Universidade Federal de Uberlˆandia
Faculdade de Engenharia El´etrica
Uma Breve Introdu¸c˜ao ao Simulador
Microsim PSpice
Simulador de Circuitos Eletrˆonicos
Elvio Prado da Silva
Terceira Edi¸c˜ao
21 de agosto de 2003
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Apostila de PSpice Schematic, Notas de estudo de Engenharia Elétrica
Apostila de PSpice Schematic
Tipologia: Notas de estudo
Antes de 2010
1 / 21
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Universidade Federal de Uberlˆandia
Faculdade de Engenharia El´etrica
Uma Breve Introdu¸c˜ao ao Simulador
Microsim PSpice
Simulador de Circuitos Eletrˆonicos
Elvio Prado da Silva
Terceira Edi¸c˜ao 21 de agosto de 2003
Sum´ario
Sum´ario ii
Cap´ıtulo 1
Hist´orioco do PSpice
O simulador de circuitos PSpice foi criado pela empresa Microsim, e em poucos anos j´a era o simulador de circuitos eletrˆonicos mais utilizado do mundo. Cada ano que passava, uma nova vers˜ao era desenvolvida. A Microsim desenvolveu seu software at´e a vers˜ao 8.0, com o nome de Microsim PSpice. O software PSpice foi vendido para a empresa Cadence Design Systems, que por sua vez queria mudar a ”cara” deste software. N˜ao mudou s´o a ”cara”, mas tamb´em o nome para OrCAD. O software PSpice, respons´avel pelos c´alculos matem´aticos do simulador continuou o mesmo, mas o Layout de desenho mudou-se e o ambiente onde s˜ao mostrados os gr´aficos (Probe) teve uma leve mudan¸ca com a adi¸c˜ao de muitas ferramentas ´uteis. A primeira vers˜ao do software OrCAD ´e a vers˜ao 9.0 e a ´ultima da Microsim ´e a 8.0, confir- mando a linhagem do software. Como o simulador da Microsim j´a era utilizado a v´arios anos pelos engenheiros eletricistas e eletrˆonicos, os antigos usu´arios tiveram uma certa ”resistˆencia”a nova vers˜ao do produto, por j´a estarem acostumados com a vers˜ao anterior. Pensando nestes fi´eis usu´arios, a empresa Cadence lan¸cou na vers˜ao 9.2 a vers˜ao 8.0, ou seja, quem gostou da nova ”cara”, utiliza o Capture Cis, j´a os ”dinoss´auros” utilizam o Schematics, onde ambos realizam seus c´alculos no PSpice da vers˜ao 9. e plotam gr´aficos no Probe tamb´em desta vers˜ao. Para instalar o Schematics da vers˜ao 8.0 no OrCAD 9.2 basta escolher instala¸c˜ao personalizada e selecionar o Schematics na lista apresentada. As vantagens da utiliza¸c˜ao do PSpice da vers˜ao 9.2 ´e a de conter bibliotecas mais atualizadas e o ambiente Probe conter ferramentas excelentes e indispens´aveis para a captura e utiliza¸c˜ao dos gr´aficos ap´os simulados.
Eu, como antigo usu´ario do simulador, acho mais simples e did´atico a vers˜ao 8.0, onde a configura¸c˜ao ´e bem simples de entender e utilizar, logo, esta apostila se restringir´a ao Schematics da vers˜ao 8.0 e ao PSpice e Probe da vers˜ao 9.2.
Cap´ıtulo 2
Abrindo o Schematics
A partir de agora todo este material se referenciar´a ao Schematics da vers˜ao 9.
Para abrirmos o schematics realizamos como mostra a figura 2.1:
Figura 2.1: Menu Iniciar
Ap´os aberto veremos o ambiente de desenho do Schematics, como mostra a figura 2.2:
A utiliza¸c˜ao este ambiente ´e bem simples, como mostraremos nos cap´ıtulos subse- quentes.
Cap´ıtulo 3
Criando e Simulando um Aplicativo
A melhor maneira de entender alguma coisa ´e explicando com um exemplo. Ent˜ao faremos a simula¸c˜ao de um circuito bem simples, apenas uma fonte senoidal com uma carga resistiva.
3.1 Inserindo Componentes
Para inserir componentes ao desenho de nosso circuito, utilizamos a ferramenta Get New Part, que pode ser acessada pelos comandos Draw \ GetN ewP art ou acessando o atalho de taclado Ctrl + G, ou ainda clicando sobre o ´ıcone mostrado na figura 3..
