2. DC-SWEEP, AC-SWEEP JA PSPICE A/D

11 2. DC-SWEEP, AC-SWEEP JA PSPICE A/D Oleellista sweep -sovelluksissa on se, että DC-sweep antaa PSpice A/D avulla graafisia esityksiä, joissa vaaka-akselina on virta tai jännite, AC-sweep antaa PSpice A/D avulla graafisia esityksiä, joissa vaaka-akselina on taajuus, Myöhemmin esitettävä TRANS-sweep antaa PSpice A/D avulla graafisia esityksiä, joissa vaaka-akselina on aika Myöhemmin esitettävä PARAM-sweep antaa edellä esitetyt asiat useammalla muuttujan arvolla 16.10.-95 pidettiin TST 1:n koe, jossa seuraavanlaisessa kytkennässä jännitelähteelle V1 piti hakea lähdejännitteen arvo, jolla R4 = 15 ohmin vastuksessa kulki 10 ma virta. Ratkaisu löytyy käyttäen DC-sweeppiä. Mutta miten???? Ensin laaditaan kytkentä jättäen V1:n arvot auki eli V1 ainoastaan piirretään VSRC-valinnalla.

2.1 DC-SIMULOINTI ja TULOSTEN TARKASTELU PROPELLA Kun kytkentä on piirretty, määritellään DC-simulointi sivun 12 valikosta PSpice > New Simulation Profile > (nimi) > DC Sweep Laskennalle valitaan lineaarinen pyyhkäisy esim. 0.1-1 V 0.001 V välein. Rajat on haettava kokeilemalla. 12 Asetukset saatetaan voimaan Apply- ja OK-komennoilla. Laskenta tapahtuu PSpice/RUN komennolla. Kun kaikki menee hyvin, tuloksia voidaan tarkastella PSpice A/D -ohjelmalla, joka käynnistyy automaattisesti.

13 Mikäli PSpice A/D datatiedosto sisältää useamman kuin yhden simulointityypin tuloksia, ilmestyy ensimmäisenä simulointityypin (AC,DC,Trans) valintapainikkeet sisältävä ikkuna, josta valitaan haluttu tyyppi. Lisätään halutut käyrät: Valitaan Trace -> Add Traces, klikataan esim. I(R4) -> OK, jolloin saadaan R4:n virta jännitteen V1 funktiona.

14 Kursorit PSpice A/D:ssa on erityinen kursoritoiminto, jolla suureen tarkan arvon hakeminen on huomattavasti helpompaa, kuin pelkästään silmämääräisesti arvioimalla. Edellisessä kuvassa työkalurivillä on kursoripainike valittuna ja käyttöön saadaan kaksi kohdistinta, toisen paikan saa vaihdettua hiiren oikean puoleisella ja toisen vasemman puoleisella

näppäimellä. Lukuarvot näkyvät erillisessä ikkunassa. A1-rivillä on jännitteen arvo 378 mv ja virran arvo 10.0 ma. Huom! Voit liittää haluamasi ikkunan Word-dokumenttiin viemällä sen leikepöydälle Alt Gr + Print Scrn näppäinyhdistelmällä. 15 Koordinaattien arvojen merkintä PSpice A/D gaafiin Koordinaattien arvot tulevat graafiin työkalurivin painikkeella, jolloin saat edellä esitetyt kohdistimet haluttuun paikkaan. Arvot näkyvät komennolla Plot/Label/Mark. Ne jäävät koordinaatistoon paikalleen myös työkalurivin pikapainikkeella ja jos haluat poistaa ne niin Delete-komento auttaa. Useita y-akseleita Jos on tarpeen useampi kuin yksi pystyakseli, sen saat komentosarjalla Plot/Add Y axis ja siihen graafin piirtäminen käy edellä esitetyllä tavalla Trace/Add jne. Koordinaatin poistaminen tapahtuu komennolla Plot/Delete Y axis. Koordinaatiston mittakaava Mittakaavaa voi muuttaa Proben ehdottamasta Plot/Axis settings -komennolla. PSpice A/D:n mahdollisuudet PSpice A/D:n näyttövalikkoon on mahdollista kirjoittaa melkein mitä tahansa PSpicen hyväksymiä funktioita. - Tehon saa kertomalla virran ja jännitteen kuvaajat keskenään. - Vaihtovirtapiirien osoitinten reaali- ja imaginääriosat löytyvät komennoilla, jotka ovat muotoa: IR(R) vastuksessa R kulkevan virran realiosa ja I I(R) imaginääriosa, VR(A) pisteen A jännitteen realiosa ja VI(A) pisteen A jännitteen imaginääriosa. - Vaihekulmat ovat muotoa IP(R) ja VP(A ) tai P(I(R)) ja P(V(A)).

16 2.2 AC-SIMULOINTI Esimerkkeinä voidaan tutkia fysiikan laboratoriotöistä tuttuja RLC-resonanssipiirejä tai suodatinpiirejä, joiden resonanssikäyrät ( = virta taajuuden funktiona ), resonanssitaajuudet, rajataajuudet, kaistanleveydet ja vaihekulmat voidaan AC-simuloinnin avulla helposti määrittää. Laaditaan Schematic-piirto-ohjelmalla RLC-sarjaresonanssi-laboratoriotyötä vastaava piirikaavio tai avataan aiemmin laadittu piirikaavio. Komponenttien arvot voivat olla samoja kuin tehdyissä labroissa. Kannattaa muistaa, että Spice A/D ilmoittaa komponenttien napojen potentiaalit, joiden erotuksena saadaan komponenttien jännitteet.

