apostila orcad

Curso Introdutorio de OrCAD 9.2

Programa de Educacao Tutorial - Engenharia Eletrica

Novembro de 2009

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Sumario

1 Introducao 3

2 PSpice A/D 42.1 Breve Historico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 Simulacao de Circuitos no PSpice A/D . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2.1 Tıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2.2 Declaracoes de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2.3 Declaracoes de Analise Padrao . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2.4 Declaracoes de Controle de Saıda . . . . . . . . . . . . . . . . 182.2.5 Declaracoes de Fim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.3 Erros de Convergencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.3.1 Solucoes de Convergencia em Transientes . . . . . . . . . . . . 212.3.2 Solucoes para Convergencia DC . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3.3 Solucoes de Convergencia AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3 Capture 233.1 Como iniciar o desenho de um circuito? . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.2 Adicionando componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.3 Circuitos eletricos em regime DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.4 Simulando o circuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.5 Varredura DC com variacao de parametros . . . . . . . . . . . . . . . 343.6 Circuitos eletricos em regime permanente AC . . . . . . . . . . . . . 353.7 Fontes Controladas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.7.1 Fonte de Tensao Controlada por Tensao (E) . . . . . . . . . . 373.7.2 Fonte de Tensao Controlada por Corrente (H) . . . . . . . . . 373.7.3 Fonte de Corrente Controlada por Tensao (G) . . . . . . . . . 383.7.4 Fonte de Corrente Controlada por Corrente (F) . . . . . . . . 38

3.8 Transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.9 Transiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.10 Corrente Alternada Trifasica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.11 Diodo Semicondutor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.12 Transistores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.13 Amplificadores Operacionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4 Layout Plus - IHM 474.1 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484.2 1a Etapa - Esquematico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.3 2a Etapa - Definicao de normas de trabalho . . . . . . . . . . . . . . 504.4 3a Etapa - Definicao do desenho dos componentes . . . . . . . . . . . 514.5 4a Etapa - Dimensao da placa e posicionamento dos componentes . . 524.6 5a Etapa - Configuracao para regras de roteamento . . . . . . . . . . 534.7 6a Etapa - Roteamento e criacao do plano de terra . . . . . . . . . . . 554.8 7a Etapa - Documentacao da PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

5 ANEXO 1 - Especificacoes Layout 615.1 Engemauticos ind. e com. Ltda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615.2 Microw - circuitos impressos Ltda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625.3 Largura de tilha vs. intensidade de corrente . . . . . . . . . . . . . . 635.4 Tabela de Conversao de medidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

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1 Introducao

O OrCAD e um pacote que possui varias ferramentas utilizadas para analise,simulacao ou confeccao de placas de circuito impresso. O pacote esta dividido emalguns softwares, entre estes: Capture CIS, Layout Plus, PSpice AD, PSpice ModelEditor e PSpice Optimizer.

O que e o Capture?Capture e o componente do pacote OrCAD destinado a criacao dos diagramas

dos circuitos eletricos.

O que e Layout Plus?O OrCAD Layout e uma ferramenta para desenvolver o layout de placas de

circuitos impresso que possui automatizadas todas as funcoes necessarias para con-feccionar rapidamente.

O que e PSpice AD?O OrCAD PSpice A/D e um programa de simulacao que modela o comporta-

mento de um circuito eletrico, que pode conter componentes analogicos e/ou digitais.Ele pode ser utilizado em conjunto com o Capture para simular o comportamentode um circuito esquematico.

O que e PSpice Model Editor?O Pspice Model Editor e utilizado para a edicao dos modelos usados nas sim-

ulacoes do PSpice.

O que e PSpice Optimizer?O PSpice Optimizer torna automatico o processo iterativo de re-simulacao, fazendo

com que ele otimize os parametros para o projeto.

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2 PSpice A/D

2.1 Breve Historico

A ferramenta PSpice A/D presente no pacote OrCAD e um software utilizadona simulacao de circuitos analogicos e digitais (Analog/Digital). O programa e aversao SPice (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) desenvolvidapela Microsim Corporation a fim de rodar em computadores pessoais, daı a letra Pno inıcio do nome.

A primeira versao do PSpice foi lancada no ano de 1984, e a Microsim foi re-sponsavel pelo seu desenvolvimento ate a versao 8.0. Em seguida, a Microsim foicomprada pela empresa OrCAD que, posteriormente, foi vendida a Cadence DesignSystems.

Entretanto, varios softwares dedicados a analise de circuitos eletricos foram de-senvolvidos ate chegarmos a versao PSpice que conhecemos hoje. Entre esses pro-gramas, podemos citar:

• BIAS 1970: Programa desenvolvido na Universidade da California (UC) coma funcao de observar o efeito da variacao de temperatura em circuitos transis-torizados simples.

• CANCER 1971: Tambem desenvolvido na Universidade da California (UC)por uma equipe de alunos de pos-graduacao coordenados por Ronald A. Rohner.O programa foi elaborado com base nos estudos acerca das tecnicas de de-scricao de circuitos e de solucao das equacoes obtidas.

• SPice, SPice2, SPice3 1980: O projeto SPice e de autoria de Laurence W.Nagel, da Universidade da California (UC). O software SPice2 e a base detodas as ferramentas de simulacao atuais baseadas em SPice.

A grande diferenca entre o PSpice A/D e as ferramentas Capture CIS e LayoutPlus, como veremos ao longo do curso, esta no modo como os circuitos sao descritos,e na forma como os resultados sao mostrados ao usuario: abandonam-se os recursosgraficos, comumente utilizados, e utiliza-se o modo texto. Isso normalmente afastado PSpice aqueles que estao comecando a utilizar o OrCAD, no entanto, veremosque o processo e bastante simples e pratico.

Figura 1: Sımbolo do Pacote OrCAD

2.2 Simulacao de Circuitos no PSpice A/D

De maneira bastante simples, a simulacao de um circuito no PSpice e feita deacordo com os passos listados no fluxograma abaixo:

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Figura 2: Fluxograma para simulacao de circuitos no PSpice A/D

No entanto, iremos descrever passo a passo o processo de descricao e simulacaode circuitos utilizando essa ferramenta.

A criacao do arquivo de descricao do circuito a ser simulado pode seguir umaordem de forma a manter a clareza do arquivo. Essa organizacao facilita o trabalhonao apenas do usuario, mas tambem daqueles que futuramente terao contato com oarquivo.

Sugere-se:

• Tıtulo

• Declaracoes de Dados

• Declaracoes de Analise Padrao

• Declaracoes de Controle de Saıda

• Declaracao de Fim

De acordo com o fluxograma da Figura 1, a criacao do arquivo de descricao docircuito e feita a partir do proprio aplicativo. No entanto, tambem podemos editaresse arquivo a partir de algum editor de texto com o qual estamos familiarizados,como o Bloco de Notas, o MS-Editor, ou qualquer outro editor disponıvel. Emambos os casos (atraves do aplicativo ou por meio do editor de texto) a estruturado arquivo sera a mesma. O importante aqui nao e o ambiente no qual o arquivosera criado, mas sim a extensao na qual ele sera salvo.

Agora, veremos a configuracao tıpica de um arquivo de descricao de circuito noPSpice.

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Figura 3: Estrutura do arquivo de descricao do circuito

2.2.1 Tıtulo

A primeira linha do arquivo sempre deve ser destinada ao tıtulo que identificao circuito descrito. O tıtulo pode conter qualquer caractere1 (o programa aceitatanto caracteres MAIUSCULOS quanto minusculos), desde que se utilize apenas aprimeira linha. Caso um comando seja adicionado a esta linha especıfica do arquivo,este sera desconsiderado e usado como tıtulo.

2.2.2 Declaracoes de Dados

Apos o tıtulo, inicia-se a descricao do circuito para simulacao. Antes de iniciar-mos a descricao dos elementos de circuito, entretanto, e bom que tenhamos todos osnos numerados, pois e atraves deles que iremos posicionar os componentes dentro docircuito. Aqui, e valido ressaltar que o no zero (0) e sempre a referencia ou terra.

Cada linha representa um componente, sendo que a primeira letra ira indicaro tipo de elemento que se esta incluindo ao circuito, como, por exemplo, V parafontes de tensao, I para fontes de corrente e R para resistores. No entanto, linhasque iniciam com um asterisco (*) introduzem comentarios2, e linhas iniciadas porponto final (.) representam comandos especiais do PSpice.

Caso haja a necessidade do uso de fatores de escala no circuito, os disponıveis sao:

Nomenclatura Representacao Numerica AbreviacaoTera 1012 TGiga 109 GMega 106 MEGKilo 103 KMili 10−3 M

Micro 10−6 UNano 10−9 NPico 10−12 P

Femto 10−15 F

1O PSpice A/D nao e case sensitive, ou seja, a linguagem de programacao nao faz distincaoentre caracteres MAIUSCULOS e minusculos.

2Comentarios tambem podem ser inseridos apos o uso de ponto-e-vırgula(;).

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De forma geral, os componentes mais utilizados em circuitos sao declarados noarquivo conforme segue:

Elementos Passivos

• Resistor

Rnome (no+) (no-) (valor)3

Exemplo: R1 1 2 1k

• Capacitor

Cnome [no+] [no-] [valor] [IC = tensao inicial]

Exemplo: C2 3 4 2u ic=2v

• Indutor

Lnome [no+] [no-] [valor] [IC = corrente inicial]

Exemplo: L3 5 6 8 ic=20m

• Transformadores Lineares

Knome L[indutorA] L[indutorB] [valor do acoplamento]

Exemplo:

Lx 2 3 500m

Ly 5 4 400m

Ktransf Lx Ly 0.98

Fontes Independentes

• Fonte de Tensao

Vnome [no+] [no-] [tipo de onda] [valor]

Exemplo: Vin 1 0 DC 5

• Fonte de Corrente

Inome [no+] [no-] [tipo de onda] [valor]

Exemplo: Iin 1 0 DC 2

NOTA: no+ e no- definem a polaridade da fonte. Correntes pos-itivas, como sabemos, fluem do no+, atraves da fonte, para o no-.Cuidado com essa convencao de nos.

