Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de Engenharia Elétrica Programa de Educação Tutorial

Tutorial Orcad 9.2 Capture CIS

Elétrica

Elaborado por: Rodrigo Sousa Ferreira

Índice:

1 – Simulando o primeiro circuito com o Orcad...............................................................3 2 – Circuitos com fonte de tensão senoidal.....................................................................24 3 – Circuitos com fonte de tensão retangular..................................................................33 4 – Circuitos com fonte de tensão triangular...................................................................38 5 – Circuitos com Transformador....................................................................................42 6 – Circuitos com Amplificadores Operacionais.............................................................48 7 – Circuitos Trifásicos....................................................................................................51 8 – Resposta RC a Transientes........................................................................................55 9 – Referências Bibliográficas.........................................................................................59

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1 – Simulando o primeiro circuito com o Orcad Depois de ter instalado o Orcad 9.2 siga os seguintes passos para iniciar seu projeto: iniciar > programas > Orcad family release > Capture Cis. Deverá então ser aberta a seguinte janela:

Nesta janela devemos criar um novo projeto, para isso vamos ao menu: File > New > Project, conforme mostrado na figura abaixo:

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Em seguida será aberta a seguinte caixa de diálogo:

Nesta caixa de diálogo temos os seguintes campos:

- Name: campo com o nome do projeto a ser criado, devemos evitar o uso de espaços, acentos e “ç”, para não causar erro na simulação. Para o nosso caso coloquemos neste campo: Projeto1.

- Create a New Project Using: tipo do projeto a ser criado, neste campo há três opções habilitadas que podemos marcar: Analog or Mixed A/D para fazermos o desenho do circuito e simulá-lo; PC Board Wizard para fazermos o layout de um circuito; Schematic para fazermos apenas o desenho do circuito, esta opção não permite simular o circuito. Para o nosso caso, como queremos desenhar e simular o circuito devemos marcar a opção Analog or Mixed A/D.

- Location: campo que deve ser colocado o endereço em que o Orcad salvará os projetos feitos, inclusive “lixos” gerados pelo programa. Para nosso caso é sugerido que seja criada uma pasta individual, para que todos os nossos dados fiquem salvos separadamente.

Após preenchidos os campos conforme indicado, devemos clicar em OK,

aparecerá então uma nova caixa de diálogo:

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Nesta caixa de diálogo temos duas opções para marcar: - Criar um projeto baseado em um projeto existente (Create based upon an existing project) ; - Criar um projeto em branco (Create a blank project). Para o nosso caso devemos marcar a opção: Criar um projeto em branco (Create a blank project). A próxima janela aberta corresponde à área de trabalho do Orcad Capture.

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Na lateral direita da janela aberta temos as ferramentas de trabalho do Orcad Capture, conforme mostrado a seguir:

Conhecidas as ferramentas do Orcad Capture podemos começar a montar nosso circuito. Inicialmente montaremos um circuito simples composto de uma resistência e uma fonte de tensão DC (constante). Para isso clicamos na ferramenta Place Part ou apertamos a tecla p do teclado, da barra de ferramentas do Orcad Capture. Então teremos a seguinte caixa de diálogo:

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A caixa de diálogo aberta estará na forma acima, quando o programa é aberto pela primeira vez. Percebemos que no campo Libraries (biblioteca) não há todas as bibliotecas selecionadas, logo para inserirmos os componentes devemos adicionar as bibliotecas, para isso devemos fazer: clicamos sobre Add Library..., aparecerá então a caixa de diálogo Browse File. Nesta caixa devemos selecionar todas as bibliotecas, conforme mostrado na figura abaixo, e clicar sobre abrir.

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Com isso voltaremos à caixa de diálogo Place Part. Agora percebemos que os campos Part List e Libraries estão preenchidos.

