Table Of ContentTEMA 1: EL SIMULADOR PSPICE
1. Introducción.
2. Arquitectura de operación del Pspice.
2.1. Ficheros y librerías de modelos.
3. Dibujando el circuito utilizando Schematics.
3.1. Situando componentes.
3.2. Conexiones.
3.3. Repetición de la última acción.
3.4. Movimiento de los símbolos.
3.5. Edición de los atributos de cada símbolo.
3.6. Componentes analógicos.
3.6.1. Componentes breakout.
3.6.2. Componentes pasivos principales.
3.6.3. Dispositivos semiconductores y subcircuitos.
3.6.4. Conmutador ideal.
3.7. Fuentes de excitación.
3.7.1. Fuentes independientes.
3.7.2. Atributos de las fuentes independientes.
3.7.3. Editor de estímulos.
3.7.4. Fuentes controladas.
3.7.5. Fuentes controladas de comportamiento
programable.
4. Tipos de análisis.
5. Variables de salida.
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Tema 1: El simulador PSpice
1. Introducción.
SPICE: Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis
Fue desarrollado en 1972 en la Universidad de Berkeley.
SPICE2: versión mejorada, desarrollada en 1975.
PSpice: Versión adaptada a PC’s con simulador - analógico
- digital
Vamos a utilizar la Versión de Evaluación 6.2. Por ser de evaluación presenta las
siguientes limitaciones:
- No podemos tener más de 64 nodos en el circuito (caso
analógico)
- No podemos tener más de 25 partes por página.
- No podemos tener más de 10 transistores.
- 3 ó 4 amplificadores operacionales pueden dar un mal
funcionamiento.
- Sólo pueden estar seleccionados 12 ficheros de librería .LIB
(de modelos) o .SLB (de símbolos) como máximo.
Los programas utilizados dentro del entorno PSpice son:
- Schematics: Editor Gráfico de Circuitos.
- PSpice: Simulador de Circuitos analógicos, digitales y
analógico/digitales.
- Probe: Analizador gráfico de formas de onda para ver y
manipular los resultados de la simulación PSpice. Sería el
equivalente al osciloscopio.
- Stimulus Editor: Para la generación de estímulos
(generadores) tanto analógicos como digitales.
- Parts: Para la creación de modelos de dispositivos
semiconductores y definición de subcircuitos.
El circuito es dibujado utilizando Schematics. Los símbolos, con sus
correspondientes modelos y definiciones de subcircuito que describen sus
características eléctricas, son situados y conectados en el esquemático.
Para realizar la simulación del circuito este debe ser guardado previamente.
Mediante la opción Análysis - Setup se define el tipo y características de la
simulación a realizar. Seguidamente ya se puede realizar la simulación con Analysis -
Run Probe.
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2. Arquitectura de operación del PSpice.
Schematics proporciona a PSpice una descripción de los dispositivos
en el circuito y de como están conectados a través del Conjunto de Ficheros de
Circuito ( Circuit File Set). Todos estos ficheros del Circuit File Set tienen el mismo
nombre que el del esquemático (<nombre>.sch) pero con una extensión distinta, que
nos dice de qué fichero se trata.
PSpice interpreta la información del Circuit File Set junto con los modelos y
subcircuitos del Model Library y otros modelos definidos para un esquemático
particular.
Al realizar la simulación, PSpice produce el fichero de datos del Probe y el
fichero de salida PSpice. El fichero de datos del Probe es leído por el Probe
permitiendo visualizar las trazas y resultados. El fichero de salida del PSpice puede
ser observado directamente por el usuario.
a) Circuit File Set.
Está compuesto por los siguientes ficheros:
- fichero de circuito primario (<nombre>.cir) que contiene los
comandos de análisis, control en la simulación y referencias
a los ficheros necesarios para que el circuito pueda ser
simulado.
- fichero netlist (<nombre>.net), el cual describe los
componentes y conexiones en el circuito.
