation Profile aparece una ventana que permitirá crear un archivo
para simular el circuito que fue dibujado, Figura 10. La opción Name permite colocar el
nombre del archivo a crear.
Una vez creado el archivo para la nueva
simulación la opción Simulation Setting abre una
ventana para poder configurar el tipo de análisis a
realizar sobre el circuito, Figura 11.
Figura 10
Figura 11
Include Files: permite
incluir otros circuitos
General: configura
parámetros generales
Analysis: permite elegir
tipo de análisis a realizar
Options: configura parámetros relacionados
con la rapidez y precisión de la simulación
Libraries: permite seleccionar
las bibliotecas de componentes
Stimulus: permite usar formas
de onda generadas por el usuario
Opciones de PSpice
Data Collection: guarda en
archivo datos seleccionados
Probe Window: configura la ventana
que muestra los resultados gráficos de
la simulación
Inicia la simulación
Muestra las formas de onda del circuito
Muestra los resultados como archivo de texto
Genera archivo del conexionado
Muestra el archivo creado antes en forma de texto
Permite colocar marcadores de
tensión o corriente sobre el circuito
dibujado
Visualiza sobre el circuito dibujado valores de
tensión y/o corriente continua resultados de la
simulación
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Dibujo y simulación de un circuito
Una vez abierta la hoja de trabajo (Figura 5) el paso a seguir es el dibujo del circuito que se
pretende simular. Para ello, se selecciona la opción Part, a partir de Place → Part o del
símbolo correspondiente en la barra de componentes visualizada a la derecha de la hoja de
trabajo. Se abrirá una ventana que permite ubicar la librería donde se encuentra el componente
que se desea dibujar. Los componentes básicos resistor, capacitor e inductor se encuentran en
la librería denominada Analog. Al seleccionar la librería Analog aparecen todos lo elementos
disponibles en ella. Si queremos dibujar un resistor fijo seleccionamos R, quedando
disponible una pantalla como la mostrada en la Figura 12.
Al pulsar OK, se despliega la hoja de
trabajo y aparece el símbolo esquemático
del resistor asociado con el mouse. Se
ubica el lugar para colocar el componente
R sobre la hoja y se pulsa el botón
izquierdo del mouse. Luego al pulsar el
botón derecho, aparece un menú de
opciones entre las cuales End Mode fija
el componente definitivamente.
Si hubiera que ubicar varios componentes
del mismo tipo se fija cada uno
desplazándolo sobre la hoja y al llegar al
último recién se termina con End Mode.
Figura 12
R se puede colocar en forma vertical (rotar a 90º) con la opción Rotate seleccionada con el
botón derecho del mouse (o apretando Ctrl+R). Al rotar el elemento hay que tener en cuenta
que en el programa se toma el nodo 1 como positivo y el nodo 2 como negativo, y al rotarlo
se sigue la secuencia mostrada en la Figura 13. La colocación incorrecta puede hacer que la
intensidad de la corriente resulte negativa.
Figura 13
Haciendo clic sobre los parámetros del elemento se puede cambiar el nombre o el valor
asociado al mismo.
Para alimentar el circuito seguimos la ruta Part → SOURCE. Se despliega una ventana
donde podemos seleccionar distintos tipos de fuentes, cuyas características generales se
describen en la Tabla1.
Para terminar de dibujar el circuito se deberá realizar la conexión eléctrica entre los distintos
componentes. Esto se realiza mediante la opción Place wire seleccionada en la barra de
herramientas. Cada conexión se termina seleccionando End Wire con el botón derecho del
mouse.
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Como condición necesaria para la simulación debe existir una conexión a tierra. La misma se
selecciona de la barra de herramientas GND, opción 0/SOURCE.
De esta forma queda completado el dibujo del circuito que se pretende simular, como se
muestra en la Figura 14.
Figura 14
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Tipos de fuentes (Tabla1)
TIPO
SIMBOLO
PARAMETROS
VSIN.- VOFF= Valor de la tensión continua sobre
la que oscila la señal en [V].
VAMPL= Amplitud de la onda senoidal en [V]
FREQ= Frecuencia de la señal en [Hz]
Senoidal
Las mismas consideraciones anteriores pero para
una fuente de corriente.