No campo Libraries, selecionamos todas as bibliotecas, no campo Part devemos inserir o caractere do elemento desejado. Abaixo estão representados alguns caracteres que o Orcad associa a certos elementos:

- resistor: r - capacitor: c - indutor: l - fonte de tensão contínua: vdc - fonte de tensão alternada: vsin - fonte de corrente contínua: idc - fonte de corrente alternada: isin

Obs: O Orcad não diferencia letras maiúsculas de minúsculas. No caso de diodos, transistores, amplificadores operacionais, etc, se soubermos o número do componente, podemos digitar este número entre os caracteres *. Por exemplo o diodo 1N4007, digitamos *1N4007* no campo Part, então o Orcad mostrará seus componentes que contenham 1N4007. A figura a seguir mostra o que foi dito anteriormente:

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Voltando ao nosso primeiro circuito, em que queremos inserir uma fonte de tensão constante e uma resistência. Como mostrado anteriormente para a fonte de tensão contínua devemos inserir vdc no campo Part da caixa de diálogo Place Part, conforme indicado na figura abaixo:

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Observemos que na parte inferior direita da caixa Place part apareceu o símbolo do elemento, e abaixo tivemos a seguinte gravura:

Esta gravura significa se o elemento escolhido é simulável, ou seja, em todos os elementos que escolhermos, devemos verificar se esta gravura está presente, para que não tenhamos erros futuros nas simulações. Além desta gravura, podemos ter esta outra:

que indica se o elemento pode ser passado para o layout do Orcad.

Portanto verificamos se a fonte de tensão selecionada possui a gravura , garantindo assim a simulação para este elemento. Feito isso clicamos sobre OK, e voltamos na área de trabalho do Orcad Capture e percebemos que o elemento escolhido se movimenta de acordo com o movimento do mouse e com um clique definimos a posição desejada para este elemento e apertando a tecla ESC do teclado finalizamos a inserção deste componente, e então teremos o seguinte:

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Para inserirmos a resistência fazemos o mesmo que foi feito anteriormente para a fonte de tensão contínua. Depois de inserida a resistência teremos o seguinte:

Se quisermos colocar a resistência na vertical podemos usar o seguinte comando: clicamos sobre a resistência, depois clicamos com o botão direito do mouse e então selecionamos a opção Rotate, conforme figura a seguir:

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Fazendo o que foi dito anteriormente teremos o seguinte:

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Observemos que os elementos possuem duas partes que os compõem, nome e valor. A fonte de tensão possui nome V1 e valor 0Vdc. No nosso circuito utilizaremos uma tensão de 15V, logo para alterar o valor da tensão fazemos: clicamos duas vezes sobre 0Vdc e então teremos a caixa de diálogo Display Properties aberta, no campo Value devemos inserir 15.

Após inserirmos 15 no campo Value clicamos sobre OK. O mesmo deve ser feito para a resistência, ou seja, clicamos duas vezes sobre 1K e no campo Value da caixa de diálogo Display Properties inserimos 5. Então temos um circuito com uma tensão de 15V e uma resistência de 5Ω. É importante observar que o Orcad aceita letras como multiplicadores, por exemplo: - pico ( 1210− ): p - nano ( 910− ): n - micro ( 610− ): u - mili ( 310− ): m - kilo ( 310 ): k - mega ( 610 ): meg - giga ( 910 ): g - tera ( 1210 ): t

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Após inserir os valores desejados temos o seguinte:

Percebemos então que nosso circuito já possui todos os elementos desejados, agora falta conectá-los. Para isso selecionamos a ferramenta Place Wire representada

pelo símbolo , ou apertamos a tecla w do teclado. Então clicamos sobre os terminais dos elementos que desejamos conectar e para encerrar este comando apertamos o botão ESC do teclado. Feito isso teremos o circuito a seguir:

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Toda simulação no Orcad necessita de um referencial, este referencial é o componente “Ground” (terra). Para inseri-lo selecionamos a ferramenta Place Ground

representada pelo símbolo, ou apertamos a tecla g do teclado. Feito isso teremos a caixa de diálogo Place Ground aberta. E então selecionamos 0/SOURCE, conforme indicado na figura a seguir:

Após feito o que foi sugerido clicamos sobre Ok e inserimos o terra conforme indicado na figura abaixo:

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Agora estamos prontos para simular o circuito. Clicamos sobre o botão New

Simulation Profile , da janela da área de trabalho do Orcad Capture. Será aberta a caixa de diálogo New simulation, devemos preencher o campo name, de preferência, com o mesmo nome criado anteriormente para o projeto, para o nosso caso Projeto1, conforme indicado na figura abaixo:

