Post on 28-Sep-2018
Software libre y
simulacioacuten de circuitos
electroacutenicos
Miguel Pareja Aparicio
Revista Digital de ACTA
2013
Publicacioacuten patrocinada por
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy 2013 Miguel Pareja Aparicio
copy 2013
Cualquier forma de reproduccioacuten distribucioacuten comunicacioacuten puacuteblica o transformacioacuten de esta obra solo puede ser
realizada con la autorizacioacuten de sus titulares salvo excepcioacuten prevista por la ley
Se autorizan los enlaces a este artiacuteculo
ACTA no se hace responsable de las opiniones personales reflejadas en este artiacuteculo
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 1
INTRODUCCIOacuteN
En el mercado existe una gran variedad de software disponible para el teacutecnico yo ingeniero en
electroacutenica Las alternativas de software de pago estaacuten ampliamente desarrolladas y ademaacutes
ofrecen una gran cantidad de opciones para la simulacioacuten asiacute como la facilidad de encontrar
documentacioacuten y ejemplos Sin embargo su precio es bastante elevado
En el caso de estudiantes o profesiones de pequentildeas empresas el adquirir el software comercial
puede ser una ardua tarea ademaacutes de suponer una inversioacuten que no seraacute faacutecilmente amortizada
En consecuencia una solucioacuten puede ser el recurrir a la utilizacioacuten de software libre Ademaacutes
teniendo en cuenta que unas de las tareas para realizar en el campo de la electroacutenica es la
simulacioacuten para realizar un disentildeo o el estudio de determinados circuitos puede ser de gran
importancia por una parte para verificar un disentildeo antes del proceso de montaje y en el campo
docente para mostrar circuitos tiacutepicos o concretos para comprender el funcionamiento del mismo
En consecuencia en el presente artiacuteculo se van a mostrar varias de las aplicaciones de software
libre destinadas a dicho fin El objetivo principal es mostrar una serie de aplicaciones que
permitan simular circuitos electroacutenicos Comentar que no son los uacutenicos y que si se realiza una
buacutesqueda con un buscador podraacute encontrar alguna maacutes pero soacutelo se muestran aquellas
aplicaciones que han sido probadas y se han considerado adecuadas para ser utilizadas en el
campo docente y su posterior aplicacioacuten profesional destacando sus ventajas e inconvenientes
LA SIMULACIOacuteN DE CIRCUITOS ELECTROacuteNICOS
Seguacuten la Real Academia Espantildeola simular es ldquohacer aparecer como real algo que no lo esrdquo Asiacute
pues una aplicacioacuten para simulacioacuten de circuitos electroacutenicos nos permite emular un posible
montaje sin necesidad de realizar dicho montaje
La simulacioacuten consiste en emular algo como si fuese real pero iquestcoacutemo se aplica al campo de la
electroacutenica Para responder a esta pregunta recordemos que un ordenador es una maacutequina
capaz de realizar millones de operaciones matemaacuteticas por segundo Asiacute pues si se puede definir
un dispositivo electroacutenico mediante expresiones matemaacuteticas y ademaacutes si se incluyen dichos
modelos clasificados en libreriacuteas juntando todo ello en un entorno que permite definir las uniones
(es decir las conexiones) entre dispositivos y visualizar los resultados entonces nos
encontramos con un software de simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
Figura 1- Flujograma disentildeo
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
2copy Miguel Pareja Aparicio
La simulacioacuten nos sirve como punto intermedio entre los conceptos teoacutericos y la realidad Cuanto
mejor sea la expresioacuten que defina a la realidad mejores seraacuten los resultados porque seraacuten maacutes
reales y a su vez nos puede reducir los costes de fabricacioacuten facilitando las tareas de disentildeo
Algunas de las ventajas que tiene la utilizacioacuten de software de simulacioacuten son
Reduccioacuten del tiempo de disentildeo puesto que permite verificar el disentildeo sin tener que
realizar el montaje en un sistema fiacutesico asiacute como facilitar que las modificaciones
necesarias sean menores
Reduccioacuten de costes como consecuencia de la reduccioacuten del tiempo de disentildeo pero
tambieacuten porque permite comprobaciones sin tener que comprar los componentes
previamente reduciendo las necesidades de stock
Modificacioacuten de los efectos internos y externos del sistema y ver coacutemo afectan en su
funcionamiento Por ejemplo variacioacuten de las tolerancias de los componentes
Observacioacuten detallada del sistema que se estaacute simulando lo que puede conducir a un
mejor entendimiento del sistema y por consiguiente a sugerir estrategias que
mejoren la operacioacuten y eficiencia del sistema Esto resulta muy uacutetil en la formacioacuten
para la comprensioacuten de la eleccioacuten de los valores de los componentes que intervienen
en un circuito
Experimentacioacuten con nuevas situaciones sobre las cuales se tiene poca o ninguna
informacioacuten A traveacutes de esta experimentacioacuten se pueden anticipar mejor posibles
resultados no previstos
Anticipacioacuten de posibles problemas que pueden surgir en el comportamiento del
sistema cuando nuevos elementos son introducidos como pueden ser los cuellos de
botella
El principal inconveniente que tiene la simulacioacuten es que no sustituye la verificacioacuten de las
pruebas del circuito real aunque siacute pueden simplificarlas o reducirlas A pesar de que un
componente mal modelado puede llevar a un error externo al realizar el disentildeo o la utilizacioacuten de
componentes ideales (que no tienen peacuterdidas y funcionan teoacutericamente sin las limitaciones del
componente real) como reales todo se traduce en un error externo al propio software pero que
puede inducir a un fallo en el disentildeo que se trasladaraacute a posteriori en el montaje real Esto uacuteltimo
se puede solucionar al manejar correctamente la aplicacioacuten y tras un estudio completo del disentildeo
utilizando el software de simulacioacuten
SOFTWARE DE SIMULACIOacuteN DE CIRCUITOS
Este apartado se centra en presentar las dos aplicaciones maacutes importantes (o maacutes utilizadas) de
coacutedigo abierto para la simulacioacuten de circuitos que existen en la actualidad el proyecto gEDA y la
aplicacioacuten QUCS
Tambieacuten se ha incluido otro apartado en donde se muestran otras aplicaciones no menos
destacables con una breve descripcioacuten de sus principales funcionalidades
Las aplicaciones mostradas en este apartado no son las uacutenicas puesto que una simple buacutesqueda
a traveacutes de cualquier buscador le puede llevar a encontrar maacutes aplicaciones pero si las maacutes
destacadas a nivel de uso (maacutes extendido)
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 3
Se han incluido las correspondientes referencias a las direcciones web de cada aplicacioacuten a modo
de consulta para poder ampliar en maacutes detalle cada una de las aplicaciones mostradas
GEDA
El proyecto gEDA (httpwwwgpledaorgindexhtml) es un conjunto de herramientas libres para
el anaacutelisis y disentildeo de circuitos electroacutenicos
Las principales herramientas son
Gschem editor de esquemas
Gnetlist generador de archivos netlist (estos archivos nos permitiraacuten posteriormente
simular los circuitos) Es una herramienta que funciona desde la consola de comandos
Asociadas al proyecto gEDA para la simulacioacuten se destacariacutean las siguientes herramientas
Ngspice simulador de circuitos basado en spice que cuenta con representacioacuten graacutefica
de los resultados
Gnucap simulador de circuitos y sin salida graacutefica (para mostrar las graacuteficas se
requiere otra herramienta el visor de ondas gtkwave)
PCB editor realizacioacuten de placas de circuito impreso
Figura 2- gEDA
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
4copy Miguel Pareja Aparicio
Se trata de un software muy completo para el disentildeo electroacutenico ya que dispone de todas las
herramientas disponibles para la creacioacuten de un proyecto o disentildeo electroacutenico edicioacuten de
esquemas su posterior simulacioacuten y creacioacuten de la placa de circuito impreso Por ello en su
nombre aparecen las siglas EDA (Electronic Design Automation) Permite ademaacutes la realizacioacuten
de otras opciones adicionales como factura de materiales (Fichero BOM o lista de componentes)
generacioacuten de netlist simulacioacuten analoacutegica digital o mixta y la impresioacuten de las caras de la placa
de circuito impreso (mediante herramientas complementarias)
Su andadura se inicioacute cuando auacuten no existiacutea un software para disentildeo electroacutenico bajo la
plataforma Unix pero actualmente se trata de una herramienta imprescindible para teacutecnicos o
ingenieros que utilizan el sistema operativo Linux Como documentacioacuten se puede acceder en su
paacutegina web a un WIKI del software con un apartado con preguntas maacutes frecuentes
(httpwikigeda-projectorggedadocumentation)
Otro inconveniente es que el proceso de instalacioacuten no es muy intuitivo como sucede en la
mayoriacutea de aplicaciones ya disponibles puesto que primero se descarga el entorno EDA que
incluye la creacioacuten de esquemas y placas de circuito impreso y despueacutes se debe instalar la
herramienta de simulacioacuten (por ejemplo Ngspice)
Respecto al proceso de instalacioacuten actualmente es maacutes sencillo en plataformas Linux Por
ejemplo la instalacioacuten en Ubuntu se puede realizar de dos formas diferentes
Desde el menuacute ldquoAplicacionesrdquo (ldquoAplicacionesAntildeadir y quitarhelliprdquo) en el apartado
ldquoEducacioacutenrdquo se encuentra esta aplicacioacuten con el nombre ldquogEDArdquo
Desde el menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo utilizando el Gestor de paquetes ldquoSynapticrdquo
(como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y realizando la buacutesqueda con el nombre
ldquogEDArdquo
Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir a distribuciones Linux que contienen las
aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por ejemplo Fedora Electronic Lab
(httpspinsfedoraprojectorgesfel)
Un inconveniente es que no esteacute disponible para plataformas Windows lo que dificulta la
portabilidad entre diferentes entornos Tambieacuten la posibilidad de disponer de distintas (aunque
parecidas) herramientas de simulacioacuten puede inducir errores
QUCS
Qucs (Quite universal circuit simulator -httpqucssourceforgenet-) es un simulador integrado
de circuitos (seguacuten su paacutegina web todaviacutea en desarrollo pero totalmente funcional) Utiliza una
interfaz graacutefica (GUI) para introducir los componentes que forman el circuito y realiza la
simulacioacuten pudiendo ser presentado en una sola paacutegina Permite la simulacioacuten en continua (DC)
alterna (AC) anaacutelisis parameacutetrico anaacutelisis de balance de armoacutenicos anaacutelisis de ruido etc
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 5
Figura 3- Qucs
Se trata de una aplicacioacuten multi-plataforma que dispone de versiones compatibles entre
distintos sistemas operativos Desde su paacutegina web se puede acceder a gran cantidad de
informacioacuten (httpqucssourceforgenetdocsshtml) lo que se traduce en una mayor
flexibilidad de manejo desde su paacutegina web que permite descargar una versioacuten para una gran
variedad de distribuciones (httpqucssourceforgenetdownloadshtml) tanto de Linux como
para Windows o Mac
El proceso de instalacioacuten en Ubuntu es el siguiente desde menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo
utilizando el ldquoGestor de paquetes Synapticrdquo (como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y
realizando la buacutesqueda con el nombre ldquoQucsrdquo Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir
a distribuciones Linux que contienen las aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por
ejemplo Fedora Electronic Lab En Windows el proceso es muy sencillo y simplemente con unos
clics de ratoacuten se instala la aplicacioacuten
En comparacioacuten con otras aplicaciones Qucs presenta una interfaz sencilla y simple de
manejar aunque no permite la creacioacuten de placas de circuito impreso aunque permite la
utilizacioacuten de variables y ecuaciones que pueden facilitar el disentildeo e implementacioacuten del modelo
de ceacutelula o moacutedulo fotovoltaico Ademaacutes dispone de los componentes principales ideales y de
maacutes libreriacuteas con componentes reales En consecuencia permite la modificacioacuten de los
paraacutemetros de un dispositivo electroacutenico Ademaacutes presenta la posibilidad de incluir en la misma
pantalla el circuito con todos los componentes y comentarios necesarios con la posibilidad de que
se representen automaacuteticamente las graacuteficas con su correspondiente flexibilidad para aspectos
docentes
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
6copy Miguel Pareja Aparicio
Figura 4- Otras aplicaciones
OTRAS APLICACIONES
A continuacioacuten se enumeran otras aplicaciones de simulacioacuten con una breve descripcioacuten
Oregano herramienta para la edicioacuten de esquemas electroacutenicos y simulacioacuten de
circuitos usando la aplicacioacuten GNUCAP Aplicacioacuten muy simple de manejar con el
inconveniente de que no dispone de libreriacuteas con componentes reales lo que lo limita
en su aplicacioacuten de disentildeo aunque sigue siendo igual de uacutetil para aspectos docentes
Paacutegina web httpsgithubcommarc-lorberoregano
Ktechlab se trata de una aplicacioacuten de licencia GPL que sirve para la simulacioacuten de
circuitos electroacutenicos Permite tambieacuten la simulacioacuten con microcontroladores PIC
(16F84) con la programacioacuten mediante diagramas de flujo MicroBASIC (similar a
BASIC) y ensamblador asiacute como la simulacioacuten de dispositivos lineales no lineales y
loacutegicos es decir que dispone de la colocacioacuten de todos los componentes y la
simulacioacuten directa del circuito ya sea digital o analoacutegico El inconveniente es que la
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 7
documentacioacuten y la interfaz de la aplicacioacuten estaacute en su totalidad en ingleacutes Paacutegina web
httpsourceforgenetprojectsktechlab
Klogic aplicacioacuten para construir y simular circuitos digitales utilizando puertas loacutegicas
(AND OR XOR biestables RS y JK) aunque se puede recurrir a la creacioacuten de
subcircuitos El principal inconveniente es que soacutelo se puede utilizar para la simulacioacuten
de circuitos digitales no permitiendo una simulacioacuten con circuitos electroacutenicos
analoacutegicos y temporales Paacutegina web httpwwwa-rostinde
TKGate aplicacioacuten para la simulacioacuten de circuitos puramente digitales con una
interfaz de uso muy sencilla de utilizar En la paacutegina web se puede consultar una
documentacioacuten online (httpwwwtkgateorg18indexhtml) Se puede disponer no
solo de puertas baacutesicas (AND OR XOR etc) sino tambieacuten de transistores NMOS y
PMOS buffer triestado componentes para unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) (sumadores
desplazadores o mutiplicadores) y elementos de memoria (registros RAM y ROM)
Permite la simulacioacuten de disentildeos con miprocesadores o emular un sistema informaacutetico
Paacutegina web httpwwwtkgateorg
Todas las aplicaciones comentadas son de faacutecil instalacioacuten en distribuciones Ubuntu utilizando el
repositorio con aplicaciones (Gestor de paquetes synaptic)
POSIBLES APLICACIONES
Para no extenderse en el artiacuteculo se va a mostrar un pequentildeo disentildeo realizado con la aplicacioacuten
Qucs como muestra de varias de sus posibilidades Se ha decido mostrar soacutelo la utilizacioacuten de
Qucs aunque no dispone de una herramienta de creacioacuten de placas de circuito impreso como en
gEDA porque tanto el modo de mostrar los resultados de la simulacioacuten como su manejo es
mucho maacutes faacutecil e intuitivo en parte por no tener que recurrir a tener que cambiar de
aplicaciones (una para editar el esquemas y otra para la simulacioacuten) Ademaacutes actualmente Qucs
estaacute disponible tanto en Windows como en varias distribuciones Linux
El circuito base elegido para mostrar alguna de las posibilidades que ofrece Qucs consta de una
fuente de alimentacioacuten lineal con dispositivo regulador mediante el dispositivo integrado LM317
Todo ello con elementos muy faacuteciles de encontrar por si el lector finalmente se atreve a realizar
el montaje
Se ha distribuido en varios subapartados con el fin de que resulte mucho maacutes aclaratorio para el
lector y asiacute obtenga una visioacuten general de la aplicacioacuten o lo que es maacutes que lo considere uacutetil y
comience a utilizarlo
INTRODUCCIOacuteN A QUCS
Qucs es un simulador de circuitos con una interfaz graacutefica La primera vez que se pone en
marcha Qucs crea el directorio ldquoqucsrdquo dentro de su directorio ldquohomerdquo en las distribuciones Linux
y en ldquoArchivos de programardquo en Windows Todos los archivos se graban en este directorio por
defecto aunque podraacute guaacuterdalos en cualquier otra ubicacioacuten en el caso de crear un proyecto (que
consiste en una serie de ficheros que se guardan en un subdirectorio) Si se encuentran en dicha
carpeta al iniciar Qucs estaraacuten disponibles automaacuteticamente en la ventana de proyectos
Cuando se ejecuta Qucs se veraacute la ventana principal (Figura 5) en donde
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
8copy Miguel Pareja Aparicio
En el lado derecho hay un aacuterea de trabajo (6) que contiene los esquemas visores de
datos etc Si usa las pestantildeas (5) sobre esa aacuterea puede cambiar con rapidez entre los
documentos que se encuentren abiertos
A la izquierda de la ventana principal de Qucs hay otra aacuterea (1) cuyo contenido
depende de la seleccioacuten de las pestantildeas que se encuentran en su parte superior
Proyectos (2) Contenido (3) y Componentes (4) Despueacutes de ejecutar Qucs la
pestantildea de Proyectos (2) se activa por defecto (la primera vez que se abra esta
aacuterea estaraacute vaciacutea)
Los controles son similares a los de cualquier aplicacioacuten de edicioacuten graacutefica pudieacutendose manejar
en las ventanas comentadas en los paacuterrafos anteriores Es conveniente a la hora de realizar un
trabajo o disentildeo crear un nuevo proyecto para que asiacute se encuentre estructurado y de faacutecil
acceso
Figura 5- Ventana principal de QUCS
Una vez creado el fichero (de extensioacuten sch) apareceraacute una nueva solapa (5) y a partir de ese
punto hay que antildeadir todos los componentes que se encuentran en la pestantildea de componentes
(4) A continuacioacuten hay que proceder a unirlos pulsando el botoacuten de ldquoCablerdquo de la barra de
herramientas o utilizando el menuacute principal ldquoInsertarCablerdquo Para ello primero hay que clicar en
el terminal desde el cual parte el cable hasta el terminal del componente a interconectar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 9
