Primeiros passos com o LTSpice XVII

LTspice® é um software de simulação SPICE com alto desempenho, da empresa Analog Devices. Possui esquemático, visualizador de formas de onda com aprimoramentos e modelos para facilitar a simulação de circuitos analógicos.

O LTSpice é gratuito e pode ser baixado neste link. Links são referências dinâmicas e com o passar do tempo pode ser alterado. Também a versão atual é:

Você pode baixá-lo para a plataforma Windows ou Mac. Ao baixar o LTspice estão inclusos os macromodelos para a maioria dos reguladores de comutação da Analog Devices, amplificadores e uma biblioteca de dispositivos para simulação geral de circuitos.

Objetivo

Meu objetivo é fazer uma série de artigos do LTSpice para que as pessoas interessadas conheçam esse software fantástico, e gratuito. Com a explosão da Internet das Coisas (IoT), vejo muitas pessoas fazendo aplicações funcionarem, porém, lhes faltam conhecimento básico de eletrônica. Não estou colocando isso de forma negativa, apenas destacando um aspecto. A modernidade trouxe modularidade e um nível de abstração que deixa muito curioso incomodado, então, você poderá simular circuitos, analisando os sinais e suas formas de onda, que é algo muito interessante, e acredito que tem um público que deseja ver isso mais de perto.

Sinceramente a eletrônica não é fácil para a maioria das pessoas, mas, acredito que tem um jeito diferenciado e eficaz, de passar informação que transforme em conhecimento. Eu sempre fiquei pensando numa forma de ver as coisas de modo diferente, e isso tem me ajuda e poderá lhe ajudar também, portanto, não se trata de um curso intensivo de eletrônica, mas, simularemos alguns circuitos e analisaremos. Nesse ínterim quem quiser estudar de maneira autodidática, o LTSpice será uma ferramenta poderosa para você simular e analisar, consolidando o aprendizado.

Os primeiros artigos da série ficam longos porque alguns detalhes da ferramenta são explicados, mas, conforme avançaremos o foco será mais na análise e não como criar o circuito.

Método

Não vou explicar antecipadamente todos os recursos do LTSpice. Veremos os recursos e como usar esse software construindo circuitos, parametrizando-os e analisando-os.

Aplicação

Nosso primeiro circuito será um Amplificador Operacional na configuração inversor de tensão, conforme mostrado a seguir. Vamos construí-lo passo a passo.

O pulo do gato dessa aplicação é como o “Terra Virtual” é criado na entrada inversora do Amplificador Operacional. A maioria usa a fórmula dessa configuração, que é VOUT = -(R2/R1)*VIN, e basta. Para os que analisam com uma certa profundidade vão desmistificar esse lance de “Terra Virtual”.

Crie um novo esquemático clicando no primeiro botão, da esquerda, na barra de ferramentas.

A seguinte janela será mostrada, que é a região onde criaremos o esquemático. Nesse momento o nome do arquivo é Draft1.asc e depois vamos salvá-lo com outro nome mais adequado.

Vamos inserir o primeiro componente, o Amplificador Operacional, clicando no botão [Component] na barra de ferramentas, conforme mostrado a seguir.

A janela [Select Component Symbol] será mostrada. No campo ao lado do símbolo do Amplificador Operacional digite [UniversalOpAmp2] e observe que esse componente será destacado, então, clique no botão [OK] para levá-lo no esquemático.

Posicione o Amplificador Operacional no centro do esquemático. Pressione a tecla [ESC] ou o botão direito do mouse para tirar a seleção de inserção de outros Amplificadores Operacionais. Aqui usaremos somente um Amplificador Operacional.

Vamos inserir os resistores, clicando no botão [Resistor] na barra de ferramentas, conforme mostrado a seguir.

Posicione o primeiro resistor conforme mostrado a seguir. Para rotacionar o componente selecionado, pressione as teclas [CTRL]+[R]. Mantenha a seleção do resistor ativa e posicione o segundo resistor. Para rotacionar use as teclas de atalho [CTRL]+[R]. Para cancelar a seleção de resistor, pressione a tecla [ESC] ou clique no botão direito do mouse, conforme já explicado em outra seleção.

Vamos inserir as fontes de tensão, clicando no botão [Component] na barra de ferramentas. A janela [Select Component Symbol] será mostrada. No campo ao lado do símbolo da Fonte de Tensão digite [voltage] e observe que esse componente será destacado, então, clique no botão [OK] para levá-lo no esquemático.

