Orcad Capture 16.6 versiolla tehdyt käyttöohjeet. Jaakko Kaski- (Ohjetta saa vapaasti käyttää opetukseen ja opiskeluun OAMK/Tekniikan yksikössä)

Transkriptio

1 Orcad Capture 16.6 versiolla tehdyt käyttöohjeet. Jaakko Kaski- (Ohjetta saa vapaasti käyttää opetukseen ja opiskeluun OAMK/Tekniikan yksikössä) Sähköisesti saatavilla: %2b%2b4FZqfhf7UtKGzhYRSuXNK6SKx3XTED5M%3d&docid=0f40e58626ac247d1be4ef53b962db1db DC-kytkennän simulointi Tässä simulointityypissä piirretään DC-kytkentä ja tehdään sille pelkkä Bias Point -tyyppinen simulointi. Tuloksena virrat, jännitteet ja tehot. Luodan uusi projekti File/New project (älä käytä nimissä ääkkösiä, eikä erikoismerkkejä; Analog-tyyppinen ja selaa polku oikeaan paikkaan)

2 Lähdetään liikkeelle puhtaalta pöydältä, ei siis käytetä vanhaa pohjaa OK-painalluksen jälkeen päästään piirtämään kytkentää. Pikapainakkeet on oikealla ylhäällä Place Part antaa komponentit ja Place Wire antaa kaapelit. Place Ground maadoittaa ja 1. käyttökerralla joutuu yleensä valitsemaan kirjastot. Kirjastot saa Libraries-tekstin vierestä Add libraries, josta kannattaa valita ainakin analog_p ja source ja special-kirjastot. Jos et löytä etsimääsi komponenttia, voit periaatteessa valita kaikkikin kirjastot.

3 Komponentti valitaa hiirellä tuplaklikkaamalla Part List -listalta ja klikataan piirtoikkunaan: Piirretään seuraavanlainen kytkentä muista maadoittaa! 1 R1 2 1 R Vdc V1 1 R3 7 1 R4 9 R ja ohjelmanäkymä on:

4 Seuraavaksi luodaan simulointiprofiili PSpice/New simulation profile ja tälle ei tarvi kuin valita Bias Point -analyysityyppi

5 OK ja käynnistetään simulointi nuolinapista tai PSpice-valikosta. Avautuva ikkuna ilmoittaa virhetyypit jos niitä on ja jos ei ole niin näkymä on tämä:

6 Tämän ikkunan voi sulkea ja tarkastella V, I ja W-painakkeiden avulla tuloksia:

7 Tästä voi päätellä, että esim. vastuksen R3 jännite on 4,338V 3,309V = 1,029V. Teho sille näyttää olevan 151,4mW, jonka voi vielä varmistaa: 1,029V * 147,1mA = 151,366mW täsmää HUOMAA, ETTÄ VOLTIT OVAT POTENTIAALEJA!!!! Komponentin jännite on siis napojen välinen potentiaalien erotus. ihan kuten oskilloskooppimittauksessakin nähdään potentiaalit, ei suoraan jännitteitä.

8 Transienttisimulointi Transienttisimuloinnissa kytkentä simuloidaan ajan funktiona. Näkymä vastaa siis oskilloskoopin antamaa näkymää ja tuloksetkin jännitteiden osalta otetaan näkyviin samalla tavalla, eli potentiaalien erotuksesta. Skooppi mittaa potentiaalia yhdellä kanavalla ja jännite vaatii kahden kanavan erotusta, jos komponentin kumpikaan napa ei satu olemaan suoraan maadoitettuna. Orcadissä tämä toteutetaan myös laskennallisesti, eli kahden potentiaalin erotuksena. Vaihtovirtapiiri ajan funktiona Käytetään jännitelähdettä VSIN, joka kaksoisnapautetaan auki ja säädetään kaikki kuvassa näkyvät arvot kohdalleen. Kondensaattori on C ja kela on L. Huomaa, että RL kuvaa kelan sisäresistanssia, joka kelalla aina on olemassa johtuen hirmuisen pitkästä ja ohuesta kuparilangasta, josta kelat tehdään. Uusi projekti:

9 Uudelta pohjalta: DESIMAALIEROTTIMENA KÄYTETÄÄN PISTETTÄ!!!! C R nF L1 0.3H VOFF = 0 VAMPL = FREQ = 1000 AC = 5 DC = 0 V1 2 1 RL PSpice/New simulation profile: 0 0

10 Oletuksena onkin valmiiksi Transientti -simulointi, joten riittää säätää simulointiaika sopivaksi 1000Hz:n syöttötaajuudelle 15ms:n simulointiajan pitäisi antaa 15 jakson näkymä. Maximum step size - ominaisuudella pakotetaan aikasteppi hyvin lyhyeksi, jotta tulos tulee riittävällä tarkkuudella lasketuksi. 3u tarkoittaa 3 mikrosekuntai, eli u on mikron lyhenne! Kun simulointi on valmis, avautuu tulosten tarkastelu ikkuna.

11 Trace valikosta valitaan Add Trace ja katsotaan malliksi kondensaattorin jännitettä, joka saadaan: V(C1:1) V(C1:2) eli ykkösnavan potentiaali kakkosnavan potentiaali.

12 Tuloksena saadaan kuvaaja, jolle voidaan nuolimerkki valitsemalla ottaa kursori käyttöön. Maksimi - painakkeella löytyy käyrältä maksimi. Oikeanpuoleisin pikapainake Mark Label merkitsee kohdan. Akselinumeroita klikkaamalla voit säätää näyttöä siistimmälle. Kuvasta nähdään, että alussa kytkentä käynnistyy (Transientti viittaa muutokseen, kytkentäil miöön). Kolmannesta huipusta alkaen kytkentä toimii normaalisti tasaantuneena AC-vaihtovirtapiirinä. Merkitty kohta antaa: (x-arvo, y-arvo), eli tässä kuvassa (aika,voltit). Huippuarvo on 10,903V, eli siitä saadaan tehollisarvo jakamalla 2 0,5 :llä. Tuloksena: 7,710V, joka on vertailukelpoinen yleismittarilukeman kanssa! Oskilloskoopilla tätä vastaava näky saataisin seuraavasti: CH1-kanava kytketään kondensaattorin napaan 1. CH2-kanava konkan napaan 2. Kummallekin kanavalle sama pysty-jakoväli (5V/ruutu jos valinta 2V/ruutu ei mahdu kuvaan). Math-valikosta valitaan CH1-CH2 ja tulos vastaa yo. näkymää.

13 Tuotetaan vielä näkymä, jossa lukijan ei tarvi laskeskella tehollisarvoja komponenttien jännitteille. Plot/Add Plot lisää uuden kuvaajapohjan ruutuun. (Jos haluat samaan kuvaan eri ominaisuuksia, niille voit käyttää eri y-akseleita. Tällöin käytetään Add Y-axis toimintoa.) Kytkennästähän saataisiin lisäksi simuloinnista ja mittauksillakin yhdistelmäjännitteet: U C +U R ja U R +U kela. HUOMAA, ETTÄ KELAN U L JA U RL EIVÄT OLE MITATTAVISSA ERIKSEEN. Simuloinnista nekin toki voitaisiin erottaa.

14 AC-sweep Tässä simuloinnissa kytkentää tarkastellaan taajuuden funktiona. Taajuus asetetaan siis muuttujaksi jota pyyhkäistään laidasta laitaan halutulla alueella. Edellisessä esimerkissä taajuus oli syöttöjännitteellä kiinteästi 1000Hz, mutta tässä saman kytkennän toimintaa tarkastellaan taajuusalueella 1Hz 10kHz. Tarkastelu kannattaa tehdä logaritmisella taajuus-otoksella, jolloin ikkunaan mahtuu laajempi dekadialue samalla kertaa. 1Hz 10Hz on yksi dekadi. 10Hz-100Hz on toinen, 100Hz-1kHz on kolmas jne Tuloksena jokainen dekadi piirtyy samanlevyisenä. Käytetään siis samanlaista kytkentää, kuin edellisessä. Vaihdetaan jännitelähde vain yksinkertaisemmaksi, eli JÄNNITELÄHTEENÄ VAC -niminen komponentti. C R nF L1 0.3H 5Vac 0Vdc V RL

