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  1. 1. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA (PET-EE) UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS (UFMG) APOSTILA DE PSPICE Realizado por: Thiago Faria Costa Orientador: Prof. Pedro Donoso Belo Horizonte, outubro de 2007
  2. 2. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)CONTEÚDO1 ‐ Objetivo.......................................................................................................................................... 42 ‐ Introdução...................................................................................................................................... 43 ‐ Usando o Schematics ..................................................................................................................... 4 3.1 – Menu File................................................................................................................ 5 3.2 – Menu Edit ............................................................................................................... 5 3.3 – Menu Draw ............................................................................................................. 6 3.4 – Menu View ............................................................................................................. 6 3.5 - Menu Analysis ........................................................................................................... 6 3.6 – Selecionando componentes e montando o circuito ................................................... 6 3.6.1 - Componentes mais utilizados nas simulações e seus atributos ........................... 8 3.6.2 - Descrição das principais fontes de alimentação.................................................. 8 3.6.3 - Trocando nomes dos componentes e seus atributos.......................................... 10 3.7 - Marcadores ............................................................................................................... 11 3.8 – Grandezas ................................................................................................................ 114 ‐ Simulando..................................................................................................................................... 125 ‐ Configuração da Análise:.............................................................................................................. 12 5.1 - Transient................................................................................................................... 13 5.2 – AC Sweep ................................................................................................................ 13 5.3 – DC Sweep ................................................................................................................ 14 5.4 – Bias Point Detail...................................................................................................... 14 5.5 – Temperature............................................................................................................. 146 – PSPICE AD .................................................................................................................................... 15 6.1 - Adicionando Curvas................................................................................................. 16 6.2 - Deletando Curvas ..................................................................................................... 16 6.3 – Fazendo operações matemáticas com formas de onda de tensão e/ou corrente ...... 16 6.4 – Medindo o valor da curva em determinado ponto................................................... 16 6.5 – Outras funções importantes do PSPICE AD ........................................................... 167 – Dicas para fazer relatórios........................................................................................................... 17 7.1 – Criando figura do circuito........................................................................................ 17 7.2 – Criando figura do gráfico ........................................................................................ 188 – Exemplos ..................................................................................................................................... 18 8.1 - Exemplo 1- Análise Transiente ................................................................................ 18 8.2 - Exemplo 2 – Usando transformadores ..................................................................... 21 8.3 - Exemplo 3 – Utilizando a AC Sweep ...................................................................... 22Bibliografia ........................................................................................................................................ 25 __________________________________________________________ 2 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  3. 3. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)__________________________________________________________ 3 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  4. 4. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)1 - Objetivo O objetivo da presente apostila é de capacitar o estudante de engenhariaelétrica e afins, para a realização de simulações de circuitos eletrônicos utilizando oprograma de simulação digital PSPICE. Este programa é muito utilizado pelos engenheiroseletricistas de forma a verificar de forma quase real o funcionamento dos circuitosprojetados. Desta forma, o aprendizado deste programa poderá auxiliar os estudantes deengenharia elétrica no aprendizado de algumas disciplinas básicas do curso. O PSPICE possui vários programas de utilidade para os engenheiros, como porexemplo, o Captures CIs o qual permite a implementação de circuitos eletrônicosanalógicos-digitais, layout plus e o layout plus smart os quais permitem a realização deprojetos de placas de circuito impresso, entre outros. Na presente apostila será apresentadade uma forma básica, porém suficiente, para que os estudantes possam dar inicio autilização eficiente do Pspice.2 - Introdução Tradicionalmente, a verificação do projeto dos circuitos eletrônicos foi através daconstrução de protótipos, sendo que estes circuitos estavam sujeitos a vários estímulos:sinais de entrada e ruídos, variação de temperatura e variação da tensão nas fontes dealimentação. As medidas das variáveis de saída eram realizadas por instrumentos digitaisou analógicos. A realização de protótipos consome tempo e dinheiro, por outro lado,conduzem a uma boa experiência na implementação do projeto. O programa PSPICE (Orcad) é um simulador digital de circuitos eletrônicos, queemula os comportamentos de um circuito real. Deste modo ele permite fazer todos os testesdo projeto, certificando que o projeto proposto está correto e possa ser implementado.3 - Usando o Schematics Depois de instalado, o PSPICE encontra-se no menu Iniciar Programas Orcad.Abra o programa Schematics, a tela é mostrada na Figura 1. __________________________________________________________ 4 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  5. 5. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) Figura 1 – Tela inicial do Schematics O schematic é o local onde será descrito o circuito a ser simulado. Isto é, umconjunto de componentes ativos e passivos (ex. fontes de alimentação, transistores,amplificadores operacionais, diodos, resistores, indutores, capacitores, etc.) interligados,(nós e malhas). Como primeiro passo para a correta utilização do programa, segue abaixouma breve descrição de algumas funções contidas no menu:3.1 – Menu File • New: Abre um schematics em branco, para realizar um novo projeto; • Open: Abre um schematic que contenha no arquivo; • Close: Fecha o schematic que está na tela; • Save as: Possibilita salvar o arquivo com outro nome.3.2 – Menu Edit • Undo(Ctrl+Z): Desfaz a ultima alteração (pode ser utilizado para desfazer mais de uma operação); • Redo(Ctrl+Y): Refaz a ultima alteração desfeita; • Cut(Ctrl+X): Corta o componente ou parte do circuito que for selecionado; • Copy(Ctrl+C): Copia o componente ou parte do circuito que for selecionado; __________________________________________________________ 5 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  6. 6. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) • Paste(Ctrl+V): Cola o componente ou parte do circuito que foi selecionado; • Atributes: Possibilita alterar os atributos do componente selecionado; • Symbol: Permite modificar o componente; • Rotate(Ctrl+R): Gira a parte selecionada em 90º; • Flip(Ctrl+F): Espelha a parte selecionada em torno de um eixo vertical, • Model: Quando selecionado um transistor, por exemplo, permite conhecer as características do modelo do mesmo. (Veja livro de Microeletrônica – Sedra ).3.3 – Menu Draw • Repeat: Seleciona o último componente utilizado; • Place Part(Ctrl+P): Abre a janela dos últimos componentes utilizados; • Wire(Ctrl+W): Fios para conexão entre componentes; • Bus(Ctrl+B): Cria um barramento; • Get New Part(Ctrl+G): Abre a janela para seleção de componentes.3.4 – Menu View • Fit(Ctrl+N): Enquadra o espaço utilizado dentro da tela visível; • In(Ctrl+I): Aproxima o schematic; • Out(Ctrl+O): Afasta o schematic; • Área(Ctrl+A): Enquadra a área selecionada dento da tela visível.3.5 - Menu Analysis • Setup: Seleciona qual o tipo de simulação desejado; • Simulate(F11): Salva o arquivo e executa a simulação; • Probe Setup: Configurações do probe* (janela de exibição das formas de ondas); • Examine Netlist: Mostra o arquivo gerado contendo o código fonte do schematic; • Examine Output: Mostra o arquivo contendo os dados do circuito. Além dos resultados de analise pela FFT, quando solicitada.* Probe é o programa para visualização das formas de onda resultantes da simulação.3.6 – Selecionando componentes e montando o circuito Para selecionar algum componente temos três maneiras: apertando CTRL+G, indoao menu Draw Get New Part ou clicando no ícone , feito isto abrirá a janela mostradana Figura 2. __________________________________________________________ 6 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  7. 7. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) Figura 2 – Procurando e Adicionando Componente Para procurar um componente, basta digitar o nome do componente no campo partname ou procurá-lo diretamente na lista, clicando em cada elemento da lista. É possívelobservar nesta janela, o símbolo e uma breve descrição do componente. Para procurar o amplificador 741, por exemplo, podemos digitar *741, assim todosos componentes que tiverem 741 em seu nome serão mostrados na lista de componentes,você pode observar que o nome full list que estava no canto inferior esquerdo agora mudoupara partial list - *741, isto significa que apenas os componentes com 741 no nome estãonesta lista. Para recuperar a lista completa (full list) basta digitar *. Caso você precise de algum tipo de componente, mas não sabe qual seu part name,basta digitar a classe do componente no campo description search. Por exemplo, se estiverprocurando um diodo, mas não sabe qual poderá usar, digite diode (diodo em inglês) nocampo description search e todos os componentes que tenham diode no seu nome oudescrição apareceram na lista. Caso queira a lista completa novamente digite * pararecuperar todos os componentes da lista. Depois de selecionar o componente clique no botão place e em seguida no localescolhido na tela do schematic para afixá-lo, você pode colocar quantos componentesquiser e em qualquer lugar quiser. Além disso, pode usar Ctrl+R(rotação) ouCtrl+F(espelhamento vertical) para melhorar a aparência do circuito. Com todos os componentes escolhidos na tela agora temos que conectá-los, paraisso usam-se fios (wires), basta apertar Ctrl+W ou ir a Draw Wire ou clicar no ícone .Se desejar excluir algum componente ou fio, primeiro selecione-o e em seguida aperte atecla Delete do seu teclado. __________________________________________________________ 7 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  8. 8. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) É necessário que todos os circuitos tenham um terra, este que pode ser obtido porqualquer um destes componentes: • GND_ANALOG; • GND_EARTH ; • EGND.3.6.1 - Componentes mais utilizados nas simulações e seus atributosNome: RDescrição: ResistorAtributos: • Value: Valor da resistência • Tolerance: Tolerância em %Nome: CDescrição: CapacitorAtributos: • Value: Valor da capacitância • IC: Condição inicial (tensão inicial) • Tolerance: Tolerância em %Nome: LDescrição: IndutorAtributos: • Value: Valor da indutância • IC: Condição inicial (corrente inicial) • Tolerance: Tolerância em %OBS: Os componentes que possuem o sufixo break significam que são ideais, porexemplo: • Dbreak (diodo ideal, sem queda de tensão); • Rbreak (resistor ideal); • Cbreak (capacitor ideal).3.6.2 - Descrição das principais fontes de alimentaçãoFontes independentesNome: VDCDescrição: Tensão de corrente contínuaAtributos: • DC: Tensão dc fornecida __________________________________________________________ 8 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  9. 9. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)Nome: VSINDescrição: Fonte de tensão senoidalAtributos: • DC: Tensão contínua • AC: Tensão alternada • VOFF: Tensão alternada • VAMP: Amplitude da senoide (valor de pico) • FREQ: Freqüência da senoide • TD: Tempo de atraso • DF: Fator de amortecimento • PHASE: Ângulo inicial da faseNome: VPULSEDescrição: Fonte de pulso de tensãoAtributos: • DC: Tensão contínua • AC: Tensão alternada • V1: Tensão mínima do pulso • V2: Tensão máxima do pulso • TD: Tempo de atraso • TR: Tempo de subida • TF: Tempo de descida • PW: Largura do pulso ativo • PER: Tempo total do pulsoNome: VPWLDescrição: Fonte de tensão linearizada por partesAtributos: • DC: Tensão contínua • AC: Tensão alternada • Vn: Tensão do n-ésimo ponto • Tn: Tempo do n-ésimo pontoNome: VEXPDescrição: Fonte de tensão exponencialAtributos: • DC: Tensão contínua • AC: Tensão alternada • V1: Tensão mínima do pulso • V2: Tensão máxima do pulso • TD1: Tempo de atraso da primeira exponencial __________________________________________________________ 9 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  10. 10. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) • TD2: Tempo de atraso da segunda exponencial • TC1: Constante de tempo de subida(descida) da primeira exponencial • TC2: Constante de tempo de subida(descida) da segunda exponencialNome: VACDescrição: Tensão de corrente alternadaAtributos: AC: Tensão ac usada na simulação de resposta emfreqüência (AC Sweep). Todas as fontes de tensões detalhadas acima têm seu corresponde em fonte decorrente. Os atributos são iguais, com exceção que, onde é V (tensão) passa a ser I(corrente).Fontes dependentesNome: EDescrição: Fonte de tensão controlada por tensãoAtributos: E é utilizada em modelo de amplificador de tensão.Nome: GDescrição: Fonte de corrente controlada por tensãoAtributos: G é utilizada em modelo de amplificador detranscondutância.Nome: HDescrição: Fonte de tensão controlada por correnteAtributos: H é utilizada em modelo de amplificador detransresistência.Nome: FDescrição: Fonte de corrente controlada por correnteAtributos: F é utilizada em modelo de amplificador de corrente3.6.3 - Trocando nomes dos componentes e seus atributos Provavelmente você não quer os nomes dos componentes que o PSPICE colocaautomaticamente, para alterar basta dar dois cliques com o botão esquerdo do mouse sobreo nome do componente, na janela que se abrirá altere o valor do campo package referencedesignator. Para alterar os atributos do componente basta dar dois cliques com o botãoesquerdo sobre o próprio componente, a figura 3 mostra a tela que se abrirá. Agora é sóalterar o valor do atributo que você deseja e clicar em save attr. É recomendado que vocêdesabilite as opções include non-changeable attributes e include system definied attributes. __________________________________________________________ 10 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  11. 11. