Practica Aplac 1 Y 3

Análisis de las simulaciones

Practica 2

Demos una rápida introducción para iniciar, sobre cada tipo de análisis a tratar: 1. El análisis DC sirve para determinar el punto de operación. Éste análisis permite crear el fundamento de otros análisis. 2. El análisis AC genera la respuesta de pequeña señal dando información para diferentes frecuencias, en el dominio de la frecuencia, sobre la magnitud y la fase de la señal. 3. Con el análisis en régimen transitorio se puede estudiar diferentes propiedades dependientes del tiempo. 4. Análisis de balance de armónicos (también conocido como de estado estacionario) se llega al espectro de la señal. 5. Al finalizar el diseño del amplificador se puede asignar un símbolo jerárquico a éste. El símbolo se representará en DefModel al definir la simulación. De esta forma es posible acceder al amplificador, como se accede a un elemento para uso en cualquier otro diseño.

RÁCTICA 2: Análisis en Corriente Continua DC. Los análisis de Corriente Continua DC son en cierto sentido el punto de partida de todos los demás análisis. Se trata de un método muy básico de análisis. La característica determinante en el análisis DC es la ausencia de señales alternas. Por esta razón no es necesario definir una fuente de señal. Igualmente se puede omitir el capacitor C1 como componente de bloqueo de corriente Procedimiento. continua. Con el circuito que hicimos en la primera practica es con el que trabajaremos en esta. • Aplicándolo al Editor de APLAC se puede desactivar el capacitor y el nodo de entrada. Esto significa que se puede seleccionar el elemento a desactivar marcándolo con una casilla a su alrededor y a continuación seleccionando Edit y Disable. (La acción equivalente para desactivar con el teclado es: Control +-) . También debemos asegurarnos que la fuente de señal alterna no este activa o si es posible quitarla. Debemos asegurarnos que la entrada se deshabilite para no tener señales externas en este análisis. l circuito queda de la siguiente manera:

Fuente AC desactivada

vcc

Vdc DC=10 R=1 I=Icc

RL

RB1 180k

B1

1k out

Q1 in

N1

Vin AC=1 R=1

C1

MODEL=Bjt1

100n

RB2

20k

Entrada desactivada Capacitor desactivado

El único comando requerido para el análisis de corriente continua es: Analyze DC. Vamos a examinar esta línea de comando con más detalle: Analyze es un comando para correr los análisis y la denominación DC define el tipo de análisis que se desea • Seleccione correr. Lo cuál es fácil de comprender. Agregaremos al circuito Insert a esquemático el Analyze Control Object. continuación Control Object, seguidamente seleccione Analyze como el objeto de la lista desplegada en Object. En la casilla de atributos tipee DC. Observe la figura. Ahora se puede salir del editor de objetos Object Editor presionando OK.

• El próximo paso es asegurarse que se especifica el análisis en el orden adecuado. Después de haber salido del editor de objetos el usuario puede observar una lista de objetos Object List. En esta lista aparecerá el Control Object que acaba de crearse. Fíjese que este objeto de control no aparece en el orden adecuado para la simulación. Esto es debido a que la ubicación de los objetos de control en la lista queda determinada por el orden como fueron agregados al archivo de simulación. Necesitaremos bajar el objeto a una posición debajo del diagrama circuítal. Con facilidad se puede seleccionar la línea de comando Analyze de la lista y se presiona el botón Down.

ués de puede estos pasos la lista objectObject list se debe mostrar de esta • Se cerrar en la lista de de objetos, List presionando elmanera botón Close. Model Bjt1 (E) Nótese que el sweep de AC Circuit Diagram [...] (E) debe estar Desactivado esto Analyze [DC...] (E) se ve en la letra D que esta Sweep ["ac analysis"...] (D) entre paréntesis al final de la línea del sweep Las salidas del análisis DC. En el análisis DC se pueden mostrar los resultados de la simulación de APLAC por medio de tres métodos:

1er Método: Usando la Interfaz gráfica de usuario: • En Windows está disponible un método interactivo para examinar la información de nodos y ramas sin utilizar el lenguaje APLAC. Pero este método no lo realizaremos porque esta versión para estudiantes de APLAC no se puede Métodopor 2: este Usando las funciones de salida del APLAC. trabajar método. En este método se obtiene salidas basadas en programación, es el método mas preciso para indicar las salidas de las simulaciones, significa que el usuario define la salida usando expresiones textuales, por ejemplo la declaración de la impresión, Print, que imprime la salida a un archivo externo. En la sintaxis Print de la impresión, la declaración es seguida por pares de formato-contenido. El formato es definido por un identificador. Por ejemplo, S (o de TEXTO) significa la string (= texto), Real significa número real, INT número entero etc. El contenido seguido del formato debe cumplir con el formato para evitar mensajes de error. La Función Vdc tiene un argumento, que corresponde al nombre del nodo. En el extremo de la línea de texto hay un identificador único LF, cuya función es producir el avance de línea de texto en la salida. Cumple la función de indicar la líneaesta de salida debe cambiar a la próxima. el identificador -.cuando Para agregar línea de texto seleccione Insert ySin a continuación LF, la impresión continuaría donde terminó la la anterior. Control Object, siguiente seguidamente seleccione Print de lista En general, esto sería mala técnica. desplegada, comouna próximo paso tipee el texto S "Vout ="... como atributo. -. Mueva la declaración de impresión Print al fondo del grupo de objetos de control en la lista de objetos con el botón Down. Finalmente,

Ahora la lista de object list debe quedar de la siguiente manera asegurándose que la línea del print sea la ultima. Método 3: Usar reportes pre formateados de la impresión. El reporte de la impresión indica que se está utilizando uno de los diferentes reportes disponibles adaptados al formato de la impresión de APLAC. El punto de operación de un solo componente se puede imprimir usando el comando de impresión Print DCOP xxx, donde xxx representa el nombre del componente. Otro reporte disponible después del análisis de DC es PUBLICS. Los modelos de componentes complejos (tales como el modelo del semiconductor del BJT en el ejemplo que se trata) necesitan calcular un número de los valores de los componentes internos del circuito equivalente. Estos valores son normalmente declarados públicos y pueden ser accesados por el usuario, por ejemplo a través de los reporte Print PUBLICS. La información pública puede ser accesada también, seleccionando Tools y a continuación Component Info en la ventana principal del simulador APLAC. Cada modelo de componente por lo común dispone de varios valores a través de la definición PUBLICS. Ahora podemos usar la declaración Print para generar diferente información sobre el circuito. Por ejemplo, se puede usar el siguiente Objeto de Control de Impresión: Model Circuit Diagram Analyze Sweep Print

Bjt1 [...] [DC...] ["ac analysis"...] [S "Vout= "...]

(E) (E) (E) (D) (E)

Las primeras tres expresiones imprimen la tensión DC del nodo out, la corriente DC en la rama bI y la diferencia de tensión DC entre los nodos out y 1. Y a continuación se imprime la información del punto de operación del componente RB2 y finalmente la información pública de todos los componentes solicitados. • Agregue el texto arriba descrito en el Print Control Object existente. Seleccione Edit y a continuación Edit Object list … luego haga doble click sobre el objeto Print en la lista. Cerciórese en no dejar espacios alrededor del signo menos en la tercera línea. • Model Seguidamente, Bjt1 seleccione OK en el editor asegúrese de que la Ahorade la objetos, lista de object list debe (E) Circuit Diagram Print [...] (E) dequedar declaración aparezca después la declaración Analyze.manera Presione de la siguiente Analyze [DC...] (E) Close objetos. asegurándose que el print que Print en la lista de [S "Vout=" REAL ...] (E) Sweep ["ac analysis"...] (D) acabamos de activar este des pues Print [S "Vout= "...] (E) del Analyze. El cuadro a continuación es la salida de la simulación. APLAC 8.10 Sun Jul 06 2008 at 10:37:58 Copyright (c) APLAC Solutions Corporation, Finland, 1998-2005 ___________________________________ Vout= 7.302 Iload= 2.695m Vcb= 6.649 ___________________________________ Res RB2

Voltaje: V = 653.085m Current: I = 32.654u Resistance: R = 20.000k Power: Pdc = 21.326u Temperatures: Temp = 300.150 K Tnom = 300.150 K 27.000 C 27.000 C

PUBLIC APLAC DATA OF Q1 Isub 0.000 ___________________________________ Pdc 19.693m Identifier Description Qo 0.000 Value(s) dQo 0.000 ___________________________________ Qw 0.000 DCOP Ic 2.695m dQw 0.000 Ib 19.258u Qbe 15.952p Ie -2.714m Qbc -86.823p Vbe 653.085m Qbx 0.000 Vbc -6.649 Qsc 0.000 Vce 7.302 ______________________________________ Ic,int 2.695m gm 104.140m Vout= ro 17.309k ______________________________________ Cbe 29.011p CPU-time = 141 ms, Total Cbc 10.220p allocated memory = 255 Kbytes Cbx 0.000 End of simulation on Sun Jul Csub 0.000 06 2008 at 10:37:58 rbe 1.343k ______________________________________ rbc 100.000G Cuadro de la salida del análisis en DC con el rbb 0.000 comando print(método 3) betaDC 139.948 betaAC 139.870 fT 422.483M