Los componentes se encuentran distribuidos en varias libreriacuteas en funcioacuten de su utilizacioacuten y
caracteriacutesticas componentes sueltos (elementos pasivos) fuentes sondas etc Ver para maacutes
detalle el siguiente enlace httpqucssourceforgenetcomponentsshtml
El primer ejemplo que se muestra es el esquema de la figura 6 en donde se aprecian los
esquemas rectificadores de media onda y de onda completa El esquema se encuentra
estructurado en dos partes una fuente de corriente alterna que emularaacute la sentildeal que llega a los
rectificadores y la configuracioacuten con diodos (caracteriacutesticas por defecto de los diodos
disponibles) Cada configuracioacuten se complementa con dos graacuteficas que se encuentran en la parte
inferior de cada circuito para ver la sentildeal rectificada
La resistencia se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo la fuente de corriente alterna
en la libreriacutea de ldquofuentesrdquo y los diodos se encuentran en la libreriacutea de ldquocomponentes no idealesrdquo
Para realizar la simulacioacuten hay que colocar en la ventana principal (6) los componentes que
sirven para configurar la simulacioacuten (libreriacutea simulaciones) En este caso se utiliza un anaacutelisis
temporal que se calcule y se muestre en las graacuteficas durante un tiempo determinado por dos
periacuteodos de la sentildeal de entrada (tomando como referencia la frecuencia de la red eleacutectrica de 50
hercios lo que se traduce en un tiempo maacuteximo de simulacioacuten de 40 milisegundos)
Figura 6- Simulacioacuten circuitos rectificadores
El circuito se puede ampliar incluyendo el circuito de filtrado y de regulacioacuten o estabilizacioacuten El
circuito maacutes simple para el filtrado es el constituido por un condensador electroliacutetico conectado en
paralelo con la carga Asiacute observamos coacutemo la sentildeal que se puede ver en las graacuteficas de la figura
6 es filtrada y coacutemo con el condensador se consigue reducir el rizado
Por ejemplo en la figura 7 se le ha antildeadido al rectificador de onda completa un condensador
cuyo valor variacutea entre 3 cifras Para ello se incluye en la simulacioacuten el anaacutelisis parameacutetrico que
permite repetir la simulacioacuten variando alguacuten paraacutemetro en el circuito a simular En este caso el
condensador de filtrado tomaraacute los diferentes valores 1000μF 2000μF y 3000μF para observar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy 2013 Miguel Pareja Aparicio
copy 2013
Cualquier forma de reproduccioacuten distribucioacuten comunicacioacuten puacuteblica o transformacioacuten de esta obra solo puede ser
realizada con la autorizacioacuten de sus titulares salvo excepcioacuten prevista por la ley
Se autorizan los enlaces a este artiacuteculo
ACTA no se hace responsable de las opiniones personales reflejadas en este artiacuteculo
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 1
INTRODUCCIOacuteN
En el mercado existe una gran variedad de software disponible para el teacutecnico yo ingeniero en
electroacutenica Las alternativas de software de pago estaacuten ampliamente desarrolladas y ademaacutes
ofrecen una gran cantidad de opciones para la simulacioacuten asiacute como la facilidad de encontrar
documentacioacuten y ejemplos Sin embargo su precio es bastante elevado
En el caso de estudiantes o profesiones de pequentildeas empresas el adquirir el software comercial
puede ser una ardua tarea ademaacutes de suponer una inversioacuten que no seraacute faacutecilmente amortizada
En consecuencia una solucioacuten puede ser el recurrir a la utilizacioacuten de software libre Ademaacutes
teniendo en cuenta que unas de las tareas para realizar en el campo de la electroacutenica es la
simulacioacuten para realizar un disentildeo o el estudio de determinados circuitos puede ser de gran
importancia por una parte para verificar un disentildeo antes del proceso de montaje y en el campo
docente para mostrar circuitos tiacutepicos o concretos para comprender el funcionamiento del mismo
En consecuencia en el presente artiacuteculo se van a mostrar varias de las aplicaciones de software
libre destinadas a dicho fin El objetivo principal es mostrar una serie de aplicaciones que
permitan simular circuitos electroacutenicos Comentar que no son los uacutenicos y que si se realiza una
buacutesqueda con un buscador podraacute encontrar alguna maacutes pero soacutelo se muestran aquellas
aplicaciones que han sido probadas y se han considerado adecuadas para ser utilizadas en el
campo docente y su posterior aplicacioacuten profesional destacando sus ventajas e inconvenientes
LA SIMULACIOacuteN DE CIRCUITOS ELECTROacuteNICOS
Seguacuten la Real Academia Espantildeola simular es ldquohacer aparecer como real algo que no lo esrdquo Asiacute
pues una aplicacioacuten para simulacioacuten de circuitos electroacutenicos nos permite emular un posible
montaje sin necesidad de realizar dicho montaje
La simulacioacuten consiste en emular algo como si fuese real pero iquestcoacutemo se aplica al campo de la
electroacutenica Para responder a esta pregunta recordemos que un ordenador es una maacutequina
capaz de realizar millones de operaciones matemaacuteticas por segundo Asiacute pues si se puede definir
un dispositivo electroacutenico mediante expresiones matemaacuteticas y ademaacutes si se incluyen dichos
modelos clasificados en libreriacuteas juntando todo ello en un entorno que permite definir las uniones
(es decir las conexiones) entre dispositivos y visualizar los resultados entonces nos
encontramos con un software de simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
Figura 1- Flujograma disentildeo
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
2copy Miguel Pareja Aparicio
La simulacioacuten nos sirve como punto intermedio entre los conceptos teoacutericos y la realidad Cuanto
mejor sea la expresioacuten que defina a la realidad mejores seraacuten los resultados porque seraacuten maacutes
reales y a su vez nos puede reducir los costes de fabricacioacuten facilitando las tareas de disentildeo
Algunas de las ventajas que tiene la utilizacioacuten de software de simulacioacuten son
Reduccioacuten del tiempo de disentildeo puesto que permite verificar el disentildeo sin tener que
realizar el montaje en un sistema fiacutesico asiacute como facilitar que las modificaciones
necesarias sean menores
Reduccioacuten de costes como consecuencia de la reduccioacuten del tiempo de disentildeo pero
tambieacuten porque permite comprobaciones sin tener que comprar los componentes
previamente reduciendo las necesidades de stock
Modificacioacuten de los efectos internos y externos del sistema y ver coacutemo afectan en su
funcionamiento Por ejemplo variacioacuten de las tolerancias de los componentes
Observacioacuten detallada del sistema que se estaacute simulando lo que puede conducir a un
mejor entendimiento del sistema y por consiguiente a sugerir estrategias que
mejoren la operacioacuten y eficiencia del sistema Esto resulta muy uacutetil en la formacioacuten
para la comprensioacuten de la eleccioacuten de los valores de los componentes que intervienen
en un circuito
Experimentacioacuten con nuevas situaciones sobre las cuales se tiene poca o ninguna
informacioacuten A traveacutes de esta experimentacioacuten se pueden anticipar mejor posibles
resultados no previstos
Anticipacioacuten de posibles problemas que pueden surgir en el comportamiento del
sistema cuando nuevos elementos son introducidos como pueden ser los cuellos de
botella
El principal inconveniente que tiene la simulacioacuten es que no sustituye la verificacioacuten de las
pruebas del circuito real aunque siacute pueden simplificarlas o reducirlas A pesar de que un
componente mal modelado puede llevar a un error externo al realizar el disentildeo o la utilizacioacuten de
componentes ideales (que no tienen peacuterdidas y funcionan teoacutericamente sin las limitaciones del
componente real) como reales todo se traduce en un error externo al propio software pero que
puede inducir a un fallo en el disentildeo que se trasladaraacute a posteriori en el montaje real Esto uacuteltimo
se puede solucionar al manejar correctamente la aplicacioacuten y tras un estudio completo del disentildeo
utilizando el software de simulacioacuten
SOFTWARE DE SIMULACIOacuteN DE CIRCUITOS
Este apartado se centra en presentar las dos aplicaciones maacutes importantes (o maacutes utilizadas) de
coacutedigo abierto para la simulacioacuten de circuitos que existen en la actualidad el proyecto gEDA y la
aplicacioacuten QUCS
Tambieacuten se ha incluido otro apartado en donde se muestran otras aplicaciones no menos
destacables con una breve descripcioacuten de sus principales funcionalidades
Las aplicaciones mostradas en este apartado no son las uacutenicas puesto que una simple buacutesqueda
a traveacutes de cualquier buscador le puede llevar a encontrar maacutes aplicaciones pero si las maacutes
destacadas a nivel de uso (maacutes extendido)
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 3
Se han incluido las correspondientes referencias a las direcciones web de cada aplicacioacuten a modo
de consulta para poder ampliar en maacutes detalle cada una de las aplicaciones mostradas
GEDA
El proyecto gEDA (httpwwwgpledaorgindexhtml) es un conjunto de herramientas libres para
el anaacutelisis y disentildeo de circuitos electroacutenicos
Las principales herramientas son
Gschem editor de esquemas
Gnetlist generador de archivos netlist (estos archivos nos permitiraacuten posteriormente
simular los circuitos) Es una herramienta que funciona desde la consola de comandos
Asociadas al proyecto gEDA para la simulacioacuten se destacariacutean las siguientes herramientas
Ngspice simulador de circuitos basado en spice que cuenta con representacioacuten graacutefica
de los resultados
Gnucap simulador de circuitos y sin salida graacutefica (para mostrar las graacuteficas se
requiere otra herramienta el visor de ondas gtkwave)
PCB editor realizacioacuten de placas de circuito impreso
Figura 2- gEDA
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
4copy Miguel Pareja Aparicio
Se trata de un software muy completo para el disentildeo electroacutenico ya que dispone de todas las
herramientas disponibles para la creacioacuten de un proyecto o disentildeo electroacutenico edicioacuten de
esquemas su posterior simulacioacuten y creacioacuten de la placa de circuito impreso Por ello en su
nombre aparecen las siglas EDA (Electronic Design Automation) Permite ademaacutes la realizacioacuten
de otras opciones adicionales como factura de materiales (Fichero BOM o lista de componentes)
generacioacuten de netlist simulacioacuten analoacutegica digital o mixta y la impresioacuten de las caras de la placa
de circuito impreso (mediante herramientas complementarias)
Su andadura se inicioacute cuando auacuten no existiacutea un software para disentildeo electroacutenico bajo la
plataforma Unix pero actualmente se trata de una herramienta imprescindible para teacutecnicos o
ingenieros que utilizan el sistema operativo Linux Como documentacioacuten se puede acceder en su
paacutegina web a un WIKI del software con un apartado con preguntas maacutes frecuentes
(httpwikigeda-projectorggedadocumentation)
Otro inconveniente es que el proceso de instalacioacuten no es muy intuitivo como sucede en la
mayoriacutea de aplicaciones ya disponibles puesto que primero se descarga el entorno EDA que
incluye la creacioacuten de esquemas y placas de circuito impreso y despueacutes se debe instalar la
herramienta de simulacioacuten (por ejemplo Ngspice)
Respecto al proceso de instalacioacuten actualmente es maacutes sencillo en plataformas Linux Por
ejemplo la instalacioacuten en Ubuntu se puede realizar de dos formas diferentes
Desde el menuacute ldquoAplicacionesrdquo (ldquoAplicacionesAntildeadir y quitarhelliprdquo) en el apartado
ldquoEducacioacutenrdquo se encuentra esta aplicacioacuten con el nombre ldquogEDArdquo
Desde el menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo utilizando el Gestor de paquetes ldquoSynapticrdquo
(como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y realizando la buacutesqueda con el nombre
ldquogEDArdquo
Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir a distribuciones Linux que contienen las
aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por ejemplo Fedora Electronic Lab
(httpspinsfedoraprojectorgesfel)
Un inconveniente es que no esteacute disponible para plataformas Windows lo que dificulta la
portabilidad entre diferentes entornos Tambieacuten la posibilidad de disponer de distintas (aunque
parecidas) herramientas de simulacioacuten puede inducir errores
QUCS
Qucs (Quite universal circuit simulator -httpqucssourceforgenet-) es un simulador integrado
de circuitos (seguacuten su paacutegina web todaviacutea en desarrollo pero totalmente funcional) Utiliza una
interfaz graacutefica (GUI) para introducir los componentes que forman el circuito y realiza la
simulacioacuten pudiendo ser presentado en una sola paacutegina Permite la simulacioacuten en continua (DC)
alterna (AC) anaacutelisis parameacutetrico anaacutelisis de balance de armoacutenicos anaacutelisis de ruido etc
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 5
Figura 3- Qucs
Se trata de una aplicacioacuten multi-plataforma que dispone de versiones compatibles entre
distintos sistemas operativos Desde su paacutegina web se puede acceder a gran cantidad de
informacioacuten (httpqucssourceforgenetdocsshtml) lo que se traduce en una mayor
flexibilidad de manejo desde su paacutegina web que permite descargar una versioacuten para una gran
variedad de distribuciones (httpqucssourceforgenetdownloadshtml) tanto de Linux como
para Windows o Mac
El proceso de instalacioacuten en Ubuntu es el siguiente desde menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo
utilizando el ldquoGestor de paquetes Synapticrdquo (como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y
realizando la buacutesqueda con el nombre ldquoQucsrdquo Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir
a distribuciones Linux que contienen las aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por
ejemplo Fedora Electronic Lab En Windows el proceso es muy sencillo y simplemente con unos
clics de ratoacuten se instala la aplicacioacuten
En comparacioacuten con otras aplicaciones Qucs presenta una interfaz sencilla y simple de
manejar aunque no permite la creacioacuten de placas de circuito impreso aunque permite la
utilizacioacuten de variables y ecuaciones que pueden facilitar el disentildeo e implementacioacuten del modelo
de ceacutelula o moacutedulo fotovoltaico Ademaacutes dispone de los componentes principales ideales y de
maacutes libreriacuteas con componentes reales En consecuencia permite la modificacioacuten de los
paraacutemetros de un dispositivo electroacutenico Ademaacutes presenta la posibilidad de incluir en la misma
pantalla el circuito con todos los componentes y comentarios necesarios con la posibilidad de que
se representen automaacuteticamente las graacuteficas con su correspondiente flexibilidad para aspectos
docentes
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
6copy Miguel Pareja Aparicio
Figura 4- Otras aplicaciones
OTRAS APLICACIONES
A continuacioacuten se enumeran otras aplicaciones de simulacioacuten con una breve descripcioacuten
Oregano herramienta para la edicioacuten de esquemas electroacutenicos y simulacioacuten de
circuitos usando la aplicacioacuten GNUCAP Aplicacioacuten muy simple de manejar con el
inconveniente de que no dispone de libreriacuteas con componentes reales lo que lo limita
en su aplicacioacuten de disentildeo aunque sigue siendo igual de uacutetil para aspectos docentes
Paacutegina web httpsgithubcommarc-lorberoregano
Ktechlab se trata de una aplicacioacuten de licencia GPL que sirve para la simulacioacuten de
circuitos electroacutenicos Permite tambieacuten la simulacioacuten con microcontroladores PIC
(16F84) con la programacioacuten mediante diagramas de flujo MicroBASIC (similar a
BASIC) y ensamblador asiacute como la simulacioacuten de dispositivos lineales no lineales y
loacutegicos es decir que dispone de la colocacioacuten de todos los componentes y la
simulacioacuten directa del circuito ya sea digital o analoacutegico El inconveniente es que la
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 7
documentacioacuten y la interfaz de la aplicacioacuten estaacute en su totalidad en ingleacutes Paacutegina web
httpsourceforgenetprojectsktechlab
Klogic aplicacioacuten para construir y simular circuitos digitales utilizando puertas loacutegicas
(AND OR XOR biestables RS y JK) aunque se puede recurrir a la creacioacuten de
subcircuitos El principal inconveniente es que soacutelo se puede utilizar para la simulacioacuten
de circuitos digitales no permitiendo una simulacioacuten con circuitos electroacutenicos
analoacutegicos y temporales Paacutegina web httpwwwa-rostinde
TKGate aplicacioacuten para la simulacioacuten de circuitos puramente digitales con una
interfaz de uso muy sencilla de utilizar En la paacutegina web se puede consultar una
documentacioacuten online (httpwwwtkgateorg18indexhtml) Se puede disponer no
solo de puertas baacutesicas (AND OR XOR etc) sino tambieacuten de transistores NMOS y
PMOS buffer triestado componentes para unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) (sumadores
desplazadores o mutiplicadores) y elementos de memoria (registros RAM y ROM)
Permite la simulacioacuten de disentildeos con miprocesadores o emular un sistema informaacutetico
Paacutegina web httpwwwtkgateorg
Todas las aplicaciones comentadas son de faacutecil instalacioacuten en distribuciones Ubuntu utilizando el
repositorio con aplicaciones (Gestor de paquetes synaptic)
POSIBLES APLICACIONES
Para no extenderse en el artiacuteculo se va a mostrar un pequentildeo disentildeo realizado con la aplicacioacuten
Qucs como muestra de varias de sus posibilidades Se ha decido mostrar soacutelo la utilizacioacuten de
Qucs aunque no dispone de una herramienta de creacioacuten de placas de circuito impreso como en
gEDA porque tanto el modo de mostrar los resultados de la simulacioacuten como su manejo es
mucho maacutes faacutecil e intuitivo en parte por no tener que recurrir a tener que cambiar de
aplicaciones (una para editar el esquemas y otra para la simulacioacuten) Ademaacutes actualmente Qucs
estaacute disponible tanto en Windows como en varias distribuciones Linux
El circuito base elegido para mostrar alguna de las posibilidades que ofrece Qucs consta de una
fuente de alimentacioacuten lineal con dispositivo regulador mediante el dispositivo integrado LM317
Todo ello con elementos muy faacuteciles de encontrar por si el lector finalmente se atreve a realizar
el montaje
Se ha distribuido en varios subapartados con el fin de que resulte mucho maacutes aclaratorio para el
lector y asiacute obtenga una visioacuten general de la aplicacioacuten o lo que es maacutes que lo considere uacutetil y