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) Figura 3 – Alterando o valor dos atributos3.7 - Marcadores Para medir a corrente ou a tensão em determinado ponto do circuito, usam-se osmarcadores disponíveis no PSPICE, com estes marcadores podemos medir estas grandezasem termos de amplitude, decibéis, medir suas fases, etc.Abaixo listamos os principais itens do menu Markers: • Voltage/Level: Mede a tensão no ponto em relação ao Terra (ground); • Voltage Differential: Mede a tensão entre dois pontos quaisquer; • Current into Pin: Mede a corrente que circula em dado componente; • Advanced: Possui marcadores para corrente e tensão em decibéis, medir a fase, apenas a parte imaginária ou a real entre outros. Quando se escolhe algum marcador avançado aparece uma breve descrição do que este marcador faz. Em vês de usar o menu Markers, podemos acessar de forma direta os marcadores deteste de tensão e/ou de corrente .3.8 – Grandezas O PSPICE utiliza algumas as seguintes abreviações para as ordens de grandezas: Símbolo Nome Valor p pico 10-12 n nano 10-9 u micro 10-6 m mili 10-3 k kilo 10+3 Meg Mega 10+6 G Giga 10+9Exemplo:C = 10m (significa 10*10-3 F ou 10.000μF)R = 7Meg (significa 7*10+6 Ω) __________________________________________________________ 11 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  12. 12. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)Observação: Algumas versões do PSPICE utilizam a letra M (maiúsculo) como mili eoutras como mega, por isso para evitar valores indesejados utilize a letra m (minúsculo)para mili e Meg para mega.Para valores 1,5kΩ = 1500Ω, não utilize vírgula e sim ponto, 1.5kΩ.4 - Simulando Antes de realizar alguma simulação, deverão ser realizados alguns procedimentos: Confira se seu circuito tem um terra (EGND por exemplo); Certifique que todos os componentes estão com seus terminais conectados e com os valores desejados; Veja se não há nenhum fio “curto-circuitando” algum componente; Salve o arquivo (Ctrl+S). Agora configure o tipo de simulação (análise) desejado com os devidos tempos e/oufreqüências se necessário.5 - Configuração da Análise: Vá a Analysis Setup ou clique em , abrirá a janela mostrada na Figura 4. Nelaestá contida opções de simulação que o PSPICE fornece: • Transient: Simulação em um dado intervalo de tempo; • AC Sweep: Executa uma varredura de freqüência numa fonte AC; • DC Sweep: Executa uma varredura de freqüência numa fonte DC; • Bias Point Detail: Mostra as tensões e correntes de polarização; • Temperature: Executa simulações com diferentes temperaturas. Apenas as análises citadas acima serão tratadas aqui, devida a sua maiorimportância que as demais. Para escolher alguma análise basta marcar a caixa de seleção edepois clicar no botão correspondente para configurar os valores da simulação. O PSPICEpermite que mais de um tipo de análise seja realizada simultaneamente. Figura 4 – Configuração dos tipos de análises __________________________________________________________ 12 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  13. 13. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)5.1 - Transient A análise transiente é realizada ao longo do tempo e é provavelmente a análise maisutilizada no PSPICE. Clique no botão transient para abrir a tela indicada pela Figura 5. Descrição dos campos: • Print Step: define em quanto tempo será impresso um ponto calculado da curva; • Final Time: define o tempo máximo que o circuito será simulado; • No-Print Delay: espera determinado tempo antes de começar a imprimir, porém neste tempo o PSPICE calcula os valores sem imprimi-los no gráfico. • Step-Ceiling: o PSPICE tem um passo de calculo aleatório, este campo define qual o passo de calculo que o programa deve seguir. Isto permite dar mais precisão as curvas, principalmente aquelas que tiverem variações em relação ao tempo alta. • Fourier Analysis: realiza uma analise em freqüência em determinada variável de saída (Output Vars.), com freqüência fundamental (Center Frequency) e número de harmônicos (Number of Harmonics). Se o campo Number of Harmonics estiver em branco, PSPICE considera como padrão nove harmônicos. Para visualizar a análise vá em Analysis Examine OutPut, procure por Fourier Analysis no arquivo, você terá o número da harmônica analisada, amplitude e fase.. Figura 5 – Análise Transiente5.2 – AC Sweep AC Sweep faz uma varredura de freqüência analisando tensões ou correntesalternadas, permitindo plotar o gráfico de amplitude versus freqüência. É necessário que ocircuito tenha alguma fonte de tensão ou corrente com seus atributos na opção AC, amaioria das fontes citadas, na seção 3.6.2, possuem esse atributo. Se o valor AC de umafonte estiver em branco é como se não houvesse nenhuma fonte AC no circuito. __________________________________________________________ 13 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  14. 14. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) Na tela de tipos de análise (Figura 4) selecione AC Sweep e em seguida clique nobotão correspondente para editar os valores contidos na Figura 6. Figura 6 – Análise de varredura tensão alternada (AC Sweep) Descrição dos campos: • AC Sweep Type: seleciona a escala do eixo de freqüência que será executada; • Pts/Linear,Pts/Octave,Pts/Decade: Dependendo do valor do campo AC Sweep Type será mostrado uma das três opções para este campo, aqui se define quantos pontos se desejam pelo intervalo correspondente. No nosso caso é quantos pontos serão plotados por décadas de freqüências; • Start Freq: Freqüência inicial da simulação; • End Freq: Freqüência final da simulação.5.3 – DC Sweep DC Sweep permite fazer diversas varreduras para analisar o circuito em váriascondições. Estas varreduras são relacionadas a fontes de tensão e corrente, variações natemperatura ou a algum parâmetro do circuito. Suas configurações são parecidas com asimulação AC Sweep.5.4 – Bias Point Detail Depois de realizada a simulação é possível verificar as tensões e/ou correntes depolarização em cada nó ou componente, para isso basta clicar nos botões e/ou ,respectivamente, que ficam no canto superior do próprio schematic.5.5 – Temperature A maioria dos componentes elétricos sofre algumas alterações no seu modo decondução quando submetidos a variações consideráveis de temperatura, isso ocorre __________________________________________________________ 14 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  15. 15. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)principalmente nos componentes semicondutores. Para realizar simulações com váriastemperaturas diferentes basta apenas colocar a temperatura (em ºC) separada por espaço(não utilize vírgula). Depois de realizada a simulação abrirá uma janela, no PSPICE AD,para escolher as simulações nas temperaturas desejadas. Observe que a simulaçãoTemperature deve ser usada em conjunto com outra, como por exemplo, a análisetransiente. Depois de escolhido o tipo de análise e configurado os valores, clique em simulateou aperte F11 ou no ícone na parte superior do schematic. O PSPICE verificará seexiste algum erro, caso existir ele lhe informará para que você corrija. Se as informaçõessobre o erro não forem suficientes você pode obter mais detalhes acessando o arquivo desaída que o PSPICE gera através do menu Analisys Examine Output. Caso não exista erro, abrirá o programa PSPICE AD com todas as formas de ondaque você adicionou através dos marcadores.6 – PSPICE AD Depois de simular o programa PSPICE AD, mostrado na Figura 7, se abrirá e nele épossível ver as formas de ondas solicitadas na simulação. Figura 7 – PSPICE AD __________________________________________________________ 15 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  16. 16. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)6.1 - Adicionando Curvas As curvas podem ser adicionadas diretamente no schematic com os marcadores edepois apertando a tecla F12 ou pelo PSPICE AD no menu Trace Add Trace. Na janelaque se abrirá é possível observar duas listas, na lista da direita, estão as curvas que vocêpode adicionar, para isso basta clicar em qualquer elemento da lista simulation outputvariables. O nome do elemento que você clicou aparecerá em trace expression na parteinferior da tela. Se for esta curva que você deseja adicionar clique em OK, caso contrárioapague o que estiver escrito em trace expression e procure por outro elemento da listaesquerda. Observe que todos os elementos da lista simulation output variables começamcom V, I ou W estes prefixos representam tensão, corrente e potência, respectivamente. E ovalor entre parênteses representa nome_do_componente: terminal.6.2 - Deletando Curvas Basta clicar com o botão esquerdo do mouse sobre a legenda da curva e em seguidaapertar a tecla delete. Se quiser apagar todas as curvas vá ao menu Trace Delete alltraces.6.3 – Fazendo operações matemáticas com formas de onda de tensão e/ou corrente Às vezes é necessário fazer algumas operações matemáticas com as curvas, comopor exemplo, valor eficaz, valor médio, produto de tensão por corrente para determinarpotência, entre outros. Isto pode ser feito clicando duas vezes na legenda da curva ouselecionado alguma curva e acessando o menu Trace Add Trace. A janela que se abrirá éa mesma para adicionar uma curva, porém usaremos os elementos da lista direita para fazeras operações. Acessando o menu help você poderá ver uma descrição de todas as operaçõescontidas nesta lista.6.4 – Medindo o valor da curva em determinado ponto Para medir o valor da curva em determinado ponto basta clicar no ícone ouacessar o menu Trace Cursor Display. Apareceram dois cursores que deslizam sobre acurva. Cada cursor é selecionado com um botão do mouse (esquerdo e direito), se oscursores estão em pontos diferentes é mostrado o valor em cada ponto e a diferença entreestes pontos. Se clicar com o botão esquerdo você selecionará o cursor 1, se for com obotão direito selecionará o cursor 2. Caso queira medir outras curvas basta clicar com omouse no símbolo de legenda (quadrado, losango, triângulo, etc) da curva desejada.6.5 – Outras funções importantes do PSPICE AD __________________________________________________________ 16 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  17. 17. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) Para melhorar o entendimento do gráfico podem-se adicionar rótulos (labels) ascurvas, isto ajuda quando é grande o número de curvas dentro de um mesmo gráfico. Se desejar copiar o gráfico para colar no Word ou outro editor de texto, vá ao menuWindows Copy to Clipboard, abrirá uma janela com opções para copiar o gráfico: • Use screen colors: mantém todas as cores do gráfico; • Change White to Black: muda a cor de fundo para branco; • Change all Colors to Black: transforma o gráfico em preto com fundo branco.7 – Dicas para fazer relatórios Em disciplinas de eletrônica e circuitos elétricos, muitas vezes temos que fazerrelatório das atividades e projetos por nos propostos. Para isto o PSPICE tem algumasopções que é bem útil para confeccionar um relatório mais apresentável e com caráter maisprofissional.7.1 – Criando figura do circuito Primeiro vamos ensinar como tirar o grid (aqueles pontos do fundo do schematic),para isto basta ir ao menu Options Display Options..., na janela que se abrirá desmarque ocampo Grid On, se desejar recolocar o grid é só habilitar este campo novamente. Outra tática que deixa seu circuito mais apresentável é retirar o nome doscomponentes, por exemplo, quando colocamos o diodo 1N4148, algumas vezes nãoprecisamos saber qual é o nome do diodo, somente que é um diodo. Para retirar o nome docomponente vá ao menu Options Display Preferences..., na janela que se abrirá selecionepart name na lista da esquerda e em seguida desmarque a opção display. Agora você podenotar que não há mais os nomes dos componentes, exatamente igual à figura 8. Figura 8 – Diferença dos circuitos com e sem nomes O próximo passo é transformar nosso circuito em uma figura para ser colada em umeditor de texto. Para isto basta selecionar a parte do circuito que deseja copiar e ir ao menuEdit Copy to Clipboard, clipboard é uma área de transferência onde fica armazenadotexto ou figura para fazer transferência de informação entre programas diferentes. Agoracom seu circuito na área de transferência (clipboard) podemos colar nossa figuradiretamente no editor de texto. Perceba que deste modo, a figura aparecerá com uma bordapreta, caso não deseje a borda, cole a figura no Paint e edite a borda. Além disso, colandoprimeiro no Paint e em seguida no editor de texto, a figura tem uma qualidade melhor. __________________________________________________________ 17 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  18. 18. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)7.2 – Criando figura do gráfico Para que o gráfico não fique com o fundo preto é muito simples. Vá ao menuWindow Copy to Clipboard, na janela que se abrirá a opção Use Screen Colors deixa aescala tênue e é aconselhável utilizar quando a forma de onda coincidir com alguma linhada escala, já a opção Change White to Black é aconselhável quando desejar enfatizar aescala em relação à forma de onda. Agora é só colar a sua figura no editor de texto. Umamaneira para se obter uma figura de boa qualidade é primeiramente colar a figura noprograma Paint e em seguida ao documento que deseje. Procedendo do modo acima criaremos uma figura colorida, porém a maioria dasvezes que imprimirmos o relatório será em preto e branco. Assim quando seu gráfico tivermais de uma forma de onda, clique em para colocar nomes em cada forma de onda.Além disso, clique com o botão do lado direito em cima de uma forma de onda e depoisclique em Properties..., na janela que se abrirá no campo width (largura) altere para umalinha mais grossa e no campo Pattern (molde) selecione moldes diferentes para cada formade onda, assim fica fácil distinguir uma da outra. Vá em Window->Copy to Clipboard eselecione o campo Change All Color to Black. Pronto, agora temos uma figura em preto ebranco para colar no nosso relatório.8 – Exemplos A melhor maneira de aprender a usar o PSPICE é usando bastante e vendo algunsexemplos prontos. Por isso abordaremos alguns exemplos para ensinar como se usam asferramentas do PSPICE e ensinar também alguns macetes que devem ser utilizados paraque a simulação ocorra.8.1 - Exemplo 1- Análise Transiente Vamos usar o circuito RC (Figura 9) para mostrar a análise em transiente. Parasabermos quanto tempo precisamos usar na simulação temos que saber a constante detempo (T) do circuito RC: (R=1kΩ e C=1μF) T = RC = 103*10-6 = 1ms Aplicando um pulso no circuito, temos que o capacitor carrega exponencialmente, eo tempo para o carregamento total é cerca de cinco constantes de tempo, o mesmo acontecepara o descarregamento do capacitor, logo precisamos de uma fonte que tenha um pulsoefetivo de pelo menos 5ms e um período total de pelo menos 10ms. Para gerar um pulsopodemos usar a fonte VPULSE com tempos de subida (TR) e tempo de descida (TF) muitopequenos comparados ao pulso efetivo (PW). __________________________________________________________ 18 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  19. 19. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) Figura 9 – Circuito RC Monte um circuito RC (figura 9) utilizando os seguintes componentes: • R(Value=1K); • C(Value=1u); • V1 VPULSE(V1=-5, V2=5, TD=0, TR=TF=1n, PW=5m, PER=10m); • EGND (terra). Colocamos marcadores de tensão para medir a tensão no capacitor e na fonte, estesmarcadores funcionam como se tivéssemos colocado um voltímetro entre o terminal e oterra do circuito, também foi colocado um marcador de corrente, deve-se colocar estemarcador sempre em algum terminal de algum componente. Para sabermos qual a forma deonda de cada marcador colocamos ele coloridos, se não estipularmos uma dada cor paracada marcador o PSPICE seleciona uma automática. Aqui colocamos os marcadorescoloridos pois é nosso primeiro exemplo, entretanto, nos subseqüentes não precederemosdesta forma. Depois de montado e colocado os marcadores, salve o projeto. Agora vá emAnalysis Setup, marque a opção Transient e clique no seu respectivo botão, abrirá umanova janela, coloque 10us no campo Print Step e 20ms no campo Final Time. Isso significaque a simulação ocorrerá num tempo total