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Aula 01: Analise SPICE - Analise DC

     SPICE (Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis) é uma ferramenta para simulação de circuitos elétricos. Com esta ferramenta os circuitos podem ser testados antes da implementação prática e pode-se verificar a influência de parâmetros de componentes dos circuitos sobre as características globais dos circuitos.

     Os principais tipos de análises são DC, AC e transiente. Na análise DC são fornecidas as tensões DC em todos os nós do circuito. Na análise AC é determinada a resposta em freqüência do circuito. Na análise transiente é determinada a resposta do circuito em função do tempo.

1 Introdução
As principais analises usando diretamente o SPICE 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.
    • Distorção  (Distortion  Analysis):  Permite  medir a distorção harmônica e a de intermodulação.
    • 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.

    Alem dessas analises existe uma outra chamada Simulação Interativa (Interactive simulation) que é a simulação usando instrumentos de medição. Não será analizada neste Modulo, pois foi estudada anteriorment.


    Para  iniciar qualquer uma dessas analises ir em Simular (Simulate) >>  Analise e Simulação (Analyses and Simulation).


    Aparecerá a janela Analyses and Simulation, Figura 1.


    Figura 1 - Acessando a janela Analises  e Simulação (Analyses and Simulation)

    Nesta  janela as analises SPICE estão na coluna da esquerda.Interactive Simulation, DC Operating Point...........Noise Figure. Para cada analise selecionada, existem varias abas à direita para configuração. Por exemplo na Figura 1 está selecionado Interactive Simulation, as abas de configuração para essa analise são Analysis  Parameter, Output e Analysis  Option.


    2 Analise DC (DC Operating Point)
         A Analise DC determina o ponto de operação (ponto  quiescente) de um circuito. Quando essa analise é executada, as fontes  AC são zeradas e os capacitores são colocados em aberto e os indutores  são colocados em curto circuito e os resultados serão armazenados  para futuras analises (Post Processor).

    Exemplo : Vamos considerar um exemplo.. Seja o circuito da Figura 2 (amplificador  emissor comum), para o qual desejamos determinar os valores quiescentes (tensões e correntes continuas). Os calculos podem ser feitos antes para em seguida serem checados os valores. Os resultados serão tabulados no caso dessa analise. Anteriormente voce viu que os resultados eram medidos usando instrumentos (voltimetro e amperimetro). Circuito equivalente para analise DC Operating point



    Figura 2 - Amplificador emissor comum para analise DC


              Construído  o  circuito,  indo  em Simulate >> Analises and Simulation. Aparecerá  a janela da Figura 1. Escolha >> Ponto de Operação DC (DC Operating  Point) será apresentada a janela da Figura 3. Nesta janela selecione, na coluna Variaveis no circuito (Variable in circuit)  quais variáveis (correntes, tensões, potencias) deseja que sejam medidas. Em seguida clique em Adicionar (Add) para transferir para a coluna da direita (Selected variables for analysis) essas variaveis.
    Obs: Os valores das tensões nos nós  são em relação ao terra (nó 0).





    Figura 3 - Janela   Analise do Ponto de Operação DC – Variaveis de saída  (ramos e nós) não selecionadas

             Na Figura 3, na coluna Variaveis no circuito (Variable in circuit) devem ser  selecionadas quais as variáveis (tensão, corrente e potencia) que se deseja medir (efetuar a analise). Por exemplo, querermos determinar a corrente de base,I(Q1)[IB]),  coletor I(Q1)[IC]) e emissorI(Q1)[IE]) do transistor Q1. Tambem podemos determinas as tensões quiescentes na base (nó1), no coletor (nó 5) e no emissor (nó 4). Voce deve selecionar as grandesas e em seguida clicar em Adicionar (Add), as mesmas aparecerão na coluna



    Figura 4 - Janela Ponto de Operação DC (DC  Operating Point) após selecionar as variaveis a serem medidas

    Após serem feitos os ajustes  clicando  em Simular (Simulate) aparecerá  a janela da Figura 5 com a indicação dos valores de correntes e tensões.




    Figura 5 - Resultados da simulação da analise  DC do circuito da Figura


    Na Figura 5 os seguintes  resultados foram obtidos são mostrados:


    V(1) tensão do nó  1  em relação ao terra: 2,06296 V                 Obs: É a tensão da base ao terra VB
    V(4) Tensão do nó  4 em relação ao terra:  1,24420 V                Obs: É a tensão de emissor VE ao terra
    Tensão do nó  5 em relação ao terra:   7,40845 V                        Obs: É a tensão do coletor ao terra, VC
    Corrente de base de Q1:           55,99446 mA
    Corrente de coletor  de Q1:       5,59945 mA
    Corrente de emissor  de Q1:     5,65544 mA                                 Obs: O sinal de menos é uma convenção do SPICE


    Observe que o valor do beta do transistor é 100, ou b=IC/IB=5,599mA/55,99 mA = 100. Para ver o valor do beta, dar duplo clique no transitor, aparecer´á  janela.




                       ( a )                                                             ( b )
    Figura 6 - Mudando o beta do transistor ( a ) Janela Transistor  virtual ( b ) Janela de edição do modelo

     Não esqueça de   calcular todas as variáveis  (IB, IC, VCE  etc.) antes de executar a analise DC!
    Mude  o valor do  beta  do transistor para 200 transistor dando duplo clique no transistor acessando as janelas da Figura  6. A Figura 7 mostra o valor mudado do beta e os resultados da simulação para esse novo beta.



                                                                                                                                                               
                  
    Figura 7 - Mudando o beta do transistor ( a ) Janela Edição do Modelo (Edit Model) ( b ) Resultados da simulação para b=200


    Exercício Proposto
    Como exercício determine a intensidade de todas as correntes para  o circuito executando uma analise DC.


     
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