comience a utilizarlo
INTRODUCCIOacuteN A QUCS
Qucs es un simulador de circuitos con una interfaz graacutefica La primera vez que se pone en
marcha Qucs crea el directorio ldquoqucsrdquo dentro de su directorio ldquohomerdquo en las distribuciones Linux
y en ldquoArchivos de programardquo en Windows Todos los archivos se graban en este directorio por
defecto aunque podraacute guaacuterdalos en cualquier otra ubicacioacuten en el caso de crear un proyecto (que
consiste en una serie de ficheros que se guardan en un subdirectorio) Si se encuentran en dicha
carpeta al iniciar Qucs estaraacuten disponibles automaacuteticamente en la ventana de proyectos
Cuando se ejecuta Qucs se veraacute la ventana principal (Figura 5) en donde
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
8copy Miguel Pareja Aparicio
En el lado derecho hay un aacuterea de trabajo (6) que contiene los esquemas visores de
datos etc Si usa las pestantildeas (5) sobre esa aacuterea puede cambiar con rapidez entre los
documentos que se encuentren abiertos
A la izquierda de la ventana principal de Qucs hay otra aacuterea (1) cuyo contenido
depende de la seleccioacuten de las pestantildeas que se encuentran en su parte superior
Proyectos (2) Contenido (3) y Componentes (4) Despueacutes de ejecutar Qucs la
pestantildea de Proyectos (2) se activa por defecto (la primera vez que se abra esta
aacuterea estaraacute vaciacutea)
Los controles son similares a los de cualquier aplicacioacuten de edicioacuten graacutefica pudieacutendose manejar
en las ventanas comentadas en los paacuterrafos anteriores Es conveniente a la hora de realizar un
trabajo o disentildeo crear un nuevo proyecto para que asiacute se encuentre estructurado y de faacutecil
acceso
Figura 5- Ventana principal de QUCS
Una vez creado el fichero (de extensioacuten sch) apareceraacute una nueva solapa (5) y a partir de ese
punto hay que antildeadir todos los componentes que se encuentran en la pestantildea de componentes
(4) A continuacioacuten hay que proceder a unirlos pulsando el botoacuten de ldquoCablerdquo de la barra de
herramientas o utilizando el menuacute principal ldquoInsertarCablerdquo Para ello primero hay que clicar en
el terminal desde el cual parte el cable hasta el terminal del componente a interconectar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 9
Los componentes se encuentran distribuidos en varias libreriacuteas en funcioacuten de su utilizacioacuten y
caracteriacutesticas componentes sueltos (elementos pasivos) fuentes sondas etc Ver para maacutes
detalle el siguiente enlace httpqucssourceforgenetcomponentsshtml
El primer ejemplo que se muestra es el esquema de la figura 6 en donde se aprecian los
esquemas rectificadores de media onda y de onda completa El esquema se encuentra
estructurado en dos partes una fuente de corriente alterna que emularaacute la sentildeal que llega a los
rectificadores y la configuracioacuten con diodos (caracteriacutesticas por defecto de los diodos
disponibles) Cada configuracioacuten se complementa con dos graacuteficas que se encuentran en la parte
inferior de cada circuito para ver la sentildeal rectificada
La resistencia se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo la fuente de corriente alterna
en la libreriacutea de ldquofuentesrdquo y los diodos se encuentran en la libreriacutea de ldquocomponentes no idealesrdquo
Para realizar la simulacioacuten hay que colocar en la ventana principal (6) los componentes que
sirven para configurar la simulacioacuten (libreriacutea simulaciones) En este caso se utiliza un anaacutelisis
temporal que se calcule y se muestre en las graacuteficas durante un tiempo determinado por dos
periacuteodos de la sentildeal de entrada (tomando como referencia la frecuencia de la red eleacutectrica de 50
hercios lo que se traduce en un tiempo maacuteximo de simulacioacuten de 40 milisegundos)
Figura 6- Simulacioacuten circuitos rectificadores
El circuito se puede ampliar incluyendo el circuito de filtrado y de regulacioacuten o estabilizacioacuten El
circuito maacutes simple para el filtrado es el constituido por un condensador electroliacutetico conectado en
paralelo con la carga Asiacute observamos coacutemo la sentildeal que se puede ver en las graacuteficas de la figura
6 es filtrada y coacutemo con el condensador se consigue reducir el rizado
Por ejemplo en la figura 7 se le ha antildeadido al rectificador de onda completa un condensador
cuyo valor variacutea entre 3 cifras Para ello se incluye en la simulacioacuten el anaacutelisis parameacutetrico que
permite repetir la simulacioacuten variando alguacuten paraacutemetro en el circuito a simular En este caso el
condensador de filtrado tomaraacute los diferentes valores 1000μF 2000μF y 3000μF para observar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 1
INTRODUCCIOacuteN
En el mercado existe una gran variedad de software disponible para el teacutecnico yo ingeniero en
electroacutenica Las alternativas de software de pago estaacuten ampliamente desarrolladas y ademaacutes
ofrecen una gran cantidad de opciones para la simulacioacuten asiacute como la facilidad de encontrar
documentacioacuten y ejemplos Sin embargo su precio es bastante elevado
En el caso de estudiantes o profesiones de pequentildeas empresas el adquirir el software comercial
puede ser una ardua tarea ademaacutes de suponer una inversioacuten que no seraacute faacutecilmente amortizada
En consecuencia una solucioacuten puede ser el recurrir a la utilizacioacuten de software libre Ademaacutes
teniendo en cuenta que unas de las tareas para realizar en el campo de la electroacutenica es la
simulacioacuten para realizar un disentildeo o el estudio de determinados circuitos puede ser de gran
importancia por una parte para verificar un disentildeo antes del proceso de montaje y en el campo
docente para mostrar circuitos tiacutepicos o concretos para comprender el funcionamiento del mismo
En consecuencia en el presente artiacuteculo se van a mostrar varias de las aplicaciones de software
libre destinadas a dicho fin El objetivo principal es mostrar una serie de aplicaciones que
permitan simular circuitos electroacutenicos Comentar que no son los uacutenicos y que si se realiza una
buacutesqueda con un buscador podraacute encontrar alguna maacutes pero soacutelo se muestran aquellas
aplicaciones que han sido probadas y se han considerado adecuadas para ser utilizadas en el
campo docente y su posterior aplicacioacuten profesional destacando sus ventajas e inconvenientes
LA SIMULACIOacuteN DE CIRCUITOS ELECTROacuteNICOS
Seguacuten la Real Academia Espantildeola simular es ldquohacer aparecer como real algo que no lo esrdquo Asiacute
pues una aplicacioacuten para simulacioacuten de circuitos electroacutenicos nos permite emular un posible
montaje sin necesidad de realizar dicho montaje
La simulacioacuten consiste en emular algo como si fuese real pero iquestcoacutemo se aplica al campo de la
electroacutenica Para responder a esta pregunta recordemos que un ordenador es una maacutequina
capaz de realizar millones de operaciones matemaacuteticas por segundo Asiacute pues si se puede definir
un dispositivo electroacutenico mediante expresiones matemaacuteticas y ademaacutes si se incluyen dichos
modelos clasificados en libreriacuteas juntando todo ello en un entorno que permite definir las uniones
(es decir las conexiones) entre dispositivos y visualizar los resultados entonces nos
encontramos con un software de simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
Figura 1- Flujograma disentildeo
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
2copy Miguel Pareja Aparicio
La simulacioacuten nos sirve como punto intermedio entre los conceptos teoacutericos y la realidad Cuanto
mejor sea la expresioacuten que defina a la realidad mejores seraacuten los resultados porque seraacuten maacutes
reales y a su vez nos puede reducir los costes de fabricacioacuten facilitando las tareas de disentildeo
Algunas de las ventajas que tiene la utilizacioacuten de software de simulacioacuten son
Reduccioacuten del tiempo de disentildeo puesto que permite verificar el disentildeo sin tener que
realizar el montaje en un sistema fiacutesico asiacute como facilitar que las modificaciones
necesarias sean menores
Reduccioacuten de costes como consecuencia de la reduccioacuten del tiempo de disentildeo pero
tambieacuten porque permite comprobaciones sin tener que comprar los componentes
previamente reduciendo las necesidades de stock
Modificacioacuten de los efectos internos y externos del sistema y ver coacutemo afectan en su
funcionamiento Por ejemplo variacioacuten de las tolerancias de los componentes
Observacioacuten detallada del sistema que se estaacute simulando lo que puede conducir a un
mejor entendimiento del sistema y por consiguiente a sugerir estrategias que
mejoren la operacioacuten y eficiencia del sistema Esto resulta muy uacutetil en la formacioacuten
para la comprensioacuten de la eleccioacuten de los valores de los componentes que intervienen
en un circuito
Experimentacioacuten con nuevas situaciones sobre las cuales se tiene poca o ninguna
informacioacuten A traveacutes de esta experimentacioacuten se pueden anticipar mejor posibles
resultados no previstos
Anticipacioacuten de posibles problemas que pueden surgir en el comportamiento del
sistema cuando nuevos elementos son introducidos como pueden ser los cuellos de
botella
El principal inconveniente que tiene la simulacioacuten es que no sustituye la verificacioacuten de las
pruebas del circuito real aunque siacute pueden simplificarlas o reducirlas A pesar de que un
componente mal modelado puede llevar a un error externo al realizar el disentildeo o la utilizacioacuten de
componentes ideales (que no tienen peacuterdidas y funcionan teoacutericamente sin las limitaciones del
componente real) como reales todo se traduce en un error externo al propio software pero que
puede inducir a un fallo en el disentildeo que se trasladaraacute a posteriori en el montaje real Esto uacuteltimo
se puede solucionar al manejar correctamente la aplicacioacuten y tras un estudio completo del disentildeo
utilizando el software de simulacioacuten
SOFTWARE DE SIMULACIOacuteN DE CIRCUITOS
Este apartado se centra en presentar las dos aplicaciones maacutes importantes (o maacutes utilizadas) de
coacutedigo abierto para la simulacioacuten de circuitos que existen en la actualidad el proyecto gEDA y la
aplicacioacuten QUCS
Tambieacuten se ha incluido otro apartado en donde se muestran otras aplicaciones no menos
destacables con una breve descripcioacuten de sus principales funcionalidades
Las aplicaciones mostradas en este apartado no son las uacutenicas puesto que una simple buacutesqueda
a traveacutes de cualquier buscador le puede llevar a encontrar maacutes aplicaciones pero si las maacutes
destacadas a nivel de uso (maacutes extendido)
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 3
Se han incluido las correspondientes referencias a las direcciones web de cada aplicacioacuten a modo
de consulta para poder ampliar en maacutes detalle cada una de las aplicaciones mostradas
GEDA
El proyecto gEDA (httpwwwgpledaorgindexhtml) es un conjunto de herramientas libres para
el anaacutelisis y disentildeo de circuitos electroacutenicos
Las principales herramientas son
Gschem editor de esquemas
Gnetlist generador de archivos netlist (estos archivos nos permitiraacuten posteriormente
simular los circuitos) Es una herramienta que funciona desde la consola de comandos
Asociadas al proyecto gEDA para la simulacioacuten se destacariacutean las siguientes herramientas
Ngspice simulador de circuitos basado en spice que cuenta con representacioacuten graacutefica
de los resultados
Gnucap simulador de circuitos y sin salida graacutefica (para mostrar las graacuteficas se
requiere otra herramienta el visor de ondas gtkwave)
PCB editor realizacioacuten de placas de circuito impreso
Figura 2- gEDA
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
4copy Miguel Pareja Aparicio
Se trata de un software muy completo para el disentildeo electroacutenico ya que dispone de todas las
herramientas disponibles para la creacioacuten de un proyecto o disentildeo electroacutenico edicioacuten de
esquemas su posterior simulacioacuten y creacioacuten de la placa de circuito impreso Por ello en su
nombre aparecen las siglas EDA (Electronic Design Automation) Permite ademaacutes la realizacioacuten
de otras opciones adicionales como factura de materiales (Fichero BOM o lista de componentes)
generacioacuten de netlist simulacioacuten analoacutegica digital o mixta y la impresioacuten de las caras de la placa
de circuito impreso (mediante herramientas complementarias)
Su andadura se inicioacute cuando auacuten no existiacutea un software para disentildeo electroacutenico bajo la
plataforma Unix pero actualmente se trata de una herramienta imprescindible para teacutecnicos o
ingenieros que utilizan el sistema operativo Linux Como documentacioacuten se puede acceder en su
paacutegina web a un WIKI del software con un apartado con preguntas maacutes frecuentes
(httpwikigeda-projectorggedadocumentation)
Otro inconveniente es que el proceso de instalacioacuten no es muy intuitivo como sucede en la
mayoriacutea de aplicaciones ya disponibles puesto que primero se descarga el entorno EDA que
incluye la creacioacuten de esquemas y placas de circuito impreso y despueacutes se debe instalar la
herramienta de simulacioacuten (por ejemplo Ngspice)
Respecto al proceso de instalacioacuten actualmente es maacutes sencillo en plataformas Linux Por
ejemplo la instalacioacuten en Ubuntu se puede realizar de dos formas diferentes
Desde el menuacute ldquoAplicacionesrdquo (ldquoAplicacionesAntildeadir y quitarhelliprdquo) en el apartado
ldquoEducacioacutenrdquo se encuentra esta aplicacioacuten con el nombre ldquogEDArdquo
Desde el menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo utilizando el Gestor de paquetes ldquoSynapticrdquo
(como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y realizando la buacutesqueda con el nombre
ldquogEDArdquo
Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir a distribuciones Linux que contienen las
aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por ejemplo Fedora Electronic Lab
(httpspinsfedoraprojectorgesfel)
Un inconveniente es que no esteacute disponible para plataformas Windows lo que dificulta la
portabilidad entre diferentes entornos Tambieacuten la posibilidad de disponer de distintas (aunque
parecidas) herramientas de simulacioacuten puede inducir errores
QUCS
Qucs (Quite universal circuit simulator -httpqucssourceforgenet-) es un simulador integrado
de circuitos (seguacuten su paacutegina web todaviacutea en desarrollo pero totalmente funcional) Utiliza una
interfaz graacutefica (GUI) para introducir los componentes que forman el circuito y realiza la
simulacioacuten pudiendo ser presentado en una sola paacutegina Permite la simulacioacuten en continua (DC)
alterna (AC) anaacutelisis parameacutetrico anaacutelisis de balance de armoacutenicos anaacutelisis de ruido etc
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 5
Figura 3- Qucs
Se trata de una aplicacioacuten multi-plataforma que dispone de versiones compatibles entre
distintos sistemas operativos Desde su paacutegina web se puede acceder a gran cantidad de
informacioacuten (httpqucssourceforgenetdocsshtml) lo que se traduce en una mayor
flexibilidad de manejo desde su paacutegina web que permite descargar una versioacuten para una gran
variedad de distribuciones (httpqucssourceforgenetdownloadshtml) tanto de Linux como
para Windows o Mac
El proceso de instalacioacuten en Ubuntu es el siguiente desde menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo
utilizando el ldquoGestor de paquetes Synapticrdquo (como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y
realizando la buacutesqueda con el nombre ldquoQucsrdquo Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir
a distribuciones Linux que contienen las aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por
ejemplo Fedora Electronic Lab En Windows el proceso es muy sencillo y simplemente con unos
clics de ratoacuten se instala la aplicacioacuten
En comparacioacuten con otras aplicaciones Qucs presenta una interfaz sencilla y simple de
manejar aunque no permite la creacioacuten de placas de circuito impreso aunque permite la
utilizacioacuten de variables y ecuaciones que pueden facilitar el disentildeo e implementacioacuten del modelo
de ceacutelula o moacutedulo fotovoltaico Ademaacutes dispone de los componentes principales ideales y de
maacutes libreriacuteas con componentes reales En consecuencia permite la modificacioacuten de los
paraacutemetros de un dispositivo electroacutenico Ademaacutes presenta la posibilidad de incluir en la misma
pantalla el circuito con todos los componentes y comentarios necesarios con la posibilidad de que
se representen automaacuteticamente las graacuteficas con su correspondiente flexibilidad para aspectos
docentes
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
6copy Miguel Pareja Aparicio
Figura 4- Otras aplicaciones
OTRAS APLICACIONES
A continuacioacuten se enumeran otras aplicaciones de simulacioacuten con una breve descripcioacuten
Oregano herramienta para la edicioacuten de esquemas electroacutenicos y simulacioacuten de
circuitos usando la aplicacioacuten GNUCAP Aplicacioacuten muy simple de manejar con el
inconveniente de que no dispone de libreriacuteas con componentes reales lo que lo limita
en su aplicacioacuten de disentildeo aunque sigue siendo igual de uacutetil para aspectos docentes
Paacutegina web httpsgithubcommarc-lorberoregano
Ktechlab se trata de una aplicacioacuten de licencia GPL que sirve para la simulacioacuten de
circuitos electroacutenicos Permite tambieacuten la simulacioacuten con microcontroladores PIC
(16F84) con la programacioacuten mediante diagramas de flujo MicroBASIC (similar a
BASIC) y ensamblador asiacute como la simulacioacuten de dispositivos lineales no lineales y
loacutegicos es decir que dispone de la colocacioacuten de todos los componentes y la
simulacioacuten directa del circuito ya sea digital o analoacutegico El inconveniente es que la
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 7
documentacioacuten y la interfaz de la aplicacioacuten estaacute en su totalidad en ingleacutes Paacutegina web
httpsourceforgenetprojectsktechlab
Klogic aplicacioacuten para construir y simular circuitos digitales utilizando puertas loacutegicas
(AND OR XOR biestables RS y JK) aunque se puede recurrir a la creacioacuten de
subcircuitos El principal inconveniente es que soacutelo se puede utilizar para la simulacioacuten
de circuitos digitales no permitiendo una simulacioacuten con circuitos electroacutenicos
analoacutegicos y temporales Paacutegina web httpwwwa-rostinde
TKGate aplicacioacuten para la simulacioacuten de circuitos puramente digitales con una
interfaz de uso muy sencilla de utilizar En la paacutegina web se puede consultar una
documentacioacuten online (httpwwwtkgateorg18indexhtml) Se puede disponer no