Após ter feito o que foi sugerido clicamos sobre o botão Create, e então teremos

a caixa de diálogo Simulation Settings – Projeto1, esta caixa deve ser preenchida de acordo com os valores indicados abaixo:

Nesta caixa de diálogo temos alguns campos interessantes: - Run to Time: indica o tempo total de simulação (abscissa do gráfico traçado na

simulação); - Start saving data after: tempo a partir do qual o gráfico será traçado;

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-Maximum step size: passo do gráfico que o software utiliza para traçar as formas de onda; - Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP): simular ou não simular transitórios. Após preenchermos os campos conforme indicado clicamos sobre o botão OK, voltamos então à janela da área de trabalho do Orcad Capture com os elementos da barra de ferramentas da horizontal superior habilitados, conforme a figura abaixo:

Temos as seguintes ferramentas para usarmos na simulação:

New Simulation Profile: para uma nova simulação;

Edit Simulation Settings: para editar a simulação;

Run PSpice: para iniciar a simulação;

View Simulation Results: para visualizar os resultados da simulação;

Voltage/Level Marker: leitura de tensão em relação ao referencial (terra);

Voltage Differencial Marker(s): leitura de diferença de potenciais entre dois pontos;

Current Marker: leitura de corrente;

Power Dissipation Marker: leitura de potência;

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Enable Bias Voltage Display: mostra valores de tensão médios no próprio circuito;

Enable Bias Current Display: mostra valores de corrente médios no próprio circuito;

Enable Bias Power Display: mostra valores de potência médios no próprio circuito;

Para iniciar a simulação clicamos sobre o botão Run PSpice, percebemos então que surge a janela de simulação, conforme a figura abaixo:

Na janela aberta percebemos que temos dois eixos que formam um plano, na abscissa temos o tempo que especificamos anteriormente e na ordenada não temos nenhuma grandeza, pois não solicitamos que o software traçasse alguma grandeza. Logo agora, podemos traçar gráficos, para realmente simularmos o circuito. Fechemos a janela de simulação, com isso voltamos para a área de trabalho do Orcad Capture.

Inicialmente vamos ler a corrente no circuito, para isso selecionamos o botão Current Marker, ao clicar sobre este botão passaremos a movimentar uma ponteira, que por ser a ponteira de corrente, deve ser colocada obrigatoriamente no terminal do componente que queremos ler (se não for colocada no terminal do componente o Orcad não aceita a conexão) e preferencialmente no terminal de entrada de corrente (para termos uma leitura positiva). Fazendo isso chegamos na figura seguinte:

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Clicando sobre o botão Run PSpice, temos o gráfico da corrente do circuito traçada, obedecendo a lei de Ohm, conforme a figura abaixo:

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Se observarmos a resistência do circuito montado, percebemos que ela possui os terminais 1 e 2, estes servem para traçarmos gráficos manualmente sem usar as ponteiras. Fechemos a janela de simulação, voltando assim à janela da área de trabalho do Orcad Capture, damos um clique sobre a ponteira de corrente colocada anteriormente e apertamos sobre a tecla delete do teclado, com isso a excluímos. Clicamos sobre o

botão Run PSpice, e temos novamente a janela de simulação aberta com nenhum gráfico traçado. Para traçarmos o valor da corrente manualmente, devemos clicar seguindo os passos: Trace > Add Trace..., conforme a figura abaixo:

Teremos então a janela Add Traces aberta, selecionamos I(R1) e clicamos sobre

OK:

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Voltaremos então a ter o gráfico anterior, porém com sinal trocado, isso se deve ao fato de que o elemento selecionado I(R1), na janela Add Traces, corresponde ao terminal 1 da resistência que está no terminal de saída de corrente

Logo podemos traçar gráficos de duas formas, porém utilizando ponteiras é mais fácil e rápido.

Para o caso de valores contínuos podemos utilizar as ferramentas , e

, clicando sobre elas teremos todos os valores médios de tensão, corrente e potência do circuito, conforme mostra a figura abaixo:

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Depois de simulado o circuito podemos salvar o gráfico obtido para utilizarmos em um relatório, para isso fazemos: File > Print Preview.