Pulso
VPULSE.- V1= Tensión inicial en [V]
V2= Tensión final en [V]
TD= Tiempo de espera de comienzo de la onda
TR= Tiempo de subida de la onda en segundos.
TF= Tiempo de bajada de la tensión mayor a la
menor en segundos.
PW= Intervalo de tiempo de un periodo para el que
la onda toma el valor final V2 en segundos.
PER= Periodo de la onda en segundos.
IPULSE.- I1= Intensidad inicial en [A].
I2= Intensidad final en [A].
TD= Tiempo de espera de comienzo de la onda
TR= Tiempo de subida de la onda en segundos.
TF= Tiempo de bajada de la intensidad mayor a la
menor en segundos.
PW= Intervalo de tiempo de un periodo para el que
la onda toma el valor final I2 en segundos.
PER= Periodo de la onda en segundos.
VPWL.- A partir de distintos valores de tensión y
de tiempos se definen las señales que excitan a los
circuitos
Tramos
lineales
IPWL.- A partir de distintos valores de intensidad
y de tiempos se definen las señales que excitan a
los circuitos.
VDC.- Fuente de tensión constante continua
Continua
IDC.- Fuente de corriente constante continua
VSRC.- Misma función que una fuente de tensión
continua
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Tipos de Análisis
Una vez dibujado el circuito esquemático sobre la hoja de diseño, se debe definir el tipo de
análisis a realizar sobre el mismo, el cual dependerá del circuito que se desee simular y de los
datos que se quieran obtener.
El tipo de análisis se selecciona a partir de PSpice → Edit Simulation Profiles → Analysis
que abre una ventana, Figura 15.
Time Domain (Transient).- (Análisis en el dominio
temporal). Permite obtener la respuesta de un circuito en
función del tiempo, para un intervalo de tiempo
especificado.
DC Sweep.- (Barrido en corriente continua). Permite el
análisis en continua realizando un barrido de la variable
específica, que puede ser una fuente de tensión o
corriente, el parámetro de un modelo o la temperatura.
Figura 15
AC Sweep (Noise).- (Barrido en corriente alterna y análisis de ruido). El análisis en corriente
alterna es un análisis en frecuencia que calcula la respuesta en pequeña señal del circuito,
linealizado entorno al punto de polarización, en un rango de frecuencias especificado.
El análisis de ruido calcula las contribuciones de ruido de cada dispositivo.
Bias Point.- (Punto de polarización). Permite que el programa calcule el punto de
polarización del circuito, valores de corriente continua. Los valores de polarización de las
fuentes y de los dispositivos son enviados a un archivo de salida, de extensión .OUT.
La ventana Options, Figura 16, permite realizar las siguientes acciones:
General Settings.- Configuración general, usada en muchas
simulaciones.
Monte Carlo/Worst Case.- Permite la realización de un
análisis de tipo estadístico sobre las variaciones de los
valores de los componentes según su tolerancia. Analiza el
circuito para el peor caso.
Figura 16
Parametric Sweep.- (Análisis paramétrico). Es una opción
de interés para conocer como varía la respuesta de un
circuito en función de los valores que, en forma de
incrementos, toma algún parámetro de un dispositivo, o
valor de un componente, la temperatura, etc.
Temperature (Sweep).- Permite ajustar la temperatura de análisis del circuito. Por defecto la
temperatura es de 27 ºC.
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Save Bias Point.- Permite guardar en un archivo el cálculo del punto de polarización en
posteriores simulaciones.
Load Bias Point.- Permite cargar el archivo de cálculo del punto de polarización en
posteriores simulaciones.
Ejemplo 1: Simular un divisor resistivo formado por una fuente continua de 12 V, R1 = 8 KΩ
y R2 = 4 KΩ. Calcular la corriente y tensión en los resistores.
