Lab1_ORCAD_MODIFICADO1_

7/24/2019 Lab1_ORCAD_MODIFICADO1_

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UNIVERSIDADFRANCISCODEPAULASANTANDERINGENIERAELECTRNICA

LABORATORION1 ELECTRNICAII

ING. JHON JAIRO RAMREZ M. 1Dto. Electricidad & Electrnica UFPS

INTRODUCCIN A LA SIMULACIN CON ORCAD PSPICE

1. OBJETIVO GENERAL

Analizar el comportamiento del amplificador de Emisor Comn (EC) mono-etapautilizando los diferentes tipos de anlisis disponibles con la herramienta desimulacin ORCAD PSPICE.

1.1 ESPECFICOS

Familiarizar al estudiante con el uso de la herramienta de simulacin ORCADPSPICE como complemento al proceso de diseo y anlisis de circuitosamplificadores.

Identificar los principales tipos de simulacin que presenta la herramienta ORCADPSPICE para utilizarlos como soporte al anlisis y diseo de circuitos contransistores.

Obtener los parmetros de voltaje de polarizacin VCEQ, corriente de operacin ICQ,Beta de operacin del transistor Bf y las diferentes corrientes y voltajes del circuitode prueba a partir del modelo de pequea seal del transistor con la herramienta desimulacin.

Determinar los parmetros que pueden modificarse en el modelo utilizado por elORCAD con la herramienta PSPICE MODEL.

Utilizar la herramienta PROBE de ORCAD para visualizar los diferentes resultadosque se pretenden obtener con la simulacin.

2. EQUIPO NECESARIOComputador con ultimas especificacionesHerramienta de simulacin ORCAD PSPICE 10.3

3. COMPONENTES NECESARIOS

Los componentes se tomaran de las libreras que la herramienta tiene disponiblespara la simulacin.

4. TRABAJO PERSONAL PREVIO

Para la simulacin con Orcad Pspice se emplear un amplificador de Emisor comncon un transistor BJT ya diseado. Sin embargo, es necesario encontrar el modelomatemtico del circuito de EC de la Fig. 1. .


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AMPLIFICADOR DE EMISOR COMN

Fig. 1

VCC12V

vo

GENERADOR

vs

Rs

50

Cc1

1u

33kR1

22k

R2

4kRc

RE4k

Cc2

2uF

CE10uF

RL

5k

5. ECUACIONES BSICAS

EXPRESIN MATEMTICA

EC. RECTA DC

,

EC. RECTA AC

1 2 MODELO PSPICE ( PARMETROS DE CAMBIO)

BETA 26

VOLTAJE EARLY VA

6. PROCEDIMIENTO


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EDITSIMULATIONSETTING

RUN PSPICE

VOLTAGE LEVEL MARKER

PLACE PART

PLACE NET ALIAS

PLACE GROUND

Fig. 2

BARRA DE HERRAMIENTASSUPERIOR

BARRA DE HERRAMIENTA DERECHA

6.1 ANLISIS EN BIAS POINT (ANLISIS EN DC)

El anlisis en el modo Bias Point se utiliza para determinar el punto de operacin decada uno de los elementos que conforman el circuito de prueba, e identifica los

parmetros del modelo de los dispositivos activos (Transistores) que se utilizan en lasimulacin. Para entender un poco mejor este perfil de simulacin, vamos a desarrollarpaso a paso la implementacin de un circuito amplificador asi:

1 Implemente el circuito de la Fig. 1 en el rea de trabajo de Orcad como lo muestra

la Fig. 2.


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Fig. 3

PLACE NET ALIAS

2 Seleccione de la barra de herramientas lateral derecha Place partpara elegir loselementos que conforman el circuito. Ubique cada elemento del circuito en el rea

de trabajo (R, C, VCC, VSIN, VDC, Q2N2222A).

