INTRODUCCIÓN

AIM-SPICE es un simulador de propósito, que contiene modelos para la mayoría de los elementos del circuito y pueden manejar los complejos circuitos no lineales. Para construir un circuito se escribe todos los comandos que representen cada elemento electrónico y especificando los nodos en los que se encuentran las terminales de los dispositivos y su valor. Contiene algunas funciones preestablecidas para el análisis electrónico. El simulador puede calcular los puntos dc operativo, realice análisis de transitorios, localizar los polos y ceros para los diferentes tipos de funciones de transferencia, encuentre la respuesta de la señal de frecuencia micro, pequeñas funciones de transferencia de la señal, la sensibilidad de pequeña señal, y realizar Fourier, el ruido y la distorsión de los análisis.

CREACION DE CIRCUITOS

Para hacer un circuito en AIM-spice hay que tener en cuenta que cada dispositivo electrónico se distingue con una letra común por tanto no es necesario especificar las unidades ya que el programa internamente las reconoce; por ejemplo la resistencia con la letra R o una fuente de voltaje con V, entre otros; si se desea construir dispositivos similares, pero con diferente parámetro, se puede nombrar con subíndices como R1, Ra, Rin, etc., dependiendo del gusto del usuario (de uno a ocho caracteres).

Cada elemento tiene determinado un espacio en el que se establecerá los nodos y su valor, así por ejemplo para crear una resistencia, escribimos en AIM-spice:

R1 1 0 4k

Lo que significa que entre los nodos 1 y 0 esta la resistencia de 1kΩ. De igual modo se trabaja con otros dispositivos pero existen algunas diferencias que se verán más adelante. Las letras que acompañan el parámetro del elemento (en el ejemplo k), representa los prefijos estándar en unidades SI.

NOMENCLATURA DE FACTORES-ESCALA RECONOCIDOS POR AIM-SPICESUFIJO PREFIJO EXPONENTE

T Tera e +12G Giga e +9

Meg Mega e +6K Kilo e +3M Mili e -3U Micro e -6N Nano e -9P Pico e-12F Femto e -15

Para conocer el voltaje en un nodo se puede utilizar la opción OP; si se desea conocer el voltaje presente entre dos nodos (N+ y N-) se debe usar la nomenclatura V_name(N+ N-). Sucede algo similar para las corrientes, AIM únicamente muestra las corrientes presentes en las fuentes independientes; si se desea conocer una corriente de rama, basta con colocar una fuente independiente de cero volts entre la rama.

Cada proyecto puede iniciarse con un nombre y terminar con .End.

DISPOSITIVOS DE AIM-SPICE

El programa cuenta con algunos elementos de trabajar, por ejemplo:

Capacitores (C).Diodos (D).Transistores de efecto de campo (JFET) (J).Inductores acoplados (transformadores) (K).Inductores (L).Transistor de efecto de campo semiconductor de oxido metálico (MOSFET) (M).Transistor bipolar de juntura (BJT) (Q).Resistencia (R).

Y otros que son menos comunes. Como podemos ver, cada elemento se identifica con una letra.

NOMENCLATURA DE DISPOSITIVOS

Para nombrar cada componente, se hacen con un orden específico, característico de cada uno.

1. CAPACITOR:

CXX N+ N- VALUE <IC=Valores iníciales>

XX: Nombre.N+: Nodo terminal positiva.N-: Nodo terminal negativa.VALUE: Valor en Faradios.IC: Condiciones iníciales. Opcional.

2. DIODO:

DXX N+ N- MNAME <AREA> <OFF> <IC=VD> <TEMP=T>

N+: Nodo terminal positiva.N-: Nodo terminal negativa.MNAME: Nombre del modelo.OFF: Condición inicial en dc. Opcional.TEMP: Temperatura de trabajo. Opcional.IC: Condiciones iníciales transitorias. Opcional.

3. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO:

JXX ND NG NS MNAME <AREA> <OFF> <IC=VDS, VGS> <TEMP=T>

ND: Nodo drenado.NG: Nodo puerta.NS: Nodo fuente.MNAME: Nombre del modelo.

4. INDUCTOR:

LYY N+ N- VALUE <IC=Initial values>

YY: Nombre.VALUE: Valor del inductor en Henrios.

5. TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO SEMICONDUCTOR DE OXIDO METÁLICO:

MXX ND NG NS NB MNAME <L=VALUE> <W=VALUE> <AD=VALUE> + <AS=VALUE> <PD=VALUE> <PS=VALUE> <NRD=VALUE> + <NRS=VALUE> <OFF> <IC=VDS, VGS, VBS> <TEMP=T>

ND, NG y NS: Nodos drenado, surtidor y fuente.MNAME: Nombre del modelo.L y W: Longitud y ancho del canal en metros.AD y AS: Áreas de drenaje y fuente de difusión en metros cuadrados.PD y PS: Perímetros de las áreas de drenaje y fuente de difusión.NRD y NRS: Resistividades relativas del drenaje y la fuente.

6. TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTURA:

QXX NC NB NE <NS> MNAME <AREA> <OFF> <IC=VBE, VCE> <TEMP=T>

NS: Nodo del sustrato. Si se el dispositivo lo tiene, si no colocar 0.

7. RESISTENCIA

RXX N1 N2 Valor (en Ω)

Ejemplos:

Crear un diodo entre los nodos 4 y 0 que tenga una tensión umbral de 0.7V.

Dkl 4 0 0.7

Crear un transistor de efecto de campo en los que su drenado, puerta y fuente se encuentren entre los nodos 1, 2 y 3 respectivamente, y que tengan una longitud y ancho del canal de 20 y 5 micrómetros. Modelo llamado jmy.

Jm1 1 2 3 jmy L=20u W=5u

Crear una resistencia entre los nodos 1 y 0 de 10 kilo-ohmios.

R6h 1 0 10k

Nota: El nodo 0 siempre es tomado como tierra. AIM-spice diferencia los nodos 0 y 000 por ejemplo.

MODELOS ESTABLECIDOS POR EL USUARIO

AIM-spice tiene la propiedad de que el usuario pueda especificar las propiedades de un dispositivo, creando un modelo con las especificaciones que se desean. Esto se hace con la propiedad .MODEL. Se debe dar un nombre al modelo y dependiendo del tipo de dispositivo tendrá unos parámetros de entrada. De esta manera si se desea incluir en el circuito un elemento con estas características, lo único es nombrarlo y al final escribir el nombre del modelo.

A continuación se especificara la forma de crear modelos y sus parámetros para algunos dispositivos comunes.

MODELOS:

1. CAPASITOR:

.MODEL [nombre del modelo] C <parámetros del modelo>

.MODEL [nombre del modelo] CAP < parámetros del modelo >

2. DIODO:

.MODEL [nombre del modelo] D <parámetros del modelo>

Parámetros: IS=corriente de saturación [V], RS= resistencia óhmica [Ω], XP= ancho de la zona p [m], XN= ancho de la zona N [m], etc.

3. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO:

.MODEL [nombre del modelo] NJF <parámetros del modelo>

.MODEL [nombre del modelo] PJF <parámetros del modelo>

Parámetro: VTO= tensión umbral [V], RD= resistencia de drenado [Ω], RS= resistencia de fuente [Ω], VNOM= parámetro de medición de temperatura, etc.

4. TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTURA:

.MODEL [nombre del modelo] NPN <parámetros del modelo>

.MODEL [nombre del modelo] PNP <parámetros del modelo>

Parámetro: VTO= tensión umbral [V], RE= resistencia de emisor [Ω], RC= resistencia de colector [Ω], VNOM= parámetro de medición de temperatura, RBM= resistencia de la base mínima a altas corrientes de la resistencia de base, BF= beta máximo ideal, etc.

5. RESISTENCIA

.MODEL [nombre del modelo] R <parámetros del modelo>

.MODEL [nombre del modelo] RES <parámetros del modelo>

Parámetro: DEFW= Ancho por defecto, TNOM= parámetro de medición de temperatura, etc.

6. TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO SEMICONDUCTOR DE OXIDO METÁLICO:

.MODEL [nombre del modelo] NMOS <parámetros del modelo>

.MODEL [nombre del modelo] PMOS <parámetros del modelo>

NOTA: Si se desea conocer sobre otros dispositivos, puede ingresar al menú de herramientas de AIM-spice la opción Help, y buscar en AIM-spice Reference el inciso llamado Device Model.

Ejemplos:

Crear un modelo de nombre TY de un transistor de efecto de campo de canal P que tenga una tensión umbral de 0.7V, además una resistencia de drenado y fuente de 5 y 10 kilo-ohmios.