Podemos observar dicho fichero con Analysis / Examine
Netlist.
- fichero alias (<nombre>.als) que proporciona un enlace entre
el Schematics con sus partes (“Parts”) y nombres de pines
(“pin names”) y el PSpice con sus dispositivos y nombres de
nodo (enlace símbolo - definición eléctrica de este).
La generación del Circuit File Set es automática utilizando los comandos
Analysis/Create Netlist o Analysis/Run Probe.
b) Fichero de datos del Probe. (<nombre>.dat)
Contiene los resultados de la simulación para ser visualizados y manipulados
interactivamente con el programa de análisis gráfico de formas de onda, Probe.
c) Fichero de salida PSpice. (<nombre>.out)
Se trata de un fichero texto ASCII que contiene una lista y tablas para
describir el cicuito de entrada, las directivas de análisis, y los resultados de las
simulaciones especificadas.
Podemos observar dicho fichero con Analysis / Examine Output.
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d) Model Library.(Symbol Library y Package Library)
PSpice está dotado de una librería de modelos (Model Library) conteniendo un
conjunto de ficheros con las definiciones de los más comunes dispositivos analógicos
y digitales. Estas definiciones de dispositivos pueden ser de dos tipos: modelos de
dispositivos (definición eléctrica de dicho dispositivo) y subcircuitos (agrupaciones
funcionales de componentes cuyos elementos pueden ser conectados en circuitos
externos). Cada definición corresponde a un símbolo en la librería de símbolos
(Symbol Library) y en la mayoría de los casos, una definición de encapsulado en la
librería de encapsulados (Package Library).
Se pueden definir los propios modelos y subcircuitos de dos formas:
1) Utilizando el “Model Editor” en Schematics.
2) Utilizando la utilidad “Parts”.
e) Custom Include Files.
Son ficheros definidos por el usuario conteniendo entre otros:
- definiciones de modelos en la utilidad Parts.
- funciones definidas por el usuario que son utilizadas en
expresiones numéricas.
2.1. Ficheros y librerías de modelos
Ficheros de modelos
La Model Library está compuesta por un conjunto de ficheros texto ASCII que
contienen las definiciones de modelo y de subcircuito. Por convenio, estos nombres
de fichero tienen la extensión .LIB. Estos ficheros tienen, típicamente, una
correspondencia uno a uno con los ficheros que componen la Symbol Library (con
extensión .SLB).
Los ficheros de modelos contienen solamente definiciones de modelos
(utilizando el comando .MODEL), de subcircuito (utilizando la construcción
.SUBCKT y .ENDS), comentarios (“*” en la primera columna de cada fila),
parámetros (utilizando el comando .PARAM) y referencias a otras declaraciones de
modelo (utilizando .LIB).
Según convenio PSpice, los nombres de las partes analógicas siempre
empiezan con una letra que refleja el tipo de dispositivo. Por ejemplo: “Q” para
transistor bipolar. Así, el transistor conocido comercialmente como “2N2222” se
llama “Q2N2222” en la Symbol Lybrary y en la Model Library. Para un diodo esta
letra identificativa es la D. En el caso de definición de subcircuitos esta letra es
siempre “X”.
Ficheros índice.
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Los ficheros de modelos que están configurados como ficheros librería
(excepto los ficheros Include) son únicamente referenciados desde otros ficheros en el
esquemático dado que tienen un fichero índice asociado. El fichero índice es utilizado
por el PSpice para localizar las definiciones de modelo de dispositivos y subcircuitos
sin tener que leer cada definición en el fichero de modelos.
Antes de buscar un fichero de modelos, Pspice busca un fichero índice en el
mismo directorio. Si no encuentra uno, o si el fichero de modelos ha sido modificado,
construye uno automáticamente. El fichero índice tiene el mismo nombre que el
fichero de modelos, pero con extensión .IND.
