Cómo ejecutar análisis de Monte Carlo en uSimmics (anteriormente QucsStudio) [2026]

Simulación
2024.02.11

Lo que aprenderás

  • El principio del análisis de Monte Carlo y su necesidad en el diseño de circuitos electrónicos
  • Cómo modelar tolerancias de componentes con la función tol
  • El procedimiento de configuración y ejecución del análisis de Monte Carlo en uSimmics (anteriormente QucsStudio)
  • La diferencia con el análisis DC y la importancia de la verificación previa
  • Cómo visualizar y interpretar los resultados estadísticos de la simulación

¿Qué es el análisis de Monte Carlo?

El análisis de Monte Carlo es una técnica numérica que utiliza muestreo aleatorio mediante números aleatorios para analizar problemas con variables probabilísticas. En el diseño de circuitos electrónicos se emplea para predecir estadísticamente cómo afectan las tolerancias de los componentes y las variaciones de fabricación al rendimiento global del circuito.

uSimmics (anteriormente QucsStudio) incluye esta funcionalidad de forma nativa: ejecuta la simulación tantas veces como se indique, variando aleatoriamente cada valor de componente en cada iteración y obteniendo la distribución de resultados.

Por qué es importante el análisis de variabilidad

Los componentes electrónicos presentan inevitablemente desviaciones respecto a sus valores nominales debido a las limitaciones del proceso de fabricación y las propiedades de los materiales. Por ejemplo, una resistencia de 1 kΩ puede variar en un rango de ±5%. Esta variabilidad tiene un impacto significativo en situaciones como:

  • Que la banda de paso o la atenuación de un filtro se desvíe de las especificaciones de diseño
  • Que la tensión de salida de un divisor resistivo supere el rango permitido
  • Que la frecuencia de trabajo de un oscilador o PLL derive

Con el análisis de Monte Carlo se pueden predecir las características en el peor caso durante la producción en serie ya en la fase de diseño, y tomar las medidas oportunas.

Circuito de análisis

En este ejemplo se utiliza un sencillo circuito divisor de tensión.

Configuración del circuito:
– Fuente de alimentación: fuente DC de 5 V
– Resistencias: R1 y R2 en serie
– Nodo intermedio: etiquetado como «V2»

Configuración de tolerancias de componentes (función tol)

En uSimmics (anteriormente QucsStudio) se utiliza la función tol para asignar tolerancias a los valores de los componentes:

tol(1k, 5)

Esta configuración significa «aplicar una tolerancia de desviación estándar del 5% a 1 kΩ». El segundo argumento de la función tol es la desviación estándar (σ) en porcentaje, y define una variación que asume distribución normal.

Paso 1: Verificación del circuito con análisis DC

Antes del análisis de Monte Carlo, verifique el funcionamiento básico del circuito con un análisis DC. Esto permite conocer la salida en el estado ideal sin tolerancias.

  1. Añada la etiqueta «V2» al nodo de división en el esquemático.
  2. Desde la pestaña simulations, coloque una DC Simulation en el esquemático.
  3. Ejecute la simulación.
  4. Desde la pestaña diagrams, seleccione Tabular y colóquelo para mostrar la tensión de V2 en formato de tabla.

En este ejemplo, con R1 y R2 dividiendo en partes iguales, se obtiene V2 = 0,5 V. En un análisis DC convencional, la tolerancia configurada (5%) no se tiene en cuenta.

Paso 2: Añadir y configurar el análisis de Monte Carlo

Una vez verificado el funcionamiento correcto con el análisis DC, añada el análisis de Monte Carlo.

  1. Desde la pestaña simulations, seleccione Monte Carlo y colóquelo en el esquemático.
  2. Haga doble clic sobre el componente Monte Carlo para configurar los parámetros:
  3. sim (simulación objetivo): DC1 (el análisis DC configurado anteriormente)
  4. Número de iteraciones: 1000
  5. Ejecute la simulación.

La simulación se ejecutará el número de veces configurado (1000), y en cada iteración los valores de los componentes tomarán valores aleatorios dentro del rango de tolerancia.

Paso 3: Visualización de los resultados

Para verificar estadísticamente los resultados del análisis de Monte Carlo, la representación gráfica es la más eficaz.

  1. Desde la pestaña diagrams, seleccione Cartesian y colóquelo.
  2. Configure V2,V en las propiedades del gráfico (Graphs Properties).
  3. Cambie el estilo de visualización a Circle.

Esto permite visualizar como diagrama de dispersión la distribución de la tensión V2 en las 1000 iteraciones de simulación. Se puede comprobar de un vistazo cuánto varía la tensión de salida debido a las tolerancias.

Cómo interpretar los resultados

La dispersión de los puntos en el gráfico indica el rango de variación de la salida causado por las tolerancias. Si se trazan las líneas de especificación superior e inferior, se puede visualizar qué porcentaje de unidades cumplirá las especificaciones.

Si la variabilidad supera los límites aceptables, considere las siguientes medidas:

  • Usar componentes de mayor precisión (por ejemplo, pasar de ±5% a ±1%)
  • Revisar las constantes del circuito para reducir la sensibilidad a las variaciones
  • Añadir un circuito de retroalimentación para estabilizar la salida

Conclusión

La verificación con análisis DC es un paso previo importante antes de ejecutar el análisis de Monte Carlo. Aprovechando la funcionalidad de Monte Carlo de uSimmics (anteriormente QucsStudio), es posible evaluar cuantitativamente en la fase de diseño el impacto de las tolerancias en el rendimiento del circuito, logrando diseños más fiables. Es una técnica de análisis fundamental que repercute directamente en la mejora del rendimiento de producción en serie.

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