.MODEL TY NJF RD=5K RS=10K VTO=0.7

Crear un modelo de un transistor bipolar de juntura NPN que tenga una tensión umbral de 0.3V, resistencia de emisor y colector de 1 mega-ohmios y una ganancia en dc de 120. Escoger un nombre representativo.

.MODEL EJEMBJT NPN VTO=0.7 RE=1M RC=1M BF=120

FUENTES

Insertar una fuente de trabajo en AIM-spice es tan sencillo como nombrar un componente. Las fuentes que podemos encontrar son:

Fuente de tensión controlada por voltaje (E).Fuente de corriente controlada por corriente (F).Fuente de corriente controlada por voltaje (G).Fuente de tensión controlada por corriente (H).Fuente independiente de corriente (I).Fuente independiente de voltaje (V).

También se distinguen por una letra. No utilizan modelos. Cada fuente tiene una nomenclatura para ser nombrada en el código del circuito.

1. FUENTE DE TENSIÓN CONTROLADA POR VOLTAJE:

EXX N+ N- NC+ NC- VALUE

XX: Nombre.N+: Nodo terminal positiva.N+: Nodo terminal positiva.NC+: Nombre del nodo de control positivo.NC-: Nombre del nodo de control negativo.VALUE: Valor de ganancia de tensión.

2. FUENTE DE CORRIENTE CONTROLADA POR CORRIENTE:

Fxx N+ N- VNAME VALUE

VALUE: Valor de la ganancia de corriente.VNAME: Nombre de la fuente de tensión que controla el flujo de corriente. La dirección de la corriente de control positivo de ganglios positivos a través de la fuente al nodo negativo de VNAME.

3. FUENTE DE CORRIENTE CONTROLADA POR VOLTAJE:

GXX N+ N- NC+ NC- VALUE

VALUE: Valor de ganancia de tensión.

4. FUENTE DE TENSIÓN CONTROLADA POR CORRIENTE:

HXX N+ N- VNAME VALUE

VALUE: Valor de la ganancia de corriente.

5. FUENTE INDEPENDIENTE DE CORRIENTE:

IYY N+ N- <<DC> DC/TRAN VALUE> <AC <ACMAG <ACPHASE>>>

DC/TRANS: es el valor de origen para DC o un análisis transitorio. El valor se puede omitir si es cero, tanto para DC y el análisis transitorio. Si la fuente es invariante en el tiempo, su valor puede ser el prefijo DC.

ACMAG es el valor de la amplitud y ACPHASE es el valor de las fases de la fuente durante un análisis de CA. Si se omite ACMAG después de la palabra clave de CA, se supone 1. Si ACPHASE se omite, se asume 0.

6. FUENTE INDEPENDIENTE DE VOLTAJE:

VXXX N+ N- <<DC> DC/TRAN VALUE> <AC <ACMAG <ACPHASE>>>

Todas las fuentes independientes se les pueden asignar valores de variables en el tiempo durante el análisis transitorio. Hay cinco funciones predefinidas para las fuentes varían en el tiempo: el pulso, la exponente, lineal sinusoidal, pieza sabios, y de una sola frecuencia FM. La nomenclatura de tres de ellas se muestra a continuación.

Pulso PULSE(V.inicial V.pulso T.retardo T.subida T.caida Ancho Periodo)Exponente EXP(V.inicial V.pulsos T.subidaretraso T.subidaretraso Tcaidaretraso)

Lineal sinusoidal SIN(offset amplitud frecuencia retardo amortiguamiento)

Ejemplos:

Crear una fuente de tensión controlada por voltaje que tenga una ganancia de 5, se encuentre entre los nodos 3 y 4 de un circuito y sea controlada por la fuente V1 que está entre los nodos 1 y 2.

Ea1 3 4 1 2 5

Crear una fuente independiente de voltaje sinusoidal que este entre los nodos 5 y 0 con amplitud de 2 Vp y frecuencia de 2 Hz, además un retardo de 5s.

Ibe 5 0 SIN(2 2 5 1S)

Crear una fuente independiente de voltaje que suministre 10 V y este entre los nodos 2 y 5. Notar que funciona omitiéndose los últimos parámetros.

V2f 2 5 10

Crear una fuente de pulso que inicie y termine en 1s y 5s, con un tiempo de retardo y subida de 1s y 0.1s. Tiempo de caída de 0.4s, ancho 0.5s y periodo de 2s.

