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Módulo 4: multiSIM 7
Analise SPICE–Instrumentos Avançados
Esta é a quarta parte do trabalho sobre o MultiSIM 7 é dirigida para a analise usando o SPICE bem como complementar o estudo dos instrumentos apresentando mais instrumentos. Devemos reiterar mais uma vez que você deve ter conhecimentos mínimos de eletricidade e eletrônica básica para que possa compreender este trabalho.
As Analises SPICE
As seguintes analises são possíveis:
- Analise DC ( DC Operating Point )
- Analise AC ( AC Analysis )
- Analise Transiente ( Transient Analysis ) As outras analise existentes são derivadas das analises acima.
- Varredura de parâmetros ( parameter sweep ): ë usada quando desejamos saber o que acontece com o circuito quando variamos um ou mais parâmetros entre dois limites, como por exemplo o beta do transistor.
- Varredura DC ( DC sweep ) : determina o ponto de operação dos nós do circuito.
- Função de Transferência ( Transfer Function ): Determina a função de transferência para pequenos sinais (região linear), calculando também as impedâncias de entrada e saída.
- Analise de Fourier ( Fourier Analysis ): Obtém a transformada de Fourier de uma determinada forma de onda.
- Varredura de Temperatura ( Temperature sweep ): analisa o comportamento do circuito para diferentes temperaturas. a temperatura default é 27ºC.
- Sensibilidade ( Sensitivity ): Determina a sensibilidade de um nó em função da variação de um determinado parâmetro como por exemplo resistência.
- Sensibilidade ( Sensitivity ): Determina a sensibilidade de um nó em função da variação de um determinado parâmetro como por exemplo resistência.
- Distorção ( Distortion Analysis ): Permite medir a distorção harmônica e a de intermodulação.
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- Pior Caso ( Worst Case ) : ë uma analise estatística que dá o pior caso de uma analise em função de variações de parâmetros.
- Polos-Zeros: Esta analise determina os pólos e os zeros de uma função de transferência de pequenos sinais.Primeiramente ela determina o ponto de operação DC e o modelo linearizado para os dispositivos não lineares. É usada na determinação da estabilidade de um sistema.
- Monte Carlo: Ë uma analise estatística que determina o desempenho de um circuito quando parâmetros são variados. Para iniciar qualquer uma dessas analises ir em Simular ( Simulate ) >> Analise ( Analysis ) ou clique no ícone:
Aparecerá a lista de analises possíveis. Escolha uma.
Figura01: Acessando a lista de analises
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Figura03: Janela Analise do Ponto de Operação DC – Variáveis no circuito (ramos e nós) não selecionadas Na figura3 deveremos selecionar quais as variáveis de saída (corrente tensão) para as quais queremos efetuar a analise.
Figura04: Janela Ponto de Operação DC (DC Operating Point) após selecionar nós e ramos Após serem feitos os ajustes clicando em Simular ( Simulate ) os resultados aparecerão como na figura05.
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Figura05 Resultados da simulação da analise DC do circuito da figura02.
Notação para nó 3 Notação para a malha que contém a fonte v Na figura05 temos os seguintes resultados: Tensão do nó 1 em relação ao terra: 8,43474V Tensão do nó 7 em relação ao terra: 0,0000V Tensão do nó 8 em relação ao terra: 0,0000V Tensão do nó 2 em relação ao terra: 1,77832V Tensão do nó 6 em relação ao terra: 12,000V Tensão do nó 1 em relação ao terra: 0,0000V Tensão do nó 1 em relação ao terra: 0V Corrente no ramo que contem a fonte V1 (vv1#branch): 0, Corrente no ramo que contem a fonte Vcc (vvcc#branch): -5,19968mA O sinal menos é uma convenção do SPICE que considera para todo dispositivo a convenção de bipolo receptor. Caso desejemos saber o valor da corrente em um outro trecho devemos inserir no ramo uma fonte com valor de tensão zero. Por exemplo caso queiramos saber o valor da corrente de base então adicionamos a fonte VB, com valor de tensão zero, como na figura06.