Ficheros de modelo locales y globales
En Analysis / “Library and Include Files” se muestran tres listas conteniendo
los ficheros de modelo, includes y estímulos de cada esquemático. En cada linea se
especifica un fichero.
En la instalación del programa Pspice todos los ficheros de modelos son
añadidos a la lista con carácter global . Si hacemos Analysis / Library and Include
Files vemos como aparece nom.lib* en la lista de ficheros de modelos (Library Files).
El asterisco a la derecha del nombre del fichero indica que “nom.lib” tiene caracter
global pudiendo ser utilizado por todos los esquemáticos.
Pueden ser añadidos nuevos ficheros a las listas mediante el campo File Name y
entonces teclear Add Library, Add Include, Add Stimulus, Add Library*, Add
Include* o Add Stimulus*. Los comandos con asterisco configuran el fichero como un
fichero global.
Al teclear Delete se borra el fichero seleccionado de la lista, con lo que el
fichero deja de poder ser utilizado por el esquemático. Si tecleamos en Change se
copia el fichero seleccionado desde la lista al campo de edición y se borra de la lista,
permitiendo modificarlo. Con Browse se nos conduce a un diálogo permitiendo
buscar en la estructura del directorio y seleccionar un nombre de fichero.
Para asegurar que los ficheros de modelos añadidos serán localizados hay que
tener en cuenta que PSpice primero busca en el directorio en el que reside el
esquemático y seguidamente en los directorios especificados en el campo “Library
Path” de Options/Editor Configuration.
Por ello, o bien se sitúan todos los ficheros de modelos en el directorio de
librería estándar, o bien se actualiza el campo Options/Editor Configuration / Library
Path, o bien se utiliza el camino completo al añadir un fichero de modelos en Library
and Include Files. En el caso en que, para la localización de los ficheros, se requiera
más de un directorio, los paths de los directorios pueden ser listados en el campo
Library Path (separados por ;).
Los ficheros de librería con extensión .SLB (de símbolos) y .PLB (de
encapsulado) se dan de alta en Options/Editor Configuration/Library Settings.
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3. Dibujando el circuito utilizando Schematic
3.1. Situando componentes.
Cuando se empieza a dibujar un esquemático, lo primero que hacemos es
situar los distintos símbolos en la página del esquemático.
Para seleccionar un símbolo hacemos:
Draw/Get New Part (ó <CTRL G>)
Si seleccionamos Browse podemos observar los distintos ficheros que
componen la Symbol Library. Si seleccionamos un fichero de la lista, su contenido
puede observarse en la lista Parts.
El componente seleccionado aparecerá en el campo Part Name. Seleccionamos
OK para situarlo en el esquematico.
El símbolo de este componente seleccionado podrá ser situado en el
esquemático tantas veces como se desee. Cada vez que tecleamos la parte izquierda
del ratón tenemos un nuevo símbolo. Para acabar tecleamos dos veces o una vez a la
derecha.
3.2. Conexiones.
Para colocar las conexiones entre componentes seleccionamos Draw/Wire (ó
<CTRL W>). Tecleando una vez, empieza la conexión, extendemos la conexión la
longitud deseada y hasta la posición requerida, entonces tecleamos de nuevo para
finalizar el segmento y automáticamente empieza un nuevo segmento. Con doble
click (o una vez a la derecha) finalizamos la acción. Sin embargo, para continuar
dibujando conexiones, podemos teclear dos veces la parte derecha del ratón o
<SPACE>.
A la hora de dibujar las conexiones hay dos opciones interesantes:
Rubberband y Orthogonal.
Si seleccionamos Options/Display Options [X] Rubberband. Esta opción
permite mantener las conexiones entre las partes cuando estas se mueven en la página.
Si seleccionamos Options/Display Options [X] Orthogonal las conexiones
aparecerán siempre como líneas horizontales y verticales. Por defecto, Orthogonal
está a “ON” y Rubberband a “OFF”.