Chegamos então ao seguinte arquivo:

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Agora podemos encerrar este projeto, fechamos todas as janelas do Orcad, que estão abertas. Ao fecharmos a janela da área de trabalho do Orcad Capture aparecerá a caixa de diálogo seguinte, clicamos sobre Yes All e temos todos os arquivos do projeto salvos na pasta criada anteriormente.

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2 – Circuitos com fonte de tensão senoidal Agora que aprendemos os comandos básicos do Orcad para simularmos circuitos, podemos utilizar os componentes que o software oferece. Criaremos então um novo projeto utilizando fonte de tensão senoidal em um circuito RLC série. O mesmo que foi feito anteriormente para criarmos o Projeto1, será feito para o projeto2. Abrimos o Capture Cis do Orcad, na janela aberta devemos criar um novo projeto, para isso vamos ao menu: File > New > Project. No campo Name da caixa de diálogo New Project colocamos Projeto2, no campo Create a New Project Using selecionamos a opção Analog or Mixed A/D, e no campo Location selecionamos a pasta criada para os arquivos Orcad e clicamos sobre OK. Na caixa de diálogo Create PSpice Project selecionamos a opção Create based upon an existing project e clicamos sobre OK. Então chegamos na janela da área de trabalho do Orcad Capture, neste ponto do projeto devemos inserir os componentes do circuito desejado. Teremos agora um circuito RLC série, e os caracteres que devem ser digitados no campo Part da janela Place Part para obtermos os elementos desejados são:

- resistor: r - capacitor: c - indutor: l - fonte de tensão alternada: vsin. Selecionando e conectando os elementos, chegamos a seguinte gravura:

Obs: Não podemos esquecer de conectar nossa referência (terra).

Para este projeto os elementos devem possuir os valores indicados na figura acima. Devemos observar que foi utilizado ponto ( . ) ao invés de vírgula ( , ) para que não haja erro na simulação. È importante notar que a fonte de tensão vsin possui três valores que foram preenchidos: - VOFF: indica o valor contínuo da onda, ou seja, o deslocamento da onda em relação à abscissa (eixo do tempo), para nosso caso queremos uma onda puramente senoidal, logo colocamos VOFF = 0;

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- VAMPL: indica a amplitude da onda; - FREQ: indica a freqüência da onda. O valor default para o ângulo de fase é 0°, caso precisemos de um ângulo diferente, procedemos da seguinte forma: clique duplo sobre símbolo da fonte de tensão e então teremos a seguinte caixa de diálogo:

No campo fase indicado na caixa de diálogo acima inserimos a fase desejada. Para nosso caso consideraremos o ângulo de fase como sendo 0°, então

fechamos a caixa de diálogo. Portanto agora estamos prontos para simular o circuito,

para isto seguimos os seguintes comandos: New Simulation Profile, no campo name da caixa de diálogo New Simulation aberta colocamos Projeto2 e clicamos sobre Create. Então chegamos a seguinte caixa de diálogo:

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Na caixa aberta ajustamos o campo Run to time com 80ms, pois temos que a freqüência utilizada é de 60hz, utilizando o fato de que o período T é dado por: T = 1/f, encontramos que T = 16,667ms, logo para visualizarmos quase 5 períodos da senóide utilizamos o valor de 80ms. No campo Start saving data after colocamos 0s e o campo Maximum step size não foi marcado (o software possui um valor default para este campo que é utilizado quando não o preenchemos). Clicando em OK voltamos para a área de trabalho do Orcad Capture. Selecionamos a ponteira que lê diferença de

potencial Voltage Differencial Marker, colocamos a ponteira positiva (1ª ponteira) no terminal 1 do resistor e a ponteira negativa (2ª ponteira) no terminal 2 da resistência, teremos a figura abaixo:

Podemos então verificar a forma de onda da tensão na resistência, clicamos

sobre Run PSpice , e teremos seguinte:

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Percebemos que a forma de onda traçada não é uma senóide perfeita, isso se deve ao fato de não termos colocado nenhum valor no campo Maximum step size, valor este que corresponde ao passo utilizado pelo software, logo o valor default utilizado pelo Orcad não nos deu uma resposta satisfatória, então devemos diminuir o passo para termos uma senóide perfeita. Para isso fazemos: fechamos a janela de simulação, de

volta para a área de trabalho do Orcad Capture clicamos sobre Edit Simulation Settings, será aberta então a caixa de diálogo Simulation Settings – Projeto2, e devemos ajustar o campo Maximum step size conforme indicado abaixo:

Depois de feito o ajuste clicamos sobre OK e voltamos para a área de trabalho

do Orcad Capture, clicamos sobre Run PSpice, teremos então a forma de onda corrigida conforme mostrado a seguir:

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Agora podemos ler todos os valores de tensão e corrente em cada elemento e confrontarmos com a teoria. Inicialmente podemos traçar os valores de tensão e corrente na resistência. Para isso fazemos: fechamos a janela de simulação e voltamos para a

área de trabalho do Orcad Capture, selecionamos a ponteira de corrente Current Marker, e a colocamos no terminal positivo, no nosso caso terminal 1, da resistência (lembrando que esta ponteira deve ser colocada no terminal do componente para que o software aceite a conexão). Fazendo isso teremos:

Para visualizarmos as formas de onda, clicamos sobre Run PSpice, e teremos então:

Percebemos que as forma de onda de tensão e corrente, estão em fase como esperado. Podemos melhorar nossa visualização traçando cada onda em um gráfico,

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porém na mesma janela, da seguinte forma: fechamos a janela de simulação e voltamos para a área de trabalho do Orcad Capture, excluímos a ponteira de corrente clicando

sobre ela e depois apertando a tecla Delete do teclado. Feito isso clicamos sobre Run PSpice e temos a onda de tensão na resistência traçada:

Para traçarmos a forma de onda de corrente fazemos: Plot > Add plot to

Window, conforme indicado na figura a seguir:

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Teremos então um novo gráfico para traçarmos o gráfico desejado:

Vamos inserir a forma de onda de corrente na resistência manualmente conforme

feito anteriormente da seguinte forma: Trace > Add Traces de acordo com a figura abaixo:

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Teremos aberta a caixa de diálogo Add Traces, nela devemos selecionar o desejado , para o nosso caso selecionamos I(R1) conforme indicado:

Clicamos em OK e voltamos para a janela de simulação com os dois gráficos traçados, de acordo com a figura abaixo:

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Agora devemos fazer o mesmo para a indutância e para o capacitor. - Para a indutância temos:

Conforme esperado a corrente está atrasada da tensão de 90°, no indutor. - Para o capacitor temos

Conforme esperado a tensão está atrasada de 90° da corrente, no capacitor.

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3 – Circuitos com fonte de tensão retangular Criaremos agora um novo projeto utilizando uma fonte de tensão retangular, simularemos um circuito simples, pois nosso objetivo é apenas mostrar o que deve ser feito para inserir este tipo de fonte. O mesmo que foi feito anteriormente para criarmos os outros projetos será feito para o projeto3. Abrimos o Capture Cis do Orcad, na janela aberta devemos criar um novo projeto, para isso vamos ao menu: File > New > Project. No campo Name da caixa de diálogo New Project colocamos Projeto3, no campo Create a New Project Using selecionamos a opção Analog or Mixed A/D, e no campo Location selecionamos a pasta criada para os arquivos Orcad e clicamos sobre OK. Na caixa de diálogo Create PSpice Project selecionamos a opção Create based upon an existing project e clicamos sobre OK. Então chegamos na janela da área de trabalho do Orcad Capture, neste ponto do projeto devemos inserir os componentes do circuito desejado. Teremos agora um circuito composto por uma fonte de tensão retangular que alimenta uma resistência, os caracteres que devem ser digitados no campo Part da janela Place Part para obtermos os elementos desejados são:

- resistor: r - fonte de tensão: vpulse. Selecionando e conectando os elementos, chegamos a seguinte gravura:

Obs: Não podemos esquecer de conectar nossa referência (terra).