solo de puertas baacutesicas (AND OR XOR etc) sino tambieacuten de transistores NMOS y
PMOS buffer triestado componentes para unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) (sumadores
desplazadores o mutiplicadores) y elementos de memoria (registros RAM y ROM)
Permite la simulacioacuten de disentildeos con miprocesadores o emular un sistema informaacutetico
Paacutegina web httpwwwtkgateorg
Todas las aplicaciones comentadas son de faacutecil instalacioacuten en distribuciones Ubuntu utilizando el
repositorio con aplicaciones (Gestor de paquetes synaptic)
POSIBLES APLICACIONES
Para no extenderse en el artiacuteculo se va a mostrar un pequentildeo disentildeo realizado con la aplicacioacuten
Qucs como muestra de varias de sus posibilidades Se ha decido mostrar soacutelo la utilizacioacuten de
Qucs aunque no dispone de una herramienta de creacioacuten de placas de circuito impreso como en
gEDA porque tanto el modo de mostrar los resultados de la simulacioacuten como su manejo es
mucho maacutes faacutecil e intuitivo en parte por no tener que recurrir a tener que cambiar de
aplicaciones (una para editar el esquemas y otra para la simulacioacuten) Ademaacutes actualmente Qucs
estaacute disponible tanto en Windows como en varias distribuciones Linux
El circuito base elegido para mostrar alguna de las posibilidades que ofrece Qucs consta de una
fuente de alimentacioacuten lineal con dispositivo regulador mediante el dispositivo integrado LM317
Todo ello con elementos muy faacuteciles de encontrar por si el lector finalmente se atreve a realizar
el montaje
Se ha distribuido en varios subapartados con el fin de que resulte mucho maacutes aclaratorio para el
lector y asiacute obtenga una visioacuten general de la aplicacioacuten o lo que es maacutes que lo considere uacutetil y
comience a utilizarlo
INTRODUCCIOacuteN A QUCS
Qucs es un simulador de circuitos con una interfaz graacutefica La primera vez que se pone en
marcha Qucs crea el directorio ldquoqucsrdquo dentro de su directorio ldquohomerdquo en las distribuciones Linux
y en ldquoArchivos de programardquo en Windows Todos los archivos se graban en este directorio por
defecto aunque podraacute guaacuterdalos en cualquier otra ubicacioacuten en el caso de crear un proyecto (que
consiste en una serie de ficheros que se guardan en un subdirectorio) Si se encuentran en dicha
carpeta al iniciar Qucs estaraacuten disponibles automaacuteticamente en la ventana de proyectos
Cuando se ejecuta Qucs se veraacute la ventana principal (Figura 5) en donde
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
8copy Miguel Pareja Aparicio
En el lado derecho hay un aacuterea de trabajo (6) que contiene los esquemas visores de
datos etc Si usa las pestantildeas (5) sobre esa aacuterea puede cambiar con rapidez entre los
documentos que se encuentren abiertos
A la izquierda de la ventana principal de Qucs hay otra aacuterea (1) cuyo contenido
depende de la seleccioacuten de las pestantildeas que se encuentran en su parte superior
Proyectos (2) Contenido (3) y Componentes (4) Despueacutes de ejecutar Qucs la
pestantildea de Proyectos (2) se activa por defecto (la primera vez que se abra esta
aacuterea estaraacute vaciacutea)
Los controles son similares a los de cualquier aplicacioacuten de edicioacuten graacutefica pudieacutendose manejar
en las ventanas comentadas en los paacuterrafos anteriores Es conveniente a la hora de realizar un
trabajo o disentildeo crear un nuevo proyecto para que asiacute se encuentre estructurado y de faacutecil
acceso
Figura 5- Ventana principal de QUCS
Una vez creado el fichero (de extensioacuten sch) apareceraacute una nueva solapa (5) y a partir de ese
punto hay que antildeadir todos los componentes que se encuentran en la pestantildea de componentes
(4) A continuacioacuten hay que proceder a unirlos pulsando el botoacuten de ldquoCablerdquo de la barra de
herramientas o utilizando el menuacute principal ldquoInsertarCablerdquo Para ello primero hay que clicar en
el terminal desde el cual parte el cable hasta el terminal del componente a interconectar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 9
Los componentes se encuentran distribuidos en varias libreriacuteas en funcioacuten de su utilizacioacuten y
caracteriacutesticas componentes sueltos (elementos pasivos) fuentes sondas etc Ver para maacutes
detalle el siguiente enlace httpqucssourceforgenetcomponentsshtml
El primer ejemplo que se muestra es el esquema de la figura 6 en donde se aprecian los
esquemas rectificadores de media onda y de onda completa El esquema se encuentra
estructurado en dos partes una fuente de corriente alterna que emularaacute la sentildeal que llega a los
rectificadores y la configuracioacuten con diodos (caracteriacutesticas por defecto de los diodos
disponibles) Cada configuracioacuten se complementa con dos graacuteficas que se encuentran en la parte
inferior de cada circuito para ver la sentildeal rectificada
La resistencia se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo la fuente de corriente alterna
en la libreriacutea de ldquofuentesrdquo y los diodos se encuentran en la libreriacutea de ldquocomponentes no idealesrdquo
Para realizar la simulacioacuten hay que colocar en la ventana principal (6) los componentes que
sirven para configurar la simulacioacuten (libreriacutea simulaciones) En este caso se utiliza un anaacutelisis
temporal que se calcule y se muestre en las graacuteficas durante un tiempo determinado por dos
periacuteodos de la sentildeal de entrada (tomando como referencia la frecuencia de la red eleacutectrica de 50
hercios lo que se traduce en un tiempo maacuteximo de simulacioacuten de 40 milisegundos)
Figura 6- Simulacioacuten circuitos rectificadores
El circuito se puede ampliar incluyendo el circuito de filtrado y de regulacioacuten o estabilizacioacuten El
circuito maacutes simple para el filtrado es el constituido por un condensador electroliacutetico conectado en
paralelo con la carga Asiacute observamos coacutemo la sentildeal que se puede ver en las graacuteficas de la figura
6 es filtrada y coacutemo con el condensador se consigue reducir el rizado
Por ejemplo en la figura 7 se le ha antildeadido al rectificador de onda completa un condensador
cuyo valor variacutea entre 3 cifras Para ello se incluye en la simulacioacuten el anaacutelisis parameacutetrico que
permite repetir la simulacioacuten variando alguacuten paraacutemetro en el circuito a simular En este caso el
condensador de filtrado tomaraacute los diferentes valores 1000μF 2000μF y 3000μF para observar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
2copy Miguel Pareja Aparicio
La simulacioacuten nos sirve como punto intermedio entre los conceptos teoacutericos y la realidad Cuanto
mejor sea la expresioacuten que defina a la realidad mejores seraacuten los resultados porque seraacuten maacutes
reales y a su vez nos puede reducir los costes de fabricacioacuten facilitando las tareas de disentildeo
Algunas de las ventajas que tiene la utilizacioacuten de software de simulacioacuten son
Reduccioacuten del tiempo de disentildeo puesto que permite verificar el disentildeo sin tener que
realizar el montaje en un sistema fiacutesico asiacute como facilitar que las modificaciones
necesarias sean menores
Reduccioacuten de costes como consecuencia de la reduccioacuten del tiempo de disentildeo pero
tambieacuten porque permite comprobaciones sin tener que comprar los componentes
previamente reduciendo las necesidades de stock
Modificacioacuten de los efectos internos y externos del sistema y ver coacutemo afectan en su
funcionamiento Por ejemplo variacioacuten de las tolerancias de los componentes
Observacioacuten detallada del sistema que se estaacute simulando lo que puede conducir a un
mejor entendimiento del sistema y por consiguiente a sugerir estrategias que
mejoren la operacioacuten y eficiencia del sistema Esto resulta muy uacutetil en la formacioacuten
para la comprensioacuten de la eleccioacuten de los valores de los componentes que intervienen
en un circuito
Experimentacioacuten con nuevas situaciones sobre las cuales se tiene poca o ninguna
informacioacuten A traveacutes de esta experimentacioacuten se pueden anticipar mejor posibles
resultados no previstos
Anticipacioacuten de posibles problemas que pueden surgir en el comportamiento del
sistema cuando nuevos elementos son introducidos como pueden ser los cuellos de
botella
El principal inconveniente que tiene la simulacioacuten es que no sustituye la verificacioacuten de las
pruebas del circuito real aunque siacute pueden simplificarlas o reducirlas A pesar de que un
componente mal modelado puede llevar a un error externo al realizar el disentildeo o la utilizacioacuten de
componentes ideales (que no tienen peacuterdidas y funcionan teoacutericamente sin las limitaciones del
componente real) como reales todo se traduce en un error externo al propio software pero que
puede inducir a un fallo en el disentildeo que se trasladaraacute a posteriori en el montaje real Esto uacuteltimo
se puede solucionar al manejar correctamente la aplicacioacuten y tras un estudio completo del disentildeo
utilizando el software de simulacioacuten
SOFTWARE DE SIMULACIOacuteN DE CIRCUITOS
Este apartado se centra en presentar las dos aplicaciones maacutes importantes (o maacutes utilizadas) de
coacutedigo abierto para la simulacioacuten de circuitos que existen en la actualidad el proyecto gEDA y la
aplicacioacuten QUCS
Tambieacuten se ha incluido otro apartado en donde se muestran otras aplicaciones no menos
destacables con una breve descripcioacuten de sus principales funcionalidades
Las aplicaciones mostradas en este apartado no son las uacutenicas puesto que una simple buacutesqueda
a traveacutes de cualquier buscador le puede llevar a encontrar maacutes aplicaciones pero si las maacutes
destacadas a nivel de uso (maacutes extendido)
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 3
Se han incluido las correspondientes referencias a las direcciones web de cada aplicacioacuten a modo
de consulta para poder ampliar en maacutes detalle cada una de las aplicaciones mostradas
GEDA
El proyecto gEDA (httpwwwgpledaorgindexhtml) es un conjunto de herramientas libres para
el anaacutelisis y disentildeo de circuitos electroacutenicos
Las principales herramientas son
Gschem editor de esquemas
Gnetlist generador de archivos netlist (estos archivos nos permitiraacuten posteriormente
simular los circuitos) Es una herramienta que funciona desde la consola de comandos
Asociadas al proyecto gEDA para la simulacioacuten se destacariacutean las siguientes herramientas
Ngspice simulador de circuitos basado en spice que cuenta con representacioacuten graacutefica
de los resultados
Gnucap simulador de circuitos y sin salida graacutefica (para mostrar las graacuteficas se
requiere otra herramienta el visor de ondas gtkwave)
PCB editor realizacioacuten de placas de circuito impreso
Figura 2- gEDA
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
4copy Miguel Pareja Aparicio
Se trata de un software muy completo para el disentildeo electroacutenico ya que dispone de todas las
herramientas disponibles para la creacioacuten de un proyecto o disentildeo electroacutenico edicioacuten de
esquemas su posterior simulacioacuten y creacioacuten de la placa de circuito impreso Por ello en su
nombre aparecen las siglas EDA (Electronic Design Automation) Permite ademaacutes la realizacioacuten
de otras opciones adicionales como factura de materiales (Fichero BOM o lista de componentes)
generacioacuten de netlist simulacioacuten analoacutegica digital o mixta y la impresioacuten de las caras de la placa
de circuito impreso (mediante herramientas complementarias)
Su andadura se inicioacute cuando auacuten no existiacutea un software para disentildeo electroacutenico bajo la
plataforma Unix pero actualmente se trata de una herramienta imprescindible para teacutecnicos o
ingenieros que utilizan el sistema operativo Linux Como documentacioacuten se puede acceder en su
paacutegina web a un WIKI del software con un apartado con preguntas maacutes frecuentes
(httpwikigeda-projectorggedadocumentation)
Otro inconveniente es que el proceso de instalacioacuten no es muy intuitivo como sucede en la
mayoriacutea de aplicaciones ya disponibles puesto que primero se descarga el entorno EDA que
incluye la creacioacuten de esquemas y placas de circuito impreso y despueacutes se debe instalar la
herramienta de simulacioacuten (por ejemplo Ngspice)
Respecto al proceso de instalacioacuten actualmente es maacutes sencillo en plataformas Linux Por
ejemplo la instalacioacuten en Ubuntu se puede realizar de dos formas diferentes
Desde el menuacute ldquoAplicacionesrdquo (ldquoAplicacionesAntildeadir y quitarhelliprdquo) en el apartado
ldquoEducacioacutenrdquo se encuentra esta aplicacioacuten con el nombre ldquogEDArdquo
Desde el menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo utilizando el Gestor de paquetes ldquoSynapticrdquo
(como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y realizando la buacutesqueda con el nombre
ldquogEDArdquo
Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir a distribuciones Linux que contienen las
aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por ejemplo Fedora Electronic Lab
(httpspinsfedoraprojectorgesfel)
Un inconveniente es que no esteacute disponible para plataformas Windows lo que dificulta la
portabilidad entre diferentes entornos Tambieacuten la posibilidad de disponer de distintas (aunque
parecidas) herramientas de simulacioacuten puede inducir errores
QUCS
Qucs (Quite universal circuit simulator -httpqucssourceforgenet-) es un simulador integrado
de circuitos (seguacuten su paacutegina web todaviacutea en desarrollo pero totalmente funcional) Utiliza una
interfaz graacutefica (GUI) para introducir los componentes que forman el circuito y realiza la
simulacioacuten pudiendo ser presentado en una sola paacutegina Permite la simulacioacuten en continua (DC)
alterna (AC) anaacutelisis parameacutetrico anaacutelisis de balance de armoacutenicos anaacutelisis de ruido etc
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 5
Figura 3- Qucs
Se trata de una aplicacioacuten multi-plataforma que dispone de versiones compatibles entre
distintos sistemas operativos Desde su paacutegina web se puede acceder a gran cantidad de
informacioacuten (httpqucssourceforgenetdocsshtml) lo que se traduce en una mayor
flexibilidad de manejo desde su paacutegina web que permite descargar una versioacuten para una gran
variedad de distribuciones (httpqucssourceforgenetdownloadshtml) tanto de Linux como
para Windows o Mac
El proceso de instalacioacuten en Ubuntu es el siguiente desde menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo
utilizando el ldquoGestor de paquetes Synapticrdquo (como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y
realizando la buacutesqueda con el nombre ldquoQucsrdquo Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir
a distribuciones Linux que contienen las aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por
ejemplo Fedora Electronic Lab En Windows el proceso es muy sencillo y simplemente con unos
clics de ratoacuten se instala la aplicacioacuten
En comparacioacuten con otras aplicaciones Qucs presenta una interfaz sencilla y simple de
manejar aunque no permite la creacioacuten de placas de circuito impreso aunque permite la
utilizacioacuten de variables y ecuaciones que pueden facilitar el disentildeo e implementacioacuten del modelo
de ceacutelula o moacutedulo fotovoltaico Ademaacutes dispone de los componentes principales ideales y de
maacutes libreriacuteas con componentes reales En consecuencia permite la modificacioacuten de los
paraacutemetros de un dispositivo electroacutenico Ademaacutes presenta la posibilidad de incluir en la misma
pantalla el circuito con todos los componentes y comentarios necesarios con la posibilidad de que
se representen automaacuteticamente las graacuteficas con su correspondiente flexibilidad para aspectos
docentes
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
6copy Miguel Pareja Aparicio
Figura 4- Otras aplicaciones
OTRAS APLICACIONES
A continuacioacuten se enumeran otras aplicaciones de simulacioacuten con una breve descripcioacuten
Oregano herramienta para la edicioacuten de esquemas electroacutenicos y simulacioacuten de
circuitos usando la aplicacioacuten GNUCAP Aplicacioacuten muy simple de manejar con el
inconveniente de que no dispone de libreriacuteas con componentes reales lo que lo limita
en su aplicacioacuten de disentildeo aunque sigue siendo igual de uacutetil para aspectos docentes
Paacutegina web httpsgithubcommarc-lorberoregano
Ktechlab se trata de una aplicacioacuten de licencia GPL que sirve para la simulacioacuten de
circuitos electroacutenicos Permite tambieacuten la simulacioacuten con microcontroladores PIC
(16F84) con la programacioacuten mediante diagramas de flujo MicroBASIC (similar a
BASIC) y ensamblador asiacute como la simulacioacuten de dispositivos lineales no lineales y
loacutegicos es decir que dispone de la colocacioacuten de todos los componentes y la
simulacioacuten directa del circuito ya sea digital o analoacutegico El inconveniente es que la
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 7
documentacioacuten y la interfaz de la aplicacioacuten estaacute en su totalidad en ingleacutes Paacutegina web
httpsourceforgenetprojectsktechlab
Klogic aplicacioacuten para construir y simular circuitos digitales utilizando puertas loacutegicas
(AND OR XOR biestables RS y JK) aunque se puede recurrir a la creacioacuten de
subcircuitos El principal inconveniente es que soacutelo se puede utilizar para la simulacioacuten
de circuitos digitales no permitiendo una simulacioacuten con circuitos electroacutenicos
analoacutegicos y temporales Paacutegina web httpwwwa-rostinde
TKGate aplicacioacuten para la simulacioacuten de circuitos puramente digitales con una
interfaz de uso muy sencilla de utilizar En la paacutegina web se puede consultar una
documentacioacuten online (httpwwwtkgateorg18indexhtml) Se puede disponer no
solo de puertas baacutesicas (AND OR XOR etc) sino tambieacuten de transistores NMOS y
PMOS buffer triestado componentes para unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) (sumadores
desplazadores o mutiplicadores) y elementos de memoria (registros RAM y ROM)
Permite la simulacioacuten de disentildeos con miprocesadores o emular un sistema informaacutetico
Paacutegina web httpwwwtkgateorg
Todas las aplicaciones comentadas son de faacutecil instalacioacuten en distribuciones Ubuntu utilizando el
repositorio con aplicaciones (Gestor de paquetes synaptic)
POSIBLES APLICACIONES
Para no extenderse en el artiacuteculo se va a mostrar un pequentildeo disentildeo realizado con la aplicacioacuten
Qucs como muestra de varias de sus posibilidades Se ha decido mostrar soacutelo la utilizacioacuten de
Qucs aunque no dispone de una herramienta de creacioacuten de placas de circuito impreso como en