3Caso a unidade de medida nao seja especificada, sera tomada a unidade de medida padrao dagrandeza em questao. Por exemplo: Capacitancia = Faraday (F); Resistencia = ohm (Ω);

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Figura 4: Convencao de Nos

⇒ Tipos de Onda

A onda (tensao ou corrente, neste caso) pode ser apenas um valor constante(DC), ou pode, ainda, assumir outras formas:

1. Senoidal

sin([V0] [VA] [F] [TD] [α])

Figura 5: Onda Senoidal

A forma de onda sin faz com que a saıda comece em [V0] e permanecanesse valor durante [TD] segundos. Entao, a saıda torna-se uma onda senoidalexponencialmente amortecida descrita pela equacao

V = V 0 + V Ae−α(t−TD)sen(2(t− TD))

Caso os dois ultimos parametros sejam omitidos, eles assumem o valor iguala zero.

2. Pulsante

pulse([V1] [V2] [TD] [TR] [TF] [PW] [PER])

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Figura 6: Onda Pulsante

A forma pulse faz a saıda comecar em [V1] e permanecer por [TD] segundos.A partir daı, a saıda vai linearmente de [V1] a [V2] durante os [TR] segun-dos seguintes. A saıda mantem o valor [V2] por [PW] segundos. Retorna,entao, linearmente a [V1] em [TF] segundos. Permanece em [V1] por [[PER]-([TR]+[PW]+[TF])] segundos e o ciclo volta a se repetir, excluindo os [TD]segundos iniciais.

3. PWL

pwl([T1] [V1] [T2] [V2] ... [TN] [VN])

Figura 7: Onda PWL

Um sinal PWL descreve uma forma de onda de composicao linear (pontoa ponto). Cada par de valores tempo-saıda especıfica uma inflexao da formade onda. A saıda entre esses pontos de inflexao e uma interpolacao linear dacorrente nesses pontos.

4. Exponencial

exp([V1] [V2] [TRD] [TRC] [TFD] [TFC])

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Figura 8: Onda Exponencial

Essa forma de onda, tambem usada em simulacoes, faz com que a correnteou tensao de saıda seja [V1] para os primeiros [TRD] segundos. Em seguida, asaıda muda exponencialmente de [V1] para [V2] com uma constante de tempo[TRC], em [TFD] segundos. Finalmente, a saıda decai de [V2] para [V1] comuma constante de tempo [TFC].

O resumo abaixo mostra as ondas ja expostas aqui, e tambem outras formas,com seus respectivos parametros.

Figura 9: Formas de Onda e parametros para declaracao no PSpice

Fontes Controladas (Fontes Dependentes)

• Fonte de Tensao Controlada por Tensao (FTCT)

Enome [no+] [no-] [no+ controle] [no- controle] [ganho]

Exemplo: Esource 2 4 3 6 2.4

[no+ controle] e [no- controle] sao sempre em pares e definem um con-junto de tensoes de controle que sao multiplicadas por [ganho].

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No exemplo acima, temos uma FTCT chamada source, situada entre os nos2 e 4 do circuito, sendo que a tensao entre esses dois nos e 2,4 vezes a tensaoentre os nos 3 e 6.

• Fonte de Tensao controlada por Corrente (FTCC)

Hnome [no+] [no-] [disp. de controle V] [transresistencia]

Nesse caso, a corrente atraves [disp. de controle V], multiplicada por [tran-sresistencia], determina a tensao de saıda, onde [disp. de controle V] e umafonte de tensao independente, com uma tensao diferente de zero entre seusterminais.

Exemplo: Hin 1 2 Vsource 7.7

Para esse exemplo, atraves da FTCC chamada in, a corrente flui do no 1para o no 24, sendo que o valor de tensao da fonte e igual a 7,7 vezes o valorda corrente que circula atraves dos terminais da fonte de tensao independentesource.

NOTA: Na teoria de circuitos, fontes controladas sao comumentedefinidas como elementos constituıdos por dois bracos, onde oprimeiro braco e formado por um curto circuito (no caso de cont-role por corrente) ou por um circuito aberto (controle por tensao),e o segundo braco e constituıdo pela fonte controlada. No entanto,o PSpice fornece a penas o valor da corrente que circulaatraves de fontes independentes de tensao. Por esse motivo,o software exige que um dos bracos da fonte controlada por correnteseja formado por uma fonte de tensao independente.

• Fonte de Corrente controlada por Corrente (FCCC)

Fnome [no+] [no-] [disp. de controle V] [ganho]

Exemplo: F4 3 7 Vout 1.2

Aqui, a FCCC chamada de 4 possui corrente circulando do no 3, atravesdela, para o no 7, sendo que o valor dessa corrente e igual a 1,2 vezes o valorda corrente que circula entre os terminais da fonte de tensao independentenomeada out.

• Fonte de Corrente controlada por Tensao (FCCT)

Gnome [no+] [no-] [no+ controle] [no- controle] [transcondutancia]

Exemplo: GfonteI 4 3 1 9 1.7

A fonte de corrente fonteI, conectada entre os nos 4 e 3, com corrente fluindodo no 4 para o no 3, atraves da fonte, possui, circulando atraves de seusterminais, uma corrente igual a 1,7 vezes o valor da tensao entre os nos 1 e 9.

Dispositivos Semicondutores

Os modelos de dispositivos semicondutores necessitam de inumeros parametros.O conjunto de parametros do modelo de um dispositivo e definido em uma declaracao

4Note que, mesmo tratando-se de uma fonte, a corrente circula no sentido da queda de tensao,ao contrario de fontes independentes.

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de modelo .model separada, e a ela e atribuıdo um nome unico. Desse modo, adeclaracao de um dispositivo semicondutor em um arquivo .cir e feita em duas linhas(duas etapas):

1o Declaracao do Dispositivo;2o Declaracao .model do modelo do dispositivo previamente declarado, feita

como segue:.model [nome do modelo] [tipo] ([parametros]),

onde [tipo] refere-se ao tipo de dispositivo, podendo ser:

Referencia DispositivoD Diodo

NMOS Transistor N-MOSPMOS Transistor P-MOSNJF JFET Canal NPJF JFET Canal PNPN Transistor Bipolar NPNPNP Transistor Bipolar PNP

Alem disso, o PSpice permite que se incorpore um arquivo ao codigo utilizandoo comando .include. Esse comando possibilita incluirmos, por exemplo, uma bib-lioteca com modelos de dispositivos, tal como a modelos.lib. Nesse caso, nao ha anecessidade de colocarmos o modelo do dispositivo no codigo. Portanto, o dispositivosemicondutor pode ser adicionado ao arquivo em uma unica linha.

• Diodo

Linha do Elemento: Dnome [no+] [no-] D[nome do modelo]

Linha do Modelo: .model D[nome do modelo] D(IS= N= RS= CJO=TT= BV= IBV= )

O nome do elemento comeca com D para indicar que o dispositivo em questaoe um diodo. O argumento [nome do modelo] e o nome do elemento especi-ficado na linha do modelo.

Os parametros especificam: a corrente de saturacao IS (default=10−14A),o coeficiente de emissao N (=1), a resistencia serie RS (=0Ω), a ca-pacitancia de juncao CJO (=0F), tempo de transicao TT (=0seg),tensao reversa de ruptura (breakdown voltage) BV (=infinito) e a cor-rente reversa de ruptura IBV (= 10−10A). Para uma descricao do modelodo diodo e de todos os seus parametros, consulte a secao 3.10 do livro textoSedra/Smith. Caso um parametro nao seja especificado, o valor default (entreparenteses) e usado.

Exemplo de descricao de um diodo comercial 1N4148:

Linha do Elemento: D1 4 0 D1N4148

Linha do Modelo: .model D1N4148 D (IS=0.1p RS=16 CJO=2p TT=12n BV=100

IBV=0.1p)

• Transistores Bipolares

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Linha do Elemento: Qnome [noC] [noB] [noE] [nome do modelo]

Linha do Modelo: .model [nome do modelo] NPN(ou PNP) (BF= IS=VAF=)

O nome do elemento comeca com Q para referenciar um transistor de juncaobipolar (TJB). Os argumentos [noC] [noB] e [noE] indicam os nos aos quaisestao conectados o coletor, a base e o emissor, respectivamente. Assim comonos diodos, [nome do modelo] representa o nome do modelo de transistorbipolar especificado na linha de modelo.

BF e o ganho de corrente em emissor comum β, IS e a corrente desaturacao e VAF e a tensao Early. Se nenhum valor for especificado, osvalores default sao utilizados (BF=100, IS=10−16A e VAF=infinito). Outrosparametros podem ser especificados, incluindo as capacitancias de juncao CJE(0p) e CJC (0p), os tempos de transicao TT (0seg) e TR (0seg), a resistencia debase RB (0Ω), de emissor RE (0Ω) e de coletor RC (0Ω). Para uma descricaomais completa do transistor bipolar e de todos os seus parametros, consulte asecao 4.16 do livro-texto Sedra/Smith.

Exemplo de descricao do transistor NPN 2N2222A:

Linha do Elemento: QTJB 1 2 Q2N2222A

Linha do Modelo: .model Q2N2222A NPN (IS=14.34f XTI=3 EG=1.11 VAF=

74.03 BF=255.9 NE=1.307 ISE=14.34f IKF=.2847 XTB=1.5 BR=6.092 NC=2

ISC=0 IKR=0 RC=1 CJC=7.306p MJC=.3416 VJC=.75 FC=.5 CJE=22.01p MJE=.377

VJE=.75 TR=46.91n TF=411.1p ITF=.6 VTF=1.7 XTF=3 RB=10)

• Transistores JFETS

Linha do Elemento: Jnome [noD] [noG] [noS] [nome do modelo]

Linha do Modelo: .model [nome do modelo] NJF(ou PJF) (parametros=)

Aqui, a letra J referencia um transistor JFET. [noD] [noG] e [noS] indicamos nos dos terminais dreno, gate e fonte, respectivamente.

Entre os parametros deste dispositivo, podemos encontrar: VT0 (tensao delimiar = -2V default para JFET N), BETA (coeficiente de transcondutancia= 10−4 A/V 2), LAMBDA (modulacao de comprimento do canal = 0V −1 ),IS (corrente de saturacao = 10−14A), CGD e CGS (capacitancias de juncaogate-dreno e gate-fonte = 0p), RD e RS (resistencias ohmicas do dreno e dafonte = 0Ω). Para uma descricao mais completa do modelo do FET e de todosos seus parametros, consulte a secao 5.13 do livro-texto Sedra/Smith.