Figura 3.1: Get New Part
Agora podemos iniciar o desenho de nosso circuito. Acione o comando Get New Part como orientado anteriormente e vocˆe ver´a a janela Part Browser Advanced, como mostra a figura 3.. Digite VSIN em Part Name , e ir´a aparecer o s´ımbolo do componente referente ao gerador de fun¸c˜ao senoidal. Clique no bot˜ao Place & Close e coloque o componente no Schematic. Observe que a cada clique ´e adi- cionado mais um componente VSIN com nome diferente (V1, V2, V3,... ), para cancelar, basta precionar a tecla ESC do teclado ou apenas dar um clique com o bot˜ao direito do mouse. Para deletar os componentes adicionados indesejadamente somente selecione-o e pre- cione a tecla DELETE do teclado. Ative novamente o comando Get New Part e digite R para colocarmos a respectiva carga resistiva.
:::::^ Para::::::::::::^ rotacionar:::^ o:::::::::::::::^ componente:::::::^ basta^ :::::::::::^ precionar:::^ as:::::::^ teclas:::::::::^ Ctr+R^ :::^ no::::::::::^ teclado.
3.2 Desenhando Linhas (fios de conex˜ao) 5
Figura 3.2: Part Browser Advanced
3.2 Desenhando Linhas (fios de conex˜ao)
Para desenhar os fios de conex˜ao no desenho de nosso circuito, utilizamos a ferramenta Draw Wire, que pode ser acessada pelos comandos Draw \ W ire ou acessando o atalho de taclado Ctrl + W , ou ainda clicando sobre o ´ıcone mostrado na figura 3.3.
Figura 3.3: Draw Wire
Observe que esta ferramenta faz o cursor do mouse se tornar um l´apis. Para desenhar basta dar um clique em uma das extremidades do com- Dˆe um clique e solte, N AO˜ clique e arraste
ponente, leve o cursor(l´apis) at´e a extremidade do outro componente e depois dˆe outro clique, observe que a liga¸c˜ao foi feita. Para conferir a liga¸c˜ao, basta clicar em um dos componentes e arrast´a-lo, se os fios forem arrastados unidos ao componente, a liga¸c˜ao foi feita, caso contr´ario, ela deve ser refeita. Precisamos agora adicionar uma referˆencia (TERRA) ao nosso cir- cuito. Chame novamente o comando Get New Part e digite EGND ou GND EARTH, que s˜ao os componentes TERRA mais utilizados.
Microsim PSpice 8 3 aed-2003 Elvio
3.4 Definindo os C´alculos da Simula¸c˜ao 7
Figura 3.6: Transient Analysis
Figura 3.5: Setup Analysis
Podemos acessar esta janela com os comandos Analysis \ Setup e depois clicando no bot˜ao Transient, ou podemos clicar no bot˜ao Setup Analysis mostrado na figura 3.5.
Na janela Transient Analysis(figura 3.6), podemos definir:
- Print Step ⇒ Passo de impress˜ao (± 20ns);
- Final Time ⇒ Tempo final de c´alculo e de impress˜ao;
- No-Print Delay ⇒ Calcula mas n˜ao imprime no gr´afico at´e que este tempo passe;
- Step Ceiling ⇒ Passo de c´alculo.
Em nosso exemplo, altere a propriedade Print Step para 20ns, como nossa frequˆencia estipulada para a fonte VSIN foi de 10Hz, logo (^101) Hz = 0. 1 s ou 100ms, logo Final Time = 100ms, para este circuito n˜ao ´e necess´ario configurar o No-Print Delay nem o Step Ceiling, (Final Time = 100ms para plotar somente um per´ıodo)
Microsim PSpice 8 3 aed-2003 Elvio
8 Criando e Simulando um Aplicativo
pois o No-Print Delay ´e utilizado quando o circuito possui um transit´orio indesejado, e o (Um bom Step Ceiling tamb´em n˜ao ´e necess´ario pois na frequˆencia de 10Hz, o passo padr˜ao (Default) passo de c´alculo ´e cerca de 1000 vezes menor que o per´ıodo da forma de onda)
do simulador ´e suficiente, caso contr´ario ´e necess´ario configur´a-lo.
3.5 Simulando
Antes de simular devemos salvar nosso aplicativo. Ap´os salvar o arquivo devemos indicar em nosso circuito onde queremos medir tens˜ao e corrente, ou seja devemos colocar as ”ponteiras de oscilosc´opio”. Podemos acessar estas ponteiras em: Makers :
- \Mark Voltage Level ⇒ Tens˜ao no ponto aplicado;
- \Mark Voltage Differential ⇒ Diferen¸ca de potencial;
- \Mark Current Into Pin ⇒ Corrente no componente;
Tamb´em podemos acessar as ponteiras de tens˜ao e corrente pelos seus atalhos mostrados na figura 3.7.