gEDA porque tanto el modo de mostrar los resultados de la simulacioacuten como su manejo es
mucho maacutes faacutecil e intuitivo en parte por no tener que recurrir a tener que cambiar de
aplicaciones (una para editar el esquemas y otra para la simulacioacuten) Ademaacutes actualmente Qucs
estaacute disponible tanto en Windows como en varias distribuciones Linux
El circuito base elegido para mostrar alguna de las posibilidades que ofrece Qucs consta de una
fuente de alimentacioacuten lineal con dispositivo regulador mediante el dispositivo integrado LM317
Todo ello con elementos muy faacuteciles de encontrar por si el lector finalmente se atreve a realizar
el montaje
Se ha distribuido en varios subapartados con el fin de que resulte mucho maacutes aclaratorio para el
lector y asiacute obtenga una visioacuten general de la aplicacioacuten o lo que es maacutes que lo considere uacutetil y
comience a utilizarlo
INTRODUCCIOacuteN A QUCS
Qucs es un simulador de circuitos con una interfaz graacutefica La primera vez que se pone en
marcha Qucs crea el directorio ldquoqucsrdquo dentro de su directorio ldquohomerdquo en las distribuciones Linux
y en ldquoArchivos de programardquo en Windows Todos los archivos se graban en este directorio por
defecto aunque podraacute guaacuterdalos en cualquier otra ubicacioacuten en el caso de crear un proyecto (que
consiste en una serie de ficheros que se guardan en un subdirectorio) Si se encuentran en dicha
carpeta al iniciar Qucs estaraacuten disponibles automaacuteticamente en la ventana de proyectos
Cuando se ejecuta Qucs se veraacute la ventana principal (Figura 5) en donde
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
8copy Miguel Pareja Aparicio
En el lado derecho hay un aacuterea de trabajo (6) que contiene los esquemas visores de
datos etc Si usa las pestantildeas (5) sobre esa aacuterea puede cambiar con rapidez entre los
documentos que se encuentren abiertos
A la izquierda de la ventana principal de Qucs hay otra aacuterea (1) cuyo contenido
depende de la seleccioacuten de las pestantildeas que se encuentran en su parte superior
Proyectos (2) Contenido (3) y Componentes (4) Despueacutes de ejecutar Qucs la
pestantildea de Proyectos (2) se activa por defecto (la primera vez que se abra esta
aacuterea estaraacute vaciacutea)
Los controles son similares a los de cualquier aplicacioacuten de edicioacuten graacutefica pudieacutendose manejar
en las ventanas comentadas en los paacuterrafos anteriores Es conveniente a la hora de realizar un
trabajo o disentildeo crear un nuevo proyecto para que asiacute se encuentre estructurado y de faacutecil
acceso
Figura 5- Ventana principal de QUCS
Una vez creado el fichero (de extensioacuten sch) apareceraacute una nueva solapa (5) y a partir de ese
punto hay que antildeadir todos los componentes que se encuentran en la pestantildea de componentes
(4) A continuacioacuten hay que proceder a unirlos pulsando el botoacuten de ldquoCablerdquo de la barra de
herramientas o utilizando el menuacute principal ldquoInsertarCablerdquo Para ello primero hay que clicar en
el terminal desde el cual parte el cable hasta el terminal del componente a interconectar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 9
Los componentes se encuentran distribuidos en varias libreriacuteas en funcioacuten de su utilizacioacuten y
caracteriacutesticas componentes sueltos (elementos pasivos) fuentes sondas etc Ver para maacutes
detalle el siguiente enlace httpqucssourceforgenetcomponentsshtml
El primer ejemplo que se muestra es el esquema de la figura 6 en donde se aprecian los
esquemas rectificadores de media onda y de onda completa El esquema se encuentra
estructurado en dos partes una fuente de corriente alterna que emularaacute la sentildeal que llega a los
rectificadores y la configuracioacuten con diodos (caracteriacutesticas por defecto de los diodos
disponibles) Cada configuracioacuten se complementa con dos graacuteficas que se encuentran en la parte
inferior de cada circuito para ver la sentildeal rectificada
La resistencia se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo la fuente de corriente alterna
en la libreriacutea de ldquofuentesrdquo y los diodos se encuentran en la libreriacutea de ldquocomponentes no idealesrdquo
Para realizar la simulacioacuten hay que colocar en la ventana principal (6) los componentes que
sirven para configurar la simulacioacuten (libreriacutea simulaciones) En este caso se utiliza un anaacutelisis
temporal que se calcule y se muestre en las graacuteficas durante un tiempo determinado por dos
periacuteodos de la sentildeal de entrada (tomando como referencia la frecuencia de la red eleacutectrica de 50
hercios lo que se traduce en un tiempo maacuteximo de simulacioacuten de 40 milisegundos)
Figura 6- Simulacioacuten circuitos rectificadores
El circuito se puede ampliar incluyendo el circuito de filtrado y de regulacioacuten o estabilizacioacuten El
circuito maacutes simple para el filtrado es el constituido por un condensador electroliacutetico conectado en
paralelo con la carga Asiacute observamos coacutemo la sentildeal que se puede ver en las graacuteficas de la figura
6 es filtrada y coacutemo con el condensador se consigue reducir el rizado
Por ejemplo en la figura 7 se le ha antildeadido al rectificador de onda completa un condensador
cuyo valor variacutea entre 3 cifras Para ello se incluye en la simulacioacuten el anaacutelisis parameacutetrico que
permite repetir la simulacioacuten variando alguacuten paraacutemetro en el circuito a simular En este caso el
condensador de filtrado tomaraacute los diferentes valores 1000μF 2000μF y 3000μF para observar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 3
Se han incluido las correspondientes referencias a las direcciones web de cada aplicacioacuten a modo
de consulta para poder ampliar en maacutes detalle cada una de las aplicaciones mostradas
GEDA
El proyecto gEDA (httpwwwgpledaorgindexhtml) es un conjunto de herramientas libres para
el anaacutelisis y disentildeo de circuitos electroacutenicos
Las principales herramientas son
Gschem editor de esquemas
Gnetlist generador de archivos netlist (estos archivos nos permitiraacuten posteriormente
simular los circuitos) Es una herramienta que funciona desde la consola de comandos
Asociadas al proyecto gEDA para la simulacioacuten se destacariacutean las siguientes herramientas
Ngspice simulador de circuitos basado en spice que cuenta con representacioacuten graacutefica
de los resultados
Gnucap simulador de circuitos y sin salida graacutefica (para mostrar las graacuteficas se
requiere otra herramienta el visor de ondas gtkwave)
PCB editor realizacioacuten de placas de circuito impreso
Figura 2- gEDA
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
4copy Miguel Pareja Aparicio
Se trata de un software muy completo para el disentildeo electroacutenico ya que dispone de todas las
herramientas disponibles para la creacioacuten de un proyecto o disentildeo electroacutenico edicioacuten de
esquemas su posterior simulacioacuten y creacioacuten de la placa de circuito impreso Por ello en su
nombre aparecen las siglas EDA (Electronic Design Automation) Permite ademaacutes la realizacioacuten
de otras opciones adicionales como factura de materiales (Fichero BOM o lista de componentes)
generacioacuten de netlist simulacioacuten analoacutegica digital o mixta y la impresioacuten de las caras de la placa
de circuito impreso (mediante herramientas complementarias)
Su andadura se inicioacute cuando auacuten no existiacutea un software para disentildeo electroacutenico bajo la
plataforma Unix pero actualmente se trata de una herramienta imprescindible para teacutecnicos o
ingenieros que utilizan el sistema operativo Linux Como documentacioacuten se puede acceder en su
paacutegina web a un WIKI del software con un apartado con preguntas maacutes frecuentes
(httpwikigeda-projectorggedadocumentation)
Otro inconveniente es que el proceso de instalacioacuten no es muy intuitivo como sucede en la
mayoriacutea de aplicaciones ya disponibles puesto que primero se descarga el entorno EDA que
incluye la creacioacuten de esquemas y placas de circuito impreso y despueacutes se debe instalar la
herramienta de simulacioacuten (por ejemplo Ngspice)
Respecto al proceso de instalacioacuten actualmente es maacutes sencillo en plataformas Linux Por
ejemplo la instalacioacuten en Ubuntu se puede realizar de dos formas diferentes
Desde el menuacute ldquoAplicacionesrdquo (ldquoAplicacionesAntildeadir y quitarhelliprdquo) en el apartado
ldquoEducacioacutenrdquo se encuentra esta aplicacioacuten con el nombre ldquogEDArdquo
Desde el menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo utilizando el Gestor de paquetes ldquoSynapticrdquo
(como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y realizando la buacutesqueda con el nombre
ldquogEDArdquo
Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir a distribuciones Linux que contienen las
aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por ejemplo Fedora Electronic Lab
(httpspinsfedoraprojectorgesfel)
Un inconveniente es que no esteacute disponible para plataformas Windows lo que dificulta la
portabilidad entre diferentes entornos Tambieacuten la posibilidad de disponer de distintas (aunque
parecidas) herramientas de simulacioacuten puede inducir errores
QUCS
Qucs (Quite universal circuit simulator -httpqucssourceforgenet-) es un simulador integrado
de circuitos (seguacuten su paacutegina web todaviacutea en desarrollo pero totalmente funcional) Utiliza una
interfaz graacutefica (GUI) para introducir los componentes que forman el circuito y realiza la
simulacioacuten pudiendo ser presentado en una sola paacutegina Permite la simulacioacuten en continua (DC)
alterna (AC) anaacutelisis parameacutetrico anaacutelisis de balance de armoacutenicos anaacutelisis de ruido etc
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 5
Figura 3- Qucs
Se trata de una aplicacioacuten multi-plataforma que dispone de versiones compatibles entre
distintos sistemas operativos Desde su paacutegina web se puede acceder a gran cantidad de
informacioacuten (httpqucssourceforgenetdocsshtml) lo que se traduce en una mayor
flexibilidad de manejo desde su paacutegina web que permite descargar una versioacuten para una gran
variedad de distribuciones (httpqucssourceforgenetdownloadshtml) tanto de Linux como
para Windows o Mac
El proceso de instalacioacuten en Ubuntu es el siguiente desde menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo
utilizando el ldquoGestor de paquetes Synapticrdquo (como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y
realizando la buacutesqueda con el nombre ldquoQucsrdquo Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir
a distribuciones Linux que contienen las aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por
ejemplo Fedora Electronic Lab En Windows el proceso es muy sencillo y simplemente con unos
clics de ratoacuten se instala la aplicacioacuten
En comparacioacuten con otras aplicaciones Qucs presenta una interfaz sencilla y simple de
manejar aunque no permite la creacioacuten de placas de circuito impreso aunque permite la
utilizacioacuten de variables y ecuaciones que pueden facilitar el disentildeo e implementacioacuten del modelo
de ceacutelula o moacutedulo fotovoltaico Ademaacutes dispone de los componentes principales ideales y de
maacutes libreriacuteas con componentes reales En consecuencia permite la modificacioacuten de los
paraacutemetros de un dispositivo electroacutenico Ademaacutes presenta la posibilidad de incluir en la misma
pantalla el circuito con todos los componentes y comentarios necesarios con la posibilidad de que
se representen automaacuteticamente las graacuteficas con su correspondiente flexibilidad para aspectos
docentes
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
6copy Miguel Pareja Aparicio
Figura 4- Otras aplicaciones
OTRAS APLICACIONES
A continuacioacuten se enumeran otras aplicaciones de simulacioacuten con una breve descripcioacuten
Oregano herramienta para la edicioacuten de esquemas electroacutenicos y simulacioacuten de
circuitos usando la aplicacioacuten GNUCAP Aplicacioacuten muy simple de manejar con el
inconveniente de que no dispone de libreriacuteas con componentes reales lo que lo limita
en su aplicacioacuten de disentildeo aunque sigue siendo igual de uacutetil para aspectos docentes
Paacutegina web httpsgithubcommarc-lorberoregano
Ktechlab se trata de una aplicacioacuten de licencia GPL que sirve para la simulacioacuten de
circuitos electroacutenicos Permite tambieacuten la simulacioacuten con microcontroladores PIC
(16F84) con la programacioacuten mediante diagramas de flujo MicroBASIC (similar a
BASIC) y ensamblador asiacute como la simulacioacuten de dispositivos lineales no lineales y
loacutegicos es decir que dispone de la colocacioacuten de todos los componentes y la
simulacioacuten directa del circuito ya sea digital o analoacutegico El inconveniente es que la
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 7
documentacioacuten y la interfaz de la aplicacioacuten estaacute en su totalidad en ingleacutes Paacutegina web
httpsourceforgenetprojectsktechlab
Klogic aplicacioacuten para construir y simular circuitos digitales utilizando puertas loacutegicas
(AND OR XOR biestables RS y JK) aunque se puede recurrir a la creacioacuten de
subcircuitos El principal inconveniente es que soacutelo se puede utilizar para la simulacioacuten
de circuitos digitales no permitiendo una simulacioacuten con circuitos electroacutenicos
analoacutegicos y temporales Paacutegina web httpwwwa-rostinde
TKGate aplicacioacuten para la simulacioacuten de circuitos puramente digitales con una
interfaz de uso muy sencilla de utilizar En la paacutegina web se puede consultar una
documentacioacuten online (httpwwwtkgateorg18indexhtml) Se puede disponer no
solo de puertas baacutesicas (AND OR XOR etc) sino tambieacuten de transistores NMOS y
PMOS buffer triestado componentes para unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) (sumadores
desplazadores o mutiplicadores) y elementos de memoria (registros RAM y ROM)
Permite la simulacioacuten de disentildeos con miprocesadores o emular un sistema informaacutetico
Paacutegina web httpwwwtkgateorg
Todas las aplicaciones comentadas son de faacutecil instalacioacuten en distribuciones Ubuntu utilizando el
repositorio con aplicaciones (Gestor de paquetes synaptic)
POSIBLES APLICACIONES
Para no extenderse en el artiacuteculo se va a mostrar un pequentildeo disentildeo realizado con la aplicacioacuten
Qucs como muestra de varias de sus posibilidades Se ha decido mostrar soacutelo la utilizacioacuten de
Qucs aunque no dispone de una herramienta de creacioacuten de placas de circuito impreso como en
gEDA porque tanto el modo de mostrar los resultados de la simulacioacuten como su manejo es
mucho maacutes faacutecil e intuitivo en parte por no tener que recurrir a tener que cambiar de
aplicaciones (una para editar el esquemas y otra para la simulacioacuten) Ademaacutes actualmente Qucs
estaacute disponible tanto en Windows como en varias distribuciones Linux
El circuito base elegido para mostrar alguna de las posibilidades que ofrece Qucs consta de una
fuente de alimentacioacuten lineal con dispositivo regulador mediante el dispositivo integrado LM317
Todo ello con elementos muy faacuteciles de encontrar por si el lector finalmente se atreve a realizar
el montaje
Se ha distribuido en varios subapartados con el fin de que resulte mucho maacutes aclaratorio para el
lector y asiacute obtenga una visioacuten general de la aplicacioacuten o lo que es maacutes que lo considere uacutetil y
comience a utilizarlo
INTRODUCCIOacuteN A QUCS
Qucs es un simulador de circuitos con una interfaz graacutefica La primera vez que se pone en
marcha Qucs crea el directorio ldquoqucsrdquo dentro de su directorio ldquohomerdquo en las distribuciones Linux
y en ldquoArchivos de programardquo en Windows Todos los archivos se graban en este directorio por
defecto aunque podraacute guaacuterdalos en cualquier otra ubicacioacuten en el caso de crear un proyecto (que
consiste en una serie de ficheros que se guardan en un subdirectorio) Si se encuentran en dicha
carpeta al iniciar Qucs estaraacuten disponibles automaacuteticamente en la ventana de proyectos
Cuando se ejecuta Qucs se veraacute la ventana principal (Figura 5) en donde
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
8copy Miguel Pareja Aparicio
En el lado derecho hay un aacuterea de trabajo (6) que contiene los esquemas visores de
datos etc Si usa las pestantildeas (5) sobre esa aacuterea puede cambiar con rapidez entre los
documentos que se encuentren abiertos
A la izquierda de la ventana principal de Qucs hay otra aacuterea (1) cuyo contenido
depende de la seleccioacuten de las pestantildeas que se encuentran en su parte superior
Proyectos (2) Contenido (3) y Componentes (4) Despueacutes de ejecutar Qucs la
pestantildea de Proyectos (2) se activa por defecto (la primera vez que se abra esta
aacuterea estaraacute vaciacutea)
Los controles son similares a los de cualquier aplicacioacuten de edicioacuten graacutefica pudieacutendose manejar
en las ventanas comentadas en los paacuterrafos anteriores Es conveniente a la hora de realizar un
trabajo o disentildeo crear un nuevo proyecto para que asiacute se encuentre estructurado y de faacutecil
acceso
Figura 5- Ventana principal de QUCS
Una vez creado el fichero (de extensioacuten sch) apareceraacute una nueva solapa (5) y a partir de ese
punto hay que antildeadir todos los componentes que se encuentran en la pestantildea de componentes
(4) A continuacioacuten hay que proceder a unirlos pulsando el botoacuten de ldquoCablerdquo de la barra de
herramientas o utilizando el menuacute principal ldquoInsertarCablerdquo Para ello primero hay que clicar en
el terminal desde el cual parte el cable hasta el terminal del componente a interconectar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 9
Los componentes se encuentran distribuidos en varias libreriacuteas en funcioacuten de su utilizacioacuten y
caracteriacutesticas componentes sueltos (elementos pasivos) fuentes sondas etc Ver para maacutes
detalle el siguiente enlace httpqucssourceforgenetcomponentsshtml
El primer ejemplo que se muestra es el esquema de la figura 6 en donde se aprecian los
esquemas rectificadores de media onda y de onda completa El esquema se encuentra
estructurado en dos partes una fuente de corriente alterna que emularaacute la sentildeal que llega a los
rectificadores y la configuracioacuten con diodos (caracteriacutesticas por defecto de los diodos
disponibles) Cada configuracioacuten se complementa con dos graacuteficas que se encuentran en la parte
inferior de cada circuito para ver la sentildeal rectificada
La resistencia se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo la fuente de corriente alterna
en la libreriacutea de ldquofuentesrdquo y los diodos se encuentran en la libreriacutea de ldquocomponentes no idealesrdquo
Para realizar la simulacioacuten hay que colocar en la ventana principal (6) los componentes que