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( a )
( b ) Figura08: Mudando o beta do transistor ( a ) Janela Transistor virtual ( b ) Janela de edição do modelo
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Analise Transiente ( Transient Analysis )
Na Analise Transiente o MultiSIM 7 divide cada ciclo em intervalos de tempo e executa uma analise DC para cada ponto. As respostas são desenhadas em função do tempo resultando formas de onda de tensão para o nó selecionado. Exemplo02 : Consideremos a carga de um capacitor como na figura09.
Figura09: Circuito RC série para analise transiente Para iniciar a analise ir em Simular ( Simulate )>> Analises ( Analysis ) ou clique no ícone
Escolha>> Analise Transiente ( Transient Analysis ). Aparecerá a janela da figura10. Nesta janela existem diversas aba com diversas configurações, mas as principais são abas são:
- Parâmetros de Analise ( Analysis Parameters ) e
- Variáveis de Saída ( Output Variables ). Na aba Parâmetros de Analise ( Analysis Parameters ) temos os seguintes parâmetros: Os limites de tempo (semelhante aos ajustes do osciloscópio) que devem ser feitos em
- Tempo inicial ( Start time ), no exemplo 0s, e
- Tempo final ( End Time ), no exemplo0,004s=4ms.
A precisão dos gráficos será dada pelo número de pontos escolhido em Número de Mínimo de pontos no tempo ( Minimum Number of Time Points ), no exemplo 600 pontos. Caso você deseje pode deixar o programa especificar automaticamente o
CPF: RG: Após terem sido feitos os ajustes basta clicar em Simulate que será iniciada a simulação. Os resultados estão indicados na figura12.
Figura12: Resultados da simulação da Analise Transiente do circuito da figura Após os gráficos serem apresentados poderão ser editados (para isso consulte Módulo2 Aula4 ). Exemplo03 : Seja o circuito RC serie da figura13 para o qual desejamos obter o gráfico da tensão no capacitor em função do tempo (carga).
Figura13: Circuito RC série em CC - Carga do capacitor Para obter o gráfico da tensão no capacitor em função do tempo deveremos ir em Simular ( Simulate )>> Analise ( Analyses ) >> Transiente ( Transient ). Aparecerá a janela Analise Transiente da figura14. Nesta janela deveremos configurar as condições iniciais para zero ( set to zero ) e com tempos compatíveis com os do circuito (veja que a constante de tempo é 12s).
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( a ) ( b ) Figura14: Janela de configuração Analise Transiente (Transient Analysis) com a aba ( a ) Análise de Parâmetros (Parameters Analysis) selecionada e configurada ( b ) Variáveis de Saída (Output Variables) selecionadas Após terem sido feitos os ajustes, clicar em Simular ( Simulate ) obteremos o gráfico da figura15 (já configurado).
Figura15: Gráfico da tensão no capacitor em função do tempo (carga) do circuito da figura13. Exemplo04: Caso desejemos obter a curva da descarga do capacitor a chave deve ser colocada para baixo.
Figura16: Circuito RC série em CC - Descarga do capacitor
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Figura19: Curva da descarga do capacitor do circuito da figura16 considerando tensão inicial 12V
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Analise AC ( Analysis AC )
A Analise AC ( Analysis AC ) é uma analise para pequenos sinais, isso significa que todas as variáveis estão relacionadas de forma linear. Primeiramente o ponto quiescente é determinado e em seguida serão obtidos os modelos para pequenos sinais dos dispositivos. As entradas são consideradas senoidais, por isso nessa analise é necessário especificar uma fonte AC. Caso o gerador de funções seja ajustado para outra forma de onda ele automaticamente muda internamente para senoidal. Da mesma forma não importa a amplitude do sinal pois a analise dá como resposta a relação entre as tensões entre dois pontos (Ganho). Exemplo05 : Consideremos o circuito da figura20 para o qual desejamos obter a curva de resposta em freqüência. Se considerarmos a saída no nó 2 (Vs) e a entrada no nó 1 (Ve) teremos um circuito com o comportamento de um filtro passa baixas (FPB).
