UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA

ANALISIS ELECTRICO I

CICLO I 2011

Catedrático: Ing. G. Marvin J. Hernández.

Instructores: Br. Luis Edgardo Flores López.

Br. Joel Edgardo Flores Rubio.

ANÁLISIS EN EL DOMINIO DEL TIEMPO: CIRCUITOS INDUCTIVOS Y

CAPACITIVOS.

En esta práctica de simulación se presentará el uso de elementos cuyas propiedades son diferentes a la de los resistores. Estos elementos son el capacitor y el inductor. Las variables de voltaje y corriente para los elementos están relacionadas por ecuaciones integrales y diferenciales. Aunque los formatos de entrada de capacitores e inductores para SPICE son similares a los de resistores, las funciones que se pueden realizar con ellos, y por tanto las instrucciones asociados a ellos son considerablemente más numerosas. La nomenclatura para circuitos con capacitores y/o inductores es la siguiente: Cnombre < nodo + > < nodo - > < valor > IC=cond. inicial Lnombre < nodo + > < nodo - > < valor > IC=cond. Inicial Donde: nodo+ y nodo- son los nodos a los que se conecta el elemento. IC es el valor del voltaje a través del capacitor al tiempo t=0 o la corriente circulando en el inductor en t=0 y es un parámetro opcional. Solo se usa en análisis transitorio. Tipos de formas de onda. Para realizar un análisis de respuesta transitoria es necesario definir las fuentes independientes para dar su valor transitorio. Este valor es adicional al valor de DC que se dio en la práctica de simulación 1. La notación más general para las fuentes independientes en SPICE es la siguiente: <nombre> < nodo + > < nodo - > < valor de DC> < valor de AC> + <valor transitorio> Si alguno, o los dos valores de DC y AC se omite, su valor es cero (aunque en SPICE se produce un mensaje de precaución, para evitar este mensaje se debe colocar el valor de cero a esos parámetros). El < valor de DC> sirve para análisis de punto de operación y barrido de DC. El < valor de AC> se puede combinar con el < valor de DC> para evaluar el punto de operación en un análisis de AC. El <valor transitorio> toma prioridad sobre las otras especificaciones sólo durante el análisis transitorio. Si no se especifica el valor transitorio, se usa entonces el valor DC y se supone que la fuente es constante durante la simulación. Si se encuentra presente, <valor transitorio> debe ser uno de los siguientes: EXP: <parámetros> para forma de onda exponencial PULSE: <parámetros> para forma de onda de pulso PWL: <parámetros> para forma de onda por secciones

SFFM: <parámetros> para forma de onda frecuencia modulada SIN: <parámetros> para forma de onda senoidal nota: Los parámetros pueden ir o no en paréntesis; pero para fines prácticos se deben incluir los paréntesis. Estas formas de onda se describen a continuación. Los valores de tiempo de impresión y tiempo final se dan en la instrucción .TRAN Análisis de respuesta transitoria. La instrucción para realizar análisis transitorio es .TRAN. Esta instrucción especifica durante cuanto tiempo se va a realizar el análisis transitorio. La notación es: .TRAN[/OP] < intervalo de impresión > < tiempo final > + [< intervalo sin impresión >] [< paso máximo >] [UIC] Para SPICE, el tiempo siempre empieza en cero y aumenta hasta llegar al <tiempo final >. La opción /OP hace que se imprima la tabla de voltajes de nodo calculados en el punto de operación para el análisis transitorio. Este punto de operación será el mismo que en el análisis .DC, a menos que se especifiquen condiciones iniciales que solo valgan en el análisis transitorio. El valor de <intervalo de impresión> especifica cuando se va a generar salida (que se obtendrá con una instrucción .PRINT). El valor de <intervalo sin impresión> especifica a partir de que tiempo se desea empezar la impresión, de tal manera que solo se tenga impresión en la ultima etapa de simulación. El valor de <máximo paso> especifica el máximo valor del paso de tiempo que SPICE usa para realizar la simulación. Si este parámetro no se especifica, el máximo paso será 1/50 del intervalo donde se realiza el análisis transitorio. Normalmente, el paso de tiempo es variable, siendo más grande cuando hay poco cambio en la variable de salida y más pequeño cuando la variable se salida cambia rápidamente. Esto se hace con el propósito de optimizar el tiempo de computo y dedicar mayor esfuerzo donde se tienen mayores cambios. EL parámetro UIC es opcional e indica que se deben usar condiciones iniciales. Si no existe una instrucción .IC, se usan los voltajes de nodo de la instrucción .IC para determinar las condiciones iniciales de los elementos. Para el caso de las condiciones iniciales se puede usar .IC con el formato siguiente: .IC <V(<nodos>)> = <valor> Para imprimir los resultados del análisis transitorio, se emplea la instrucción .PRINT. El formato para esta instrucción es: .PRINT TRAN variables La palabra TRAN indica que lo que se desea imprimir son los resultados del análisis transitorio. Las variables que se pueden imprimir son los voltajes de nodos, voltajes entre nodos y corrientes que fluyen a través de fuentes independientes de voltaje. Como ejemplo: .PRINT TRAN v(9) I(ven) v(3,4) Indica que se desea imprimir las variables del análisis transitorio siguiente: el voltaje del nodo 9 referido al nodo común, la corriente que fluye en la fuente de voltaje ¨ven¨ y el voltaje entre los nodos 3 y 4. La impresión de resultados tiene como primera columna el valor del tiempo en pasos determinados por <intervalo de impresión> de la instrucción .TRAN hasta el valor de <tiempo final>. Los resultados del análisis transitorio también se pueden graficar usando la instrucción .PLOT, cuyo formato es: .PLOT TRAN < variables > [<limite inferior>,<limite superior>] + [xlabel ´texto´ ] [ylabel ´texto´ ] [title ´texto´ ]