IB 3 0 PULSE(1 5 1S 0.1S 0.4S 0.5S 2S)

ANALISIS CON AIM-SPICE

Las herramientas con las que cuenta el AIM-spice, facilitan el trabajo cuando se tiene que analizar los circuitos electrónicos. Estas técnicas son:

Análisis en AC (AC).Punto de operación en DC (OP).Análisis de barrido en temperatura DC (TE).Análisis de curva de transferencia en DC (DC).Análisis de ruido (N).Análisis de polos y ceros (PZ).Análisis de función de transferencia (TF).Análisis transitorio (TR).

Para acceder a cada una de ellas basta con oprimir el botón de cada una, que aparece en la parte superior y está representado por letras.

1. ANÁLISIS EN AC: Se utiliza para calcular en un rango de frecuencias la respuesta del circuito ante frecuencias de entrada. Al entrar a la opción se puede seleccionar si se quiere un análisis lineal o de otro tipo, el número de puntos que desea y el rango de frecuencia en el que se encontrara la grafica que produce. El circuito analizado debe tener por lo menos una fuente de ac para que tenga lógica el análisis.

2. PUNTO DE OPERACION DC: Calcula el punto de operación en dc de un circuito. Genera una hoja de cálculos donde aparecen las tensiones de los nodos y las corrientes presentes en la fuente.

3. ANÁLISIS DE BARRIDO EN TEMPERATURA DC: Calcula el punto de operación para cierto intervalo de temperaturas (ºC) que especifica el usuario.

4. ANÁLISIS DE CURVA DE TRANSFERENCIA EN DC: Es un análisis de la curva de transferencia en dc, donde una o dos fuentes (tensión o corriente) son barridas en un intervalo definido por el usuario. El punto de funcionamiento del circuito de corriente continua se calcula para cada valor de la fuente. En el caso que se trabaje con dos fuentes, la primera fuente es barrida en todo su rango para cada valor de la segunda fuente.

5. ANALISIS DE RUIDO: Calcula el ruido presente en un nodo. Este análisis produce dos parcelas. Una de las curvas de densidad espectral de ruido y otro para el total de ruido integrado en el rango de frecuencias especificado.

6. POLOS Y CEROS: Calcula los polos y ceros en un circuito de pequeña señal ac.

7. ANALISIS TRANSITORIO: El análisis de transitorios en AIM-Spice calcula el dominio del tiempo de respuesta de un circuito.

AIM-POSTPROCESADOR

Es una herramienta poderosa de gráficos que tiene AIM-spice. Para acceder a ella, se debe dar doble clic sobre la grafica generada (si el análisis consiste en graficar), mostrando una nueva ventana con los resultados de la simulación. Si deseamos cambiar el rango del barrido, se debe dar doble clic en ese eje y colocar los nuevos valores. De igual manera para cambiar el color y nombre de la grafica.

ANALISIS DE POLARIZACIONES DEL FET CON AIM-SPICE

Polarización de divisor de voltaje:

PDV

V1 1 0 30R1 1 G 2MR2 G 0 1MRD 1 D 1kRS S 0 2kJ1 D G S JM1.MODEL JM1 NJF

Polarización con dos fuentes:

PDF

V1 1 0 15V2 2 0 -15V3 0 G 0RD 1 D 1kRS S 0 3kJ1 D G S JM1.MODEL JM1 NJF

Autopolarización:

AUP

V1 1 0 30RD D 1 2kRS S 0RG 2 0 1MJ1 D G S JM1.MODEL JM1 NJF

CONCLUSION

Las tecnologías informáticas durante estos últimos años han avanzado enormemente, de tal forma que podamos simular dispositivos electrónicos con resultados casi reales, evitándonos gastos económicos y de tiempo.

Existen muchos componentes con diferentes especificaciones; AIM-spice proporciona una manera fácil en que el usuario crea los parámetros reales (modelos), cambiando y facilitando la manipulación en la simulación, disminuyendo el porcentaje de error.

Las técnicas de análisis son a veces tediosas debido a la gran destreza matemática que se debe tener, y de los innumerables resultados con que se debe trabajar. AIM-spice facilita el trabajo generando de manera rápida estos análisis. Cuenta con instalaciones para extrapolación de los resultados de simulación (simulaciones potentes), con capacidad de trazar sumas, diferencias, derivadas, integrales, y las funciones matemáticas de variables del circuito, transformadas rápida de Fourier (FFT), funciones de formato gráfico, capacidad para importar y exportar datos, etc.