de 20ms, sendo impresso um ponto no gráfico acada 10us, ou seja, este gráfico terá 2000 pontos no total ou 1000 pontos por período. Se ográfico demorar muito tempo para ser plotado, podemos aumentar o campo Print Step deforma a colocar 200 pontos por período. Se o gráfico estiver um pouco deformado, o campoStep ceiling é onde se define o intervalo de tempo de calculo de cada ponto, assim podemosobrigar o PSPICE a calcular um ponto exatamente no intervalo de tempo definido pelo Stepceiling, tornando a curva mais precisa. O PSPICE define seu próprio Step ceiling de acordocom o tempo do Print Step, portanto de colocarmos o passo de calculo muito baixo é quasea mesma coisa de colocarmos o passo de impressão muito baixo e assim o PSPICEcontinuará demorando a plotar o gráfico. Para ver os resultados vá ao menu Analysis Simulate ou aperte F11, aparecerá atela mostrada na figura 10. A figura 10 foi copiada através do clipboard com a opção usescreen colors e colada diretamente aqui, isso para que seja possível visualizar a tensão dafonte, pois esta se mistura as linhas da escala. __________________________________________________________ 19 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  20. 20. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) 5.0 0 -5.0 0s 2ms 4ms 6ms 8ms 10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20ms V(V1:+) V(C:1) I(R) TimeFigura 10 – Corrente no resistor (vermelho) e tensão na fonte (azul) e no capacitor (verde) Percebemos que a corrente está no zero, isto ocorre porque neste exemplo a correnteestá na casa dos miliamperés, logo podemos multiplicar a corrente para compará-la com asoutras formas de onda. Para isto dê dois cliques na legenda da corrente “I(R1)” na caixaque se abrirá no canto inferior em trace expression (expressão da curva) aparecerá I(R1),agora multiplique este valor por 1000 (valor do resistor). Agora se podem comparar ascurvas de tensão com a de corrente como mostrado na figura 11. 10 5 0 -5 -10 0s 2ms 4ms 6ms 8ms 10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20ms V(V1:+) V(C:1) 1000*I(R) Time Figura 11 – Corrente multiplicada por 1000 para compará-la com a tensão Às vezes essa tática deve ser utilizada para ver como o circuito se comporta. Aquipodemos observar que quando a tensão é positiva o capacitor se carrega e sua tensão tendea tensão da fonte, assim a diferença de tensão sobre o resistor diminui e conseqüentementea corrente no circuito decai até o zero (quando a tensão no capacitor é igual a fonte). Essaanálise só foi possível, pois podemos comparar a forma de onda da corrente com a datensão para ver o que está acontecendo no circuito. __________________________________________________________ 20 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  21. 21. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)8.2 - Exemplo 2 – Usando transformadores Neste exemplo ensinaremos como usar diodos e transformadores no PSPICE. Paraisto, vamos criar uma fonte regulada como o exemplo 3.11 do livro Microeletrônica doSedra (Figura 12). Figura 12 – Fonte Regulada de 5V, exemplo 3.11 do Sedra Neste exemplo vamos simular uma fonte que utiliza a tensão de uma tomadaresidencial (fonte senoidal de 127VRMS=180Vpico e com freqüência 60Hz), esta tensão temsua amplitude abaixada pelo transformador, é retificada (transforma o ciclo negativo empositivo) pelos diodos e o pico de tensão é armazenado no capacitor C1, o diodo zenerserve para regular a tensão de saída, ou seja, tornar a tensão de saída o mais constantepossível. A resistência Rp é a resistência do primário do transformador e a resistência Rps éa resistência entre o primário e o secundário do transformador. É obrigatório colocar estasresistências, pois sem estas o PSPICE dá um erro. Este macete deve ser usado toda vez quese utilizar algum transformador no circuito.Dicas:1 Lembre-se das teclas de atalho Ctrl+R (girar em 90º o componente), Ctrl+Z (desfazerúltima operação) e Ctrl+W (selecionar a ferramente fio para a conexão dos componentes)para ajudá-lo a montar o circuito.2 A relação de transformação de tensão é dada por , onde Lptotal é aindutância total no primário e Lstotal é a indutância total no secundário. Assim para nossoexemplo queremos transformar 180Vpico para 12Vpico em cada terminal do secundário.Então queremos uma tensão de pico total no secundário de 24V. Assim a relação de tensão(n=Vp/Vs) é 7,5. Logo temos:, se fizermos Lstotal=2mH, temos Lptotal=112,5mH. Para montar o circuito use os seguintes componentes: • V1 VSIN(Voff=0V, Vamp=180V, Freq=60Hz); __________________________________________________________ 21 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  22. 22. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) • TX1 XFRM_LIN/CT-SEC (Lpvalue=112.5mH, Ls1value=1mH, Ls2value=1mH); • C1 C (Value= 583uF); • Rp R (Value=0.5); • Rps R (Value=100Meg); • Rcarga R (Value=500); • R2 R (Value=160); • Diodo Zener 5,1V D04AZ5_1(observe que os dois últimos números significam qual é a tensão de operação do Zener). • 2 Diodos 1N4148. Como a freqüência é 60Hz sabemos que o período é 16,67ms, logo podemos colocarum tempo final de 50ms (aproximadamente três ciclos de onda), um passo de impressão de25us (2000 pontos para os três ciclos) e um passo de calculo de 50us. Deve estar claro queestes valores são estimados através de uma base de tempo como o período por exemplo.Feito todos os procedimentos execute a simulação aparecerá um gráfico com o eixo y entre–20 e 20. Para alterar os limites do eixo y, dê dois cliques com o botão direito do mouse nonúmero 20, na janela que se abrirá, selecione a opção User defined, agora altere para –13até 13 para poder visualizar melhor. A figura 13 mostra o gráfico obtido para nossoexemplo, copiamos o gráfico usando desta vez a opção Change White to Black, observe queaqui as linhas da escalas estão mais visíveis que na figura 11. 