Figura20: Circuito para analise AC - Obtenção da curva de resposta em freqüência A freqüência de corte é dada por:
f (^) C (^) 2.. R. C
= π
Para obter a curva de resposta em freqüência é preciso especificar qual será o nó de saída, no caso o nó2. Comece indo em Simular ( Simulate )>> Analise ( Analyses ) ou clique no ícone
Escolha >> Analise AC ( AC Analysis ) será mostrada a janela Analise AC , da figura21. Nesta janela existem 4 abas:
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Figura22: Janela de configuração Analise AC com a aba análise de Variáveis de saída (Output variables) selecionada e já com as variáveis adicionadas à lista da direita. Após selecionar as variáveis agora você deve selecionar que nós ou ramos devem ser analisados para isso selecione na coluna da esquerda em seguida clicar em Adicionar ( Add ) transferindo os nós e/ou os ramos selecionados para a coluna da direita. A figura22 mostra os nós selecionados, no caso o nó2. Após terem sido feitos os ajustes basta clicar em Simular ( Simulate )que será iniciada a simulação. Os resultados estão indicados na figura23.
Figura23: Resultados da analise AC do circuito da figura Os resultados da analise AC mostrados na figura23 mostram o ganho em função da freqüência e a fase do ganho em função da freqüência. Caso queiramos mostrar somente um gráfico, o outro deve ser apagado (consulte Módulo2) A seguir na figura24 o gráfico do ganho configurado.
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Figura24: Curva de resposta em freqüência com o gráfico reconfigurado
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Figura26: Janela Analise de Varredura DC com a aba Parâmetros para Analise (Analysis Parameters) selecionada A outra aba de interesse é a aba Variáveis de Saída ( Output Variables ): Como nas outra analises vistas, aqui escolhemos quais as variáveis e quais os nós que serão usados na analise. No nosso exemplo queremos fazer uma varredura na tensão de entrada e saber o que acontece com a tensão de saída (nó 2).
Figura27: Janela de configuração Varredura DC (DC sweep) com a aba análise de Variáveis de saída (Output variables) selecionada e já com as variáveis adicionadas à lista da direita. Após terem sido feitos os ajustes basta clicar em Simular ( Simulate) que será iniciada a simulação. Os resultados estão indicados na figura28.
Figura28: Curva característica de transferência resultante da analise Varredura DC
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Varredura de Parâmetros ( Parameters Sweep )
Essa analise é usada para analisar o comportamento do circuito quando um parâmetro variar entre dois limites, como por exemplo o beta de um transistor, o valor de uma resistência ou de um capacitor, etc. O resultado é o mesmo se forem feitas varias análises para diferentes valores do parâmetro. Essa analise pode ser feita conjuntamente com outras analises de três formas: Na Análise Transiente. Na Análise DC. Na Análise AC.
Varredura de Parâmetros na Analise Transiente
Exemplo07 : Por exemplo desejamos saber o que acontece com a curva de carga de um capacitor quando o capacitor varia entre dois limites (2μF e 5μF). Poderíamos ter feito duas analises uma para cada valor, gerando duas curvas diferentes, ao invés disso faremos uma analise transiente com varredura de parâmetro sendo que os dois resultados serão visualizados no mesmo gráfico.
Figura29: Circuito RC para analise transiente com varredura de parâmetros Para efetuar os ajustes deveremos ir em Simular ( Simulate ) >> Analises ( Analyses ) ou clique no ícone
Escolha >> Varredura de Parâmetros (P arameters Sweep ) aparecerá a janela de ajustes da figura30, nesta janela deveremos efetuar alguns ajustes.