Figura 3.7: Ponteiras
Iremos agora simular nosso circuito.
Figura 3.8: Bot˜ao de Simu- la¸c˜ao
Basta acessar o comando Analysis \ Simulate^4 ou pela tecla de atalho de teclado F11 ou pelo bot˜ao mostrado na figura 3.8.
(^4) Caso esta simula¸c˜ao em espec´ıfico estiver demorando muito, basta colocar um capacitor de qualquer valor (ex: 0.001pF, bem pequeno) em paralelo com o resistor, que simular´a quase que instantaneamente. Este ´e um artif´ıcio de simula¸c˜ao, ou ”macete”, que ao longo do tempo vocˆe ir´a descobrindo e/ou criando os teus pr´oprios.
Elvio 3 aed-2003 Eletrˆonica Industrial
10 Alguns componentes ´uteis
Figura 4.3: Tens˜ao Alternada Figura 4.4: VSRC
Figura 4.5: VPULSE Figura 4.6: VPWL
VPULSE:
- V1 ⇒ Tens˜ao m´ınima;
- V2 ⇒ Tens˜ao m´axima;
- TD ⇒ Time Delay = tempo antes de come¸car o pulso;
- TR ⇒ Time Rise = tempo de subida;
- TF ⇒ Time Fall = tempo de descida;
- PW ⇒ Pulse Width = largura de pulso;
- PER ⇒ Per´ıodo;
Elvio 3 aed-2003 Eletrˆonica Industrial
4.2 Transformadores 11
Figura 4.7: DigClock Figura 4.8: StiM
Figura 4.9: VEXP
4.2 Transformadores
No curso de Eletrˆonica Industrial e demais eletrˆonicas, n˜ao ´e necess´ario a simula¸c˜ao com- pleta de um transformador nem sua an´alise detalhada, para isso existem outras mat´erias espec´ıficas para tal. Esta apostila se reserva a simula¸c˜ao de transformadores levando-se em conta somente sua indutˆancia interna (que ´e o objetivo maior da Eletrˆonica Industrial e Eletrˆonica de N˜ao sim- ularemos rela¸c˜oes de transforma¸c˜ao nem perdas no ferro
Potˆencia). Simularemos ent˜ao, transformadores como sendo indutores acoplados.
4.2.1 Transformadores 1Φ
Montemos ent˜ao o circuito como mostra a figura 4.10. Os componentes utilizados foram:
- Vsim:⇒ VOFF=0; VAMPL=100V; FREQ=50Hz.
- R1:⇒ um valor muito pequeno, ex: VALUE=0.001;
- R2:⇒ um valor muito pequeno, ex: VALUE=0.001;
- R3:⇒ resistˆencia de carga, ex: VALUE=100;
- R4:⇒ um valor muito grande, ex: VALUE=100M;
Microsim PSpice 8 3 aed-2003 Elvio
4.2 Transformadores 13
4.2.2 Transformadores 3Φ
Consideraremos os transformadores trif´asicos como sendo a uni˜ao de 3 transformadores monof´asicos. Montemos ent˜ao o circuito da figura 4.11, que ´e um transformador trif´asico tipo ∆-Y.
Figura 4.11: Transformador 3Φ em ∆-Y
Fiquem atentos para as posi¸c˜oes dos indutores, em rela¸c˜ao aos pontos do transformador Os pontos se referem ao sentido de en- rolamento do transformador
e tamb´em das configura¸c˜oes das liga¸c˜oes ∆ e Y. Observe tamb´em que agora temos trˆes acoplamentos (sistema 3Φ). Os componentes VSIN dever˜ao estar defasados de 120o^ um em rela¸c˜ao ao outro, logo, sua propriedade PHASE deve ser alterada para 0, -120o^ e +120o^ ou 0, 120o^ e 240o.