sirven para configurar la simulacioacuten (libreriacutea simulaciones) En este caso se utiliza un anaacutelisis
temporal que se calcule y se muestre en las graacuteficas durante un tiempo determinado por dos
periacuteodos de la sentildeal de entrada (tomando como referencia la frecuencia de la red eleacutectrica de 50
hercios lo que se traduce en un tiempo maacuteximo de simulacioacuten de 40 milisegundos)
Figura 6- Simulacioacuten circuitos rectificadores
El circuito se puede ampliar incluyendo el circuito de filtrado y de regulacioacuten o estabilizacioacuten El
circuito maacutes simple para el filtrado es el constituido por un condensador electroliacutetico conectado en
paralelo con la carga Asiacute observamos coacutemo la sentildeal que se puede ver en las graacuteficas de la figura
6 es filtrada y coacutemo con el condensador se consigue reducir el rizado
Por ejemplo en la figura 7 se le ha antildeadido al rectificador de onda completa un condensador
cuyo valor variacutea entre 3 cifras Para ello se incluye en la simulacioacuten el anaacutelisis parameacutetrico que
permite repetir la simulacioacuten variando alguacuten paraacutemetro en el circuito a simular En este caso el
condensador de filtrado tomaraacute los diferentes valores 1000μF 2000μF y 3000μF para observar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
4copy Miguel Pareja Aparicio
Se trata de un software muy completo para el disentildeo electroacutenico ya que dispone de todas las
herramientas disponibles para la creacioacuten de un proyecto o disentildeo electroacutenico edicioacuten de
esquemas su posterior simulacioacuten y creacioacuten de la placa de circuito impreso Por ello en su
nombre aparecen las siglas EDA (Electronic Design Automation) Permite ademaacutes la realizacioacuten
de otras opciones adicionales como factura de materiales (Fichero BOM o lista de componentes)
generacioacuten de netlist simulacioacuten analoacutegica digital o mixta y la impresioacuten de las caras de la placa
de circuito impreso (mediante herramientas complementarias)
Su andadura se inicioacute cuando auacuten no existiacutea un software para disentildeo electroacutenico bajo la
plataforma Unix pero actualmente se trata de una herramienta imprescindible para teacutecnicos o
ingenieros que utilizan el sistema operativo Linux Como documentacioacuten se puede acceder en su
paacutegina web a un WIKI del software con un apartado con preguntas maacutes frecuentes
(httpwikigeda-projectorggedadocumentation)
Otro inconveniente es que el proceso de instalacioacuten no es muy intuitivo como sucede en la
mayoriacutea de aplicaciones ya disponibles puesto que primero se descarga el entorno EDA que
incluye la creacioacuten de esquemas y placas de circuito impreso y despueacutes se debe instalar la
herramienta de simulacioacuten (por ejemplo Ngspice)
Respecto al proceso de instalacioacuten actualmente es maacutes sencillo en plataformas Linux Por
ejemplo la instalacioacuten en Ubuntu se puede realizar de dos formas diferentes
Desde el menuacute ldquoAplicacionesrdquo (ldquoAplicacionesAntildeadir y quitarhelliprdquo) en el apartado
ldquoEducacioacutenrdquo se encuentra esta aplicacioacuten con el nombre ldquogEDArdquo
Desde el menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo utilizando el Gestor de paquetes ldquoSynapticrdquo
(como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y realizando la buacutesqueda con el nombre
ldquogEDArdquo
Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir a distribuciones Linux que contienen las
aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por ejemplo Fedora Electronic Lab
(httpspinsfedoraprojectorgesfel)
Un inconveniente es que no esteacute disponible para plataformas Windows lo que dificulta la
portabilidad entre diferentes entornos Tambieacuten la posibilidad de disponer de distintas (aunque
parecidas) herramientas de simulacioacuten puede inducir errores
QUCS
Qucs (Quite universal circuit simulator -httpqucssourceforgenet-) es un simulador integrado
de circuitos (seguacuten su paacutegina web todaviacutea en desarrollo pero totalmente funcional) Utiliza una
interfaz graacutefica (GUI) para introducir los componentes que forman el circuito y realiza la
simulacioacuten pudiendo ser presentado en una sola paacutegina Permite la simulacioacuten en continua (DC)
alterna (AC) anaacutelisis parameacutetrico anaacutelisis de balance de armoacutenicos anaacutelisis de ruido etc
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 5
Figura 3- Qucs
Se trata de una aplicacioacuten multi-plataforma que dispone de versiones compatibles entre
distintos sistemas operativos Desde su paacutegina web se puede acceder a gran cantidad de
informacioacuten (httpqucssourceforgenetdocsshtml) lo que se traduce en una mayor
flexibilidad de manejo desde su paacutegina web que permite descargar una versioacuten para una gran
variedad de distribuciones (httpqucssourceforgenetdownloadshtml) tanto de Linux como
para Windows o Mac
El proceso de instalacioacuten en Ubuntu es el siguiente desde menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo
utilizando el ldquoGestor de paquetes Synapticrdquo (como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y
realizando la buacutesqueda con el nombre ldquoQucsrdquo Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir
a distribuciones Linux que contienen las aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por
ejemplo Fedora Electronic Lab En Windows el proceso es muy sencillo y simplemente con unos
clics de ratoacuten se instala la aplicacioacuten
En comparacioacuten con otras aplicaciones Qucs presenta una interfaz sencilla y simple de
manejar aunque no permite la creacioacuten de placas de circuito impreso aunque permite la
utilizacioacuten de variables y ecuaciones que pueden facilitar el disentildeo e implementacioacuten del modelo
de ceacutelula o moacutedulo fotovoltaico Ademaacutes dispone de los componentes principales ideales y de
maacutes libreriacuteas con componentes reales En consecuencia permite la modificacioacuten de los
paraacutemetros de un dispositivo electroacutenico Ademaacutes presenta la posibilidad de incluir en la misma
pantalla el circuito con todos los componentes y comentarios necesarios con la posibilidad de que
se representen automaacuteticamente las graacuteficas con su correspondiente flexibilidad para aspectos
docentes
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
6copy Miguel Pareja Aparicio
Figura 4- Otras aplicaciones
OTRAS APLICACIONES
A continuacioacuten se enumeran otras aplicaciones de simulacioacuten con una breve descripcioacuten
Oregano herramienta para la edicioacuten de esquemas electroacutenicos y simulacioacuten de
circuitos usando la aplicacioacuten GNUCAP Aplicacioacuten muy simple de manejar con el
inconveniente de que no dispone de libreriacuteas con componentes reales lo que lo limita
en su aplicacioacuten de disentildeo aunque sigue siendo igual de uacutetil para aspectos docentes
Paacutegina web httpsgithubcommarc-lorberoregano
Ktechlab se trata de una aplicacioacuten de licencia GPL que sirve para la simulacioacuten de
circuitos electroacutenicos Permite tambieacuten la simulacioacuten con microcontroladores PIC
(16F84) con la programacioacuten mediante diagramas de flujo MicroBASIC (similar a
BASIC) y ensamblador asiacute como la simulacioacuten de dispositivos lineales no lineales y
loacutegicos es decir que dispone de la colocacioacuten de todos los componentes y la
simulacioacuten directa del circuito ya sea digital o analoacutegico El inconveniente es que la
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 7
documentacioacuten y la interfaz de la aplicacioacuten estaacute en su totalidad en ingleacutes Paacutegina web
httpsourceforgenetprojectsktechlab
Klogic aplicacioacuten para construir y simular circuitos digitales utilizando puertas loacutegicas
(AND OR XOR biestables RS y JK) aunque se puede recurrir a la creacioacuten de
subcircuitos El principal inconveniente es que soacutelo se puede utilizar para la simulacioacuten
de circuitos digitales no permitiendo una simulacioacuten con circuitos electroacutenicos
analoacutegicos y temporales Paacutegina web httpwwwa-rostinde
TKGate aplicacioacuten para la simulacioacuten de circuitos puramente digitales con una
interfaz de uso muy sencilla de utilizar En la paacutegina web se puede consultar una
documentacioacuten online (httpwwwtkgateorg18indexhtml) Se puede disponer no
solo de puertas baacutesicas (AND OR XOR etc) sino tambieacuten de transistores NMOS y
PMOS buffer triestado componentes para unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) (sumadores
desplazadores o mutiplicadores) y elementos de memoria (registros RAM y ROM)
Permite la simulacioacuten de disentildeos con miprocesadores o emular un sistema informaacutetico
Paacutegina web httpwwwtkgateorg
Todas las aplicaciones comentadas son de faacutecil instalacioacuten en distribuciones Ubuntu utilizando el
repositorio con aplicaciones (Gestor de paquetes synaptic)
POSIBLES APLICACIONES
Para no extenderse en el artiacuteculo se va a mostrar un pequentildeo disentildeo realizado con la aplicacioacuten
Qucs como muestra de varias de sus posibilidades Se ha decido mostrar soacutelo la utilizacioacuten de
Qucs aunque no dispone de una herramienta de creacioacuten de placas de circuito impreso como en
gEDA porque tanto el modo de mostrar los resultados de la simulacioacuten como su manejo es
mucho maacutes faacutecil e intuitivo en parte por no tener que recurrir a tener que cambiar de
aplicaciones (una para editar el esquemas y otra para la simulacioacuten) Ademaacutes actualmente Qucs
estaacute disponible tanto en Windows como en varias distribuciones Linux
El circuito base elegido para mostrar alguna de las posibilidades que ofrece Qucs consta de una
fuente de alimentacioacuten lineal con dispositivo regulador mediante el dispositivo integrado LM317
Todo ello con elementos muy faacuteciles de encontrar por si el lector finalmente se atreve a realizar
el montaje
Se ha distribuido en varios subapartados con el fin de que resulte mucho maacutes aclaratorio para el
lector y asiacute obtenga una visioacuten general de la aplicacioacuten o lo que es maacutes que lo considere uacutetil y
comience a utilizarlo
INTRODUCCIOacuteN A QUCS
Qucs es un simulador de circuitos con una interfaz graacutefica La primera vez que se pone en
marcha Qucs crea el directorio ldquoqucsrdquo dentro de su directorio ldquohomerdquo en las distribuciones Linux
y en ldquoArchivos de programardquo en Windows Todos los archivos se graban en este directorio por
defecto aunque podraacute guaacuterdalos en cualquier otra ubicacioacuten en el caso de crear un proyecto (que
consiste en una serie de ficheros que se guardan en un subdirectorio) Si se encuentran en dicha
carpeta al iniciar Qucs estaraacuten disponibles automaacuteticamente en la ventana de proyectos
Cuando se ejecuta Qucs se veraacute la ventana principal (Figura 5) en donde
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
8copy Miguel Pareja Aparicio
En el lado derecho hay un aacuterea de trabajo (6) que contiene los esquemas visores de
datos etc Si usa las pestantildeas (5) sobre esa aacuterea puede cambiar con rapidez entre los
documentos que se encuentren abiertos
A la izquierda de la ventana principal de Qucs hay otra aacuterea (1) cuyo contenido
depende de la seleccioacuten de las pestantildeas que se encuentran en su parte superior
Proyectos (2) Contenido (3) y Componentes (4) Despueacutes de ejecutar Qucs la
pestantildea de Proyectos (2) se activa por defecto (la primera vez que se abra esta
aacuterea estaraacute vaciacutea)
Los controles son similares a los de cualquier aplicacioacuten de edicioacuten graacutefica pudieacutendose manejar
en las ventanas comentadas en los paacuterrafos anteriores Es conveniente a la hora de realizar un
trabajo o disentildeo crear un nuevo proyecto para que asiacute se encuentre estructurado y de faacutecil
acceso
Figura 5- Ventana principal de QUCS
Una vez creado el fichero (de extensioacuten sch) apareceraacute una nueva solapa (5) y a partir de ese
punto hay que antildeadir todos los componentes que se encuentran en la pestantildea de componentes
(4) A continuacioacuten hay que proceder a unirlos pulsando el botoacuten de ldquoCablerdquo de la barra de
herramientas o utilizando el menuacute principal ldquoInsertarCablerdquo Para ello primero hay que clicar en
el terminal desde el cual parte el cable hasta el terminal del componente a interconectar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 9
Los componentes se encuentran distribuidos en varias libreriacuteas en funcioacuten de su utilizacioacuten y
caracteriacutesticas componentes sueltos (elementos pasivos) fuentes sondas etc Ver para maacutes
detalle el siguiente enlace httpqucssourceforgenetcomponentsshtml
El primer ejemplo que se muestra es el esquema de la figura 6 en donde se aprecian los
esquemas rectificadores de media onda y de onda completa El esquema se encuentra
estructurado en dos partes una fuente de corriente alterna que emularaacute la sentildeal que llega a los
rectificadores y la configuracioacuten con diodos (caracteriacutesticas por defecto de los diodos
disponibles) Cada configuracioacuten se complementa con dos graacuteficas que se encuentran en la parte
inferior de cada circuito para ver la sentildeal rectificada
La resistencia se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo la fuente de corriente alterna
en la libreriacutea de ldquofuentesrdquo y los diodos se encuentran en la libreriacutea de ldquocomponentes no idealesrdquo
Para realizar la simulacioacuten hay que colocar en la ventana principal (6) los componentes que
sirven para configurar la simulacioacuten (libreriacutea simulaciones) En este caso se utiliza un anaacutelisis
temporal que se calcule y se muestre en las graacuteficas durante un tiempo determinado por dos
periacuteodos de la sentildeal de entrada (tomando como referencia la frecuencia de la red eleacutectrica de 50
hercios lo que se traduce en un tiempo maacuteximo de simulacioacuten de 40 milisegundos)
Figura 6- Simulacioacuten circuitos rectificadores
El circuito se puede ampliar incluyendo el circuito de filtrado y de regulacioacuten o estabilizacioacuten El
circuito maacutes simple para el filtrado es el constituido por un condensador electroliacutetico conectado en
paralelo con la carga Asiacute observamos coacutemo la sentildeal que se puede ver en las graacuteficas de la figura
6 es filtrada y coacutemo con el condensador se consigue reducir el rizado
Por ejemplo en la figura 7 se le ha antildeadido al rectificador de onda completa un condensador
cuyo valor variacutea entre 3 cifras Para ello se incluye en la simulacioacuten el anaacutelisis parameacutetrico que
permite repetir la simulacioacuten variando alguacuten paraacutemetro en el circuito a simular En este caso el
condensador de filtrado tomaraacute los diferentes valores 1000μF 2000μF y 3000μF para observar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 5
Figura 3- Qucs
Se trata de una aplicacioacuten multi-plataforma que dispone de versiones compatibles entre
distintos sistemas operativos Desde su paacutegina web se puede acceder a gran cantidad de
informacioacuten (httpqucssourceforgenetdocsshtml) lo que se traduce en una mayor
flexibilidad de manejo desde su paacutegina web que permite descargar una versioacuten para una gran
variedad de distribuciones (httpqucssourceforgenetdownloadshtml) tanto de Linux como
para Windows o Mac
El proceso de instalacioacuten en Ubuntu es el siguiente desde menuacute ldquoSistemaAdministracioacutenrdquo
utilizando el ldquoGestor de paquetes Synapticrdquo (como cualquier aplicacioacuten basada en Debian) y
realizando la buacutesqueda con el nombre ldquoQucsrdquo Los que no sean usuarios de Linux pueden recurrir
a distribuciones Linux que contienen las aplicaciones de electroacutenica ya preinstaladas como por
ejemplo Fedora Electronic Lab En Windows el proceso es muy sencillo y simplemente con unos
clics de ratoacuten se instala la aplicacioacuten
En comparacioacuten con otras aplicaciones Qucs presenta una interfaz sencilla y simple de
manejar aunque no permite la creacioacuten de placas de circuito impreso aunque permite la
utilizacioacuten de variables y ecuaciones que pueden facilitar el disentildeo e implementacioacuten del modelo
de ceacutelula o moacutedulo fotovoltaico Ademaacutes dispone de los componentes principales ideales y de
maacutes libreriacuteas con componentes reales En consecuencia permite la modificacioacuten de los
paraacutemetros de un dispositivo electroacutenico Ademaacutes presenta la posibilidad de incluir en la misma
pantalla el circuito con todos los componentes y comentarios necesarios con la posibilidad de que
se representen automaacuteticamente las graacuteficas con su correspondiente flexibilidad para aspectos
docentes
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
6copy Miguel Pareja Aparicio
Figura 4- Otras aplicaciones
OTRAS APLICACIONES
A continuacioacuten se enumeran otras aplicaciones de simulacioacuten con una breve descripcioacuten
Oregano herramienta para la edicioacuten de esquemas electroacutenicos y simulacioacuten de
circuitos usando la aplicacioacuten GNUCAP Aplicacioacuten muy simple de manejar con el
inconveniente de que no dispone de libreriacuteas con componentes reales lo que lo limita
en su aplicacioacuten de disentildeo aunque sigue siendo igual de uacutetil para aspectos docentes
Paacutegina web httpsgithubcommarc-lorberoregano
Ktechlab se trata de una aplicacioacuten de licencia GPL que sirve para la simulacioacuten de
circuitos electroacutenicos Permite tambieacuten la simulacioacuten con microcontroladores PIC
(16F84) con la programacioacuten mediante diagramas de flujo MicroBASIC (similar a
BASIC) y ensamblador asiacute como la simulacioacuten de dispositivos lineales no lineales y
loacutegicos es decir que dispone de la colocacioacuten de todos los componentes y la
simulacioacuten directa del circuito ya sea digital o analoacutegico El inconveniente es que la
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 7
documentacioacuten y la interfaz de la aplicacioacuten estaacute en su totalidad en ingleacutes Paacutegina web
httpsourceforgenetprojectsktechlab
Klogic aplicacioacuten para construir y simular circuitos digitales utilizando puertas loacutegicas
(AND OR XOR biestables RS y JK) aunque se puede recurrir a la creacioacuten de
subcircuitos El principal inconveniente es que soacutelo se puede utilizar para la simulacioacuten
de circuitos digitales no permitiendo una simulacioacuten con circuitos electroacutenicos
analoacutegicos y temporales Paacutegina web httpwwwa-rostinde
TKGate aplicacioacuten para la simulacioacuten de circuitos puramente digitales con una
interfaz de uso muy sencilla de utilizar En la paacutegina web se puede consultar una
documentacioacuten online (httpwwwtkgateorg18indexhtml) Se puede disponer no