PRÁCTICA 3: Análisis en Corriente Alterna AC. Un punto fundamental en el análisis AC es que el circuito se linealiza para el análisis. Como consecuencia directa, el análisis de DC se debe correr antes del análisis AC. Esto se hace automáticamente en APLAC: Primero el análisis de DC determina el punto de operación del circuito y luego el análisis AC linealiza el circuito en su punto de operación. En la linealización la función de transferencia no lineal es substituida por una función de transferencia lineal. Esto simplifica enormemente la tarea del cómputo. Si el circuito es lineal, entonces no es necesario un análisis en DC antes del análisis de AC. El análisis de AC no es por lo tanto capaz de tratar las propiedades no lineales, tales como: distorsión, productos de intermodulación o espectrales. Después de la linealización, la ganancia y el desplazamiento de fase no son más sensibles a las variaciones de los niveles de la señal. Por lo cual, se logrará exactamente la misma amplificación si la amplitud de la señal de entrada es un microvoltio o un Teravoltio. Ésta, es naturalmente una consecuencia directa de la naturaleza lineal del circuito simplificado. Por supuesto, usted (como usuario) debe saber que el resultado es válido solamente para la condición de pequeña de señal.

specificaciones básicas del análisis AC. • Agregue los componentes necesarios del circuito al diagrama. Como siempre, el objeto de Control se puede definir, en general, de dos maneras ligeramente diferentes: 1. Podemos utilizar el objeto de control Control Object del tipo "barrido" Sweep predefinido: a. El usuario no necesita (ni debe) agregar el signo + al inicio de las líneas para indicar la continuación de comandos (como lo exige el lenguaje APLAC). En vez de esto, el signo + se agrega automáticamente cuando se crea el archivo de simulación: el lenguaje APLAC lo requiere. b. En declaraciones compuestas como barrido Sweep, la declaración La parte de la EndSweep sedefinición del barrido Sweep consiste en subcomandos que se automáticamente. ponen entre las declaraciones Sweep y EndSweep. Estos agrega comandos, como Print y Show, generan la salida. Son comandos separados y no deben ser pegados a la declaración de barrido Sweep usando el signo +.

l circuito queda de la siguiente forma: vcc RB1

Vdc

RL 180k

DC=10 R=1 I=Icc

Bl

1k out

Descripción del Bjt

Q1 in

1

Vin AC=1 R=1

Model Circuit Diagram Sweep

C1

MODEL=Bjt1

100n

RB2

20k

Bjt1 [...] ["ac analysis"...]

Model Bjt1 IS=25f BF=120 VAF=40 CJC=20p CJE=20p

(E) (E) (E)

Object list

Esta es la ventana que debe aparecer en la declaración del Sweep predefinido.

ac analysis APLAC 8.10 Student version FOR NON-COMMERCIAL USE ONLY 40.00 180.00 PHASE 12.50 90.00 -15.00

0.00

-42.50

-90.00

-70.00 1.0

-180.00

100.0 10.0k 1.0M 100.0M f/Hz MagdB(Vac(out) Pha(Vac(out)) MagdB(Vac(1)) Pha(Vac(1))

Gráficas de la simulación AC del barrido Sweep predefinido.

2. Podemos utilizar el objeto de control de formato de texto Text Control Object (En el caso de la DC anterior, también se pudo haber a. Ahora, el barrido hecho deagregue esta manera). Sweep de cualquier manera (Seleccione Insert a continuación Control Object, o bien, seleccione Insert y a continuación Control Object as Text) y luego. b. Ejecute el análisis (en el Editor de APLAC, elija Simulation luego Simulate). Si consigue errores, examine el contenido del campo de atributos del objeto del control de

Ajuste del análisis AC. APLAC ofrece técnicas más avanzadas para realizar los cambios en el circuito. Por ejemplo, para determinar cómo la respuesta del sistema analizado depende del valor de la resistencia de la carga, debemos usar ahora variables. Cuando se declara una variable, ésta puede definir el valor de cualquier parámetro real estimado en el circuito. Cualquier valor del componente, por ejemplo: el nivel de la fuente, los valores parasitarios de los componentes y cualquier valor de parámetro de un modelo, se puede definir con una variable en vez de utilizar una magnitud constante.