13V 10V 0V -10V -13V 0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40ms 45ms 50ms V(D1:1) V(C1:1) V(R2:2) Time Figura 13 – Tensão no secundário (verde), tensão de saída sem regulação (vermelha) e tensão de saída regula (azul)8.3 - Exemplo 3 – Utilizando a AC Sweep Para realizar a varredura AC (AC Sweep), ou seja, para um determinado parâmetrodo circuito, analisar como ele se comporta numa determinada faixa de freqüência, vamosusar o amplificador emissor comum (figura 14) parecido com o exemplo 4.18 do livro doSedra. __________________________________________________________ 22 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  23. 23. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG) Figura 14 – Amplificador Emissor Comum Informações sobre o funcionamento do circuito pode ser obtido através do livro deMicroeletrônica. Observe que no circuito há uma bolinha escrita +VCC ou –VCC, isto sãoos bubbles do PSPICE, isto significa que bubbles com mesmo nome estão no mesmopotencial e é muito utilizado para melhorar a aparência do circuito. Para montar o amplificador da figura 14 precisamos: • V1 Vac (AcMag=10mV); • V2 Vdc (DC=10V); • V3 Vdc (DC=-10V); • C1=C2=C3 C (Value=10F); • Rs=Rc=Re=Rcarga R (Value=10k); • Rb R (Value=100k); • Re1 R (Value=100k); • Q1 2N2222A/ZTX (transistor TBJ tipo NPN); • 2 bubble (LABEL=+VCC) e 2 bubble (LABEL=-VCC). Os marcadores utilizados aqui são usados para medir a tensão em dB e a fase datensão, para encontrá-los vá ao menu Markers Mark Advanced..., na janela que se abriráprocure por Vdb e clique em OK, em seguida volte ao menu e agora clique em vphase.Coloque os marcadores no terminal superior da resistência Rcarga. Agora vamos configurar os parâmetros para a análise AC Sweep, vá ao menuAnalysis Setup..., deixe apenas a caixa relativa a simulação AC Sweep marcada e cliqueno botão correspondente. Na janela que se abrirá marque a opção Decade, repare que ondeestava Total Pts mudou para Pts/Decade, deixe o valor padrão (101), em Start Freq __________________________________________________________ 23 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  24. 24. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)coloque 1k e em End Freq coloque 1Meg. Aperte Ok e na tela Analysis Setup clique emClose, aperte F11 para simular. Repare como está a legenda do probe, dependendo do jeito que você colocou oresistor Rcarga aparecerá Vp(Rcarga:1) ou Vp(Rcarga:2), é importante saber qual é oterminal de Rcarga não está aterrado, pois nós vamos separar as duas curvas em gráficosdistintos. Para adicionar um novo local para inserir suas curvas, vá ao menu Plot Add Plotto Window observe que um novo ambiente gráfico se abriu e no seu lado esquerdo estáescrito SEL>>, isto significa que este gráfico que está selecionado. Para adicionar umacurva ao gráfico vá ao menu Trace Add Trace..., em Trace Expression digiteVdb(Rcarga:1) ou Vdb(Rcarga:2), isto depende de qual terminal não está aterrado. Agoraapague a curva Vdb que está junto com a curva Vp, para isto clique no nome que está nalegenda e aperte a tecla Del. Para vermos melhor o comportamento das curvas com a freqüência, dê dois cliquesem qualquer número na escala vertical ou horizontal, na janela que se abrirá selecione aguia X Grid e desabilite a caixa Automatic, na caixa de seleção Log(# of decades) selecionea opção 0.1 e clique em Ok, veja que o resultado final é um diagrama de Bode (figura 15). Mas sempre que eu quiser fazer um diagrama de Bode tenho que fazer estatrabalheira toda??? A resposta é não, é claro que o PSPICE faz este trabalho todo sozinho.Para isto vá ao menu Trace Add Trace..., na caixa de seleção Functions or Macrosselecione a opção Plot Window Template, veja que a lista mudou e que há uma opção como nome Bode Plot dB – Separete(1), clique nesta opção e repare que o campo TraceExpression mudou, agora coloque dentro do parêntesis V(Rcarga:1) ou V(Rcarga:2) eaperte em Ok. Repare que existem outras funções prontas muito importantes, explore ofuncionamento delas através do Help do PSPICE. 0 -20 SEL>> -40 Vdb(Rcarga:1) 180d 90d 0d 1.0KHz 2.0KHz 3.0KHz 5.0KHz 8.0KHz 20KHz 30KHz 50KHz 70KHz 110KHz 200KHz 300KHz 500KHz 800KHz VP(Rcarga:1) Frequency Figura 15 – Diagrama de Bode da tensão de saída __________________________________________________________ 24 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee
  25. 25. PROGRAMA DE EDUCAÇÃO TUTORIAL – ENGENHARIA ELÉTRICA UFMG (PETEE-UFMG)Bibliografia1.- Roberts, Gordon W. and Sedra, Adel – SPICE, Oxford University Press, 1997.2.- Rashid, Muhammad H. - SPICE for Circuits and Electronics Using PSPICE (2ndEdition) (Paperback - Jan 15, 1995)3.- Sedra, Adel S. and Smith, Kenneth C - Microelectronic Circuits: includes CD-ROM,The Oxford Series in Electrical and Computer Engineering, 2003 __________________________________________________________ 25 PETEE-UFMG - www.cpdee.ufmg.br/~petee

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