Como primer paso creamos un nuevo proyecto llamado divisor y dibujamos el circuito. Al
colocar el valor de los componentes si es necesario debemos tener en cuenta la siguiente tabla:
SIMBOLO ESCALA NOMBRE
1E-15
femto
f
1E-12
pico
p
1E-9
nano
n
1E-6
micro
u
1E-3
mili
m
1E+3
kilo
k
1E+6
mega
MEG
1E+9
giga
G
1E+12
tera
T
Al dibujar el circuito se cambian los valores por defecto de cada componente haciendo doble
clic sobre cada parámetro. Se abre la ventana Display Properties donde se selecciona la
opción deseada.
Seleccionando las opciones V, I en la barra de
herramientas situada en la parte superior de la
pantalla se mostrarán los valores resultados de la
simulación sobre los componentes.
New Simulation Profile
Para realizar la simulación debe seleccionarse New Simulation Profile, icono en la segunda
fila izquierda en la parte superior de la pantalla. Se abre una ventana que permite asignar un
nombre a la nueva simulación. Al presionar Create se abre una nueva ventana y se habilitan
los iconos para la simulación.
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El camino Simulation Setting → Analysis → Bias Point permite definir el tipo de análisis
elegido. De este modo el circuito está listo para realizar la simulación, que comenzará al hacer
click sobre el icono Run PSpice (punta de flecha azul).
Simulation Setting
Run PSpice
Cerrando la ventana desplegada y volviendo
al dibujo del circuito aparecerán sobre los
componentes los resultados de la
simulación.
La opción PSpice → View Output File permite visualizar en forma de archivo de texto la
descripción del circuito y los resultados de la simulación.
Ejemplo 2: Respuesta transitoria en un circuito RC. Se analizará el siguiente circuito:
t=0
R
vc
V
C
V = 20 V
R = 10 kΩ
C = 10 µF.
Una forma de simular en PSpice el cierre de la llave y la aplicación de la fuente V es hacer un
equivalente del conjunto fuente V y llave como si fuera un pulso de tensión cuyo período es
mayor o igual a 5τ, tiempo que se considera suficiente como para la finalización del
transitorio. Una fuente de pulso se obtiene de Place Part →Libraries: SOURCE→
VPULSE. Para el caso del circuito propuesto τ = R C = 100 ms, por lo que resulta el circuito
siguiente:
R1
v entrada
V1 = 0
V1
v salida
10k
V2 = 20V
TD = 0
TR = 1u
TF = 1u
PW = 500m
PER = 1s
C1
10u
0
Se ha considerado un ancho de pulso
de 500 ms y un periodo total de
1000ms = 1 s. Con la opción Net Alias
se nominaron vsalida (tensión sobre el
capacitor) y ventrada (tensión de
entrada).
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El tipo de análisis que se debe realizar es de tipo Time Domain (transient). El tiempo de
ejecución Run to time se toma igual a 5τ = 500 ms. De esta forma queda listo el circuito para
iniciar la simulación con Run PSpice. El resultado de la simulación se muestra en forma de
pantalla donde aparecen trazados un par ejes. El eje x es el tiempo Time. Esta pantalla
corresponde al graficador PROBE. Es una parte importante del programa ya que nos permite
ver en forma de gráficos temporales o en función de cualquier variable del circuito, las
corrientes y tensiones resultantes de la simulación, y además, realizar operaciones sobre ellas:
suma, resta, multiplicación, logaritmo, etc. La ventana que se presenta al ejecutar PROBE es
la mostrada en la Figura 16.
Figura 16
PROBE es un programa analizador de gráficos que permite visualizar los resultados de la
simulación como si se tratara de la pantalla de un osciloscopio. Presenta varias posibilidades
de tratamiento de las ondas obtenidas tales como medición, ampliación (zoom) de zonas
determinadas, variación de las escalas de los ejes, colocación de títulos o leyendas, impresión
de los resultados.
Los datos para ejecutar PROBE se encuentran almacenados en archivos creados durante la
simulación PSpice y que contienen los datos de la simulación.
Para obtener la gráfica de la
tensión sobre el capacitor
se sigue la secuencia:
Trace → Add Trace que
abre una ventana con
opciones de las tensiones y
corrientes en el circuito,
sobre el lado izquierdo, y
operaciones
sobre
las
variables de simulación, en
el lado derecho.
Al seleccionar V(ventrada)
V(salida) aparecerán las
gráficas de las tensiones de
entrada y del capacitor.
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