DESIGN CENTER 6.3

DESIGN CENTER 6.3
MANUAL PASSO A PASSO PARA INICIANTES
Marco Antônio Mena
Renato Buosi
Rodolfo Bighetti
Professor orientador : Kazuo Nakashima
ESCOLA FEDERAL DE ENGENHARIA DE ITAJUBÁ
DEPARTAMENTO DE ELETRÔNICA
Este manual tem como objetivo conduzir a simulação de um circuito elétrico simples mostrando todos os
passos básicos necessários para o desenho do diagrama
esquemático, simulação e obtenção dos resultados finais como as formas de onda de tensão e corrente nos
pontos selecionados no circuito.
I. INTRODUÇÃO
Dentre os programas de simulação de circuitos elétricos e eletrônicos o PSpice da MicroSim vem se
destacando no meio acadêmico devido à qualidade da
versão de avaliação, conhecida como versão do estudante, distribuída gratuitamente, e pela promoção oferecida às entidades de ensino pela versão profissional
completa.
A versão atual deste software é o Design Lab 8.0
para Windows 95 e a versão de avaliação é denominada MSIMEV80. Esta versão deve ser instalada removendo-se, se for o caso, a versão 7.1 (MSIMEV71),
primeira versão para Windows 95 devido ao conflito
no arquivo Msim_evl.ini localizado na pasta
c:\windows.
Crie um subdiretório “testes” dentro do diretório
(ou pasta) Msimev63 para arquivar todos os “projetos
novos” que serão criados por você (na versão 8 a pasta
“projects” é criada automaticamente).
Ao iniciar o programa Schematics, vá ao menu
Options e escolha Display Options e habilite todas as
opções. Voltando ao menu Options escolha Set Display Level (Display Preference - Restore All Defaults
na versão 8) e na caixa de dialogo que se abrirá clique
em Set All e em seguida OK. Dessa forma seu computador estará configurado da mesma forma que este manual.
O Design Center 6.3, última versão para Windows3.1, foi escolhido devido a facilidade de instalação tanto no Windows 3.1 como no Windows 95. A
instalação desta versão não interfere nas outras versões
instaladas. A versão de avaliação, “versão estudante”,
MSIMEV63, é distribuída em nove disquetes (somente
os programas) ou em CD onde estão incluídos os manuais.
II. PREPARANDO O PROGRAMA
O Design Center 6.3. é constituído de vários programas como o Schematics, ambiente onde se “desenha” o circuito eletrônico, o PSpice, responsável pela
simulação do circuito e a alma de todo o software, e o
Probe que serve para a visualização gráfica dos resultados (formas de onda).
Figura 1
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1
Figura 2
III. DESENHANDO O CIRCUITO
Vá até o menu File e escolha save ou save as. Na
caixa de dialogo que se abrirá indique o caminho
(c:\Msimev63\testes) até o subdiretório testes
e digite o nome do arquivo, teste1 por exemplo, e
depois salvar. Você poderá observar no canto superior
esquerdo da Figura 2.
Inserindo componente
Vá até o menu Draw e escolha Get New Part O
símbolo de mão (ou binóculo na versão 8) na barra de
ferramentas é um atalho para Get New Part.
Na caixa de diálogo que se abre Part Browser (Basic ou Advanced) você encontrará a lista de todos
componentes existente. Se a opção Advanced estiver
habilitada você observará o símbolo do componente
selecionado. Para facilitar a busca clique no botão Libraries para abrir a caixa de diálogos Library
Browser. Nesta caixa você encontrará os componentes
agrupados por categorias com mostra a Figura 3b.
Para instalar uma fonte senoidal selecione SOURCE.slb na lista Library e em seguida localize VSIN
na lista Part como mostra a Figura 3b. Uma vez selecionado VSIN clique OK. A caixa Library Browser
fechará. Clique Place e o símbolo de uma fonte senoidal aparecerá junto à seta do mouse. Arraste até a posição desejada e clique com o botão esquerdo para fixar o componente no diagrama esquemático. Se quisermos adicionar mais fontes bastaria clicar novamente
com o botão esquerdo do mouse (não é o nosso caso).