4.2.3 Tiristores - Retificadores Controlados
Tiristores s˜ao retificadores controlados. Possuem as mesmas propriedades dos diodos, mas com a ressalva de podermos manipular esta retifica¸c˜ao , ou seja, podemos atrav´es de uma l´ogica de controle disparar este tiristor no momento em que desejarmos, logo, podemos utiliz´a-los como chaves. Os diodos possuem dois p´olos, Catodo (K) e Anodo (A). Em se tratando de tiristores Gate, traduzindo significa port˜ao mas trataremos como gatilho que ´e mais f´a- cil de associar com disparo.
tamb´em temos Catodo e Anodo, e tamb´em um terceiro pino que chamamos de Gate (G). Os disparos de Gate se d˜ao injetando um sinal neste pino, conforme especificado em sua folha de dados (Datasheet). O mais comum ´e injetar ondas quadradas , PWM (modula¸c˜ao por largura de pulso) ou simplesmente um sinal DC , conforme aplica¸c˜ao. A caracter´ıstica marcante dos tiristores em rela¸c˜ao `as demais chaves como Transistores Bipolares, Mosfets, JFETs, IGBTs e outras, ´e que os tiristores quando disparados pela primeira vez, mant´em-se comutando mesmo retirando-se o pulso em seu gatilho, logo, para ”deslig´a-lo” devemos fazer com que o sinal retificado v´a a zero ou curtocircuitamos Catodo e Anodo.
Microsim PSpice 8 3 aed-2003 Elvio
14 Alguns componentes ´uteis
Montemos ent˜ao o Retificador Monof´asico Controlado de Meia Onda como mostra a figura 4.12:
Figura 4.12: Retificador monof´asico controlado de meia onda
Pede-se que disparemos o tiristor `a 60o^ da referˆencia zero. Neste caso, faremos uma regra de trˆes simples para calcularmos quantos milissegundos equivale a 60o, para um per´ıodo de 20ms(f=50Hz), temos:
360 o^ ——→ 20ms 60 o^ ——→ X
X =
60 · 20 m 360
3,33333ms
Logo, 60o=3,333ms.
Elvio 3 aed-2003 Eletrˆonica Industrial
Lista de Figuras
- 1 Hist´orioco do PSpice Apresenta¸c˜ao iii
- 2 Abrindo o Schematics
- 3 Criando e Simulando um Aplicativo
- 3.1 Inserindo Componentes
- 3.2 Desenhando Linhas (fios de conex˜ao)
- 3.3 Editando os Valores dos Componentes
- 3.4 Definindo os C´alculos da Simula¸c˜ao
- 3.5 Simulando
- 4 Alguns componentes ´uteis
- 4.1 Fontes
- 4.2 Transformadores
- 4.2.1 Transformadores 1Φ
- 4.2.2 Transformadores 3Φ
- 4.2.3 Tiristores - Retificadores Controlados
- Lista de Figuras
- ´Indice Remissivo
- 2.1 Menu Iniciar
- 2.2 Ambiente de desenho do Schematics
- 3.1 Get New Part
- 3.2 Part Browser Advanced
- 3.3 Draw Wire
- 3.4 Circuito montado
- 3.6 Transient Analysis
- 3.5 Setup Analysis
- 3.7 Ponteiras
- 3.8 Bot˜ao de Simula¸c˜ao
- 4.1 Tens˜ao Senoidal
- 4.2 Tens˜ao Cont´ınua
- 4.3 Tens˜ao Alternada
- 4.4 VSRC
- 4.5 VPULSE
- 4.6 VPWL
- 4.7 DigClock
- 4.8 StiM1
- 4.9 VEXP
- 4.10 Transformadores 1Φ
- 4.11 Transformador 3Φ em ∆-Y
- 4.12 Retificador monof´asico controlado de meia onda
- 4.13 Simula¸c˜ao do Retificador Monof´asico Controlado de Meia Onda
- amplitude, ´Indice Remissivo
- Anodo (A),
- Cadence Design System,
- Cancelar,
- Catodo (K),
- chaves,
- conferir liga¸c˜ao,
- Controlado,
- controle,
- Datasheet,
- defasagem,
- diodos,
- disparo,
- Draw Wire,
- Fios de Conex˜ao,
- Fontes,
- FREQ, 6,
- frequencia,
- Gate,
- Gatilho,
- gatilho,
- Gerador de fun¸c˜ao,
- Get New Part,
- Hist´orico,
- IGBT,
- indutˆancia,
- Inserindo Componentes,
- JFET,
- K Linear,
- l´apis,
- l´ogica de controle,
- Linhas,
- MCR225,
- Meia Onda,
- Microlsim,
- Monof´asico,
- Mosfet,
- ondas quadradas,
- OrCAD,
- Part Browser Advanced,
- Part Name,
- passo,
- PER,
- PHASE,
- Place & Close,
- ponteiras de oscilosc´opio,
- port˜ao,
- Probe,
- PW,
- PWM,
- referˆencia, 5,
- regra de trˆes,
- retifica¸c˜ao,
- Retificador,
- retificadores controlados,
- rotacionar componente,
- salvar,
- Save Attr,
- Schematics,
- senoidal,
- simulador,