Download Boletín 2 Dpto. Electrónica y Electromagnetismo 1/4 1. La siguiente

SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
Boletín 2
1. La siguiente figura muestra cómo obtener las características intensidad-tensión de los distintos tipos de diodos contemplados dentro de las librerías de MicroSim.
diodo con
modelo propio
.model
mio
+ is=1e-15 n=1
+ vj=0.5
bv=4.5
DIODO
ZENER
d
rs=0.00001
ibv=100u
.model
IDEAL
+ is=1e-9 n=0.01
+ vj=0.001
m=0.5
d
rs=0.001
directa
ruptura
Equivalente para
el diodo Zener
(a) Escriba el modelo “mio” de arriba usando TextEdit o NotePad. Salve el fichero como texto sin
formato con el nombre “modelo_diodo.lib”. Este modelo será asignado al diodo “d” de la
libreríade MicroSim de la siguiente forma:
1. Añadiendo el path del fichero *.lib: Analysis -> Library and Include Files -> Browse -> Add
Library (sin *)
2. Seleccionando el elemento “d”: Edit -> Model... -> Change Model Reference... -> mio
(b) Realice un análisis en DC barriendo el valor de la fuente V D entre -8V y 8V, en pasos de
10mV. Represente las intensidades a través de cada una de las ramas indicadas (diodos y
ramas del equivalente al diodo Zener). Limite la escala del eje Y entre -20A y 80A.
¿Qué observaciones puede hacer sobre las características?
Compruebe cómo los diodos reales D1N914, D1N4148 y D1N4002 no presentan tensión de
ruptura. Sin embargo, el D1N750 (Zener) sí.
Observe las diferencias entre las características de los distintos diodos.
Observe la diferencia de pendientes en zona de conducción entre los distintos diodos.
Observe cómo las ramas equivalentes del diodo Zener emulan su comportamiento en directa
y ruptura.
¿Qué conclusiones podría sacar de todo esto?
(c) Por último, vaya al fichero de texto *.out que el simulador proporciona como salida y localice
los parámetros de los modelos de los diodos.
Intensidad de saturación (A)
Coeficiente de emisión
Tensión de ruptura (V)
Resistencia en serie (Ω)
Tiempo de tránsito (s)
Capacidad de unión (F)
Potencial de la unión (V)
Coeficiente de gradualidad
Dpto. Electrónica y Electromagnetismo
IS
N
ISR
IKF
BV
IBV
NBV
IBVL
NBVL
RS
TT
CJO
VJ
M
TBV1
Dbreak
1.0E-15
4.5
100.0E-6
10.0E-6
0.5
D1N4002
14.1E-09
1.98
100.00E-12
94.81
100.1
10
D1N4148
2.7E-09
1.84
1.57E-09
0.04417
100
100.0E-6
0.034
4.76E-6
51.2E-12
0.39
0.28
0.57
11.54E-9
4.0E-12
0.5
0.33
D1N750
880.5E-18
D1N914
168.1E-21
1.86E-09
100.0E-12
4.7
0.02
1.70
1.96E-3
14.98
0.25
11.54E-9
175.0E-12
0.75
0.55
-21.3E-6
100
100.0E-6
0.1
4.0E-12
0.75
0.33
1/4
SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
Boletín 2
2. El circuito de la figura, que utiliza diodos y fuentes de tensión, es un limitador de tensión. Se
pretende limitar la señal de entrada, v in = 5 sin ( 2π ⋅ 1kHz ⋅ t ) , entre -4V ( V l ) y 3V ( V h ).
BUBBLE
(a) Suponiendo un modelo ideal para los diodos (OFF = abierto, ON = corto), compruebe si la
operación sería la deseada.
(b) Construya el circuito y realice a la vez un análisis en DC y un análisis transitorio. Observe la
característica entrada-salida del circuito (DC) y las señales en el tiempo (TRAN).
¿Qué desviaciones observa respecto al comportamiento deseado? ¿Por qué?
(c) Ajuste los valores de las fuentes de tensión para que se limite de forma más exacta la señal
de salida entre -4V y 3V. Para ello, realice simulaciones en DC incluyendo el barrido paramétrico del valor de V l primero y de V h después.