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Percebemos que a fonte de tensão selecionada possui sete campos para serem preenchidos, para conseguirmos os valores corretos, nestes campos, devemos nos basear na figura a seguir:

Onde: - V1: valor inicial - V2: nível do pulso - TD: atraso do pulso - TR: tempo de subida - TF: tempo de descida - PW: largura do pulso no nívelV2 - PER: período da forma de onda

A onda desejada é da seguinte forma (a onda desejada possui freqüência 60Hz):

Observando a forma de onda desejada, temos os seguintes valores:

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- V1 = -15 - V2 = 15

- TD = 0 - TR = 0 - TF = 0 - PW = 8,33m - PER = 16,667m Colocando os valores acima nos campos da fonte de tensão (não podemos

esquecer que devemos usar ponto ao invés de vírgula para os números fracionários) com uma resistência de 5Ω, temos:

Agora estamos prontos para simular o circuito, para isto seguimos os seguintes

comandos: New Simulation Profile, no campo name da caixa de diálogo New Simulation aberta colocamos Projeto3 e clicamos sobre Create. Então chegamos a seguinte caixa de diálogo:

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Na caixa aberta ajustamos o campo Run to time com 80ms, pois temos que a freqüência utilizada é de 60hz. No campo Start saving data after colocamos 0s e o campo Maximum step size colocamos 0.1m para uma forma de onda melhor traçada. Clicando em OK voltamos para a área de trabalho do Orcad Capture. Selecionamos a

ponteira Current Marker que lê a corrente no elemento, e colocamos a ponteira no terminal 1 da resistência, então teremos a figura abaixo:

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Podemos então verificar a forma de onda da corrente na resistência, clicamos

sobre Run PSpice , e teremos o seguinte:

Logo temos a forma de onda da corrente conforme esperado.

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4 – Circuitos com fonte de tensão triangular Criaremos agora um novo projeto utilizando uma fonte de tensão triangular, novamente simularemos um circuito simples, pois nosso objetivo é apenas mostrar o que deve ser feito para inserir este tipo de fonte. O mesmo que foi feito anteriormente para criarmos os outros projetos será feito para o projeto3. Abrimos o Capture Cis do Orcad, na janela aberta devemos criar um novo projeto, para isso vamos ao menu: File > New > Project. No campo Name da caixa de diálogo New Project colocamos Projeto4, no campo Create a New Project Using selecionamos a opção Analog or Mixed A/D, e no campo Location selecionamos a pasta criada para os arquivos Orcad e clicamos sobre OK. Na caixa de diálogo Create PSpice Project selecionamos a opção Create based upon an existing project e clicamos sobre OK. Então chegamos na janela da área de trabalho do Orcad Capture, neste ponto do projeto devemos inserir os componentes do circuito desejado. Teremos agora um circuito composto por uma fonte de tensão retangular que alimenta uma resistência, os caracteres que devem ser digitados no campo Part da janela Place Part para obtermos os elementos desejados são:

- resistor: r - fonte de tensão: vpulse. Selecionando e conectando os elementos, chegamos a seguinte gravura:

Obs: Não podemos esquecer de conectar nossa referência (terra).

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Novamente devemos inserir os sete campos da fonte de tensão vpulse, e para isso nos basearemos na mesma figura baseada anteriormente:

A onda desejada é da seguinte forma (a onda desejada possui freqüência 60Hz):

Observando a forma de onda desejada observamos que temos os seguintes valores:

- V1 = -15 - V2 = 15

- TD = 0 - TR = 8,333m - TF = 8,333m - PW = 0,0001m (este valor deve ser colocado para que o software trace a onda

corretamente) - PER =16,667m

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Colocando os valores acima nos campos da fonte de tensão (não podemos esquecer que devemos usar ponto ao invés de vírgula para os números fracionários) com uma resistência de 5Ω, temos:

Agora estamos prontos para simular o circuito, para isto seguimos os seguintes

comandos: New Simulation Profile, no campo name da caixa de diálogo New Simulation aberta colocamos Projeto4 e clicamos sobre Create. Então chegamos a seguinte caixa de diálogo:

Na caixa aberta ajustamos o campo Run to time com 80ms, pois temos que a

freqüência utilizada é de 60Hz. No campo Start saving data after colocamos 0s e o campo Maximum step size colocamos 0.1m para uma forma de onda melhor traçada.

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Clicando em OK voltamos para a área de trabalho do Orcad Capture. Selecionamos a

ponteira Current Marker que lê a corrente no elemento, e colocamos a ponteira no terminal 1 da resistência, então teremos a figura abaixo:

Podemos então verificar a forma de onda da corrente na resistência, para isso

clicamos sobre Run PSpice , e teremos o seguinte:

Logo temos a forma de onda da corrente conforme esperado.