15 Simulointiprofiilissa seuraavanlaiset valinnat selvitä mitä ominaisuudet tarkoittavat käytännössä!!! Simuloinnin jälkeen saadaan komponenteille seuraavanlaiset jännitekäyttäytymiset. Kuvasta näkyy miten ne on tuotettu: Tuloksista huomaa mm. sen, että tietyillä taajuusalueilla kela ja kondensaattori voivat saada selvästi syöttöjännitettä suurempia jännitearvoja! Kuvaajan jännitteet ovat nyt tehdollisarvoja, eli jänniteosoitinten

16 suuruuksia. Mitatut vertailuarvot saa yleismittarilla suoraan mittaamalla. Vaihe-erojen paljastamiseen tarvii mittauksissa oskilloskoopin, mutta simuloinnissa osoitinten vaiheet saadaan phase -sanaan viittaavalla p- kirjaimella. Esim. p(i(r1)) antaa R1-vastuksen virran vaiheen asteina. Osoittimen tuottaminen vaatii siis erikseen suuruuden ja erikseen vaiheen selvittämisen. Kursorin kohdistuksessa voi käyttää kiikari-painaketta, joka tottelee käskyjä: Haetaan haluttu korkeus: Haetaan haluttu x-arvo:

17 ACsweep yhdistettynä parametrisimulointiin Parametrisimuloinnilla voidaan optimoida haluttua komponenttia. Esimerksiksi jos halutaan tietyllä C- arvolla hakea resistanssin arvo, joka RC-ylipäästösuodattimena tuottaa 3dB:n päästökaistan rajataajuuden kohtaan 300Hz. Olkoon C=1uF. Syöttöjännitteellä 1V saadaan 3dB:n vaimennuksella ulos 0,707V. Ulostulovastus, R, on siis optimoitavana ja kytkentä on seuraavanlainen: C uF Uout V 1 1Vac 0Vdc V1 PARAMETERS: Rv ariable = 10 2 R1 {Rv ariable} 0 0 Kytkennässä näkyvä parametrilista on komponentti poimittuna Special -kirjastosta. Kaksoisklikkaa lista auki ja lisää New Property-toiminnolla Rvariable-muuttuja listalle. Huomaa, että muuttuja on aaltosuluissa kytkennässä! (KUVASSA NÄYTTÄÄ KUIN Rvariable-tekstissä olisi väli, mutta siinä ei ole!)

18 Muuttujan lisäyksen jälkeen se kannattaa dokumentointimielessä laittaa näkyviin valitsemalla Rvariablesarake ja Display -painakkeesta valitaa sopiva optio:

19

20 Tämän jälkeen asetetaan simulointiprofiilissa AC Sweepille optioksi Parametric Sweep seuraavin asetuksin. Selvitä mitä ne merkitsevät!

21 Simuloinnin jälkeen nähdään tulos: Joka kuitataan OK-painakkeella. Sitten kytkentään valittu Uout- tikkari avaa potentiaalinäkymän (eli ulostulojännitteen) suoraan. Ao. kuvista ensimmäinen on otettu Window/Copy to clipboard, joka tulosteissa toimii paremmin. Toinen on suoraan Alt Gr + Print Scrn toiminnolla. Ruudulla toinen näkyy paremmin ja tulosteessa ensimmäinen Päästötaso (3dB vaimennus) ( , m) Tavoite ( , m) (1.5959K, m) 0.6 R=1000 ohm 0.4 R=100 ohm Hz 10Hz 100Hz 1.0KHz 10KHz V(R1:1) Frequency

22 Kuvaajista havaitaan, että haettu kohta on vastusarvojen R=1000 ja R=100 välissä, joten seuraava simulointi olisi tarkemmalla seulalla tälle välille simulointiprofiilin Parametric sweep-arvoja säätämällä. Jokainen käyrä siis vastaa yhtä R-arvoa.