• Transistores MOSFETS

Linha do Elemento: Mnome [noD] [noG] [noS] [noB] [nome do modelo]L= W=

Linha do Modelo: .model [nome do modelo] NMOS(ou PMOS) (parametros=)

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Os transistores MOSFETS, dentro do PSpice, sao identificados pela letra M.[noD] [noG] [noS] e [noB] representam, nessa ordem, os nos de localizacaodos terminais dreno, gate, fonte e substrato.L e W servem para informamos ocomprimento e a largura do dispositivo ao simulador. Esses dois parametrossao, em geral, suficientes para especificarmos transistores discretos. No en-tanto, quando lidamos com circuitos integrados, e necessaria a especificacaode varios outros parametros relacionados a geometria do transistor. A secao5.13 do livro-texto Sedra/Smith, traz detalhes a respeito dos parametros de dis-positivos FETS, como ja mencionado no trecho dedicado a transistores JFETS.

NOTA referente aos dispositivos semicondutores: A ideiade utilizarmos a simulacao de circuitos eletricos, e a obtencao deresultados bastante proximos aos valores reais antes de imple-mentarmos o sistema fisicamente. Por esse motivo, a informacaodos parametros dos dispositivos ao software de simulacao e deextrema importancia. No entanto, a menos que tenhamos umcontrato firmado com a empresa fabricante do dispositivo a sersimulado, nao teremos acesso aos parametros do mesmo. Paraisso, encontramos em alguns enderecos da web, arquivos comfins educacionais que trazem especificados esses parametros.Desse modo, basta copiarmos esse arquivo e adiciona-lo aonosso arquivo .cir que ira simular o circuito com o dispositivoem questao. Abaixo, segue o arquivo texto retirado da paginahttp://www.mosis.com/cgibin/cgiwrap/umosis/swp/params/amiabn/n75q.prm, que traz os parametros de um dispositivo CMOStipo N:

.MODEL CMOSN NMOS LEVEL=3 PHI=0.700000 TOX=3.0500E-08

XJ=0.200000U + TPG=1 VTO=0.5705 DELTA=1.2520E+00

LD=1.7770E-09 KP=7.9173E-05 + UO=699.3 THETA=1.2260E-01

RSH=9.0910E-02 GAMMA=0.5623 + NSUB=1.2210E+16

NFS=6.5000E+11 VMAX=2.0250E+05 ETA=1.0560E-01 +

KAPPA=1.9540E-01 CGDO=5.0000E-11 CGSO=5.0000E-11

+ CGBO=3.2665E-10 CJ=2.7366E-04 MJ=5.4287E-01

CJSW=1.7362E-10 + MJSW=1.0000E-01 PB=9.9000E-01

Subcircuitos

Muitas vezes, desejamos simular dispositivos mais complexos ou nao disponi-bilizados pelas bibliotecas do software de simulacao. No caso de amplificadoresoperacionais, por exemplo, nao ha um modelo SPICE pronto para descreve-los, anao ser em bibliotecas especıficas, como a modelo.lib. Mesmo assim, as inumerasformas diferentes de implementarmos um amplificador operacional (ou outro dis-positivo) torna, em alguns casos, ineficiente o uso de tais bibliotecas. Em situacoescomo essas, usamos subcircuitos.

Para entendermos o funcionamento dessa ferramenta, vamos implementar ummultiplicador de tensao, descrevendo um duplicador de tensao e replicando essadescricao usando subcircuitos.

Trecho da descricao do circuito:

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Multiplicador de tensao

.include modelo.lib

*Subcircuito do duplicador

.subckt dup 1 2 3 4

C1 1 3 100nf

C2 2 4 100nf

D1 2 3 D1N4148

D2 3 4 D1N4148

.ends

*Descricao do circuito

X1 1 0 2 3 dup

X2 2 3 4 5 dup

X3 4 5 6 7 dup

Ven 1 0 0V sin(0 10 60Hz)

A figura abaixo mostra o esquematico do circuito descrito acima:

Figura 10: Esquematico de um duplicador de tensao e de um multiplicador de tensao

2.2.3 Declaracoes de Analise Padrao

A simulacao de um circuito eletronico normalmente envolve a combinacao detres analises: ponto de operacao (analise DC); analise de transientes5 no domıniodo tempo; e analise para pequenos sinais AC.

O Spice pode realizar diversos tipos de analises de circuitos.Entre as mais im-portantes podemos destacar:

• Analise DC nao-linear: Calcula a curva de transferencia DC.

• Analise de transientes nao-linear: Calcula a tensao e a corrente em funcao dotempo quando um sinal grande e aplicado.

5Transiente, em engenharia eletrica, e um surto de tensao eletrica que ocorre num intervalo detempo muito pequeno.

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• Analise linear AC: Calcula a saıda em funcao da frequencia. Nesse tipo deanalise, um grafico de bode6 e gerado.

• Analise de Fourier: Calcula e plota o espectro de frequencias do circuito.

• Analise de Monte Carlo: Varia os valores dos componentes segundo uma dis-tribuicao estatıstica.

A seguir, as declaracoes de analise padrao disponibilizadas pelo SPICE saomostradas de maneira mais detalhada.

• Analise DC

A analise das tensoes e das correntes de um circuito no modo DC, e realizadaconsiderando apenas a componente contınua, sendo bastante empregada paraa obtencao da curva caracterıstica de componentes. Nesse caso, fontes AC eindutores sao curto-circuitados, e capacitores sao circuitos abertos.

Esse tipo de analise normalmente e utilizado no estudo dos seguintes pontosfundamentais:

– Ponto de operacao DC;

– Parametrizacao linearizada dos modelos;

– Funcao de transferencia para pequenos sinais;

– Sensibilidade para pequenos sinais;

– Curvas de transferencia DC.

.DC [variavel varredura] [valor de partida] [valor final] [incremento]

Onde:

[variavel varredura] e o nome de uma fonte independente de tensao ou decorrente do circuito descrito. Essa fonte e percorrida linearmente de [valorde partida] a [valor final], num passo dado por [incremento]. [valor departida] pode ser maior ou menor que [valor final], ou seja, a varredura podeser processada em qualquer sentido. [incremento] deve ser sempre superiora zero.

Exemplo: .DC I1 1m 10m 1m

O exemplo promove uma varredura em CC para a fonte de corrente I1 docircuito, variando de 1mA a 10mA, em passos de 1mA.

A varredura completa tambem pode especificar apenas um ponto, se dese-jado.

Exemplo: .DC Vin 10 10 1

• Analise AC

Como observado anteriormente, a analise AC e realizada para a observacaodo circuito no domınio da frequencia. Atraves desse tipo de analise podemosobter:

6A curva de bode e a ferramenta visual mais usada para o estudo de uma resposta em frequencia.

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– Curva de resposta de filtros que variam com a frequencia;

– Analise de ruıdo e de distorcao no circuito.

.AC (LIN) ou (OCT) ou (DEC) [no de pontos] [(freq. de partida)][freq. final]

Onde:

(LIN), (OCT) e (DEC) sao palavras-chave que especificam o tipo devarredura conforme especificamos abaixo:

(LIN): Varredura Linear. A frequencia varia linearmente de [(freq. departida)] ate [freq. final]. [no de pontos] especifica o numero de pontos a seranalisado na varredura.

(OCT): Varredura em Oitavas. A frequencia e percorrida logaritmicamenteem oitavas. Nesse caso, [no de pontos] especifica o numero de pontos a seranalisado por oitava durante a varredura.

(DEC): Varredura em decadas. A frequencia e percorrida logaritmicamenteem decadas. Aqui, [no de pontos] e o numero de pontos por decada.

Apenas um entre [LIN], [OCT] e [DEC] deve ser especificado den-tro da analise AC.

O valor [freq. final] nao deve ser inferior a [(freq. de partida)], e ambasdevem ser superiores a zero. Assim como na analise DC, a varredura tambempode especificar um unico ponto.

Exemplo: .AC LIN 101 100khz 200khz

O exemplo acima ilustra uma resposta em frequencia linear, tendo 101 pontosdistribuıdos na faixa de 200KHz.

Exemplo: .AC LIN 1 100hz 100hz

Aqui, uma solucao em regime permanente CA para uma rede com frequenciade 100Hz.

• Analise Transiente

Realizada para observar o comportamento do circuito no domınio do tempo.Equivale a analise efetuada com o osciloscopio. Por isso, e o tipo de analisemais utilizado em simulacoes eletricas, com o objetivo de obter:

– Resposta de circuitos para sinais alternados ou pulsos;

– Analise de Fourier (conforme veremos a seguir).

.TRAN [passo] [tempo final] (tempo sem imprimir) (UIC)

A analise transiente calcula o comportamento do circuito no tempo, destet=0 ate [tempo final]. E o intervalo de tempo empregado para plotagem ouimpressao dos resultados da analise. (tempo sem imprimir) e um parametroopcional, e serve para indicar o tempo a partir do qual a saıda sera impressa.A palavra-chave UIC (Use Initial Conditions) faz com que o conjunto de

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condicoes iniciais para capacitores e indutores especificados por IC seja con-siderado na analise.

Exemplo: .TRAN 1n 100n. Efetua uma analise de transitorio no intervalode 0 a 100ns, com saıda plotada ou impressa a cada intervalo de 1ns.

NOTA acerca de condicoes iniciais: A declaracao .IC efrequentemente usada para estabelecer as condicoes inicias a umaanalise de transiente. Tem o formato.IC V([no1])=[valor] V([no2])=[valor] V([non])=[valor].Onde cada [valor] e uma tensao associada ao [nox] no tempo t=0para a analise de transiente.Exemplo: .IC V(2)=5 V(5)=-4 V(3)=10. Estabelece as tensoesiniciais nos nos 2, 5 e 3 do circuito, como sendo 5V, -4V e 10V,respectivamente, em t=0.