3 Seleccione las caracteristicas de la fuente con doble click y configure los valores de

la fuente Vsincomo los de la Tabla 1:

Tabla 1

4 Finalizado el proceso de implementacin del circuito en el rea de trabajo de Pspice,

seleccione Place net alias de la barra de herramientas lateral derecha, para darlenombre a cada nodo. Esta accin mejorar la descripcin del circuito y la

identificacin de sus componentes a la hora de la simulacin. En caso de

presentarse un error en la simulacin, el programa le indicar los nodos en donde se

encuentra dicho error y podr identificarlo fcilmente. Fig. 3

5 Para la simulacin de elementos semiconductores de tres terminales se debecambiar el parmetro de ganancia de la corriente, de lo contrario, los valores

arrojados en la simulacin no correspondern a los obtenidos en el anlisis terico.

VSIN

NOMBRE VALOR

Voff 0

VAMPL 20mV

FREQ 10khz


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Fig. 4

EDITOR DE TEXTOPSPICE MODEL

NOMBRE DEL MODELO AREALIZAR LOS CAMBIOS

En este caso, para el transistor bjt el parametro de ganancia de corriente es f, yse asumir un valor de prueba de f = 213.

6.1.1 Modificacin del Beta:Para modificar el Beta del transistor bjt se procede dela siguiente manera:

1. Seleccione el transistor bjt como lo muestra la Fig. 4.

2. De la barra de herramientas superior, seleccione el men Edit / Pspice Model.Inmediatamente aparecer una ventana donde se define el parmetro del modelo

del transistor que Pspice utilizar para su simulacin.3. Cambie el parmetro de ganancia de corriente de f =250 por f =213y el voltaje

Earlyal valor deVA=Vaf = 300 en el editor de texto del modelo de Pspice (PspiceModel), Fig. 4.

4. Para garantizar que los cambios efectuados al transistor solo sean de manera

temporal, dele un nuevo nombre al elemento. En este caso agreguele la letra J al

modelo existente Q2N2222A_J. Guarde y cierre el Pspice model.


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Fig. 6

CONFIGURACION DELPERFIL DE SIMULACIN

TIPO DE SIMULACIN

6.1.2 Simulacion del modelo:Antes de poder simular el modelo modificado configure el nuevo perfilde simulacin as:

1. Seleccione de la barra de herramientas superior Pspice /New simulation Profile,2. Para el nuevo perfil de simulacin en el espacio de la caja de dialogo Namede la

pestaa Analysis, introduzca el nombre que se le quiere dar al perfil desimulacin; en este caso Bias point, Fig. 6.

3. Luego Create.4. En la ventana emergente se configura la simulacin, de la barra superior

seleccione Edit Simulation Setting.5. Seleccione la pestaa Analysis e introduzca el tipo de anlisis que va a realizar

Analysis type. En este caso:Bias point.6. En la caja de dialogo Options, en la pestaa de anlisis, seleccione GeneralSettings.

7. En la misma pestaa seleccione para el archivo de salida Output File Options,la primera opcion.Include detailed bias point information for nonlinear controlled sources and

semiconductors (OP). y Ok.


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OUTPUT FILE

**** 09/27/08 21:41:50 ***** PSpice 10.3.0 (Jan 2004) **ID# 1111111111** Profile: "AMPLIFICADOR _EC-BIAS_POINT"

[C:\OrCAD\ejercicios_1\AMPLIFICADOR_BJT-PSpiceFiles\AMPLIFICADOR _EC\BIAS_POINT.sim ]

**** CIRCUIT DESCRIPTION****************************************************************INCLUDING "AMPLIFICADOR _EC.net" ****

* source AMPLIFICADOR_BJTV_Vs S 0+SIN 0 20MV 10K 0 0 0R_R1 B VCC1 33kR_R2 C VCC1 4kR_R3 0 B 22kR_R4 0 E 4kR_RL 0 VO 5kR_R6 I S 2kQ_Q1 C B E Q2N2222A_JC_C1 C VO 2uf