3. Los circuitos A y B de la figura son rectificadores de media onda positiva.
CIRCUITO B
CIRCUITO A
(a) Suponiendo un modelo ideal para el diodo (OFF = abierto, ON = corto), compruebe mediante
un análisis a mano que:
 v in
v out = 
0
v in ≥ 0
v in < 0
(b) Verifique lo anterior mediante simulación eléctrica. Para ello, simule ambos a la vez realizando un análisis transitorio con la siguiente entrada: v in = 5 sin ( 2π ⋅ 1kHz ⋅ t ) .
Visualice las señales de entrada y salida, tanto en función del tiempo [ v in ( t ) , v out ( t ) ], como
en modo XY [característica entrada-salida, v out frente a v in ]. Para hacer lo último, solo tiene
que cambiar la variable independiente del análisis transitorio “Time” a la tensión de entrada
(obviamente, también podría hacer un barrido en DC del valor de la tensión de entrada).
¿Qué discrepancias encuentra entre las formas de ondas obtenidas por simulación y su
estudio ideal? ¿Por qué?
Dpto. Electrónica y Electromagnetismo
2/4
SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
Boletín 2
(c) Basándose en los resultados anteriores, sugiera los circuitos alternativos para obtener la
parte negativa de la sinusoide, que serían por tanto rectificadores de media onda negativa.
Simúlelos en las mismas condiciones que en el apartado anterior.
(d) Considere ahora el siguiente circuito:
¿Qué funcionalidad tendría? Simúlelo.
SONDA
DIFERENCIAL
(Markers)
4. Un convertidor AC/DC puede construirse de forma sencilla añadiendo un condensador con
capacidad alta en paralelo con la resistencia del circuito A del ejercicio anterior:
(a) Analice el efecto del condensador, realizando un análisis transitorio con la misma excitación
del ejercicio anterior [ v in = 5 sin ( 2π ⋅ 1kHz ⋅ t ) ]. Realice a la vez un análisis paramétrico para
barrer la capacidad entre 10nF y 10uF (usando los valores 10nF, 50nF, 0.1uF, 0.5uF, 1uF, 5uF,
10uF). Para ello, use el bloque “PARAM” y el análisis “Parametric” con la opción “Value List”.
¿Cómo explica los distintos resultados?
(b) ¿Qué valor de capacidad tendría que usar para asegurar una tensión de rizado V r < 100mV ?
(Tensión de rizado: diferencia entre el valor máximo y mínimo de la tensión cuasi-continua).
(c) Habilite la opción Trace -> Fourier dentro de PROBE y observe los espectros de la señal de
entrada y la de salida.
¿Qué conclusiones puede sacar a la vista de los espectros?
Nota: Recuerde que para obtener una buena representación del espectro de una señal a partir de un análisis transitorio debe asegurarse de que éste contenga exactamente un número
entero de periodos de la señal periódica.
Dpto. Electrónica y Electromagnetismo
3/4
SIMULACIÓN DE CIRCUITOS ELECTRÓNICOS
Boletín 2
5. Usando como base el convertidor AC/DC del ejercicio anterior, también se puede construir un
doblador de tensión. Considere el circuito de la siguiente figura:
(a) Suponiendo un modelo ideal del diodo, intente ver la funcionalidad del circuito si la entrada
fuera sinusoidal.
(b) Realice un análisis transitorio para una entrada de la forma v in = 5 sin ( 2π ⋅ 1kHz ⋅ t ) .
¿Qué desviaciones observa sobre el supuesto comportamiento ideal?
6. Considere los dos circuitos de la figura, ambos utilizando diodos D1N4148. Están excitados con
las señales V 1 , V 2 y V 3 , que son trenes de pulsos entre 0V y 5V con frecuencias de 1MHz,
0.5MHz y 0.25MHz, respectivamente.
CIRCUITO B
CIRCUITO A
V 1 → pulse(0V 5V 0s 0.1ns 0.1ns 0.5us 1us)
V 2 → pulse(0V 5V 0s 0.1ns 0.1ns 1us 2us)
V 3 → pulse(0V 5V 0s 0.1ns 0.1ns 2us 4us)
(a) Realice un análisis transitorio hasta unos 15us y visualice todas las señales (en gráficas
separadas).
¿Qué operación lógica realiza cada uno de los circuitos?
(b) Razone los resultados obtenidos suponiendo un modelo ideal para los diodos.
Dpto. Electrónica y Electromagnetismo
4/4