• Analise de Fourier

A analise de Fourier produz uma decomposicao em componentes de Fourier,como resultado de uma analise transitoria. Uma declaracao .FOUR requeruma declaracao .TRAN (conforme descrito acima).

.FOUR [frequencia] [lista de variaveis de saıda]

[lista de variaveis de saıda] e uma lista de uma ou mais variaveis de saıdapara as quais se deseja obter as componentes de Fourier. A analise de Fourier efeita a partir dos resultados da analise transitoria para uma ou mais variaveisde saıda especificadas. A partir destas tensoes ou correntes, a componentecc, a frequencia fundamental e as harmonicas de ordem 2 a 9 sao calculadas.A frequencia fundamental e [frequencia], que especifica o perıodo para aanalise. A analise de transiente deve ter, pelo menos, 1/[frequencia] segundosde duracao.

Exemplo: .FOUR 10k V(5) I(7). Calcula as componentes de Fourier paraas variaveis V(5) e I(7). A frequencia fundamental para a decomposicao, nestecaso, e de 10KHz.

2.2.4 Declaracoes de Controle de Saıda

Antes de serem citadas as declaracoes de saıda, e importante ressaltarmos doisaspectos indispensaveis para que as saıdas escolhidas possam ser geradas correta-mente. Sao eles:

• O SPICE permite que apenas as correntes fluindo atraves de fontes indepen-dentes de tensao sejam observadas, como ja mencionado em NOTA referentea Fontes de Tensao Controladas por Corrente. Tais correntes sao especificadasna forma I(Vnome), em que Vnome e o nome da fonte de tensao indepen-dente atraves da qual a corrente esta fluindo. Se desejarmos observar umacorrente em um ramo no qual nao ha fonte de tensao, devemos adicionar umafonte de tensao de 0V em serie com o ramo em questao para que, dessa forma,possamos medir a corrente que passa nessa fonte (corrente do ramo).

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• Uma variavel do tipo tensao e especificada como a tensao diferencial entre doisnos, na forma V(no1,no2). Caso um dos nos seja omitido, assume-se o noterra (0V).

• Plotagem

A declaracao .PLOT permite que os resultados de analises CC, CA e Tran-siente ,efetuadas ao longo do codigo, tenham saıda na forma de plotagem emimpressoras.

.PLOT (DC) ou (AC) ou (TRAN) (variavel de saıda) ([limite infe-rior],[limite superior])

Conforme mostrado no formato de declaracao acima, as analises DC, AC eTransiente sao os unicos tipos de analise que podem ser plotados, sendo queapenas um deles deve ser especificado por declaracao. (variavel de saıda) euma lista das variaveis de saıda desejadas para plotagem, sendo que no maximooito variaveis sao permitidas em uma declaracao .PLOT.

O eixo X gerado e determinado pelo tipo de analise que esta sendo plotado.Porem, o eixo Y pode ter ([limite inferior],[limite superior]). Caso nen-hum valor de limite seja especificado, o SPICE determinara automaticamenteos limites de plotagem.

Exemplo: .PLOT TRAN V(5) V(2) (0,5v) I(R1) I(VCC) (-5m,5m)

O exemplo plota a resposta de transitorio de V(5) e V(2) entre os limites0V e 5V, e I(R1) e I(VCC) entre os limites -5mA e 5mA.

• Impressao

A declaracao .PRINT permite que resultados de analise CA, CC e Transientesaiam em forma de tabelas.

.PRINT (DC) ou (AC) ou (TRAN) (variavel de saıda)

De acordo com o formato de declaracao acima, DC, AC e TRAN definem ostipos de analise que podem ter saıda na declaracao .PRINT. Um unico tipo deanalise deve ser especificado, assim como em .PLOT. (variavel de saıda) euma lista das variaveis de saıda desejadas. Ao contrario do que ocorre com aplotagem, aqui nao ha limite para o numero de variaveis de saıda. O formato dasaıda e determinado pela especificacao do comando .WIDTH, descrito abaixo.

Exemplo: .PRINT DC V(1) R(12). Imprime os valores CC para V(1) eR(12).

7→Extensao: A declaracao .WIDTH estabelece o tamanho da saıda (tabela).

.WIDTH OUT = [valor]

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Onde [valor] e o numero de colunas da tabela, e deve ser 80 ou 132, sendoque 80 colunas e o valor default para o programa.

• Analise Grafica

A presenca do comando .PROBE no arquivo de descricao do circuito faz comque seja gerado em disco um arquivo com extensao .DAT, que contem os dadosque serao utilizados pelo programa grafico PROBE. Ou seja, a analise graficadas grandezas do circuito simulado requer o comando .PROBE na descricaodo arquivo .CIR. No entanto, as versoes mais recentes do programa PSpicegeram o arquivo .DAT automaticamente, sem a necessidade desse comando.

Atraves do uso do comando .PROBE no arquivo .CIR, podemos gerar oarquivo .DAT de sinais pre-determinados, ou omitirmos os sinais e deixarmosque o software crie o .DAT para todos os elementos do circuito descrito.

Exemplo: .PROBE I(Vin) I(VR2) I(VR3)

O exemplo mostra que, ao final da simulacao, a analise grafica sera possıvelapenas em cima das correntes que circulam atraves das fontes Vin, VR2 e VR3.Caso o comando .PROBE fosse usado sem argumentos (sinais de corrente, nocaso), o Spice iria gerar um arquivo .DAT para todos os elementos do circuitodescrito na ocasiao.

2.2.5 Declaracoes de Fim

A declaracao .END assinala o fim da descricao do circuito, sendo indispensavela qualquer arquivo .CIR.

NOTA: Nao confunda as declaracoes .ENDS e .END. A primeiradelas marca o fim da descricao de um subcircuito. Sempre vem an-tecedida do comando .subckt. .END finaliza o circuito completo.Deve ser sempre a ultima linha do arquivo .CIR.

2.3 Erros de Convergencia

Tendo em vista que o simulador Spice gera um sistema de equacoes ıntegro-diferenciais a partir da analise nodal ou de malhas do circuito descrito, e resolveesse sistema de equacoes utilizando metodos numericos, entao, nao sao raras asvezes em que o software depara-se com erros de convergencia durante a simulacao.Entre os cuidados comuns a serem tomados durante a descricao do circuito a sersimulado podemos destacar:

• Verifique se todas as conexoes do circuito sao validas, se as polaridades estaocorretas e se existe um caminho DC de qualquer no para o no terra;

• Verifique se todos os componentes estao com seus valores indicados correta-mente (por exemplo, MEG ao inves de M(mili) para indicarmos a potencia106. Componentes sem um valor atribuıdo sao colocados com valores defaultdeterminados pelo simulador;

• Verifique se todos os parametros dos modelos sao realistas, principalmente seo modelo foi criado ou editado por voce;

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• Verifique se todos os nos possuem duas conexoes;

• Verifique se as fontes de tensao e de corrente estao com a sintaxe correta ecom valores apropriados;

• Use um equivalente serie no lugar dos capacitores e das fontes de corrente queestiverem em serie;

• Verifique se a letra O nao foi usada no lugar do algarismo 0 (zero);

• Verifique se os ganhos das fontes dependentes estao corretos.

2.3.1 Solucoes de Convergencia em Transientes

• Verifique se a convergencia DC foi obtida;

• Veja as mensagens de erro para verificar se o problema de convergencia per-tence exclusivamente a simulacao do transiente;

• Verifique se o passo de tempo fornece uma resolucao apropriada. O passo detempo deve ser pequeno o suficiente para fornecer uma resolucao apropriadapara as formas de onda de chaveamento geradas pela simulacao. O passotemporal deve ser menor do que o perıodo mais curto da simulacao. Porexemplo, em um oscilador de 100KHz o perıodo e de 10us, portanto, o passode tempo deve ser inferior a esse valor. Outros fatores, tais como o tempo emON, tambem devem ser considerados na hora de definirmos o passo. Uma vezque a convergencia tenha sido obtida, esse valor pode ser maximizado a fimde reduzir o tempo de simulacao;

• Para circuitos oscilatorios ou de chaveamento, coloque METHOD=GEAR nadeclaracao .OPTIONS. Isso seleciona o tipo de metodo de integracao que oSpice usa para resolver as equacoes de transiente. Deve ser usada para todos oscircuitos de chaveamento. A integracao default, trapezoidal, tem a tendenciade produzir oscilacoes;

• Adicione UIC (Use Initial Conditions) na declaracao .TRAN, isso faz com queo simulador nao realize a analise de ponto de operacao DC. Assim como nouso de NODESETS para a solucao de convergencia em analise DC, que seravista a seguir, as solucoes iniciais podem produzir solucoes incorretas, por issoos resultados devem ser verificados;

• Coloque ITL4=500 na declaracao .OPTIONS. Isso aumenta o numero de it-eracoes realizadas pelo Spice antes que um aviso de nao-convergencia aparecae que a simulacao seja abortada;

• Coloque RELTOL=.01 na declaracao .OPTIONS. Isso diminui a precisao dasimulacao incrementando a tolerancia de erro relativo necessario para a con-vergencia. Nunca deve ser menor do .01. O tempo de execucao da simulacaotambem e reduzido com o incremento de RELTOL;

• Aumente os tempos de subida e de descida de fontes pulsantes do circuito. Mu-dancas drasticas na tensao podem resultar em problemas de nao-convergencia;

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• Coloque RAMPTIME=10ns na declaracao .OPTIONS. Isso faz com que todasas fontes independentes aumentem a partir de zero no inıcio da analise tran-siente. Tome o cuidado de permitir tempo suficiente para as fontes chegaremao seu valor final para que nao haja resultados errados.