C_C2 0 E 10ufC_C3 B I 1ufV_VCC VCC1 0 5Vdc

**** RESUMING BIAS_POINT.cir ****.END

BJT MODEL PARAMETERS*****************************************************************

Q2N2222A_JNPN

IS 14.340000E-15BF 213NF 1VAF 300IKF .2847ISE 14.340000E-15NE 1.307

BR 6.092NR 1RB 10RC 1CJE 22.010000E-12MJE .377CJC 7.306000E-12MJC .3416TF 411.100000E-12XTF 3VTF 1.7ITF .6TR 46.910000E-09

XTB 1.5CN 2.42D .87

SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION*****************************************************************

NOD VOLT NOD VOLT NOD VOLT NOD VOLT

( B) 1.9633 (C) 3.6651 (E) 1.3460 ( I) 0.00

(S) 0.00 (VO) 0.00 ( VCC1) 5.00

VOLTAGE SOURCE CURRENTSNAME CURRENT

V_Vs 0.000E+00V_VCC -4.257E-04

TOTAL POWER DISSIPATION 2.13E-03 WATTS

OPERATING POINT INFORMATION****************************************************************

BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORSNAME Q_Q1MODEL Q2N2222A_J

IB 2.78E-06IC 3.34E-04VBE 6.17E-01VBC -1.70E+00VCE 2.32E+00BETADC 1.20E+02GM 1.29E-02RPI 1.04E+04RX 1.00E+01RO 9.04E+05CBE 4.08E-11

CBC 4.87E-12CJS 0.00E+00BETAAC 1.34E+02CBX/CBX2 0.00E+00FT/FT2 4.49E+07

JOB CONCLUDED

JOB STATISTICS SUMMARY*****************************************************************

Total job time (using Solver 1) = .02

Fig. 7

8. La visualizacin de los parmetros elctricos, punto de operacin de cada elemento

y voltaje de nodo que Pspice utiliza para su simulacin, se puede obtener con el

archivo de salida Output File. Para ello seleccione de la barra de herramientassuperior, Run pspice, la cual activa la herramienta Probeque permite visualizar elarchivo de salida.

Punto de polarizacindel elemento activo ysus parmetros depequea seal. Paranuestro caso elBETADC=120.Nuevamente secambia el valor en elPspice Model hastaque arroje el valordeseado 213.

Modelo de loselementos activosque utiliz en lasimulacin eneste caso el

transistor BJTQ2N2222A_J

Descripcindel circuitoesquemtico ysus nodos Los puntos de

polarizacin del circuitoen CD se encuentran a u


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9. Para ver los parmetros elctricos del punto de operacin en DC del modelo del

transistor Q2N2222A_J que arroj la simulacin, seleccione de la barra deherramientas superior View /output file, Fig. 7.

10. Verifique que el valor del BETADC del output filesea 213. De lo contrario, cierreel output file y repita los pasos 1, 2, 3 del numeral 6.1.1. Luego simule el diseo..Repita este procedimiento tantas veces sea necesario hasta conseguir el valor

propuesto. Utilice el mtodo de ensayo y error, Fig. 7.

11. Llene los valores de las variables elctricas correspondientes al campo asignado en

la tabla como Valores de simulacin, Tabla 2.

Tabla 2

6.2 ANLISIS EN EL TIEMPO (TIME DOMAIN)

Para el anlisis en el dominio del tiempo, alimente el circuito con la fuente de seal Vs

como muestra el circuito de la Fig. 1, y 2.

EDITOR DEL PERFIL DE SIMULACIN

Analysis type

Time domain

Run to Time: 500us

Start saving data after: 0.1uF

Options: General settings

Transient options: Maximum step size: 1us

Output file option:Include detailed bias pointinformation

OK /Aceptar

Tabla 31 De la barra de herramientas superior seleccione Pspice/Edit Simulation Profiley

configure el tipo de simulacin con los valores que presenta la Tabla 3, Fig. 8:

ANLISIS EN DC

VARIABLE V. TERICO V. SIMULACIN

ICQ

VCEQ

VBEQ

DCQ


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TIPO DE ANALISIS

Fig. 8

Opciones de configuracindel archivo de salida

NUMERO DE CICLOS

2 Ubique un Marcador de voltaje en la resistencia de salida y otro marcador de voltaje

en la resistencia de la fuente de entrada vs, Fig. 9.