Para ESCapar basta clicar o botão direito do mouse.
Figura 3
2
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Observe que este componente que acabamos de selecionar aparece no campo Places part on schematics
da barra de ferramentas. Neste campo temos a lista dos
últimos componentes utilizados possibilitando uma
busca rápida do componente
Para adicionarmos um resistor repita o passo:
Draw→ Get New Part→ Libraries→ ANAOG.slb→
R→ OK→ Place→Click Botão Esquerdo do Mouse→Click Botão Direito do Mouse.
Se a biblioteca ainda estiver aberta basta seguir os
passos após clicar em Libraries.
Um caminho mais rápido seria digitar a letra R no
campo Places part on schematics na barra de ferramentas e em seguida teclar <enter>. Para isto devemos lembrar que R é resistência, L é indutância, C é
capacitância, etc.
Para finalizar a inserção de componentes busquemos agora a referência do circuito (terra). Sem esta referência o circuito não será simulado (o PSpice não
será executado). Escolhemos EGND (Earth Ground) e
em seguida fechamos a biblioteca.
Draw→ Get New Part→ Libraries→ PORT.slb→
EGND→ OK→ Place and Close.
Organizando o diagrama esquemático
Neste ponto estaremos com três componentes na
área da trabalho como mostra a Figura 4.
Para rotacionar o componente basta clicar uma vez
sobre o componente e digitar Ctrl+R ou na barra de
menus Edit selecione Rotate ou Flip conforme a necessidade. O terminal 1 do resistor é o terminal da esquerda. O comando Rotate gira o componente no sentido
antihorário.
Interligando os componentes
O próximo passo será efetuar a ligação entre esses
componentes . Para fazer as ligações vá ao menu
Draw e selecione Wire. O cursor ganha a forma de
um lápis. Logicamente o caminho mais fácil é busca-lo
diretamente na barra de ferramentas onde está o símbolo de um lápis com o traço mais fino (wire – fio).
Não use o outro símbolo de um lápis com o traço mais
grosso (Bus – barramento).
Figura 5
Com ele iremos desenhar os fios. Clique na extremidade superior da fonte. Mova o cursor e você notará
uma linha tracejada ligando a fonte até o cursor. Você
tem controle vertical e horizontal da linha tracejada.
Mova verticalmente para cima e quando atingir a altura que se encontra o resistor mova a direita até chegar
a extremidade deste. Clique o botão esquerdo do mouse
para confirmar a ligação. A linha tracejada torna-se
verde indicando que a ligação foi feita.
Proceda da mesma forma para efetuar a ligação da
extremidade inferior do resistor R1 ao terra. Também
do terra à extremidade inferior da fonte V1, fechando
assim o circuito. Frequentemente será necessário refazer a ligação para confirmar o “contato” (junção- a
marca do ponto de nó). Explore bem as ferramentas de
edição de desenho.
Figura 4
Antes de mais nada vamos dispô-los de forma mais
adequada. Para arrastar um componente clique uma
vez sobre o componente e ele se tornará vermelho.
Então clique novamente e não solte. O componente
estará agregado à seta do mouse, possibilitando que
você o mova para qualquer lugar (drag and drop - arrastar e soltar) . Se por acaso nesta operação você clicar duas vezes sobre o componente caracterizando um
clique duplo uma caixa de diálogo se abre indicando as
especificações do componente - não se irrite! Para
voltar à área de trabalho basta clicar sobre o botão
Cancel.
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Figura 6
3
Especificação dos componentes
Uma vez desenhado o circuito faz-se necessário dar
valores e nomes aos componentes. Para especificar os
valores dos componentes devemos clicar duas vezes –
double click – sobre ele para que se tenha acesso ao
seu menu PartName, onde são mostradas as características básicas deste componente. Podemos também
acessar atributos relativos ao sistema, como, por
exemplo, o nome do componente e, além disso, atributos fixos do sistema. Estas funções são ativadas e desativadas clicando-se sobre Include System-define
Attributes e Include Non-changeable Attributes. Desative estes dois atributos por enquanto.