2.3.2 Solucoes para Convergencia DC

• Coloque ITL1=400 na declaracao .OPTIONS. Isso aumenta o numero de it-eracoes realizadas pelo Spice antes que um aviso de nao-convergencia aparecae que a simulacao seja abortada;

• Adicione declaracoes .NODESET. Tensoes podem ser atribuıdas aos nos no de-senho esquematico de mais alto nıvel. A tentativa inicial feita pelo Spice paradeterminar o ponto de operacao DC incorpora os NODESETS. Isso pode re-duzir drasticamente o numero de iteracoes necessarias para a convergencia, au-mentando a probabilidade de uma simulacao convergente. Como mencionadoacima, valores improprios nos NODESETS podem resultar em resultados im-precisos. Deve-se tomar muito cuidado com declaracoes .NODESET;

• Use declaracoes .PULSE para ligar fontes de alimentacao DC. Por exemplo,V1 3 0 5 DC torna-se V1 3 0 pulse 0 15. Isso permite ao usuario ligar as fontesde alimentacao. Um tempo de subida tambem pode ser usado para fornecerum comportamento mais realista;

• Coloque GMIN na declaracao .OPTIONS. Coloque GMIN=1n ou GMIN=1u.Isso atribui a condutancia mınima de todos os dispositivos semicondutores;

• Coloque RSHUNT na declaracao .OPTIONS. Essa opcao coloca um resistor,com o valor atribuıdo globalmente por RSHUNT, entre todo no do circuito eo no terra. Uma solucao obtida usando esta tecnica de convergencia pode serresultar em um ponto de operacao incorreto. Deve ser usado com cautela;

• Coloque ITL6=100 na declaracao .OPTIONS. Isso diminui todos os estımulosDC ate que um ponto de operacao DC seja determinado ou que eles sejam re-duzidos para zero volts. As tensoes sao entao gradualmente incrementadas doponto de operacao DC que convergiu (ou de zero volts) ate o valor atribuıdo. Oalgoritmo usa os aumentos graduais na tensao para estabelecer um novo pontode operacao DC, usando o ponto DC anterior como tentativa inicial. Esse pro-cesso continua ate que um ponto de operacao DC tenha sido estabelecido paraos valores atribuıdos para os estımulos do circuito.

2.3.3 Solucoes de Convergencia AC

Nao use os passos 3 a 5 das solucoes de convergencia DC. Usar esses passospode nao produzir um ponto de operacao valido, que e essencial para que o Spicelinearize o circuito. Uma vez que tenha havido a convergencia DC, a analise ACtambem convergira.

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3 Capture

A figura abaixo demonstra a interface inicial do Orcad:

3.1 Como iniciar o desenho de um circuito?

Para iniciarmos o desenho de um circuito a ser simulado, devemos ir ate File,escolher a opcao New e em seguida escolher Project, como e mostrado abaixo:

1. Project: Cria um novo projeto. Seguintes tipos especıficos: Analog or MixedA/D (PSpice design), PC Board Wizard (PCB design) Programmable LogicWizard (CPLD or FPGA) ou Schematic (Blank schematic project).

2. Design: Cria um schematic folder, com uma schemetic page a qual e abertapelo Capture atraves do schematic page editor.

3. Library: Cria uma nova biblioteca.

4. VHDL File: Utilizado para criar um novo arquivo VHDL, aberto no editorde texto do Capture.

5. Text File: Utilizado para criar um novo arquivo de texto, aberto no editorde texto do Capture.

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6. PSpice Library: Gerencia Bibliotecas do PSpice.

7. Export Selection: Exporta objetos selecionados na schematic page paradesign ou library.

8. Import Selection: Importa os conteudos de arquivo criados com o comandoExport Selection no menu File para o schematic page ativo.

9. Import Design: Importa os designs EDIF e PDIF.

10. Export Design: Exporta designs EDIF e schematics pages DXF .

Devemos dar um nome ao projeto (escrito sem acento e sem espacos entre aspalavras), escolher a opcao Analog or Mixed A/D para dircionar o projeto para umdesign analogico ou com sinal misto. Alem disso, devemos escolher a locacao doarquivo.

1. Name: Nome do novo projeto. Obs.: Devemos dar um nome ao projeto(escrito sem acento e sem espacos entre as palavras).

2. Analog or Mixed A/D: Direciona o projeto para um design analogico oucom sinal misto.

3. PC Board Wizard: Direciona o projeto para um design PCB.

4. Schematic: Cria um projeto basico contendo somente um arquivo de design.

5. Location: Local onde o arquivo gerado sera salvo. Obs.: as pastas escolhidasnao devem conter acento ou espacos entre elas.

6. Tip for New Users: Dicas para usuarios sobre as opcoes de projetos disponıveis.

3.2 Adicionando componentes

Para adicionar componentes, deve-se clicar em PLACE e escolher a opcao PART,ou usar a tecla de atalho Shift+P, ou ainda clicar no ıcone Place part, localizadobem a direita da tela. Com isso, aparecera a seguinte caixa de dialogo:

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1. Part: Especificar o nome do componente do circuito que se deseja encontrar.

2. Part List: Lista com o nome dos componentes existentes nas bibliotecas.

3. Libraries: E possıvel selecionar uma ou mais bibliotecas a partir da lista debibliotecas disponıveis.

4. Add Library: Adiciona novas bibliotecas.

5. Remove Library: Remove bibliotecas.

6. Part Search: Faz a busca de componentes nas bibliotecas existentes no pro-grama.

7. Preview box: Mostra o desenho do componente selecionado.

Nesta caixa de dialogo voce pode selecionar o componente desejado escrevendoo nome do referido componente no espaco PART.

Podemos tambem adicionar uma biblioteca das que sao mostradas nesta caixa dedialogo clicando em Add Library, ou ainda procurar um determinado componenteem todas as bibliotecas existentes no programa, ou dar o caminho da bibliotecadesejada, clicando Part Search, como temos abaixo:

Assim, de posse do componente desejado, basta clicar em OK para termos ocomponente selecionado na area de trabalho.

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Apos colocado o componente, basta clica-lo com o botao direito do mouse paratermos uma serie de opcoes referentes a este componente, como mostrado abaixo:

1. Mirror Horizontally: Espelha o componente horizontalmente.

2. Mirror Verticaly: Espelha o componente verticalmente.

3. Rotate: Gira objetos selecionados no sentido anti-horario.

4. Edit Properties: Abre o editor de propriedades onde o componente sele-cionado pode ser editado.

5. Edit Part: Use este comando para abrir a Part selecionada em uma janela eedita-la.

6. View Database Part: Visualiza os dados do componente selecionado.

7. Link Database Part: Relaciona os dados do componente com um arquivoou modelo.

8. Edit PSpice Model: Edita o modelo do componente.

9. Edit PSpice Stimulus: Edita o estımulo dado por uma fonte de tensao.

10. Descend Hierarchy: Utilizado para visualizar a schematic page. Este co-mando so esta disponıvel quando o componente esta selecionado ou o blocohierarquico tem uma pasta ou arquivo schematic anexado.

11. Ascend Hierarchy: Use este comando para ver a origem da pagina schematicativa. Se a origem da schematic e aberta em outra janela, essa janela se tornaativa, caso contrario, ela abre em uma nova janela do editor da schematic page.

12. Zoom In: Use esse comando para ampliar a Schematic Page ou um compo-nente.

13. Zoom Out: Use esse comando para diminuir o zoom da Schematic Page oude um componente.

14. Go To: Posiciona o componente na tela do computador segundo um eixo decoordenadas.

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15. Cut: Remove o objeto selecionado e coloca na area de transferencia.

16. Copy: Copia o objeto selecionado para a area de transferencia sem remove-loda janela ativa.

17. Delete: Remove o objeto selecionado.

A tabela a seguir mostra o edit properties :

Figura 11: Opcoes do menu edit properties.

1. New Row: Adiciona uma nova coluna na planilha.

2. Color: Mostra a cor do objeto selecionado, que pode ser alterada.

3. Graphic: Opcao para alternar a exibicao de um componente.

4. Part Reference: Nome ou numero do componente.

5. Power Pins Visible: Oculta ou nao os pinos de potencia.

6. Reference: Nome ou numero do componente.

7. Value: Especifica o valor do componente.

Obs.: O “label” e o valor da resistencia tambem podem ser alterados com umduplo clique na “letra R” do componente e no seu valor padrao (1k), respectiva-mente, o que abre uma caixa de dialogo, mostrada a seguir, onde alteramos o valordo resistor no campo Value:

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Para fazer as conexoes entre os componentes, pode-se utilizar o comando Wire domenu Place, ou a tecla de atalho W, ou ainda clicar no ıcone Place wire, localizadobem a direita da tela, abaixo do ıcone Place part.

Para desenhar as conexoes, posicione a ponteira em forma de cruz no terminaldo componente onde voce deseja iniciar o tracado e pressione o botao esquerdo domouse, arrastando-o ate chegar ao ponto ou terminal onde voce deseja finalizar otracado, onde o botao esquerdo deve ser pressionado novamente. Para encerrar ocomando wire, pressione o botao direito do mouse e escolha a opcao End Wire, oupressione esc.

3.3 Circuitos eletricos em regime DC

Exercıcio 01:Neste exemplo sera mostrado como calcular as tensoes em cada resistor, a cor-

rente e a potencia total.Existem duas maneiras de medirmos a tensao sobre os resistores. Para medir a

tensao sobre R2, utilizamos a ponteira Voltage Level, presente no menu principal.Ja para medir a tensao sobre R1, utilizamos a ponteira Voltage Differential. A

ponteira Voltage Level fornece uma tensao medida em relacao ao GND, enquanto aVoltage Differential fornece a tensao entre os terminais onde esta posicionada.

Para medir a corrente seguimos o mesmo procedimento, utilizando a ponteiracurrent into pin, que apenas pode ser posicionada em um pino de um dos elementosdo circuito. Esse circuito sera utilizado no projeto de instrumentacao, juntamentecom um regulador de tensao, a fim de fornecer a tensao de elevacao necessaria parao tratamento do sinal.

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3.4 Simulando o circuito

O PSpice pode ser utilizado para simular o circuito eletrico de um esquematicodo Capture, e com isso sao obtidas diversas informacoes sobre o comportamentodo mesmo, alem de uma analise da forma de onda, fornecendo uma visualizacaodos resultados com boa resolucao grafica. O simulador permite plotar e multiplicartracos a serem exibidos, nao so mostrando correntes e tensoes, mas tambem incluindoexpressoes matematicas com as tensoes e correntes assim como as Transformadasde Fourier destas expressoes. Para simular um circuito, e necessario que todos osseus componentes tenham sido obtidos na biblioteca pspice,ou seja, que todos elespossuam um modelo de simulacao, ou template.