3 Para simular el circuito de prueba, seleccione Pspice/Rundel men de la barra deherramientas superior.


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Fig. 10

OUTPUT FILE

EDIT SIMULATION SETTINGS

EDITOR DE LAS CARACTERISTICAS DESIMULACION

CONFIGURACION DE LOSEJES DE LA GRAFICACONFIGURACION DE LA

VARIABLE DE SALIDA DELA GRAFICA

CORRE EL NUEVO PERFILDE SIMULACION

5 Llene la Tabla 4 con los valores max y min de la seal de voltaje. Igualmente

consulte los valores de pequea seal del transistor presentes en el Output Fileyubiquelos en la tabla.

ANLISIS EN EL TIEMPO


Vi(p)


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Fig. 11

vi

t

vo

t

SEAL DE ENTRADA SEAL DE SALIDA

ANLISIS EN EL TIEMPO


Vo(p)

Av

ACQ

r

gm

(fase)

Tabla 46 Grafique un periodo de las seales de entrada y la salida del circuito

respectivamente en la Fig. 11.

6.2.1 Margen de Fase

1 Para medir la diferencia de fase entre la seal de salida y la seal de entrada

mantenemos el perfil de simulacin en el dominio del tiempo Time domain.2 Activamos nuevamente Probe con Run pspice.3 En la barra de herramientas superior de Probe seleccionamos Trace / Evaluate

Measurement.


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Fig.13

Fig. 12

4 Ya en la ventana para la evaluacion de medidas, Evaluate Measurement,procedemos a seleccionar la medida que queremos evaluar en Funciones Macros, se elige del listado la funcin PhaseMargin (1, y 2),Para los valores 1y 2Escriba la expresin en el espacio en blanco en Trace Expressions :(V(Vo),V(Vs:+)) tome las variables de la lista total Full List, Fig. 12.

5 Para ver los datos en la pantalla de probe View / Measurement Result,Fig. 13.


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6.3 ANLISIS EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA

6 Para iniciar el anlisis en frecuencia es necesario agregarle a la fuente Vsin lasiguiente propiedad: AC = 1.

7 Para realizar dicho cambio, seleccione primero la fuente VSIN, luego en la barra deherramientas superior Edit / Property Editor: En el editor de propiedades delelemento, en la casilla AC ingrese el valor de 1 y de la barra de herramientasapply.No cierre la ventana, para visualizar las propiedades del elemento, elegimos de la

barra de herramientas Dysplay properties / Name and value / Ok. Ya esta, lafuente se encuentra lista para tener un valor fijo de voltaje VAC = 1 y variar sufrecuencia.

8 Para configurar la simulacin editamos de la barra de herramientasEdit simulation settings/Analysis type:Ac sweep/noise.Options: General settings

9 AC sweep type: Logarithmic.Start Frecuency : 0.1hzEnd Frecuency : 10GhzPoints / Decade : 100.Aceptar.

10 Elija de la barra de herramientas un marcador de nivel de voltaje Voltage/ LevelMarker y ubquelo a la salida del circuito. Seleccione Runpspice.

11 Analice el grafico y encuentre los valores para los que la ganancia cae a un 70.7%de su valor mximo y llene la Tabla 5.

Tabla 5

ANLISIS EN LA FRECUENCIA

VARIABLE V. TERICO V. SIMULACINFL

FH

BW


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7. CONCLUSIONES

8. BIBLIOGRFIA

SAVANT C.J , RODEN Martin S. CARPENTER Gordon. Diseo Electronico. Circuitos ySistemas. Tercera Edicin. Mxico. Pearson Educacin Mexica S.A. 2000

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