Proceda um double-click sobre o resistor e o menu
da Figura 7 aparecerá.
Figura 7
Para alterar o valor da resistência devemos clicar
no atributo VALUE= que indica o valor do componente (valor predefinido = 1k), clicar depois no campo
Value e digitar 2 (para 2[Ω]) e finalmente teclar
<enter> ou clicar sobre Save Attr. Note bem a diferença entre a listagem de atributos do componente e o
campo onde ela será alterada. Finalmente clique OK. O
valor 2 deve aparecer no esquemático ao lado de R1(no
lugar de 1k).
n
e-9
nano
10-9
u
e-6
micro
10-6
m
e-3
mili
10-3
k
e3
quilo
103
meg
e6
Mega
106
g
e9
Giga
109
Para 100[MΩ] devemos digitar 100meg ou
100e6 e em seguida teclar <enter>. Para um capacitor de 22[µF] bastaria digitar 22u ou 22e-6.
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Já devidamente definido o valor do resistor, façamos o mesmo para a fonte senoidal. Para tanto, dê um
'double-click' sobre este componente, o menu abaixo da
Figura 8 irá se abrir.
Figura 8
Para entrar com o valor da amplitude da fonte clique sobre VAMPL= e outro clique dentro do campo
Value, assim, o cursor estará piscando dentro deste
campo, bastando digitar o valor 10 ou 10V e <enter>. Outra opção é aplicarmos um duplo clique sobre a grandeza VAMPL= fazendo o cursor ir diretamente para dentro do campo Value. Não se esqueça de
teclar <enter> depois.. Observe na lista abaixo se o
valor foi corretamente inserido.
VSIN
DC=0
AC=0
VOFF=0
VAMPL=10
FREQ=60
TD=0
DF=0
PHASE=0
Para determinar a freqüência dê um duplo clique em
FREQ=, digite 60 e em seguida <enter>. A unidade da frequência é [Hz].
A componente contínua ou a tensão de offset,
VOFF=, atribuiremos 0[V], completando assim as
mínimas especificações para a fonte funcionar.
Outras funções importantes como DC= (para análise de Bias Point Detail), AC= (para análise ACSweep), TD= (Tempo de atraso) ou Phase= (Fase) serão
analisadas posteriormente.
Desta forma teremos uma tensão senoidal de
60[Hz] com amplitude de 10[V] de pico e sem componente contínua (VOFF=0) e sem defasagem (PHASE=0).
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Obs. Alguns atributos como VAMPL e FREQ são
indispensáveis para simulação. Se estes valores não
forem atribuídos, o PSpice não será executado e a
mensagem de erro aparecerá. Leia estas mensagens
com atenção.
IV- PREPARANDO PARA SIMULAÇÃO
Com o circuito pronto na área de trabalho, devemos
configurar o modo de simulação do circuito a partir
dos seguintes passos:
No menu Analysis, escolha Setup. Aparecerá a caixa de diálogos do menu Analysis Setup. Conforme a
Figura 9.
Figura 9
Dentre os vários tipos de análise escolhemos a análise de transientes. Para isto clique no campo à esquerda de Transient - para habilita-lo. Do mesmo modo
desabilite o campo Bias Point Detail (caso estiver selecionado).
Clicando sobre o botão Transient, sua caixa de diálogo aparecerá, como mostrado na Figura 10. Nela
será definido o tempo total a ser simulado Final Time,
bem como o passo máximo de integração Step Ceiling,
e o número de dados a serem armazenados Print Step.
Clique em Print Step e digite 50u. No campo Final
Time digite 50m e no campo Step Ceiling digite 50u..
Clique OK. Clique Close.
Print Step=50u
Final Time=50m
Step Ceiling=50u
Figura 10
Nesta mesma caixa de diálogo você tem a possibilidade de habilitar a análise de Fourrier do transiente.
Mas esta função será utilizada futuramente.
Simulação
Para se efetuar a simulação selecione a opção Simulate no menu Analysis,.
