Configuración de un análisis transitorio en Multisim

Multisim presenta un conjunto completo de análisis SPICE para examinar el comportamiento del circuito. Estos análisis van desde los básicos hasta los sofisticados. Cada análisis le ayuda a obtener información valiosa, como los efectos de las tolerancias y sensibilidades de los componentes. Para cada análisis, se debe establecer una configuración que informe a Multisim exactamente qué analizar y cómo.

Multisim simplifica el procedimiento para un análisis avanzado al proporcionar una ventana de configuración. Esto abstrae las complejidades asociadas con la sintaxis SPICE y la configuración de un análisis. Con esta ventana solo necesita especificar los valores de los parámetros y los nodos de salida de interés.

Este tutorial es parte de la Serie de Fundamentos del Análisis SPICE de National Instruments (en inglés). Cada tutorial de esta serie le proporciona instrucciones paso a paso sobre cómo configurar y ejecutar los diferentes análisis SPICE disponibles en Multisim, una potente simulación y análisis mientras abstrae la complejidad de la sintaxis SPICE.

1. Introducción

En  Transient Analysis, también llamado análisis transitorio en el dominio del tiempo, Multisim calcula la respuesta del circuito en función del tiempo. Este análisis divide el tiempo en segmentos y calcula los niveles de voltaje y corriente para cada intervalo dado. Finalmente, los resultados, voltaje versus tiempo, se presentan en la Grapher View (Vista gráfica) .

Multisim realiza un Transient Analysis (análisis transitorio) mediante el siguiente proceso:

1. Cada ciclo de entrada se divide en intervalos.
2. Se realiza un análisis de punto de funcionamiento de CC(en inglés) para cada punto del ciclo.
3. La solución para la forma de onda de voltaje en un nodo está determinada por el valor de ese voltaje en cada punto de tiempo durante un ciclo completo.

Supuestos: las fuentes de CC tienen valores constantes; Las fuentes de CA tienen valores dependientes del tiempo. Los condensadores y los inductores están representados por modelos de almacenamiento de energía. La integración numérica se utiliza para calcular la cantidad de energía transferida durante un intervalo de tiempo.

 

2. Ejecución de análisis transitorio

Considere el circuito RLC en serie que se muestra en la Figura 1. De acuerdo con la teoría, la ecuación característica que modela este circuito se puede representar como:

Donde α es el factor de amortiguación yw ₀ la frecuencia natural (o frecuencia resonante). Están definidos por:

El valor del factor de amortiguación ( α ) en relación con la frecuencia natural ( ω ₀ ) determina el comportamiento de la respuesta del circuito. Hay tres posibles respuestas:

• α <ω ₀ : respuesta subamortiguada
• α = ω ₀ : Críticamente respuesta amortiguada
• α> ω ₀ : Respuesta sobreamortiguada

Tenga en cuenta que a medida que aumenta el valor de α , el circuito RLC se dirige hacia una respuesta sobreamortiguada. En este ejemplo, utilizará el Transient Analysis (análisis de transitorios) para trazar las respuestas a los pasos del circuito RLC. Dado que α depende del valor de la resistencia, utilizará tres valores diferentes para R : 40 W, 200 W y 1 kW. 3

Figura 1. Circuito RLC en serie.

Complete los siguientes pasos para configurar y ejecutar un Transient Analysis:

1. Archivo de circuito abierto series_rlc.ms11 ubicado en la sección de  Downloads (Descargas).
2. Seleccione Simulate»Analyses»Transient Analysis. Se abre la ventana Transient Analysis.

La configuración predeterminada es apropiada para el uso normal, proporcionando la respuesta transitoria de las variables de salida seleccionadas comenzando en el tiempo 0 segundos y deteniéndose después de 1 ms. La Tabla 1 describe la pestaña  Analysis Parameters en detalle.

Tabla 1. Parámetros usados en Análisis de Transitorios.