3.3. Repetición de la última acción.
Para repetir la última acción existen dos opciones:
• Doble click en la parte derecha del ratón.
• <SPACE> (barra espaciadora).
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3.4. Movimiento de los símbolos
• Edit/Flip (ó <CTRL F>): se produce una imagen especular del símbolo.
• Edit/Rotate (ó <CTRL R>): rota el símbolo 90º en el sentido de las agujas
de reloj.
3.5. Edición de los atributos de cada símbolo.
Cada símbolo de la Symbol Library tiene una lista de atributos. Si
seleccionamos un componente y tecleamos dos veces en este nos aparecerá la lista de
atributos que lo definen.
Los atributos con “*” no pueden ser ni cambiados ni borrados en este editor de
Schematics. Sólo pueden ser cambiados en el Symbol Editor.
Se puede cambiar la manera en que un símbolo y sus atributos aparecen en el
esquemático tecleando Change Display. Los cambios realizados no tienen efecto en el
fichero librería de símbolos, únicamente en el fichero esquemático.
3.6. Componentes analógicos.
La Symbol Library proporciona un extenso conjunto de componentes (Parts)
analógicos y digitales para ser utilizados en nuestro diseño.
3.6.1. Componentes Breakout. (fichero breakout.slb)
Schematics proporciona un conjunto de componentes “breakout”( transistores,
conmutadores, diodos, etc). Por defecto, el nombre del modelo es el mismo que el de
la parte, con todos los parámetros del modelo del dispositivo puestas al valor por
defecto. Estos parámetros pueden ser cambiados a nuestra conveniencia, con lo cual
podemos crear nuevos modelos.
3.6.2. Componentes pasivos principales.
Componente Símbolo Atributos Descripción Librería
Capacidad C VALUE capacitancia (F) analog.slb
IC tensión inicial
Inductor L VALUE inductancia (H) analog.slb
IC corriente inicial
Resistencia R VALUE resistencia (Ω) analog.slb
Transformador XFRM_LINEAR L1_VALUE inductancia primario
L2_VALUE inductancia secundario analog.slb
COUPLING acoplo (0-1)
XFRM_NONLINEAR L1_TURNS nº vueltas primario
L2_TURNS nº vueltas secundario breakout.slb
COUPLING acoplo (0-1)
MODEL modelo del nucleo
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3.6.3.Dispositivos semiconductores y subcircuitos.
Podemos encontrar distintos tipos de dispositivos comerciales tales como:
transistores bipolares, diodos (de poca potencia), JFET, Mosfet, amplificadores
operacionales, comparadores, tiristores, triacs, optoacopladores y temporizador 555
en la librería EVAL.SLB.
3.6.4. Conmutador ideal
Componente Símbolo Librería
Conmutador controlado por tensión Sbreak breakout.slb
Conmutador controlado por corriente Wbreak breakout.slb
Los parámetros del modelo del conmutador controlado por tensión son los
siguientes:
• RON : Resistencia entre los nodos de salida del conmutador
en el estado ON (1Ω por defecto).
• ROFF : Resistencia entre los nodos de salida del
conmutador en el estado OFF (1MΩ por defecto).
• VON : tensión de control para estado ON (1V por defecto).
• VOFF : tensión de control para estado OFF (0V por
defecto).
La resistencia entre los nodos de salida depende de la tensión entre los nodos
de control.
La resistencia varía continuamente entre RON y ROFF; siendo RON para
VON y ROFF para VOFF.
Los parámetros del modelo del conmutador controlado por corriente son los
siguientes:
• RON : Resistencia entre los nodos de salida del conmutador
en el estado ON (1Ω por defecto).
• ROFF : Resistencia entre los nodos de salida del
conmutador en el estado OFF (1MΩ por defecto).
• ION : corriente de control para estado ON (1mA por
defecto).
• IOFF : corriente de control para estado OFF (0mA por
defecto).