la idea de la aplicación de la variable es un enorme elemento adicional para incrementar la funcionalidad de APLAC: 1. Las variables se pueden barrer (con Sweep) en el análisis, para determinar por ejemplo, la respuesta para diversos voltajes de operación, la ganancia para diferentes valores de carga, el consumo de potencia para diferentes temperaturas, etc. 2. Las variables se pueden utilizar para ajustar finamente tuning y llevar al mejor punto de operación. Esto significa que los valores de las variables se cambian manualmente durante la simulación. Así, el usuario puede conseguir una descripción rápida del Diseño. 3. El ajuste fino tuning y la puesta en el mejor punto de operación, puede ser hecho automáticamente, y en este caso hablamos de optimización. Con la optimización necesitamos definir el objetivo o meta que se busca en el diseño o la respuesta deseada. El objetivo o meta de diseño se puede fijar para cualquier valor de respuesta real y pueden existir varios objetivos o metas de diseño definidos simultáneamente permitiendo definir también, los objetivos o metas del diseño para respuestas de valores complejos.

ara lograrlo, hay que seguir tres pasos. • Primero, genere la variable. Para hacerlo, agregue el objeto de control Control Object del tipo Var, denomínelo Rx, y asígnele el valor 1k. • Para utilizar la variable con un valor determinado del componente, substituya el valor fijo 1k del resistor RL por variable Rx. • Agregue otro lazo para correr el análisis tres veces para diferentes valores de Var Rx, de modo que los valores cambien linealmente desde 500 hasta 1500. Esto se logra agregando otra línea para un nuevo LOOP sobre el LOOP existente que tiene la función de correr las frecuencias: LOOP 3 VAR Rx LIN 500 1500.

• Al correr el análisis se observa que la respuesta de frecuencia se calcula tres veces.

ac analysis APLAC 8.10 Student version FOR NON-COMMERCIAL USE ONLY 50.00 180.00 PHASE 20.00 90.00 -10.00

0.00

-40.00

-90.00

-70.00 1.0

-180.00

100.0

MagdB(Vac(out) MagdB(Vac(1))

10.0k 1.0M 100.0M f/Hz Pha(Vac(out)) Pha(Vac(1))

Tablas de valores. Asumamos que quisiéramos correr el análisis usando los valores 400Ω, 1kΩ y 2.5kΩ para Rx. Cuando se necesita una lista o una tabla, en APLAC, se define normalmente un vector. Nos podemos referir a todo el vector usando solamente su denominación. También podemos hacer referencia a los valores dentro del vector, llamando el índice del valor entre corchetes. Por ejemplo, si se crea un vector Rvalues (teniendo los valores antedichos 400, 1000 y 2500), podemos encontrar el Figura a: El Vector primer valor usando el índice 0, por ejemplo Rvalues[0]. Control Object se puede utilizar para crear una declaración tipo vector. Se utiliza para contener un arreglo de valores a los que se puede hacer referencia con un índice. Figura b: Observe la sintaxis en el barrido Sweep: la variable RX se corre en el LOOP, pero sus

Ajuste de la visualización de los resultados. A continuación agregaremos un texto descriptivo en la ventana gráfica. Nuevamente existen dos alternativas para definir el texto: es posible después del análisis, seleccionar en la ventana de gráficos: Edit y a continuación Add text, o también antes del análisis se puede adecuar el comando de impresión Print en la declaración del barrido Sweep. • Para imprimir los resultados en la parte superior de las curvas de salida, se puede definir la coordenada Y de la impresión, que será igual al resultado. Esto se puede lograr, por ejemplo, usando la magnitud del voltaje AC, como sigue a continuación: Print + WINDOW=0, X=10k, Y= MagdB(Vac(out)), + S "Rx =" REAL Rx S "Icc =" REAL Idc(Icc) • Para obtener la impresión de salida que se ejecuta un poco antes de la mitad del análisis, podemos utilizar la definición siguiente dentro del barrido Sweep... EndSweep. If (SweepIndex[1]==45) Then Print + WINDOW=0, X=f, Y=MagdB(Vac(out)) + S "Rx =" REAL Rx

ac analysis APLAC 8.10 Student version FOR NON-COMMERCIAL USE ONLY

50.00

180.00

Rx = 2.500k Icc =-2.543m Rx = 1.000k Icc =-2.747m

PHASE

Rx = 400.000 Icc =-2.838m

20.00

90.00

-10.00

0.00

-40.00

-90.00

-70.00

-180.00 1.0

100.0 MagdB(Vac(out) MagdB(Vac(1))

10.0k

f/Hz

1.0M Pha(Vac(out)) Pha(Vac(1))

100.0M