Outro fator importante a ser considerado e com relacao ao terra. O circuitosomente podera ser simulado se o terra assumir o referencial zero (zero source).Pode-se fazer isso renomeando os terras para “0”. Realizados estes procedimen-tos,clique no menu Pspice em new simulation profile, e atribua um nome ao arquivode simulacao na seguinte caixa de dialogo:

Agora, com um clique no ıcone edit simulation settings, ou em edit simulation pro-file no menu Pspice, vamos estabelecer alguns parametros necessarios a simulacao.Quando voce clica no ıcone acima a seguinte caixa de dialogo aparece:

1. Analysis type: Especifica o tipo de analise. O tipo determina as opcoes queestao disponıveis na caixa de Opcoes. Inclui os seguintes tipos dde analise:Time Domain (Transient), DC Sweep, AC Sweep/Noise e Bias Point.

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2. General Settings: Ao selecionar general settings pode-se usar os seguintescomandos: Run to time, Star saving data after, Maximum step size, e Outputfile options

3. Monte Carlo/Worst Case: Leva em consideracao a tolerancia dos com-ponentes. Para realizar esta simulacao e necessario colocar a tolerancia doscomponentes.

4. Parametric Sweep: Permite efetuar a variacao de parametros do circuito.

5. Temperature (Sweep): Simula o efeito da variacao de temperatura no cir-cuito.

6. Save Bias Point: Salva pontos da simulacao.

7. Load Bias Point: Carrega pontos salvos em simulacoes anteriores.

8. Run to time: Maximo tempo estipulado para a simulacao.

9. Start saving data after: O tempo colocado neste campo determina a partirde quando a simulacao comecara. O tempo inferior ao valor colocado naoaparecera no arquivo de simulacao.

10. Maximum step size: Estabelece o tamanho maximo do intervalo de tempoentre cada ponto a ser calculado pelo simulador.

11. Output file options: Definicoes do tipo de arquivo que serao salvos os dadosda simulacao

12. General: Definicoes gerais da simulacao.

13. Analysis: Poderemos escolher os tipos de analise (Transient, AC, DC, Bias),bem como as opcoes de cada analise (General Settings entre outras) e osparametros referentes a essas opcoes.

14. Include Files: Incluir arquivos para serem variaveis na simulacao.

15. Libraries: Bibliotecas de simulacao presentes.

16. Stimulus: Inclui um arquivo de Stimulus para testar valores de entrada nocircuito.

17. Options: Definicoes de tempos e metodos de simulacao.

18. Data Collection: Seleciona as medidas que se tem interesse de analisar nocircuito.

19. Probe Window: Define propriedades da janela de simulacao.

Com os parametros acima selecionados, podemos realizar a simulacao do circuito.Para tanto, basta clicar em Run, no menu Pspice. O OrCAD abrira entao uma janelado programa A/D, para permitir a visualizacao dos resultados da simulacao.

A figura abaixo apresenta o ambiente de visualizacao dos resultados do exemplo,como pode-se notar, as variaveis V(R1:1,R1:2) e I(R2) foram modificadas com ointuito de se obter uma melhor visualizacao:

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Para a visualizacao de uma determinada forma de onda, na janela do PspiceA/D, basta clicar em add trace, no menu Trace, localizado na barra de ferramentas.A seguinte caixa de dialogo abrira:

Escolhe-se entao a forma de onda desejada e clica-se no botao OK. Pode-seescolher mais de uma grandeza ao mesmo tempo.

Nesta caixa de dialogo, constam todas as variaveis cujas formas de onda podemser tracadas. Cada variavel e identificada a partir do componente e do no ao qualela esta associada.

O programa permite tambem que voce plote expressoes matematicas de acordocom o problema simulado. Para tanto, basta selecionar a operacao desejada nocampo Functions or Macros e selecionar a grandeza desejada de modo que esta fiquedentro dos parenteses desta expressao. Pode-se, tambem, simplesmente escrever aexpressao desejada.

A seguir, tem-se uma tabela das funcoes encontradas no simulador:

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O simulador permite tambem que seja plotado mais de um grafico na mesmatela. Para isso, voce deve ir ao menu Plot e selecionar a opcao Add Plot to Window.Com isso aparecera um novo par de eixos ordenados acima do ja existente. Para avisualizacao de uma forma de onda, basta escolher a grandeza desejada, conformeja descrito anteriormente. Assim como e possıvel adicionar novos graficos, e possıveltambem excluir graficos existentes, selecionando a opcao Delete Plot no mesmo menuPlot.

No menu Plot existem varias opcoes de manipulacao de eixos ordenados de acordocom a necessidade de visualizacao. Para modificarmos estes eixos devemos selecionara opcao Axis Settings, ou entao clicar com o botao direito do mouse em qualquer doseixos do grid (retıcula) e escolher a opcao Settings. Junto com esta opcao, aparecetambem a opcao Properties, que permite editar a cor, o padrao e a largura do eixo.Podemos visualizar a janela Axis Settings na figura abaixo:

Figura 12: Plot−→Axis Settings

1. Spacing: Define espacamento entre os grids para as escalas linear e logarıtmica.

2. Grids (Major): Define os espacamentos entre os grids principais.

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3. Ticks inside plot edge: Pontos dentro das arestas das curvas da simulacao.

4. Numbers outside plot edge: Adiciona/Remove dados do eixo X.

5. Intervals between Major: Ajusta intervalo entre os grids secundarios.

6. Grids (Minor): Define os espacamentos entre os grids secundarios.

7. Ticks inside plot edge: Pontos dentro das arestas das curvas da simulacao.

Nesta caixa de dialogo existe a opcao Axis Variable, que permite escolher avariavel que sera representada no eixo X. Consequentemente, o eixo Y representaraa funcao que desejamos visualizar em relacao ao eixo X. Existem tambem as opcoesscale (escala dos eixos, que pode ser linear ou logarıtmica, de acordo com a neces-sidade da simulacao) e data range (faixa de dados, que permite a visualizacao deapenas uma parte da simulacao, definida pelo usuario).

Ainda no menu Plot, podemos adicionar eixos Y ao ja existente, isto e possıvelatraves da opcao Add Y Axis, assim como podemos excluir eixos Y com a opcaoDelete Y Axis.

A opcao Label, tambem no menu Plot, permite que coloquemos nomes ou co-mentarios nas formas de onda plotadas. Podemos escolher diferentes formatos deLabel, tais como: texto, seta, cırculo e outros. Logo, a escolha dependera do tipo decomentario e/ou descricao que sera feita na referida forma de onda.

Dentro do simulador podemos, tambem, realizar medicoes de valores desejados.Isto e possıvel apos a plotagem da forma de onda, quando escolhemos, na barrade tarefas, o ıcone (Toggle cursor). Apos selecionarmos este ıcone, aparecera umapequena janela referente aos valores a serem medidos, onde a coluna da esquerdaindica valores correspondentes ao eixo X e a segunda, ao eixo Y. Entao, marcamosna forma de onda o ponto desejado e assim aparecerao os valores referentes aqueleponto. Nos podemos, depois de fixado um ponto, deslocar o cursor ao longo daforma de onda a ser medida, de modo a obter qualquer valor referente a mesma ea diferenca entre os valores de um novo ponto e o ponto marcado anteriormente.Para fixar um ponto, basta clicar com o botao direito do mouse no local onde estao ponto desejado.

Dica: Na simulacao, para modificar a cor, padrao, largura e sımbolo do traco,basta clicar com o botao direito do mouse sobre o mesmo e selecionar o comandoProperties. O comando Information fornece informacoes a respeito da simulacaoque o originou.

Exercıcio 02:Determine a potencia entregue pela fonte.

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Figura 13: Circuito do exercıcio 2.

Exercıcio 03:Determine a resistencia equivalente vista pela fonte.


3.5 Varredura DC com variacao de parametros

O OrCad permite efetuarmos a variacao de parametros do circuito. Para isso,deve-se selecionar o ıcone (simulation settings) na barra de ferramentas e definir, naaba Analysis, os valores de praxe: Run to time e Maximum step size. Em seguida,na mesma aba, selecionamos o item Parametric Sweep e definimos qual componentedo circuito sofrera a varredura, alem dos valores inicial e final, do incremento e dotipo de escala, conforme mostrado na figura abaixo:

Exercıcio 04:

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Verifique a influencia da variacao da fonte de tensao DC sobre a tensao de R3.Faca a tensao da fonte V1 variar de 0 a 6V com um incremento de 0.1.


3.6 Circuitos eletricos em regime permanente AC

Fonte de tensao de entrada com a forma de onda do tipo SIN:VSIN forma geral: SIN (VOFF, VAMPL, FREQ, TD, DF, PHASE)

Parametros Descricao Unidade Default

VOFF Tensao de offset Volt NenhumVAMPL Amplitude (valor de pico) Volt NenhumFREQ Frequencia Hertz 1/TSTOP

TD Atraso Segundos 0DF Fator de amortecimento Segundos−1 0

PHASE Fase Graus 0

Comportamento da forma de onda:

Perıodo de tempo Valor0 ate TD VOFF + VAMPL.sin(2π.PHASE/360o)

TD ate TSTOP VOFF + VAMPL.sin(2π.(FREQ(time− TD) + PHASE/360o)).e−(time−TD).DF

Exercıcio 05:Insira os seguintes parametros na fonte senoidal e observe o comportamento da

tensao sobre o resistor R1 por um tempo maximo de 60ms. Obs.: Este circuitofaz parte do projeto de instrumentacaoo, servindo como divisor resistivo para en-trada dos sinais dos sensores afim de adequar o sinal aos limites de saturacao doamplificador operacional.

