Qucs Studio es un software de simulación de circuitos electrónicos con funcionalidades múltiples capaz de abordar diversos desafíos que enfrentan los diseñadores.
Entre sus características, la funcionalidad de «análisis de Monte Carlo», que permite realizar análisis que incorporan incertidumbres como las tolerancias de los componentes y las variaciones de fabricación, destaca como uno de los atractivos notables de Qucs Studio. Este blog presenta la importancia del análisis de Monte Carlo teniendo en cuenta las variaciones en el diseño de circuitos y cómo practicarlo en Qucs Studio.
¿Qué es el análisis de Monte Carlo?
El análisis de Monte Carlo es un método de cálculo numérico que utiliza muestras aleatorias o números aleatorios para analizar problemas que incluyen variables probabilísticas. Este método es particularmente efectivo en el diseño de circuitos electrónicos para predecir cómo las tolerancias de los componentes y las variaciones de fabricación afectan el rendimiento general.
¿Por qué es importante el análisis de variaciones?
Los componentes electrónicos inevitablemente presentan variaciones desde sus valores especificados debido a limitaciones en los procesos de fabricación y las características del material. Estas variaciones pueden tener un impacto significativo en el rendimiento del circuito completo, por lo que es esencial considerar estos factores con antelación en diseños que requieren un control preciso. La funcionalidad de análisis de Monte Carlo en Qucs Studio permite simular incluyendo estas incertidumbres, contribuyendo a mejorar la fiabilidad en la etapa de diseño.
Análisis de Monte Carlo en Qucs Studio
En Qucs Studio, es posible configurar fácilmente las tolerancias de los componentes y analizar estadísticamente cómo afectan al rendimiento del circuito completo. Específicamente, se pueden modelar las tolerancias de los componentes y las variaciones de fabricación y, mediante simulación, verificar el impacto de estas variaciones en el rendimiento final del circuito.
El análisis de Monte Carlo es una herramienta poderosa para entender claramente las incertidumbres que enfrentan los diseñadores y lograr el desarrollo de productos más prácticos y fiables. Utilicemos Qucs Studio para buscar simultáneamente la fiabilidad y la eficiencia.
En este artículo, introduciremos el análisis de Monte Carlo paso a paso. Como un ejemplo específico, explicaremos de manera sencilla el análisis de un simple circuito divisor de voltaje.
Diseño del circuito
- Fuente de alimentación: Preparar una fuente de alimentación de CC de 5V.
- Resistencias: Colocar dos resistencias (R1 y R2). Estas resistencias se conectarán en serie a la fuente de alimentación.
Primero, establecemos las tolerancias de R1 y R2 usando la función tol. Por ejemplo, al configurar tol(1k, 5), podemos aplicar una tolerancia del 5% (desviación estándar expresada en porcentaje) a una resistencia de 1kΩ.
Ejecución del análisis de CC
Realizamos un análisis de CC para verificar que el circuito funcione según lo previsto.
- Etiquetamos el nodo dividido por las resistencias como “V2”.
- Agregamos y ejecutamos «simulación de CC» desde la pestaña de simulaciones.
- Agregamos «Tabular» desde la pestaña de diagramas y mostramos el voltaje de V2 en formato de tabla.
En este ejemplo, podemos confirmar que el voltaje dividido por R1 y R2 es de 0.5V.
En el análisis de CC normal, la tolerancia establecida (5%) no se considera.
Configuración del análisis de Monte Carlo
A continuación, una vez confirmado el funcionamiento correcto del circuito con el análisis de CC, agregamos el análisis de Monte Carlo.
- Seleccionamos «Monte Carlo» de la pestaña de simulaciones y lo colocamos en el diagrama del circuito.
- Configuramos los parámetros de Monte Carlo
El sim a analizar será “DC1”, con un número de repeticiones de 1000. - Ejecutamos la simulación.
Esto ejecutará la simulación de Monte Carlo. La simulación se realizará el número de veces establecido, y en cada ocasión, el valor de las resistencias variará aleatoriamente dentro del rango de tolerancia.
Ejecución y resultados del análisis
Después de la simulación, se puede verificar la distribución estadística del voltaje en el punto medio. Por ejemplo, para una verificación visual, siga estos pasos.
- Seleccionamos «Cartesiano» de la pestaña de diagramas y lo colocamos.
- Configuramos las Propiedades de Gráficos a «V2,V» y establecemos el estilo de visualización a «Círculo».
Con esto, se puede verificar visualmente la distribución de V2.
Conclusión
La verificación previa con el análisis de CC es un paso importante antes de realizar el análisis de Monte Carlo. Esto permite evaluar previamente el impacto de las tolerancias de los componentes en el rendimiento del circuito, permitiendo un diseño de circuito más confiable. Con Qucs Studio, es posible realizar fácilmente estos análisis, facilitando la optimización del diseño.
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