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5 – Circuitos com Transformador Para mostrar a simulação com transformadores, utilizaremos aclopamento magnético de bobinas (indutâncias), em um circuito retificador de meia onda. Abrimos o Capture Cis do Orcad, na janela aberta devemos criar um novo projeto, para isso vamos ao menu: File > New > Project. No campo Name da caixa de diálogo New Project colocamos Projeto5, no campo Create a New Project Using selecionamos a opção Analog or Mixed A/D, no campo Location selecionamos a pasta criada para os arquivos Orcad e clicamos sobre OK. Na caixa de diálogo Create PSpice Project selecionamos a opção Create based upon an existing project e clicamos sobre OK. Então chegamos na janela da área de trabalho do Orcad Capture, agora devemos selecionar os componentes desejados. Os caracteres que devem ser digitados no campo Part da janela Place Part para obtermos o circuito retificador de meia onda são:

- resistor: r - capacitor: c - fonte de tensão: vsin - indutância: l - aclopamento dos indutores: K_linear - diodo: d1N4007

Os elementos devem ser conectados da seguinte forma: Obs: Os valores dos elementos devem ser iguais aos da figura abaixo.

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Ao observarmos a conexão acima percebemos a presença de dois terras, pois temos dois circuitos separados, além disso foi colocado uma resistência de 0,01mΩ, para representar as perdas internas da fonte de tensão. Devemos então verificar os valores de L1 e L2 colocados, para que tenhamos a tensão desejada no secundário.

A relação de transformação de tensão é dada por:

1

2

LKn K

L=

A tensão escolhida para o secundário é de 12V e na figura acima temos no

primário uma tensão de 240V, logo: 240

2012

Kn = =

A constante de acoplamento (K) entre os indutores é COUPLING = 1, mais a

frente será mostrado o que deve ser para mudar este valor. Obs: um é o valor default para o componente K_Linear. Então temos que:

2 2

1 1 1 20 1400

2 2 2 1 2

L Kn L L LKn K

L K L L L = → = → = → =

Logo L1 = 400L2, utilizaremos os seguintes valores: L1 = 400uH e L2 = 1uH.

Agora devemos acoplar os indutores, para isso damos um clique duplo sobre o

símbolo do elemento K_Linear, e então teremos a caixa de diálogo Property Editor aberta, e nos campos L1 e L2 desta caixa colocamos L1 e L2 que correspondem aos nomes dados para as indutâncias selecionadas para o primário e secundário do transformador. A figura a seguir mostra o que foi dito:

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Agora temos as indutâncias L1 e L2 acopladas magneticamente. Caso em outros projetos, seja necessário um valor diferente de 1 para a constante de acoplamento, então devemos mudar o valor do campo COUPLING da caixa de diálogo Property Editor, de acordo com a figura abaixo:

Depois de fecharmos a caixa de diálogo Property Editor voltamos a área de trabalho do Orcad Capture e estamos prontos para simular o circuito. O procedimento para simulação é o mesmo feito para os projetos anteriores. Selecionando as ferramentas corretas para cada situação temos:

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- tensão no primário e no secundário do transformador

- tensão no secundário do transformador

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- tensão na carga

- tensão no diodo

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- corrente no diodo

- tensão no secundário do transformador e na carga

Percebemos então que os resultados foram obtidos conforme esperado.

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6 – Circuitos com Amplificadores Operacionais Para demonstrar a simulação com amplificadores operacionais, montaremos um circuito amplificador inversor utilizando o CI741. O projeto 6 deve ser criado da mesma forma que foi feito para os projetos anteriores. Para inserirmos os elementos digitamos no campo Part da janela Place Part, o seguinte: - resistor: r - fonte de tensão alternada: vsin - CI741: ua741 - fonte de tensão contínua: vdc

Inseridos os elementos, montamos o circuito abaixo:

È importante observar que inserimos quatro terras, isso é bastante feito para circuitos que utilizam amplificadores operacionais, para facilitar a visualização dos componentes. O que deve ser compreendido é que os terras representam o mesmo ponto. Podemos agora simular o circuito verificando a tensão de saída (pino 6 do 741) do circuito. Para simular este circuito seguimos os mesmos passos seguidos nos projetos anteriores. Logo encontramos as seguintes formas de onda:

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- tensão de entrada e de saída

- tensão de saída

Logo percebemos que a forma de onda de saída obtida foi a esperada.