VAMPL V1 = 44V, VOFF = 0V, FREQ = 60Hz, TD = 1e-3, DF = 5e2, PHASE= 30

VAMPL V2 = 2V, VOFF = 0V, FREQ = 10kHz, TD = 1e-3, DF = 5e2, PHASE= 0

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Podemos tambem utilizar outras formas de onda (degrau, triangular, quadrada,...).VPULSE forma geral: VPULSE (V1, V2, TD, TR, TF, PW, PER)

Parametros Descricao Unidade Valor Padrao

V1 Tensao inicial Volt NenhumV2 Tensao de pico do pulso Volt NenhumTD Atraso Segundos 0TR Tempo de subida Segundos TSTEPTF Tempo de queda Segundos TSTEPPW Largura de pulso Segundos TSTEPPER Perıodo Segundos TSTOP

Exercıcio 06:Insira os seguintes parametros na fonte pulso e observe o comportamento da

tensao sobre o resistor R1 por um tempo maximo de 3ms.V1 = 0V, V2 = 5V, TD = 1ms, TR = 0.1ms, TF = 0.1ms, PW = 0.3ms, PER

= 1ms


Exercıcio 07:Modifique os parametros da fonte VPULSE acima, a fim de obter uma forma de

onda triangular.

Exercıcio 08:Plote IR1 e VL1 e observe a defasagem entre a tensao e a corrente no indutor.

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Exercıcio 09:Determine o fator de potencia da associacao abaixo.


Para determinar o fator de potencia do circuito, podemos plotar as formas deonda da tensao da fonte e da corrente que circula pelo circuito.

Utilizando o Toggle Cursor podemos medir a defasagem ∆t em segundos e editara expressao de um traco para que ele realize a operacao FP = cos(2πf.∆t).

3.7 Fontes Controladas

3.7.1 Fonte de Tensao Controlada por Tensao (E)

Para inserir este tipo de fonte no seu circuito, adicione a biblioteca DATACONVe procure por E em part.

Os nos (+) e (-) da fonte de tensao sao os nos de saıda. A tensao de saıdadeste tipo de fonte e determinada pela tensao entre os terminais de controle. O“(+) controlling node e o (-) controlling node” sao em pares e definem o controlede voltagem. Os nos de saıda e de controle devem ser necessariamente diferentes.Defina o ganho (GAIN ) desta fonte clicando duas vezes sobre o seu sımbolo.

3.7.2 Fonte de Tensao Controlada por Corrente (H)

Os nos (+) e (-) da fonte de tensao sao os nos de saıda. A tensao de saıda destetipo de fonte e determinada pela corrente que atravessa os terminais de controle. Oganho e definido clicando duas vezes sobre o seu sımbolo.

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3.7.3 Fonte de Corrente Controlada por Tensao (G)

Os nos (+) e (-) da fonte de corrente sao os nos de saıda. Correntes positivasatravessam a fonte do no positivo ate o negativo. A tensao entre os terminais decontrole determina a corrente de saıda.

3.7.4 Fonte de Corrente Controlada por Corrente (F)

Os nos (+) e (-) da fonte de corrente sao os nos de saıda. Correntes positivasatravessam a fonte do no positivo ate o negativo. A corrente que atravessa os ter-minais de controle determina a corrente de saıda.

Exercıcio 10:Monte o circuito abaixo, que contem uma fonte de tensao controlada por corrente

de ganho 20, e meca a tensao sobre o resistor R3.


Exercıcio 11:Monte o circuito abaixo, que contem uma fonte de corrente controlada por tensao

com ganho 10, e meca a corrente no resistor R3.


3.8 Transformadores

Exercıcio 12:Construa o transformador a partir do uso de indutores com acoplamento.Obs.: Para construir o transformador e necessario usar o componente KLinear,

que fornece o coeficiente de acoplamento entre as bobinas do primario e do se-cundario. O componente KLinear se encontra na Library Analog.

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Exercıcio 13:Utilize agora o transformador disponıvel na Library Analog.


Obs.:A relacao de transformacao pode ser ajustada na propriedade COUPLING.Por exemplo, se quisermos uma relacao de transformacao de 10:1, basta ajustar

o valor da propriedade COUPLING para um valor igual a 0.1. Por este metodoso conseguimos representar o transformador como abaixador. Para utiliza-lo comoelevador, usa-se um artifıcio para determinar os valores das indutancias do transfor-mador, de forma a utiliza-lo como elevador. Atraves da formula:

L1.(V2)2 = L2.(V1)

2

pode-se ajustar os valores de L1 e L2 de forma a obter uma o transformadorcomo elevador.

Ex.: Para uma entrada 110V e saoda 220V, precisaremos de uma relacao deL2 = 4L1.

E necessario tambem inserir um resistor de valor reduzido entre a fonte e otransformador, alem de ajustar o valor das reatancias indutivas do primario e dosecundario.

Ex: 0.1mH

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Exercıcio 14:Monte o circuito de uma fonte DC, utilizando uma ponte de diodos, e observe a

forma de onda na entrada e na saıda do retificador.


Exercıcio 15:Construa agora uma fonte DC com filtro. Observe a ondulacao da tensao de

saıda (Ripple).


3.9 Transiente

O OrCAD lhe fornece uma opcao quando e preciso que uma parte do circuitoentre em funcionamento em um dado instante, ou ainda, quando outra deixe de seralimentada; o recurso que lhe permite tal agilidade e chamado de chave (Swtopen eSwtclose). Para inserir este componente no circuito, proceda da seguinte maneira:clique sobre o botao Place Part (na paleta de ferramentas) e selecione a bibliotecaANLMISC.

SwtOpen : abre no tempo especificado tOpenSwtClose : fecha no tempo especificado tClose

Exercıcio 16:Plote a forma de onda da tensao no resistor e a corrente no circuito depois de

S2 ser fechada e S1 ser aberta em t=1ms.

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Exercıcio 17:Determine VC(t), IC(t) e IR2(t). Defina o tempo de simulacao igual a 5s.


3.10 Corrente Alternada Trifasica

No OrCAD nao existe uma fonte trifasica. Por isso, em exercıcios que requeremtal tipo de fonte, devemos utilizar tres fontes monofasicas devidamente defasadas.

Exercıcio 18:Determine as correntes I1, I2 e I3.


Exercıcio 19:Verifique que a corrente de linha permanece a mesma se a ligacao for em delta e

o valor de cada impedancia for multiplicado por 3.

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Exercıcio 20:Observe o comportamento da tensao na carga quando uma fase e desligada.


Exercıcio 21:Observe as formas de onda na saıda da fonte trifasica e na carga R1.


Exercıcio 22:Encontre a potencia total perdida por Efeito Joule na linha de transmissao rep-

resentada abaixo.


3.11 Diodo Semicondutor

Exercıcio 23:Levante a curva caracterıstica do diodo, ou seja, plote a curva I x V.

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Para levantar tal curva, devemos efetuar uma varredura DC (DC Sweep), var-iando o valor da fonte de tensao V1, de 0 a 1.5V, com incremento de 0.01V. Paramelhor visualizacao, ajuste a escala de corrente para um valor maximo de 5A.

Apos ter realizado esta simulacao, simule o efeito da variacao de temperaturasobre o diodo. Para isto, no item Options do menu Simulation Settings, ao inves demarcar a opcao Parametric Sweep, marque a opcao Temperature Sweep e defina astemperaturas desejadas.

Exercıcio 24:Observe como se comporta a tensao no resistor em relacao a fonte CA.


3.12 Transistores

Exercıcio 25:Gere uma onda quadrada utilizando uma fonte VPULSE e a seguir aplique esta

tensao a base do transistor. Observe que o transistor se comporta como uma chave.

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Exercıcio 26:Verifique que na configuracao indicada abaixo o transistor atua como um am-

plificador de pequenos sinais. Para isso, compare a tensao na carga com o pequenosinal alternado de entrada, determinando o ganho em dB do amplificador na faixa defrequencias baixas e intermediarias. Observe que para as altas frequencias o ganhoe atenuado devido as capacitancias internas do transistor (modelo π-hıbrido).

No menu Simulation Settings, escolha o tipo de analise como sendo AC Sweep/Noisee atribua ao grafico uma escala logarıtmica com 10 pontos por decada, iniciando coma frequencia de 1Hz e terminando com 10MHz. Simule o circuito com as ponteirasindicadas na figura abaixo.

Elimine os tracos anteriores (apenas para melhorar a visualizacao), adicione umnovo traco a simulacao e edite sua expressao para 20*LOG10(V(C1:2)/V(V2:+)).Assim, fica determinado o ganho em dB do amplificador na faixa de frequenciasestabelecida, sendo o ganho nas intermediarias igual a 20dB, que corresponde a umganho de tensao igual a 10. Altere a frequencia de termino para 10GHz e verifiquea atenuacao que o ganho sofre.


3.13 Amplificadores Operacionais

Exercıcio 27:Observe o comportamento do amplificador conversor (Tensao/Corrente) na figura

abaixo. A fonte de tensao e o divisor resistivo de entrada representam o sensor ea queda tensao que deve se ter para adequacao do sinal aos limites de operacao doamplificador operacional. Este tipo de topologia e usado em transmissoes a longadistancia, em que as relativamente pequenas tensoes de sinal sao susceptıveis a ruıdoseletromagneticos.

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Exercıcio 28:Observe o comportamento do amplificador “Bufferizado” indicado abaixo.Dica: Neste exemplo, utilizamos o recurso Place Port, onde escolhemos o compo-

nente PORTNO-R da biblioteca CAPSYM para facilitar as conexoes. Para alteraro “label” do componente, basta dar um duplo clique sobre ele com o botao esquerdodo mouse.


Projeto

Este e o projeto final de instrumentacao para a medicao de tensao que foi pro-posto no inıcio do curso. Note que na entrada, onde estao localizados os sensores,foi inserida uma fonte de tensao operando a frequencia de 10 kHz, representado umruıdo qualquer nesta frequencia.

O amplificador de instrumentacao AD620 e um amplificador que possui entradaem modo diferencial, logo os ruıdos de modo comum existentes no sinal de entradaserao, teoricamente, eliminados neste estagio da instrumentacao. Repare tambemque neste estagio ha uma fonte de tensao “Bufferizada”, conectada ao pino “REF”,este pino permite que seja acrescida ao sistema uma tensao de offset, o que e degrande utilidade ao nosso projeto pois os pinos do AD nao suportam nıveis negativosde tensao.

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Figura 38: Projeto de um circuito para instrumentacao.

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4 Layout Plus - IHM

O projeto asseguir foi construido para ser uma IHM (interface homem-maquina)de um produto de uma certa empresa brasileira.