La resistencia entre los nodos de salida del conmutador depende de la
corriente de control.
La resistencia varía continuamente entre RON y ROFF; siendo RON para ION
y ROFF para IOFF.
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3.7. Fuentes de excitación.
3.7.1. Fuentes independientes (source.slb)
a) De tensión.
• VSRC: fuente genérica.
• VEXP: varía de forma exponencial
• VPULSE: Pulso
• VPWL: lineal a tramos.
• VPWL_ENH: lineal a tramos / repetidas veces.
• VPWL_FILE: lineal a tramos / fichero.
• VSFFM: FM, modulada en frecuencia.
• VSIN: Onda seno.
b) De corriente.
• ISRC: fuente genérica.
• IEXP: varía de forma exponencial
• IPULSE: Pulso
• IPWL: lineal a tramos.
• IPWL_ENH: lineal a tramos / repetidas veces.
• IPWL_FILE: lineal a tramos / fichero.
• ISFFM: FM, modulada en frecuencia.
• ISIN: Onda seno.
3.7.2. Atributos de las fuentes independientes
a) VSRC (ISRC)
• DC: Valor de continua
• AC: Especificaciones de alterna <magnitud> [fase]
• TRAN: Especificaciones transitorias
<palabra_clave> (<parámetros>) donde la palabra clave es
EXP, PULSE, PWL, SFFM o SIN, y los parámetros deben
ser listados en el mismo orden que los de las fuentes del
mismo nombre mostradas más adelante.
b) VEXP (IEXP)
• DC, AC: Igual que en VSRC e ISRC.
• V1 (I1): tensión inicial (corriente inicial).
• V2 (I2): tensión de pico (corriente de pico).
• TD1: tiempo de retraso hasta el flanco de subida.
• TC1: constante de tiempo del flanco de subida.
• TD2: tiempo de retraso hasta el flanco de bajada.
• TC2: constante de tiempo del flanco de bajada.
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c) VPULSE (IPULSE)
• DC, AC: Igual que en VSRC e ISRC.
• V1 (I1): tensión inicial (corriente inicial).
• V2 (I2): tensión final (corriente final).
• TD : tiempo de retardo.
• TR : tiempo de subida.
• TF : tiempo de bajada.
• PW : anchura del pulso.
• PER : periodo.
d) VPWL (IPWL)
• DC, AC: Igual que en VSRC e ISRC.
• T1, V1, T2,
V2,…, Tn, Vn
(T1, I1, T2, I2,…, Tn, In)
Tn: tiempo (segundos)
Vn (In): tensión (corriente) en Tn
e) VPWL_ENH (IPWL_ENH)
• DC, AC: Igual que en VSRC e ISRC.
• TSF : factor de escala de tiempos (los valores de tiempo de
la lista se multiplican por ese factor).
• VSF : factor de escala de valores (los valores de tensión -
corriente- de la lista se multiplican por este factor).
• FIRST- nPAIRS
SECOND - nPAIRS => listas de valores (Tn, Vn -In-)
THIRD - nPAIRS donde los paréntesis y comas son
opcionales.
• REPEAT_VALUE : - En blanco: no se repiten segmentos
- FOR <n repeticiones> (se repiten las
tres listas de valores n veces)
- FOREVER
f) VPWL_FILE (IPWL_FILE)
• DC, AC: Igual que en VSRC e ISRC.
• TSF : factor de escala de tiempos (los valores de tiempo de
la lista se multiplican por ese factor).
• VSF : factor de escala de valores (los valores de tensión -
corriente- de la lista se multiplican por este factor).
• FILE: fichero conteniendo los pares de puntos (Tn, Vn -In-)
•REPEAT_VALUE : - En blanco: no se repiten segmentos
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Description:d) Model Library.(Symbol Library y Package Según convenio PSpice, los nombres de las partes analógicas siempre empiezan con una letra que