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Se aumentarmos a tensão de entrada de 2V para 5V teremos a seguinte forma de onda para a tensão de saída:

Percebemos então que o amplificador saturou e saída foi cortada em 15V e -15V, conforme esperado.

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7- Circuitos Trifásicos Simularemos agora um circuito trifásico equilibrado. A montagem do circuito se baseia em três circuitos monofásicos ligados em estrela, tanto as fontes quanto a carga (utilizaremos uma carga puramente resistiva). Utilizaremos a fonte de tensão vsin, o circuito deve ser montado obedecendo a estrutura e os valores indicados na figura abaixo:

Agora devemos alterar a fase das fontes de tensão de forma que tenhamos um sistema trifásico equilibrado de tensões, ou seja: - V1: 0° - V2: -120° ou 240° - V3: 120° ou -240°

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Para alterarmos o ângulo de fase da fonte de tensão clicamos sobre seu símbolo e então teremos aberta caixa de diálogo Property Editor e no campo PHASE desta caixa colocamos a fase desejada, conforme mostrado na figura abaixo:

Com o valor das fases ajustados conforme sugerido, podemos simular o circuito. Chegamos então às seguintes formas de onda: - corrente em R1

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- corrente em R2

- corrente em R2

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- corrente nas três fases

Percebemos então, que obtemos os resultados esperados.

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8 – Resposta RC a Transientes Neste projeto mostraremos a simulação de uma resposta RLC a transientes. Geralmente os exemplos dos livros que envolvem uma resposta a transientes, aparece uma chave em série com a fonte.Quando usamos o Orcad, estabelecemos essa variação instantânea na tensão aplicando um sinal na forma de pulso, com uma largura de pulso (PW – pulse width) maior que 5 vezes o período do nosso circuito. A criação do projeto deve ser feita da mesma forma que foi feito para os projetos anteriores. A fonte de pulso utilizada é a mesma utilizada para simulação com ondas retangulares e triangulares (vpulse). O circuito a ser montado é o seguinte:

Os valores do capacitor e da resistência devem ser ajustados de acordo com os valores mostrado na figura acima. Os valores do pulso devem ser ajustados nos seguintes valores: - V1 = 0; - V2 = 20; - TD = 0; - TR = 0; - TF = 0; - PW = 5⋅ RC = 5⋅ 5000⋅ 8⋅ 10^-6 = 200ms, escolhemos uma valor de 500m para PW, que satisfaz a condição de ser maior que 5 vezes o período do circuito - PER = 1000m;

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Inserindo os valores da fonte vpulse temos:

Agora podemos iniciar o processo de simulação. Primeiro clicamos sobre o

botão New Simulation Profile, obtemos então a caixa de diálogo New simulation, nesta caixa inserimos Projeto7 no campo Name, clicamos sobre Create e é aberta então a caixa d e diálogo Simulation Settings e na aba Analysis, escolhemos a opção Time Domain (Transient) em Analysis Type. Ajustamos o campo Run to time em 200ms de modo que o gráfico seja traçado apenas para as cinco primeiras constantes de tempo. O campo Start saving data after é preenchideo com o valor 0 e o campo Maximum step size é preenchido com o valor 0.1m. A figura abaixo o que foi dito:

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Ajustados os valores conforme especificado clicamos sobre OK e voltamos para a área de trabalho do Orcad Capture. Para visualizarmos as formas de onda desejadas

clicamos sobre Run PSpice , como resultado temos: - pulso (alimentação)

- tensão no capacitor

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- corrente do circuito

- tensão no resistor

Portanto obtemos os resultados esperados. Obs: O mesmo que foi feito para um circuito RC deve ser feito para uma circuito RL e para um circuito RLC.

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9 – Referências Bibliográficas 1. Costa, Cristian C. G. Estudo de Simulação Computacional destinada à Disciplina de Circuitos Elétricos – “PSPICE”. Universidade Federal do Paraná. Curitiba. Maio de 1999. 2. Boylestad, Robert L., Introdução à Análise de Circuito, Editora Pearson, 10ª edição.