As necessidades basicas deste projeto:

1. Display para exibicao de informacoes

2. Quatro luzes para indicacao de estados

3. Quatro pinos para serem entradas ou saıdas

O esquematico do projeto e apresentado na figura abaixo, juntamente com odesign da PCB (Printed Circuit Boards - Placa de Circuito Impresso) proposto porum engenheiro desta empresa.

Figura 39: Esquematico da IHM

Componentes do esquematico acima:

• Um display lcd de 16x2 com dois resistores acoplados na saıda do backlight;

• Um microcontrolador da freescale, MC9S08QG8;

• Dois capacitores para filtrar ruıdos na alimentacao do microcontrolador;

• Quatro LEDs de indicacao com resistores para limitacao de corrente;

• Um regulador de tensao de 5 volts para 3.3 volts (TPS7333Q) para a ali-mentacao do microcontrolador;

• Um capacitor na entrada do regulador de tensao para filtrar ruıdos;

• Um conector de dois pinos paraentrada de alimentacao 5 volts;

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Figura 40: PCB proposto

• Um conector de seis pinos para quatro pinos de entrada e saıda e dois paraalimentacao.

Detalhes do PCB acima:

• A placa e face unica;

• Existe uma malha que conecta o terra do circuito, o plano de terra;

• Existem somente dois furos para parafusos de apoio da placa;

• O circuito nao esta aproveitando totalmente a area de cobre disponıvel;

• Existem poucos textos para documentacao na placa;

• Os capacitores para filtro estao longe do microconrolador.

4.1 Objetivo

O objetivo e:

Construir uma PCB com maior qualidade.

O que seria uma placa com maior qualidade?

Quais seriam as caracterısticas que um engenheiro deve levar em consideracaona hora de desenhar uma PCB?

Aonde sao feitas PCBs?

Qual e a deiferenca entre placa de potencia e placa de sinal?

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Para alcancar o objetivo acima proposto vamos passar por algumas etapas deprojeto de PCBs, sendo estas:

1. Esquematico;

2. Definicao de normas de trabalho;

3. Definicao do desenho dos componentes;

4. Dimensao da placa e posicionamento dos componentes;

5. Configuracao para regras de roteamento;

6. Roteamento e criacao do plano de terra;

7. Documentacao da PCB.

4.2 1a Etapa - Esquematico

O esquematico do projeto deve ser criado no Orcad Capture para posteriormenteser exportado para o layout.

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Figura 41: Esquematico da IHM

4.3 2a Etapa - Definicao de normas de trabalho

Os dois tipos de sistemas de medidas mais usados sao o sistema metrico e osistema ingles. O primeiro utiliza metros como unidade de medida padrao e osegundo utiliza polegadas.

Ao criar um netlist (arquivos que contem informacoes sobre tipos e valores doscomponentes em um projeto, bem como sobre as ligacoes entre eles) deve ser escol-hido qual sistema de medidas que sera utilizado.

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Figura 42: Criando uma Netlist

Figura 43: Criando o arquivo de trabalho - o .max

4.4 3a Etapa - Definicao do desenho dos componentes

A maioria das vezes quando se cria um novo arquivo .max aparece uma caixade dialogo pedindo para informar o footprint de certos componentes. Quando istoacontece deve-se escolher um footprint ja existente na biblioteca ou criar um novocomponente.

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Figura 44: Selecionando os desenhos dos componentes

Apos a escolha dos desenhos dos componentes, os mesmos sao largados aleatori-amente na area de trabalho do Layout Plus.

Figura 45: Posicao inicial dos componentes

4.5 4a Etapa - Dimensao da placa e posicionamento dos com-ponentes

Antes de dimensionarmos a placa devemos posicionar os componentes na posicaodesejada, sempre cuidando para nao deixar o roteamento impossıvel.

Com os componentes nos locais definidos podemos delimitar a area a ser roteadana placa. Para isto utiliza-se Global Layer.

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Figura 46: Componentes posicionados e placa dimensionada

4.6 5a Etapa - Configuracao para regras de roteamento

As regras de roteamento de um projeto dependem diretamente do local aonde asplacas sao feitas, pois cada tecnologia de producao de PCBs tem suas especificacoes.

As placas deste projeto vao ser feitas na empresa Engemauticos ind. e com.Ltda, cujas regras estao no ANEXO 3.

A primeira especificacao que deve ser feita e o tamanho das ilhas de cobre decada componente. Nas especificacoes da Engemauticos a menor ilha recomendada ede 54 mils, mas nao se e recomendado colocar a ilha menor existente, entao este e otamanho mınimo que o projeto deve ter.

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Figura 47: Configurando os Padstacks

Figura 48: Padstacks configurados

Uma importante configuracao a ser feita e o tamanho mınimo, medio e maximode trilha. Nos valores recomendados por Engemauticos o mınimo valor possıvel e 8mils, sendo que se deve evitar fazer trilhas tao pequenas.

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Figura 49: Configurando as Trilhas

4.7 6a Etapa - Roteamento e criacao do plano de terra

Apos a etapa de configuracao das regras a serem aplicadas no design da placa,inicia-se o processo de roteamento, neste, todas as ligacoes fısicas feitas com o cobredevem ser desenhadas.

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Como esta placa e de face unica, deve-se utilizar a layer bottom para desenharas linhas de coneccao.

Para se iniciar o roteamento deve-se selecionar a ferramenta Edit Segment Mode,juntamente com a layer desejada, no caso a bottom.

Figura 50: Iniciando o roteamento

Lembre-se: o roteamento iniciara com o tamanho de trilha definido na etapa 5,porem ele pode ser alterado a qualquer instante.

Figura 51: Diminuindo o tamanho da trilha

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Apos o roteamento completo de todas as trilhas, a placa deve ficar parecida coma imagem abaixo.

Figura 52: Possibilidade de design da PCB

Note que nem todos os componentes estao nos lugares definidos inicialmente,pois, ao iniciar o desenho da placa o engenheiro comeca a ver necessidades de movercomponentes para tornar possıvel o processo de roteamento.

Agora que todas as trilhas foram desenhadas deve-se, se possıvel, desenhar oplano de terra. O plano de terra e muito utilizado para amenizar ruıdos referentes aalta frequencia, alem de ajudar na seguranca quando ha manipulacao da placa comela ligada.

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Figura 53: Criacao do Plano de terra

Apos a criacao do plano de terra, a placa deve ficar parecida com a imagemabaixo.

Figura 54: Placa com plano de terra

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Figura 55: Aparencia fısica da placa

4.8 7a Etapa - Documentacao da PCB

A ultima etapa do projeto e a documentacao. Toda placa, industrial ou nao,tem que ter uma boa documentacao, tanto para a identificacao dos componentes nahora da montagem, quanto para identificacao de por quem, quando e onde foi feitaa placa.

A documentcao pode ser feita utilizando duas principais layers:SSTOP - Utilizada para documentacao na parte de cima da placa, o TOP.SSBOT - Utilizada para documentacao na parte de baixo da placa, o BOTTOM.Sendo que esta placa e face unica, a documentacao sera feita somente na parte

da placa onde nao havera cobre, o TOP.

Figura 56: Camada de documentacao

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Figura 57: Aparencia da placa finalizada

A imagem acima mostra a placa final que deve ser enviada para producao, commaior qualidade e profissionalidade.

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5 ANEXO 1 - Especificacoes Layout

5.1 Engemauticos ind. e com. Ltda

De : ENGEMAUTICOS IND. E COM. Ltda

Para : Srs. Clientes

Prezado(s) Senhor(s)

Diante do fax/E-mail que se segue nos colocamos a disposic~ao para fabricac~ao

de circuito impresso (PCIs). Placa em fibra de vidro (face simples ou

com furo metalizado), fenolite, furac~ao e corte CNC, dourac~ao (pente).

A documentac~ao pode ser enviada via fax, internet ou disquete.

Quanto ao prazo de entrega : 10 dias apos a confirmac~ao do pedido e

entrega de documentac~ao.

Recomendac~oes para " LIMITES MINIMOS E MAXIMOS" no projeto para fins

contrutivos de circuito impresso, SENDO QUE O RECOMENDADO SER~AO VALORES

MAIORES QUE OS MINIMOS E MENORES QUE OS MAXIMOS :

-Dimens~oes maximas da placa 320mm X 450mm;

- Linha de corte = lado externo da linha de borda;

- Distancia entre trilhas: (mınimo) 10 mils; sob consulta 8 mils

- Distancia entre trilha e ilha: (mınimo) 10 mils; sob consulta 8 mils

- Largura mınima de trilha: 8 mils;

- Corte interno - e executado por DENTRO da linha de borda.

- Largura minima de linhas de texto e figuras da mascara de componentes:

8 mils;

- Diametro menor da ilha (ou via) = diametro do furo + 30 mils (recomendado mais);

- Distancia entre a borda da placa e a borda da trilha ou borda da ilha

mais proxima: maior ou igual a 20 mils;

- Menor broca : 24 mils;

-Menor "ILHA" diametro externo recomendamos 54 mils.

- Escalonamento de brocas: de 4 em 4 mils (0,1 em 0,1mm), a partir de 24 mils

(0,6mm- 0,7mm- 0,8mm .....). Para fins praticos.

Nas recomendacoes acima citadas n~ao s~ao consideradas as caracterısticas

eletricas do circuito. CASOS QUE N~AO SEGUEM AS RECOMENDAC~OES ACIAMA FAVOR

CONTATAR PARA PREVIAS CONSIDERAC~OES.

Abaixo, seguem-se nossos dados cadastrais :

Raz~ao Social : ENGEMAUTICOS IND. E COM. Ltda.

Endereco : RUA PRUDENTE DE MORAIS,68 Bairro : NOSSA CHACARA

Cidade : GRAVATAI UF.: RS CEP:94050-340

Telefone/fax : (51) 3490 36 23 E-mail: [email protected]

Atenciosamente

ENGEMAUTICOS LTDA

Sergio LM Cardoso

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5.2 Microw - circuitos impressos Ltda

Figura 58: Especificacoes da empresa Microw circuitos impressos Ltda

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5.3 Largura de tilha vs. intensidade de corrente

Figura 59: Corrente x Tamanho de trilha

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5.4 Tabela de Conversao de medidas

Figura 60: Tabela de conversao de Mils - Milımetro

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apostila orcad

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