solo de puertas baacutesicas (AND OR XOR etc) sino tambieacuten de transistores NMOS y
PMOS buffer triestado componentes para unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) (sumadores
desplazadores o mutiplicadores) y elementos de memoria (registros RAM y ROM)
Permite la simulacioacuten de disentildeos con miprocesadores o emular un sistema informaacutetico
Paacutegina web httpwwwtkgateorg
Todas las aplicaciones comentadas son de faacutecil instalacioacuten en distribuciones Ubuntu utilizando el
repositorio con aplicaciones (Gestor de paquetes synaptic)
POSIBLES APLICACIONES
Para no extenderse en el artiacuteculo se va a mostrar un pequentildeo disentildeo realizado con la aplicacioacuten
Qucs como muestra de varias de sus posibilidades Se ha decido mostrar soacutelo la utilizacioacuten de
Qucs aunque no dispone de una herramienta de creacioacuten de placas de circuito impreso como en
gEDA porque tanto el modo de mostrar los resultados de la simulacioacuten como su manejo es
mucho maacutes faacutecil e intuitivo en parte por no tener que recurrir a tener que cambiar de
aplicaciones (una para editar el esquemas y otra para la simulacioacuten) Ademaacutes actualmente Qucs
estaacute disponible tanto en Windows como en varias distribuciones Linux
El circuito base elegido para mostrar alguna de las posibilidades que ofrece Qucs consta de una
fuente de alimentacioacuten lineal con dispositivo regulador mediante el dispositivo integrado LM317
Todo ello con elementos muy faacuteciles de encontrar por si el lector finalmente se atreve a realizar
el montaje
Se ha distribuido en varios subapartados con el fin de que resulte mucho maacutes aclaratorio para el
lector y asiacute obtenga una visioacuten general de la aplicacioacuten o lo que es maacutes que lo considere uacutetil y
comience a utilizarlo
INTRODUCCIOacuteN A QUCS
Qucs es un simulador de circuitos con una interfaz graacutefica La primera vez que se pone en
marcha Qucs crea el directorio ldquoqucsrdquo dentro de su directorio ldquohomerdquo en las distribuciones Linux
y en ldquoArchivos de programardquo en Windows Todos los archivos se graban en este directorio por
defecto aunque podraacute guaacuterdalos en cualquier otra ubicacioacuten en el caso de crear un proyecto (que
consiste en una serie de ficheros que se guardan en un subdirectorio) Si se encuentran en dicha
carpeta al iniciar Qucs estaraacuten disponibles automaacuteticamente en la ventana de proyectos
Cuando se ejecuta Qucs se veraacute la ventana principal (Figura 5) en donde
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
8copy Miguel Pareja Aparicio
En el lado derecho hay un aacuterea de trabajo (6) que contiene los esquemas visores de
datos etc Si usa las pestantildeas (5) sobre esa aacuterea puede cambiar con rapidez entre los
documentos que se encuentren abiertos
A la izquierda de la ventana principal de Qucs hay otra aacuterea (1) cuyo contenido
depende de la seleccioacuten de las pestantildeas que se encuentran en su parte superior
Proyectos (2) Contenido (3) y Componentes (4) Despueacutes de ejecutar Qucs la
pestantildea de Proyectos (2) se activa por defecto (la primera vez que se abra esta
aacuterea estaraacute vaciacutea)
Los controles son similares a los de cualquier aplicacioacuten de edicioacuten graacutefica pudieacutendose manejar
en las ventanas comentadas en los paacuterrafos anteriores Es conveniente a la hora de realizar un
trabajo o disentildeo crear un nuevo proyecto para que asiacute se encuentre estructurado y de faacutecil
acceso
Figura 5- Ventana principal de QUCS
Una vez creado el fichero (de extensioacuten sch) apareceraacute una nueva solapa (5) y a partir de ese
punto hay que antildeadir todos los componentes que se encuentran en la pestantildea de componentes
(4) A continuacioacuten hay que proceder a unirlos pulsando el botoacuten de ldquoCablerdquo de la barra de
herramientas o utilizando el menuacute principal ldquoInsertarCablerdquo Para ello primero hay que clicar en
el terminal desde el cual parte el cable hasta el terminal del componente a interconectar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 9
Los componentes se encuentran distribuidos en varias libreriacuteas en funcioacuten de su utilizacioacuten y
caracteriacutesticas componentes sueltos (elementos pasivos) fuentes sondas etc Ver para maacutes
detalle el siguiente enlace httpqucssourceforgenetcomponentsshtml
El primer ejemplo que se muestra es el esquema de la figura 6 en donde se aprecian los
esquemas rectificadores de media onda y de onda completa El esquema se encuentra
estructurado en dos partes una fuente de corriente alterna que emularaacute la sentildeal que llega a los
rectificadores y la configuracioacuten con diodos (caracteriacutesticas por defecto de los diodos
disponibles) Cada configuracioacuten se complementa con dos graacuteficas que se encuentran en la parte
inferior de cada circuito para ver la sentildeal rectificada
La resistencia se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo la fuente de corriente alterna
en la libreriacutea de ldquofuentesrdquo y los diodos se encuentran en la libreriacutea de ldquocomponentes no idealesrdquo
Para realizar la simulacioacuten hay que colocar en la ventana principal (6) los componentes que
sirven para configurar la simulacioacuten (libreriacutea simulaciones) En este caso se utiliza un anaacutelisis
temporal que se calcule y se muestre en las graacuteficas durante un tiempo determinado por dos
periacuteodos de la sentildeal de entrada (tomando como referencia la frecuencia de la red eleacutectrica de 50
hercios lo que se traduce en un tiempo maacuteximo de simulacioacuten de 40 milisegundos)
Figura 6- Simulacioacuten circuitos rectificadores
El circuito se puede ampliar incluyendo el circuito de filtrado y de regulacioacuten o estabilizacioacuten El
circuito maacutes simple para el filtrado es el constituido por un condensador electroliacutetico conectado en
paralelo con la carga Asiacute observamos coacutemo la sentildeal que se puede ver en las graacuteficas de la figura
6 es filtrada y coacutemo con el condensador se consigue reducir el rizado
Por ejemplo en la figura 7 se le ha antildeadido al rectificador de onda completa un condensador
cuyo valor variacutea entre 3 cifras Para ello se incluye en la simulacioacuten el anaacutelisis parameacutetrico que
permite repetir la simulacioacuten variando alguacuten paraacutemetro en el circuito a simular En este caso el
condensador de filtrado tomaraacute los diferentes valores 1000μF 2000μF y 3000μF para observar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
6copy Miguel Pareja Aparicio
Figura 4- Otras aplicaciones
OTRAS APLICACIONES
A continuacioacuten se enumeran otras aplicaciones de simulacioacuten con una breve descripcioacuten
Oregano herramienta para la edicioacuten de esquemas electroacutenicos y simulacioacuten de
circuitos usando la aplicacioacuten GNUCAP Aplicacioacuten muy simple de manejar con el
inconveniente de que no dispone de libreriacuteas con componentes reales lo que lo limita
en su aplicacioacuten de disentildeo aunque sigue siendo igual de uacutetil para aspectos docentes
Paacutegina web httpsgithubcommarc-lorberoregano
Ktechlab se trata de una aplicacioacuten de licencia GPL que sirve para la simulacioacuten de
circuitos electroacutenicos Permite tambieacuten la simulacioacuten con microcontroladores PIC
(16F84) con la programacioacuten mediante diagramas de flujo MicroBASIC (similar a
BASIC) y ensamblador asiacute como la simulacioacuten de dispositivos lineales no lineales y
loacutegicos es decir que dispone de la colocacioacuten de todos los componentes y la
simulacioacuten directa del circuito ya sea digital o analoacutegico El inconveniente es que la
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 7
documentacioacuten y la interfaz de la aplicacioacuten estaacute en su totalidad en ingleacutes Paacutegina web
httpsourceforgenetprojectsktechlab
Klogic aplicacioacuten para construir y simular circuitos digitales utilizando puertas loacutegicas
(AND OR XOR biestables RS y JK) aunque se puede recurrir a la creacioacuten de
subcircuitos El principal inconveniente es que soacutelo se puede utilizar para la simulacioacuten
de circuitos digitales no permitiendo una simulacioacuten con circuitos electroacutenicos
analoacutegicos y temporales Paacutegina web httpwwwa-rostinde
TKGate aplicacioacuten para la simulacioacuten de circuitos puramente digitales con una
interfaz de uso muy sencilla de utilizar En la paacutegina web se puede consultar una
documentacioacuten online (httpwwwtkgateorg18indexhtml) Se puede disponer no
solo de puertas baacutesicas (AND OR XOR etc) sino tambieacuten de transistores NMOS y
PMOS buffer triestado componentes para unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) (sumadores
desplazadores o mutiplicadores) y elementos de memoria (registros RAM y ROM)
Permite la simulacioacuten de disentildeos con miprocesadores o emular un sistema informaacutetico
Paacutegina web httpwwwtkgateorg
Todas las aplicaciones comentadas son de faacutecil instalacioacuten en distribuciones Ubuntu utilizando el
repositorio con aplicaciones (Gestor de paquetes synaptic)
POSIBLES APLICACIONES
Para no extenderse en el artiacuteculo se va a mostrar un pequentildeo disentildeo realizado con la aplicacioacuten
Qucs como muestra de varias de sus posibilidades Se ha decido mostrar soacutelo la utilizacioacuten de
Qucs aunque no dispone de una herramienta de creacioacuten de placas de circuito impreso como en
gEDA porque tanto el modo de mostrar los resultados de la simulacioacuten como su manejo es
mucho maacutes faacutecil e intuitivo en parte por no tener que recurrir a tener que cambiar de
aplicaciones (una para editar el esquemas y otra para la simulacioacuten) Ademaacutes actualmente Qucs
estaacute disponible tanto en Windows como en varias distribuciones Linux
El circuito base elegido para mostrar alguna de las posibilidades que ofrece Qucs consta de una
fuente de alimentacioacuten lineal con dispositivo regulador mediante el dispositivo integrado LM317
Todo ello con elementos muy faacuteciles de encontrar por si el lector finalmente se atreve a realizar
el montaje
Se ha distribuido en varios subapartados con el fin de que resulte mucho maacutes aclaratorio para el
lector y asiacute obtenga una visioacuten general de la aplicacioacuten o lo que es maacutes que lo considere uacutetil y
comience a utilizarlo
INTRODUCCIOacuteN A QUCS
Qucs es un simulador de circuitos con una interfaz graacutefica La primera vez que se pone en
marcha Qucs crea el directorio ldquoqucsrdquo dentro de su directorio ldquohomerdquo en las distribuciones Linux
y en ldquoArchivos de programardquo en Windows Todos los archivos se graban en este directorio por
defecto aunque podraacute guaacuterdalos en cualquier otra ubicacioacuten en el caso de crear un proyecto (que
consiste en una serie de ficheros que se guardan en un subdirectorio) Si se encuentran en dicha
carpeta al iniciar Qucs estaraacuten disponibles automaacuteticamente en la ventana de proyectos
Cuando se ejecuta Qucs se veraacute la ventana principal (Figura 5) en donde
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
8copy Miguel Pareja Aparicio
En el lado derecho hay un aacuterea de trabajo (6) que contiene los esquemas visores de
datos etc Si usa las pestantildeas (5) sobre esa aacuterea puede cambiar con rapidez entre los
documentos que se encuentren abiertos
A la izquierda de la ventana principal de Qucs hay otra aacuterea (1) cuyo contenido
depende de la seleccioacuten de las pestantildeas que se encuentran en su parte superior
Proyectos (2) Contenido (3) y Componentes (4) Despueacutes de ejecutar Qucs la
pestantildea de Proyectos (2) se activa por defecto (la primera vez que se abra esta
aacuterea estaraacute vaciacutea)
Los controles son similares a los de cualquier aplicacioacuten de edicioacuten graacutefica pudieacutendose manejar
en las ventanas comentadas en los paacuterrafos anteriores Es conveniente a la hora de realizar un
trabajo o disentildeo crear un nuevo proyecto para que asiacute se encuentre estructurado y de faacutecil
acceso
Figura 5- Ventana principal de QUCS
Una vez creado el fichero (de extensioacuten sch) apareceraacute una nueva solapa (5) y a partir de ese
punto hay que antildeadir todos los componentes que se encuentran en la pestantildea de componentes
(4) A continuacioacuten hay que proceder a unirlos pulsando el botoacuten de ldquoCablerdquo de la barra de
herramientas o utilizando el menuacute principal ldquoInsertarCablerdquo Para ello primero hay que clicar en
el terminal desde el cual parte el cable hasta el terminal del componente a interconectar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 9
Los componentes se encuentran distribuidos en varias libreriacuteas en funcioacuten de su utilizacioacuten y
caracteriacutesticas componentes sueltos (elementos pasivos) fuentes sondas etc Ver para maacutes
detalle el siguiente enlace httpqucssourceforgenetcomponentsshtml
El primer ejemplo que se muestra es el esquema de la figura 6 en donde se aprecian los
esquemas rectificadores de media onda y de onda completa El esquema se encuentra
estructurado en dos partes una fuente de corriente alterna que emularaacute la sentildeal que llega a los
rectificadores y la configuracioacuten con diodos (caracteriacutesticas por defecto de los diodos
disponibles) Cada configuracioacuten se complementa con dos graacuteficas que se encuentran en la parte
inferior de cada circuito para ver la sentildeal rectificada
La resistencia se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo la fuente de corriente alterna
en la libreriacutea de ldquofuentesrdquo y los diodos se encuentran en la libreriacutea de ldquocomponentes no idealesrdquo
Para realizar la simulacioacuten hay que colocar en la ventana principal (6) los componentes que
sirven para configurar la simulacioacuten (libreriacutea simulaciones) En este caso se utiliza un anaacutelisis
temporal que se calcule y se muestre en las graacuteficas durante un tiempo determinado por dos
periacuteodos de la sentildeal de entrada (tomando como referencia la frecuencia de la red eleacutectrica de 50
hercios lo que se traduce en un tiempo maacuteximo de simulacioacuten de 40 milisegundos)
Figura 6- Simulacioacuten circuitos rectificadores
El circuito se puede ampliar incluyendo el circuito de filtrado y de regulacioacuten o estabilizacioacuten El
circuito maacutes simple para el filtrado es el constituido por un condensador electroliacutetico conectado en
paralelo con la carga Asiacute observamos coacutemo la sentildeal que se puede ver en las graacuteficas de la figura
6 es filtrada y coacutemo con el condensador se consigue reducir el rizado
Por ejemplo en la figura 7 se le ha antildeadido al rectificador de onda completa un condensador
cuyo valor variacutea entre 3 cifras Para ello se incluye en la simulacioacuten el anaacutelisis parameacutetrico que
permite repetir la simulacioacuten variando alguacuten paraacutemetro en el circuito a simular En este caso el
condensador de filtrado tomaraacute los diferentes valores 1000μF 2000μF y 3000μF para observar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 7
documentacioacuten y la interfaz de la aplicacioacuten estaacute en su totalidad en ingleacutes Paacutegina web
httpsourceforgenetprojectsktechlab
Klogic aplicacioacuten para construir y simular circuitos digitales utilizando puertas loacutegicas
(AND OR XOR biestables RS y JK) aunque se puede recurrir a la creacioacuten de
subcircuitos El principal inconveniente es que soacutelo se puede utilizar para la simulacioacuten
de circuitos digitales no permitiendo una simulacioacuten con circuitos electroacutenicos
analoacutegicos y temporales Paacutegina web httpwwwa-rostinde
TKGate aplicacioacuten para la simulacioacuten de circuitos puramente digitales con una
interfaz de uso muy sencilla de utilizar En la paacutegina web se puede consultar una
documentacioacuten online (httpwwwtkgateorg18indexhtml) Se puede disponer no
solo de puertas baacutesicas (AND OR XOR etc) sino tambieacuten de transistores NMOS y
PMOS buffer triestado componentes para unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) (sumadores
desplazadores o mutiplicadores) y elementos de memoria (registros RAM y ROM)
Permite la simulacioacuten de disentildeos con miprocesadores o emular un sistema informaacutetico
Paacutegina web httpwwwtkgateorg
Todas las aplicaciones comentadas son de faacutecil instalacioacuten en distribuciones Ubuntu utilizando el
repositorio con aplicaciones (Gestor de paquetes synaptic)
POSIBLES APLICACIONES
Para no extenderse en el artiacuteculo se va a mostrar un pequentildeo disentildeo realizado con la aplicacioacuten
Qucs como muestra de varias de sus posibilidades Se ha decido mostrar soacutelo la utilizacioacuten de
Qucs aunque no dispone de una herramienta de creacioacuten de placas de circuito impreso como en
gEDA porque tanto el modo de mostrar los resultados de la simulacioacuten como su manejo es
mucho maacutes faacutecil e intuitivo en parte por no tener que recurrir a tener que cambiar de
aplicaciones (una para editar el esquemas y otra para la simulacioacuten) Ademaacutes actualmente Qucs
estaacute disponible tanto en Windows como en varias distribuciones Linux
El circuito base elegido para mostrar alguna de las posibilidades que ofrece Qucs consta de una
fuente de alimentacioacuten lineal con dispositivo regulador mediante el dispositivo integrado LM317
Todo ello con elementos muy faacuteciles de encontrar por si el lector finalmente se atreve a realizar
el montaje
Se ha distribuido en varios subapartados con el fin de que resulte mucho maacutes aclaratorio para el
lector y asiacute obtenga una visioacuten general de la aplicacioacuten o lo que es maacutes que lo considere uacutetil y
comience a utilizarlo
INTRODUCCIOacuteN A QUCS
Qucs es un simulador de circuitos con una interfaz graacutefica La primera vez que se pone en
marcha Qucs crea el directorio ldquoqucsrdquo dentro de su directorio ldquohomerdquo en las distribuciones Linux
y en ldquoArchivos de programardquo en Windows Todos los archivos se graban en este directorio por
defecto aunque podraacute guaacuterdalos en cualquier otra ubicacioacuten en el caso de crear un proyecto (que
consiste en una serie de ficheros que se guardan en un subdirectorio) Si se encuentran en dicha
carpeta al iniciar Qucs estaraacuten disponibles automaacuteticamente en la ventana de proyectos
Cuando se ejecuta Qucs se veraacute la ventana principal (Figura 5) en donde
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
8copy Miguel Pareja Aparicio
En el lado derecho hay un aacuterea de trabajo (6) que contiene los esquemas visores de
datos etc Si usa las pestantildeas (5) sobre esa aacuterea puede cambiar con rapidez entre los
documentos que se encuentren abiertos
A la izquierda de la ventana principal de Qucs hay otra aacuterea (1) cuyo contenido
depende de la seleccioacuten de las pestantildeas que se encuentran en su parte superior