Parámetro	Sentido
Condiciones iniciales	Hay cuatro opciones: Poner a cero. El análisis parte de condiciones iniciales cero. Usuario definido. El análisis comienza a partir de las condiciones iniciales establecidas en la ventana Transient Analysis. Calcule el punto de funcionamiento de CC. Multisim primero calcula el punto de operación de CC del circuito, luego usa ese resultado como las condiciones iniciales del  Transient Analysis. Determina automáticamente las condiciones iniciales. Multisim intenta iniciar la simulación utilizando el punto de funcionamiento de CC como condición inicial. Si la simulación falla, utiliza condiciones iniciales definidas por el usuario.
Hora de inicio (TSTART)	Hora de inicio del  Transient Analysis. Debe ser mayor o igual que 0 y menor que la hora de finalización.
Hora de finalización (TSTOP)	Hora de finalización del  Transient Analysis. Debe ser mayor que la hora de inicio.
Configuración de paso de tiempo máximo (TMAX)	Habilite para configurar manualmente los pasos de tiempo. Hay tres opciones: Número mínimo de puntos temporales. Número mínimo de puntos entre las horas de inicio y finalización. Paso de tiempo máximo (TMAX). Paso de tiempo máximo que puede manejar la simulación. Genere pasos de tiempo automáticamente. Habilite para generar pasos de tiempo automáticamente.
Establecer el paso de tiempo inicial (TSTEP)	Habilite para establecer un intervalo de tiempo para la salida de la simulación y los gráficos.
Estimar el paso de tiempo máximo según la lista de conexiones (TMAX)	Esto se habilita cuando se selecciona la casilla de verificación Paso de tiempo máximo (TMAX). Habilite como desee.

Nota: En SPICE , el comando que realiza un  Transient Analysis tiene la siguiente forma:

.TRAN <TSTEP> <TSTOP> <TSTART <TMAX>> <UIC>

Donde .TRAN inicializa un análisis transitorio ; <TSTEP> es el incremento de tiempo para informar los resultados; <TSTOP> es el tiempo de análisis final; <TSTART> es la hora de inicio para informar los resultados; <TMAX> es el tamaño de paso máximo utilizado para incrementar el tiempo durante el análisis; <UIC> se utiliza para las condiciones iniciales. Tenga en cuenta que estos son los mismos parámetros que se definieron en la Tabla 1, sin embargo, en Multisim no tiene que preocuparse por la compleja sintaxis de SPICE.

3. Configure los Analysis Parameters como se muestra en la Figura 2. Puede restablecer todos los parámetros a sus valores predeterminados haciendo clic en el botón Reset to default.

Figura 2. Parámetros de análisis para el análisis transitorio.

4. Seleccione la pestaña Output.
5. Seleccione la lista Variables in circuit, seleccione All variables de la lista desplegable y luego resalte V (vi) y V (c) de la lista.
6. Haga clic en el botón Add para mover las variables al lado derecho en Selected variables for analysis, como se muestra a continuación.

Figura 3. Variables de salida para el análisis transitorio.

7. Haga clic en  Simulate. Se abre la ventana Grapher View . Los resultados se muestran en la Figura 4.

Figura 4 . Resultados del análisis transitorio.

Como puede ver, esta es la respuesta subamortiguada típica de un circuito RLC en serie.

Nota: Si conecta el osciloscopio al circuito y ejecuta la simulación, se realiza un análisis similar.

8. Cierre la ventana Grapher View.
9. Cambie el valor de R a 200 W.
10. Ejecute el Transient Analysis una vez más. Verás el críticamente respuesta amortiguada.
11. Ejecute el Transient Analysis para R = 1 kW. Se trazará la respuesta sobreamortiguada.

Para comparar los tres resultados, combine los gráficos en uno. Puede utilizar Overlay Traces  desde el menú Graph. La Figura 5 muestra un gráfico de comparación de los resultados.

Figura 5 . Respuestas escalonadas del circuito RLC.

En este ejemplo, ejecutó la simulación tres veces para obtener las respuestas escalonadas del circuito RLC; sin embargo, también puede usar el Análisis de barrido de parámetros (inglés) para verificar el comportamiento de un circuito cuando un parámetro varía en un rango de valores.