Donde: TRAN indica que son variables de análisis transitorio. <Variables> puede ser cualquier variable, voltaje o corriente, del circuito y como opciones opcionales los <limites superior> y <limites inferior> son los limites de la gráfica, si estos limites no se especifican SPICE los genera automáticamente. Para xlabel, ylabel y title son para colocar leyendas en los ejes X e Y, title coloca un titulo a la gráfica. Se pueden escribir hasta 8 variables por cada instrucción .PLOT; sin embargo, se pueden repetir la instrucción .PLOT cuantas veces sea necesario. Ejercicio 1. Un circuito en serie RLC con R = 100 W, L = 10mH, C = 0:1 mF está excitado por una fuente de frecuencia variable sinusoidal de RMS valor de 100 V. Representar la magnitud y ángulo de fase de la impedancia del circuito contra la frecuencia de la fuente en que ésta se varió de 25 Hz a 1000 kHz. Medir frecuencia de resonancia, las frecuencias de media potencia, y el ancho de banda de las parcelas y verificar sus valores por los cálculos teóricos. Repita simulación con R = 1000 Ω y R = 5000 Ω. ¿Cuál es el efecto de la variación de R en frecuencia de resonancia, las frecuencias de media potencia y ancho de banda? Para el circuito dado, la frecuencia de resonancia viene dada por:

Para ello, tenemos que variar la frecuencia de la sinusoidal excitación. Por lo tanto, tenemos que usar el comando de corriente alterna. Para ª respuesta de frecuencia, el comando que se incluirán entre. control y. end es:

ac dec points_per_decade start_frequency end_frequency

Circuito para estudiar la resonancia serie.

RESONANCIA SERIE * Fuente de voltaje senoidal tiene valor dc = 0 y valor RMS = 1000 vin 1 0 dc 0 ac 100V * Fuente para medir corriente vx 4 0 dc 0 * Componentes pasivos * Observar que inicialmente r=0.1 y luego cambia a 100, 1000 y 5000 Ohm r 1 2 0.1 l 2 3 10mH C 3 4 0.1uF

.control *Esto hace que la salida aungular de SPICE_OPUS sean en grados set units=degree * Esto limpia el area de trabajo. destroy all * realizar análisis de CA por variación de frecuencia de 25Hz a 1000kHz teniendo 100 puntos por década. * Compruebe el efecto de reducir / aumentar el número de puntos por década. Realizar el análisis de CA *para cada valor de r, como se muestra a continuación: foreach value 100 1000 5000 alter r=$value ac dec 100 25 1000kHz end * Esto grafica |Z| plot mag(ac1.v(1)/ac1.i(vx)) + mag(ac2.v(1)/ac2.i(vx)) mag(ac3.v(1)/ac3.i(vx)) + xlabel 'Frecuencia[Hz]' ylabel 'r=100 Ohm[Rojo], + r=1000 Ohm[Verde] and r=5000 Ohm[Azul]' + title 'Magnitud de Impedancia[Ohm]' * Esto grafica el angulo de Z plot ph(ac1.v(1)/ac1.i(vx)) + ph(ac2.v(1)/ac2.i(vx)) ph(ac3.v(1)/ac3.i(vx)) + xlabel 'Frecuencia[Hz]' ylabel 'r=100 Ohm[Rojo] + r=1000 Ohm[Verde] and r=5000 Ohm[Azul]' + title 'Angulo de Fase de Impedancia [Deg]' * Esto grafica la corriente plot ac1.i(vx) ac2.i(vx) ac3.i(vx) + xlabel 'Frequency[Hz]' ylabel 'r=100 Ohm[Rojo], + r=1000 Ohm[Verde] and r=5000 Ohm[Azul]' + title 'Corriente[A]' * Supongamos que desee representar la magnitud de la tensión a través de L y C en función de voltaje a *través de la frecuencia, cómo hacer esto? Añadir las instrucciones aquí y vea los resultados. .endc .end

Ejercicio2. Para el siguiente circuito grafique la salida si a la entrada tiene una señal AC con amplitud 1, si su frecuencia va desde 1 a 80000, luego grafique la salida cuando a la entrada tenemos un pulso

*parametros del circuito *fuente * PULSE(V1 V2 TD TR TF PW PER) *vc1 1 0 PULSE(-1 1 0.0 0.0 0.0 8m 16m) vs1 1 0 dc 0 ac 1 *resistencias R1 1 2 481 R2 4 2 481 R3 2 3 481 *capacitores C1 2 0 0.1u C2 3 4 0.1u *operacional e1 4 0 0 3 1meg .control set units = radian *AC Lin NP(numerode puntos) Finicial Ffinal ac lin 100 1 80000 *tran 1m 100m *plot V(4) v(1) *plot dB(mag(v(4))) *+xlabel "Frecuencia [Hz]" *+ylabel "Magnitud" *+title "Diagrama De Bode" .endc .end

-

+

IOP1

C1

1u

C2

1u

R1 4,81k

R2

4,8

1k

R3 4,81k

+VG1

VF1

Tarea:

Grafique la magnitud de la salida, al ingresar una señal AC de amplitud 5V, la señal AC tiene que hacer un barrido de frecuencia desde 1HZ hasta 500HZ con NP=100

Grafique la salida de 0 a 100ms, al ingresar una señal cuadrada, con su límite superior de 1V y límite inferior de 0V, el ancho del pulso es de 500m y el periodo de 1m.