Posicione as fontes de tensão conforme mostrado a seguir. Para rotacionar o componente selecionado, pressione as teclas [CTRL]+[R]. Mantenha a seleção do componente ativa e posicione os componentes no esquemático. Para rotacionar use as teclas de atalho [CTRL]+[R]. Para cancelar a seleção do componente, pressione a tecla [ESC] ou clique no botão direito do mouse.

Vamos inserir os terminais de ground, que é o referencial das diferentes de potenciais do circuito, clicando no botão [Ground] na barra de ferramentas, conforme mostrado a seguir.

Posicione os terminais de ground conforme mostrado a seguir. Para cancelar a seleção do terminal ground, pressione a tecla [ESC] ou clique no botão direito do mouse.

Vamos interligar os elementos do circuito, clicando no botão [Wire] na barra de ferramentas, conforme mostrado a seguir.

Clique nas extremidades dos elementos e una-os conforme mostrado a seguir. Para cancelar a seleção do fio (wire), pressione a tecla [ESC] ou clique no botão direito do mouse.

Vamos rotular algumas terminações/fios, clicando no botão [Label Net] na barra de ferramentas, conforme mostrado a seguir.

A janela [Net Name] será mostrada. Para o terminal de saída do circuito nomeie e selecione o tipo de porta conforme a figura a seguir, e clique no botão [OK].

Posicione o rótulo [OUT] no terminal de saída do Amplificador Operacional. Se necessário posicione próximo e use o fio (wire) para conectá-lo.

Repita o procedimento de criar rótulo, então, rotule outras terminações VCC e VDD, conforme mostrado a seguir.

Repita novamente o procedimento de criar rótulo. A janela [Net Name] será mostrada. Para o terminal de entrada inversora do Amplificador Operacional nomeie e selecione o tipo de porta conforme a figura a seguir, e clique no botão [OK].

Posicione o rótulo [TerraVirtual] no fio que conecta o terminal de entrada inversora do Amplificador Operacional, conforme mostrado a seguir.

Para inserir valor de resistência, clique com o botão direito do mouse sobre o resistor. A janela [Resistor – R1] será mostrada, então, no campo [Resistance] insira o valor da resistência, conforme mostrado.

Repita o procedimento para o resistor R2 de 20 kOhms.

Para inserir valor de tensão, clique com o botão direito do mouse sobre a fonte. A janela [Voltage Source – V1] será mostrada, então, no campo [DC value] insira o valor de tensão, conforme mostrado.

Repita o procedimento para as fontes V2 e V3, ambas de 9 Volts.

Basicamente a criação do circuito foi concluída.

Vamos salvar o esquemático. No menu [File] selecione a opção [ Save as], conforme mostrado. Nomeie conforme desejar, nesse caso eu escolhi “Amplificador Operacional Inversor”.

Vamos simular o circuito, clicando no botão [Run] na barra de ferramentas.

A janela [Edit Simulation Command] será mostrada. Selecione a aba [DC op pnt], conforme mostrado. Depois clique no botão [OK].

O relatório dos pontos de operação de corrente contínua (DC) do circuito, serão mostrados.

O PULO DO GATO

Analisando o relatório da figura 26 podemos concluir que tudo funcionou conforme esperado. A tensão de saída é -2,0 Volts. Também podemos constatar que o potencial no “Terra Virtual” é realmente próximo de zero Volts.

Montei um circuito simples para auxiliar nessa análise, ver a seguir. Observe que devido os potenciais das fontes e os valores das resistências (existe uma certa proporcionalidade), se medirmos a diferença de potencial entre R1 e R2, com relação ao GND (ground), o valor será zero, isto é, um “Terra Virtual” criado de forma indireta, então, você já deve ter se ligado como esse lance funciona, mas, mesmo assim, vou concluir o raciocínio.

As entradas de um Amplificador Operacional tem alta impedância e se ligarmos esse componente sem realimentação ele sempre analisará qual entrada tem maior potencial, então, sua saída satura conforme a entrada que tem maior potencial. Por exemplo, se temos zero Volt na entrada não inversora e 10 milivolts na entrada inversora, idealmente sua saída satura, nesse caso, para -VDD (9 Volts).

Em nosso caso, como temos realimentação para a entrada inversora, o potencial de saída que levará ao ponto de equilíbrio das entradas, será um potencial próximo de zero, portanto, com um potencial de saída de -2 volts teremos o “Terra Virtual”, conforme o circuito auxiliar nos mostrou.

É uma análise de certa forma simples, nada complexo, mas, são poucos que enxergam o que foi explicado nesse artigo, portanto, a proposta foi mostrar um pouco sobre o LTSpice e o conceito de “Terra Virtual”.