Proyectos (2) Contenido (3) y Componentes (4) Despueacutes de ejecutar Qucs la
pestantildea de Proyectos (2) se activa por defecto (la primera vez que se abra esta
aacuterea estaraacute vaciacutea)
Los controles son similares a los de cualquier aplicacioacuten de edicioacuten graacutefica pudieacutendose manejar
en las ventanas comentadas en los paacuterrafos anteriores Es conveniente a la hora de realizar un
trabajo o disentildeo crear un nuevo proyecto para que asiacute se encuentre estructurado y de faacutecil
acceso
Figura 5- Ventana principal de QUCS
Una vez creado el fichero (de extensioacuten sch) apareceraacute una nueva solapa (5) y a partir de ese
punto hay que antildeadir todos los componentes que se encuentran en la pestantildea de componentes
(4) A continuacioacuten hay que proceder a unirlos pulsando el botoacuten de ldquoCablerdquo de la barra de
herramientas o utilizando el menuacute principal ldquoInsertarCablerdquo Para ello primero hay que clicar en
el terminal desde el cual parte el cable hasta el terminal del componente a interconectar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 9
Los componentes se encuentran distribuidos en varias libreriacuteas en funcioacuten de su utilizacioacuten y
caracteriacutesticas componentes sueltos (elementos pasivos) fuentes sondas etc Ver para maacutes
detalle el siguiente enlace httpqucssourceforgenetcomponentsshtml
El primer ejemplo que se muestra es el esquema de la figura 6 en donde se aprecian los
esquemas rectificadores de media onda y de onda completa El esquema se encuentra
estructurado en dos partes una fuente de corriente alterna que emularaacute la sentildeal que llega a los
rectificadores y la configuracioacuten con diodos (caracteriacutesticas por defecto de los diodos
disponibles) Cada configuracioacuten se complementa con dos graacuteficas que se encuentran en la parte
inferior de cada circuito para ver la sentildeal rectificada
La resistencia se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo la fuente de corriente alterna
en la libreriacutea de ldquofuentesrdquo y los diodos se encuentran en la libreriacutea de ldquocomponentes no idealesrdquo
Para realizar la simulacioacuten hay que colocar en la ventana principal (6) los componentes que
sirven para configurar la simulacioacuten (libreriacutea simulaciones) En este caso se utiliza un anaacutelisis
temporal que se calcule y se muestre en las graacuteficas durante un tiempo determinado por dos
periacuteodos de la sentildeal de entrada (tomando como referencia la frecuencia de la red eleacutectrica de 50
hercios lo que se traduce en un tiempo maacuteximo de simulacioacuten de 40 milisegundos)
Figura 6- Simulacioacuten circuitos rectificadores
El circuito se puede ampliar incluyendo el circuito de filtrado y de regulacioacuten o estabilizacioacuten El
circuito maacutes simple para el filtrado es el constituido por un condensador electroliacutetico conectado en
paralelo con la carga Asiacute observamos coacutemo la sentildeal que se puede ver en las graacuteficas de la figura
6 es filtrada y coacutemo con el condensador se consigue reducir el rizado
Por ejemplo en la figura 7 se le ha antildeadido al rectificador de onda completa un condensador
cuyo valor variacutea entre 3 cifras Para ello se incluye en la simulacioacuten el anaacutelisis parameacutetrico que
permite repetir la simulacioacuten variando alguacuten paraacutemetro en el circuito a simular En este caso el
condensador de filtrado tomaraacute los diferentes valores 1000μF 2000μF y 3000μF para observar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
8copy Miguel Pareja Aparicio
En el lado derecho hay un aacuterea de trabajo (6) que contiene los esquemas visores de
datos etc Si usa las pestantildeas (5) sobre esa aacuterea puede cambiar con rapidez entre los
documentos que se encuentren abiertos
A la izquierda de la ventana principal de Qucs hay otra aacuterea (1) cuyo contenido
depende de la seleccioacuten de las pestantildeas que se encuentran en su parte superior
Proyectos (2) Contenido (3) y Componentes (4) Despueacutes de ejecutar Qucs la
pestantildea de Proyectos (2) se activa por defecto (la primera vez que se abra esta
aacuterea estaraacute vaciacutea)
Los controles son similares a los de cualquier aplicacioacuten de edicioacuten graacutefica pudieacutendose manejar
en las ventanas comentadas en los paacuterrafos anteriores Es conveniente a la hora de realizar un
trabajo o disentildeo crear un nuevo proyecto para que asiacute se encuentre estructurado y de faacutecil
acceso
Figura 5- Ventana principal de QUCS
Una vez creado el fichero (de extensioacuten sch) apareceraacute una nueva solapa (5) y a partir de ese
punto hay que antildeadir todos los componentes que se encuentran en la pestantildea de componentes
(4) A continuacioacuten hay que proceder a unirlos pulsando el botoacuten de ldquoCablerdquo de la barra de
herramientas o utilizando el menuacute principal ldquoInsertarCablerdquo Para ello primero hay que clicar en
el terminal desde el cual parte el cable hasta el terminal del componente a interconectar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 9
Los componentes se encuentran distribuidos en varias libreriacuteas en funcioacuten de su utilizacioacuten y
caracteriacutesticas componentes sueltos (elementos pasivos) fuentes sondas etc Ver para maacutes
detalle el siguiente enlace httpqucssourceforgenetcomponentsshtml
El primer ejemplo que se muestra es el esquema de la figura 6 en donde se aprecian los
esquemas rectificadores de media onda y de onda completa El esquema se encuentra
estructurado en dos partes una fuente de corriente alterna que emularaacute la sentildeal que llega a los
rectificadores y la configuracioacuten con diodos (caracteriacutesticas por defecto de los diodos
disponibles) Cada configuracioacuten se complementa con dos graacuteficas que se encuentran en la parte
inferior de cada circuito para ver la sentildeal rectificada
La resistencia se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo la fuente de corriente alterna
en la libreriacutea de ldquofuentesrdquo y los diodos se encuentran en la libreriacutea de ldquocomponentes no idealesrdquo
Para realizar la simulacioacuten hay que colocar en la ventana principal (6) los componentes que
sirven para configurar la simulacioacuten (libreriacutea simulaciones) En este caso se utiliza un anaacutelisis
temporal que se calcule y se muestre en las graacuteficas durante un tiempo determinado por dos
periacuteodos de la sentildeal de entrada (tomando como referencia la frecuencia de la red eleacutectrica de 50
hercios lo que se traduce en un tiempo maacuteximo de simulacioacuten de 40 milisegundos)
Figura 6- Simulacioacuten circuitos rectificadores
El circuito se puede ampliar incluyendo el circuito de filtrado y de regulacioacuten o estabilizacioacuten El
circuito maacutes simple para el filtrado es el constituido por un condensador electroliacutetico conectado en
paralelo con la carga Asiacute observamos coacutemo la sentildeal que se puede ver en las graacuteficas de la figura
6 es filtrada y coacutemo con el condensador se consigue reducir el rizado
Por ejemplo en la figura 7 se le ha antildeadido al rectificador de onda completa un condensador
cuyo valor variacutea entre 3 cifras Para ello se incluye en la simulacioacuten el anaacutelisis parameacutetrico que
permite repetir la simulacioacuten variando alguacuten paraacutemetro en el circuito a simular En este caso el
condensador de filtrado tomaraacute los diferentes valores 1000μF 2000μF y 3000μF para observar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 9
Los componentes se encuentran distribuidos en varias libreriacuteas en funcioacuten de su utilizacioacuten y
caracteriacutesticas componentes sueltos (elementos pasivos) fuentes sondas etc Ver para maacutes
detalle el siguiente enlace httpqucssourceforgenetcomponentsshtml
El primer ejemplo que se muestra es el esquema de la figura 6 en donde se aprecian los
esquemas rectificadores de media onda y de onda completa El esquema se encuentra
estructurado en dos partes una fuente de corriente alterna que emularaacute la sentildeal que llega a los
rectificadores y la configuracioacuten con diodos (caracteriacutesticas por defecto de los diodos
disponibles) Cada configuracioacuten se complementa con dos graacuteficas que se encuentran en la parte
inferior de cada circuito para ver la sentildeal rectificada
La resistencia se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo la fuente de corriente alterna
en la libreriacutea de ldquofuentesrdquo y los diodos se encuentran en la libreriacutea de ldquocomponentes no idealesrdquo
Para realizar la simulacioacuten hay que colocar en la ventana principal (6) los componentes que
sirven para configurar la simulacioacuten (libreriacutea simulaciones) En este caso se utiliza un anaacutelisis
temporal que se calcule y se muestre en las graacuteficas durante un tiempo determinado por dos
periacuteodos de la sentildeal de entrada (tomando como referencia la frecuencia de la red eleacutectrica de 50
hercios lo que se traduce en un tiempo maacuteximo de simulacioacuten de 40 milisegundos)
Figura 6- Simulacioacuten circuitos rectificadores
El circuito se puede ampliar incluyendo el circuito de filtrado y de regulacioacuten o estabilizacioacuten El
circuito maacutes simple para el filtrado es el constituido por un condensador electroliacutetico conectado en
paralelo con la carga Asiacute observamos coacutemo la sentildeal que se puede ver en las graacuteficas de la figura
6 es filtrada y coacutemo con el condensador se consigue reducir el rizado
Por ejemplo en la figura 7 se le ha antildeadido al rectificador de onda completa un condensador
cuyo valor variacutea entre 3 cifras Para ello se incluye en la simulacioacuten el anaacutelisis parameacutetrico que
permite repetir la simulacioacuten variando alguacuten paraacutemetro en el circuito a simular En este caso el
condensador de filtrado tomaraacute los diferentes valores 1000μF 2000μF y 3000μF para observar
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
10copy Miguel Pareja Aparicio
coacutemo afecta dicho valor sobre la tensioacuten de salida (es decir sobre el rizado que se mayor o
menor) El condensador se encuentra en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo y la configuracioacuten
del anaacutelisis parameacutetrico en la libreriacutea de ldquosimulacionesrdquo
Figura 7- Simulacioacuten del circuito de filtrado
LIBRERIacuteA DE COMPONENTES
Qucs dispone de unas libreriacuteas que complementan a las mostradas en la pestantildea de componentes
(4) Eacutesta se encuentra en el menuacute principal ldquoHerramientasLibreriacuteas de componentesrdquo Este
conjunto de componentes se ha constituido a partir de las libreriacuteas base pero pretende modelar
componentes reales Por ejemplo escoge el diodo que hemos utilizado en el apartado anterior
para el rectificador y se modifican sus paraacutemetros para que se ajusten a un diodo rectificador
(por ejemplo el 1N4007)
En este segundo ejemplo se pretende antildeadir a la fuente de alimentacioacuten lineal anterior
(rectificador maacutes filtrado) un bloque estabilizador con el LM317 que se encuentra dentro de la
libreriacutea de ldquoRegulatorsrdquo El resultado se muestra en la figura 8 en donde se observa una captura
de la ventana de seleccioacuten de la libreriacutea de componentes La simulacioacuten se configura para que se
muestren los valores en una graacutefica durante 40 milisegundos
Hasta ahora se ha mostrado la simulacioacuten en una serie de graacuteficas con unas escalas en las que
parece que no se pueden ver con exactitud los resultados Para resolverlo tambieacuten se dispone de
la opcioacuten de ver los resultados en una tabla Ambos componentes se encuentran en la libreriacutea de
ldquodiagramasrdquo y ofrecen la posibilidad de ajustar el tamantildeo en funcioacuten de lo que se vaya a mostrar
o que se muestra en una nueva ventana tras la simulacioacuten Asiacute en la figura 9 se muestran
ambas formas de visualizacioacuten de los resultados de la simulacioacuten la graacutefica se ha ajustado para
visualizar el rizado en el condensador y en la tabla se muestran los valores de tensioacuten antes y
despueacutes del regulador
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 11
Figura 8- Simulacioacuten fuente de alimentacioacuten con LM317
Figura 9- Ver resultados de simulacioacuten
SUBCIRCUITOS
Los subcircuitos se usan para dar maacutes claridad a un esquema Es muy uacutetil en circuitos muy
grandes o en circuitos en los que aparece un mismo bloque de componentes varias veces como
por ejemplo ocurre con el modelo de una ceacutelula fotovoltaica para ver los efectos de asociacioacuten en
serie yo paralelo o la constitucioacuten de un moacutedulo fotovoltaico
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
12copy Miguel Pareja Aparicio
En Qucs cada esquema que contenga una conexioacuten de subcircuito seraacute considerado como un
subcircuito en el esquema principal Las conexiones del subcircuito se pueden realizar a traveacutes de
la barra de herramientas en la libreriacutea de ldquocomponentes sueltosrdquo o en el menuacute principal
ldquoInsertarInsertar conexioacutenrdquo Una vez colocadas las conexiones del subcircuito (por ejemplo dos)
y guardado el esquema (pulse CTRL+S) apareceraacute el texto 2-port (en el caso de dos
conexiones) a la derecha del nombre del esquema (en la columna ldquoNotardquo) El siacutembolo baacutesico
consiste en un cuadro con tantas conexiones como componentes de conexioacuten se hayan incluido
A partir de dicho siacutembolo se puede modificar y ajustar a un aspecto maacutes atractivo utilizando los
componentes de la libreriacutea ldquopinturasrdquo de manera que cada vez que se antildeada a un nuevo disentildeo
se mostraraacute el siacutembolo creado Para acceder a la edicioacuten del siacutembolo hay que abrir el fichero que
contiene el subcircuito y pulsar F9 despueacutes puede salir del subcircuito pulsando F9 para volver a
la edicioacuten del subcircuito (tambieacuten se puede realizar desde el menuacute principal en ldquoArchivordquo)
El resultado de la simulacioacuten con subcircuitos es el mismo que con todos los componentes pero
con un aspecto maacutes claro Para facilitar su comprensioacuten lo uacutenico que habraacute que tener en cuenta
es que aunque el circuito final sea maacutes sencillo en realidad se dispone de un circuito mayor con
lo que puede aumentar el tiempo de simulacioacuten
Se puede utilizar el subcircuito haciendo clic sobre el fichero que lo contiene y a continuacioacuten
sobre el aacuterea de trabajo del fichero en el cual se desee utilizar el subcircuito En la figura 10 se
presenta un ejemplo en donde se muestra el subcircuito con sus conexiones el siacutembolo creado
y el resultado de su utilizacioacuten
Figura 10- Subcircuito fuente de alimentacioacuten
No se ha mostrado el proceso de disentildeo utilizado para la eleccioacuten de los valores de las
resistencias que determinan la tensioacuten de salida de la fuente de alimentacioacuten asiacute como las
condiciones a tener en cuenta para su disentildeo (que pueden hacer variar los valores entregados
por la fuente de alimentacioacuten puesto que dependen de la carga conectada) Puede utilizar la
siguiente aplicacioacuten de caacutelculo gratuita que le permitiraacute dimensionar (eleccioacuten valores de
resistencia) el circuito estabilizador con el LM317
httpwwwulrichradigdehomeuploadsFileLM317CalcLM317Calczip
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades
Software libre y simulacioacuten de circuitos electroacutenicos
copy Miguel Pareja Aparicio 13
Cuando se descarga se dispone de un fichero ejecutable que se ejecuta sin necesidad de
instalacioacuten previa en el ordenador
CONCLUSIOacuteN
Muchas veces el proceso formativo requiere una cantidad considerable de componentes que
permitan establecer el comportamiento de ciertos circuitos tiacutepicos En algunos casos se puede
recurrir a disentildeos modulares kits de montaje o circuitos premontados en otras ocasiones si el
circuito es muy especiacutefico se recurre a simular su funcionamiento a traveacutes de software En el
campo del disentildeo electroacutenico el hecho de disponer de un software que permita emular el
comportamiento de un circuito antes de la elaboracioacuten del prototipo permite en cierto grado la
verificacioacuten de que dicho circuito reuacutene las caracteriacutesticas que condicionan su disentildeo asiacute como
una reduccioacuten del tiempo de verificacioacuten o comprobacioacuten del circuito ya montado fiacutesicamente En
el campo docente se dispone de un valor antildeadido para el estudio de circuitos con la disposicioacuten
de gran cantidad de material con unos pocos clics de ratoacuten y la seguridad de trabajar con ciertos
circuitos que en el laboratorio requieren unos valores de tensioacuten e intensidad peligrosos ademaacutes
de disponer de la posibilidad de antildeadir al circuito componentes externos sin necesidad de tener
acceso al laboratorio De manera que un alumno no tiene por queacute disponer en su domicilio de
instrumentacioacuten de medida (fuente de alimentacioacuten osciloscopio o generador de funciones) o
equipos que suministren energiacutea (bateriacuteas pilas ceacutelulas fotovoltaicas etc) principalmente por
su elevado coste econoacutemico Ademaacutes la utilizacioacuten de software especiacutefico para realizar pruebas
yo simulaciones sirve para que los alumnos refuercen los conocimientos teoacutericos o como un
trabajo previo al montaje en el laboratorio
Una vez vista la principal ventaja con una simple buacutesqueda por internet se puede localizar una
gran cantidad de documentacioacuten y acceso a software Pero para personal que no se dedica
profesionalmente a la realizacioacuten de disentildeos en electroacutenica (aficionados informaacuteticos
estudiantes etc) el acceso al software de pago puede suponer un gasto notable del cual no va
realmente a obtener beneficio En consecuencia se puede recurrir a la utilizacioacuten del denominado
software libre Pero aquiacute surge un nuevo inconveniente y es que hay una gran cantidad de
aplicaciones incluso de distribuciones de Linux especiacuteficas para la eleccioacuten de una u otra
entonces iquestcuaacutel escoger En este artiacuteculo se ha pretendido dar una posible respuesta mostrando
algunas de las aplicaciones maacutes extendidas en este campo de la simulacioacuten electroacutenica y
mostrando un ejemplo para que el lector pueda ver su utilidad Finalmente se ha focalizado en
Qucs por considerar que dispone de ciertas ventajas respecto a sus competidores destacando su
facilidad de manejo y las posibilidades que ofrece tanto en simulaciones como en presentacioacuten
sin olvidar la posibilidad multiplataforma que le antildeade versatilidad Ahora no le queda maacutes al
lector que probar las aplicaciones aquiacute mostradas y decantarse por una u otra En realidad no
hay unas mejores o peores sino que se trata de encontrar la que mejor se ajuste a nuestras
necesidades