Momentaneamente a janela PSpice se abrirá no
centro da tela, enquanto a simulação estiver sendo processada. Se ocorrer algum problema durante a simulação como terminal de componente flutuando (terminal
sem ligação), falta de uma referência (terra), ou problema de convergência, leia com atenção a mensagem
de erro e siga as instruções. Na janela do PSpice selecione o menu File e na caixa de diálogos selecione
Examine Output.
Figura 11
Terminada a simulação o programa Probe abrir-seá automaticamente. É através dele que será feita a verificação das formas de ondas do circuito.
V- FORMAS DE ONDAS
Com o programa Probe já aberto, Figura 14, selecione no menu Plot e em seguida escolha Add Plot.
Em seguida clique dentro da área do Plot superior fazendo aparecer o sinal SEL>> no canto inferior esquerdo.
Voltando à barra de menus, selecione Trace em
seguida escolha Add. A caixa de dialogo Add Trace
será aberta . Selecione V(V1:+) e observe que ela
aparece no campo Trace Command. Clique OK. Você
verá uma senoidal de 10[V] de pico.
Novamente no menu Trace selecione Add e na caixa de diálogo Add Trace selecione I(R1). Clique OK e
aparecerá a forma de onda senoidal de 5[A] de pico
porém com polaridade invertida. Isto porque a corrente
é considerada positiva entrando no terminal 1 deste
elemento que está conectado no EGND. Poderíamos
rotacionar o resistor mais duas vezes até conseguir ligar o pino 2 ao EGND.
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Vamos “deletar” esta forma de onda (trace) selecionando I(R1), clicando sobre o ponto de marcação ou
sobre I(R1), e em seguida teclando <Delete>.
Seguindo o procedimento para adicionar “Trace”
digite o sinal menos (-) no campo Trace Command e
em seguida selecione I(R1). Neste campo aparecerá a
expressão -I(R1). Clique OK e você verá a forma
de onda de corrente com a mesma polaridade da tensão
(acabamos de utilizar a expressão matemática menos
para inverter a polaridade da forma de onda).
De novo no menu Trace, selecione Add e no campo
Trace Command da caixa de diálogo Add Trace digite
0 (zero) e em seguida OK. Você verá a referência zero.
Vamos utilizar o Plot inferior. Clique dentro da
área do plot inferior e o sinal SEL>> aparecerá no
canto inferior esquerdo deste plot. Seguindo o procedimento para adicionar Trace, (Trace...Add...) digite a
seguinte expressão no campo Trace Command: V(V1:+)*I(V1) onde o sinal * é o sinal de multiplicação. Ao clicar OK você verá uma senoidal de
120[Hz] deslocada positivamente. Esta é a forma de
onda da potência instantânea fornecida pela fonte V1.
Se quisermos o valor médio desta potência, no procedimento Add Trace digite no campo Trace Command: Avg(-V(V1:+)*I(V1)). Clicando OK
você verá um valor quase contínuo estabilizando no
valor
de
25[W],
conforme
a
teoria.
10[V]pico=7.07[V]rms, 5[A]pico=3.53[A]rms,
Pavg=Vrms*Irms=25[W]
O Probe possui mais de vinte funções matemáticas
(aritméticas e trigonométricas) para nos auxiliar na
avaliação dos resultados. A Figura 13 mostra algumas
delas. Esta janela está disponível na função Add Trace
somente nas versões 7.1 e posterior.
Figura 12
6
Figura 13
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Figura 14
VI- DICAS ÚTTEIS
Problemas de convergência durante a simulação
Para simulação de circuitos com indutores e capacitores é importante adicionar uma resistência em série
com um destes elementos. Nunca deixe um indutor em
série com uma fonte de tensão ou capacitor sem esta
resistência (10mΩ ou mais). Sem esta resistência será
criado um loop acarretando problemas de convergência
durante a simulação no PSpice.
Numa etapa mais avançada veremos outro modo
de evitar, ou pelo menos minimizar, problemas de convergência alterado os valores de ABSTOL, PIVTOL,
RELTOL, ou seja, nas opções de Analysis...Set
Up...Options...