17 Jännitelähde Vsin on muotoa: Tarkempi lähdekuvaus monisteen lopussa liitteenä. Esimerkiksi AC:n arvo voidaan kirjoittaa suoraan kytkentään tuplanäpäytyksellä tai lähteen ominaisuuksiin (kuten yo. kuvassa), jotka saadaan esille tuplanäpäyttämällä hiirellä lähdettä. AC-simulointi määritellään Edit (tai New) Simulation Profile:n kautta, kuten sivulla 14 DCsimuloinnin yhteydessä kuvattiin. Laskennalle valitaan joko logaritminen tai lineaarinen pyyhkäisy, esim. 101 pistettä/dekadi, 100 Hz - 2 khz.

18 Asetukset saatetaan voimaan Apply-ja OK-komennoilla. Laskenta tapahtuu kuten edellä DC-sweepin yhteydessä Run-komennolla (tai pikapainikkeella nuoli oikealle). Spice A/D käynnistyy automaattisesti ja sen mustapohjaisesta koordinaatistosta Trace/Add-komennoilla saat näkyville haluamasi suureen. Seuraavan sivun Spice A/D kuviossa näkyy kondensaattorin yli mitattava jännite, joka tulee valinnalla: V(C1:1)-V(C1:2). Teho (mieti, mikä teho) saadaan valinnalla W(C1). Jännitteiden ja virtojen vaihekulmat tulevat sekä muotoa P(V(A,B), P(I(R)) että muotoa VP(A), IP(R) olevilla komennoilla. Imaginääri osat ovat muotoa VI(A), II(R), VI(A,B), jne.. Realiosat ovat muotoa VR(A), IR(R), VR(A,B), jne. Imaginääriosaan liittyy siis *I(*) -muoto ja realiosaan *R(*) -muoto.

19

20 3. PARAMETRISIMULOINTI ORCAD 9.2 -ohjelmassa pelkkä parametrisimulointi ei onnistu, koska se on eräs DCsimuloinnin optio, eli se täytyy olla yhdistettynä DC-sweeppiin (tai muuhun simulointityyppiin; jos sweeppauksessa vain yksi arvo, parametrimuuttuja tulee vaakaakselille) PSpice/Edit Simulation Profile/Parametric Sweep- valinnan takaa löytyy simulointiohjelma, jolla muuttujalle voidaan antaa vaihtuva arvo. Samalla DC-sweepillä lasketaan piirin ominaisuudet jonkin muun muuttujan funktiona, eli tuloksena saadaan käyrästö, jossa DC-sweep antaa käyrän ja parametrisimuloinnissa olevien muuttuja-arvojen lukumäärä kertoo saatavien käyrien lukumäärän. Esim. edellä tarkastellusssa tehtävässä voidaan jonkin vastuksen resistanssin arvoa vaihdella. Vaihdellaan R3 = 40 ohmin vastuksen arvoa siten, että se saa arvot 10, 20, 30, 40 ja 50 ohmia ja samalla tarkastellaan piirin käyttäytymistä jännitelähteen V1 syöttöjännitteen funktiona. Vaihtelun voi tehdä kahdella tavalla. -MODELEJA käyttäen tai -PARAMETRIMUUTTUJAA käyttäen. Käytetään jälkimäistä tapaa, koska sen käyttö on kätevämpi ja monipuolisempi. Ensin vaihdetaan resistanssin arvo R3 = 40 ohmia arvoksi {RVAR}. Arvo voi olla muutakin, kunhan vaan se on muotoa {jotain}. Aaltosulut ovat välttämättömät.

21 Shift+P/Param- valinnalla haetaan esille parametrimuuttuja. Sijoituksen jälkeen parametrimuuttujan symbolia PARAMETERS klikataan hiirellä kahdesti, jotta saadaan esille parametriominaisuudet, johon lisätään uusi sarake (New Column...), annetaan varioitavan muuttujan nimi ja lähtöarvo, josta tarkastelu alkaa. Valitse luotu kolumni hiirellä ja "Display..." painikkeen avulla laita nimi ja arvo näkyville. Siinä tapauksessa, että haluttaisiin vaihdella toistenkin komponenttien arvoja, täytyy luoda uudet sarakkeet.

22 Edit Simulation Settings -ikkunasta (jonka voi pitää auki) asetetaan seuraavat ominaisuudet: Global parameter-valinnalla asetetaan muuttuvan resistanssin arvot. Start Value on arvo, josta aloitetaan, ja End Value arvo, johon variointi loppuu ja Increment on muutos, jonka välein variointi tapahtuu. Variointi voisi olla lineaarisen asemesta myös vain tiettyjä arvoja koskeva, Value List-valinta. Rasti Parametric Sweep-ruutuun ja OK. Seuraavaksi asetetaan Primary Sweep -optiot:

23 Laskenat suoritetaan PSpice/RUN -komennolla. Tarkasteltavat käyrät voidaan hyväksyä kaikki: Tuloksia voidaan tarkastella valitsemalla Probe-ohjelman Trace/Add Traces -valikosta esim virta vastuksessa R3:

24 Tällöin ohjelma piirtää virtakäyrän eri vastuksen R3 arvoilla. Proben käytöstä lisää myöhemmin. Parametrimuuttujan käyttö onnistuu melkein mihin vain.