Clicando duas vezes sobre PARAM encontraremos
na caixa de diálogos espaços para três nomes e três
respectivos valores. Por exemplo, invocando VSIN
para uma tensão da rede de 180[V] de pico ou 127[V]
eficaz, 60[Hz] e um retardo (Time Delay)de 120º
PARAMETERS:
NAME1= VREDE
NAME2= F
NAME3= ANGULO
VALUE1= 180
VALUE2= 60
VALUE3= 120
VSIN
PRAMETERS
Quando algum valor (parâmetro) for utilizado várias vezes, ou melhor dizendo, repetidas vezes, é interessante invocar a função PARAMETERS :... encontrado como PARAM na biblioteca Special.slb .
Draw→ Get New Part→ Libraries→ Special.slb→
PARAM→ OK→ Place and Close.
VAMPL= {VREDE}
FREQ= {F}
TD= {ANGULO / (360*f)}
Observe que os parâmetros foram inseridos dentro
de uma chave. Esta chave deve ser utilizada também
quando utilizamos operações matemáticas como fize-
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mos para converter o ângulo (em graus) para tempo
(em segundos) no valor TD de VSIN.
tter HP (figura vetorial HPGL com extensão HGL ou
PLT). A versão 8.0 permite exportar como arquivo
DXF do AutoCAD, figura vetorial, que pode ser importada pelo Word97.
Onda Triangular
Uma onda triangular ou dente de serra periódica
pode ser obtida através de VPULSE. Por exemplo uma
onda triangular (quase) perfeita de 10[V] de pico
(20[V] pico a pico) e frequência de 100[Hz].
VII- OBSERVAÇÕES FINAIS
A área de trabalho do Probe possui fundo preto
(background = black) e traços brancos (foreground =
brightwhite). Neste artigo ela foi modificada apenas
para economizar toner da impressora e das copiadoras.
A modificação é feita na seção [PROBE DISPLAY
COLORS] no arquivo Msim_ev.ini na pasta
C:\Windows. Não modifique a cópia deste arquivo
que está na pasta C:\Msimev63. Não há necessidade
de fazer qualquer modificação. A impressão dos resultados do Probe é feita com fundo branco, como definido na seção [Probe Print Colors] do mesmo arquivo
Msim_ev.ini.
A última versão, para Windows 95, MSimEv_8,
poderá ser obtida através da internet. no endereço:
PARAMETERS:
NANE1= d
NAME2= f
NAME3=
VALUE1= 0.5 (zero ponto cinco)
VALUE2= 100
VALUE3=
VPULSE:
http://www.microsim.com
http://www.orcad.com
http://www.anacom.com.br
DC=0
AC=0
V1= -10
V2=10
TR={d/f}
TF={(1-d)/f}
PW={0.001/f}
PER={1/f}
e o arquivo 80dlab.exe possui aproximadamente
16MB. O software de instalação poderá ser arquivado
em 13 disquetes.
VIII- CONCLUSÕES
Para gerar uma dente de serra basta mudar o valor
de de Duty Cicle “d “ para 0.01 ou para 0.99.
Por este simples exemplo podemos avaliar o poder e
a utilidade deste software. Mesmo com a limitação de
aproximadamente cinqüenta componentes de circuito
por esquemático, a versão de avaliação nos servirá
muito bem durante os cinco anos de engenharia elétrica, principalmente nos cursos básicos de circuitos elétricos, de eletrônica e de eletrônica de potência.
Figuras Vetoriais
Podemos transportar o desenho do esquemático
para um editor de texto de duas formas: a) Figura Bitmap, usando Èdit: Copy to Cliboard ou b) Figura
Vetorial, Imprimindo para arquivo através de um Plo-
Itajubá, MG
Setembro de 1998
Outubro de 1998
Fevereiro de 1999
DC63-97X
Marco Antônio Mena, Renato Buosi e Rodolfo Bighetti são alunos do curso de Engenharia Elétrica da Escola
Federal de Engenharia de Itajubá e monitores da disciplina E722 - Eletrônica Industrial Aplicada
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