ORCAD-OHJEET TST-LABRAHARJOITUKSIIN OAMK/TEKNIIKAN YKSIKKÖ 5.10.2011 Tämän pikakurssi tavoitteena on perehdyttää oppilaat käyttämään ORCAD-ohjelmistoa TST:ssä ja fysiikan laboratoriotöissä esiintyvien virtapiirien käsittelyyn. Jatko-opiskelu jää jokaisen oppilaan omaehtoisen harjoittelun sekä ammattiaineissa tapahtuvan opiskelun varaan. Tässä yhteydessä käsitellään lyhyesti ohjelmiston yleisiä ominaisuuksia ja lasketaan muutama verkko. SPICE-OHJELMISTON HISTORIAA; SPICE ON SISÄLLYTETTY ORCADIIN. 1 Nimitys SPICE tulee sanoista: Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis. Aluksi ohjelmisto oli analogiapiirien simulointiohjelmisto. Myöhemmin siihen on liitetty myös digitaalipiirit ja sekasimulointi. SPICE on kehitetty Berkeleyn yliopistossa Californiassa julkisella rahoituksella, jonka vuoksi sitä on saatavissa ilmaisena Demo-versiona opetuskäyttöön. Erään arvion mukaan liikkeellä on tuhansia erilaisia tai eri tasoisia SPICE-versiota. Oppilaitoksessa käytetään cad-pohjaiseen versioon Orcad 9.2 Lite, jonka voi löytää myös webistä, koska se on ilmaisohjelma. (http://www.electronics.oulu.fi/opetus/analogiatekniikan_tyo_vanha.html ja ohjeita: www.electronics.oulu.fi/opetus/suod/orcadohje2006.pdf) Koululla on myös maksullinen täysversio muutamalla koneella, esimerkiksi Elelabroissa. ORCAD 9.2 Lite täytyy pyytää ATKtuesta luokkaan, jossa sitä tarvitaan. Viimeksi se on asennettu C:/program files/orcad hakemistoon, josta sen käynnistyskin tapahtuu. Tämä moniste on tehty käyttäen Orcad Pspice v. 9.2 Lite edition-versiota. OHJELMAN KÄYNNISTÄMINEN Ohjelman käynnistetään tuplaklikkaamalla capture.exe kuvaketta polusta C:/program files/orcad/capture/ PROJEKTIN LUOMINEN (kopioitu osin ORCAD-ohjeesta) -Olet käynnistänyt edellisen otsikon alla kuvatun Orcad Capturen -Valitse File -valikosta New>>Project (kuva1) -Valitse projektityyppi (kuva2) ja sopiva tallennuspaikka omasta kansiostasi -Valitaan "Create a blank project", jolloin luodaan kokonaan uusi projekti Orcad Capturen avauduttua nähdään valikko: File, Edit, View, Place, Macro... On mahdollista - laatia uusi piirikaavio - tai avata valmis aiemmin tehty piirikaaviotiedosto.
2 Kuva 1: Projektin luominen Kuva 2: Projektityypin valinta...kuvassa valittu ylin vaihtoehto sopii TST-simulointeihin. Sitten blanck project ja ok.
3 Orcad Capture-piirto-ohjelma on erittäin käyttäjäystävällinen mutta myös äärettömän muototarkka. Kirjastot ovat hyvin kattavia sekä analogia- että digitaalipiirien osalta. Se soveltuu kaiken tyyppisten sähköpiirustusten laatimiseen. Windows-ympäristössä kuvat voidaan siirtää leikepöydän avulla muihin ohjelmiin. Esim laboratoriotyöselostusten kytkentäkaaviot voi helposti tehdä Orcad Capture -piirto-ohjelmalla. 1. PIIRIKAAVION LAATIMINEN JA TASAVIRTAPIIRIN KÄSITTELY TST:n monisteesta löytyy lukuisa joukko sopivia tehtäviä, esim. tehtävät 23, 25, 31, 32, 34, 36, 49 ja 51. Tarkastellaan tehtävää 34. Piirikaavioon tarvitaan muutamia vastuksia, tasajännitelähteitä, maa sekä virta- ja jännitemittarit. Laaditaan kytkentäkaavio: Komponenttien asettelu Piirtäminen voidaan aloittaa hakemalla ensimmäinen komponentti, vastus, valikosta Place -> Part. Kirjoitetaan kysymyslaatikkoon R.
4 MIKÄLI VASTUSTA EI TULE TARJOLLE, valitse "Add Library" ja valitse hakemistosta "PSpice" kaikki kirjastot ja valitse "Open" alla olevan kuvan mukaisesti. Valitaan komponentti klikkaamalla "OK". Sijoitetaan komponentti kaavioon painamalla hiiren vasemmanpuoleista näppäintä. Muut vastukset sijoitetaan samalla tavalla. Painamalla hiiren oikeanpuoleista näppäintä ja valitsemalla "End Mode" saadaan kyseisen komponentin sijoitustoiminta lopetettua. Sijoittele komponentit riittävän väljästi kuvaruudun näytölle, jotta sinne myöhemmin sopii vielä komponentien arvot ja nimet. Komponenttia voi siirtää valitsemalla se yhdellä klikkauksella käyttäen hiiren vasemmanpuoleista näppintä ja tarttumalla siihen kiinni pitäen hiiren vasen näppäin pohjassa siirron ajan. Komponenttia voidaan pyörittää valitsemalla se edellä kerrotulla tavalla ja valitsemalla Edit -> Rotate. Voidaan myös käyttää ^R -näppäilyä komponentin sijoittelun aikana.
Muut komponentit sijoitetaan vastaavasti. Komponentti voidaan hakea myös selaamalla komponenttilistaa tai käyttämällä "Part Search" -toimintoa, jolla komponentti voidaan etsiä eri hakemistoista nimensä perusteella. 5 Place part-valinnannasta löytyvät mm. seuraavat ( ja paljon muita ) valinnat (kirjastot), joihin on syytä tutustua ja joilla yksinkertaiset piirit voidaan käsitellä TST 1:n ja Fysiikan labrojen osalta: ABM.SLB Tarvittavat funktiot - vähän käyttöä TST 1:ssä ANALOG.SLB C, L, R, XFRM LINEAR (= muuntajan kytkentäkerroin ) BREAKOUT.SLB POT ( = potikka ), XFRM NONLINEAR ( = epälineaarinen muuntaja) EVAL.SLB Puolijohdekomponentit,Sw tclose ja Sw topen ( = kytkimet ) PORT.SLB EGND, BUBBLE SOURCE.SLB Lähteet: Paljon käytetyt: VSRC, VSIN, VPULSE, Harvoin käytetyt: ISIN, IPULSE, VEXP, IEXP SPECIAL.SLB PARAM ( = Parametrimuuttuja ) Ylläolevien kirjastojen sisällöt tosin löytyvät kaikki jos valittuina pidetään kaikki kirjastot. Tekstiä voit kirjoittaa piirikaavioon valinnalla Place/Text (shift+t): Tekstin muotoilua voit muuttaa OK:n jälkeen tuplaklikkaamalla tekstiä hiiren vasemmalla napilla. Johdottaminen Komponenttien väliset yhteydet johdotetaan seuraavaksi: Valitse Place -> Wire, kohdistin muuttuu rastiksi. Veto aloitetaan klikkaamalla hiiren vasemman puoleisella näppäimellä komponentin pinniä tai jo piirrettyä vetoa, vedetään linjaa, klikataan mutkissa, päätetään toisen komponentin pinniin tai vetoon klikkaamalla vasemman puoleisella näppäimellä ja lopettamalla linjanvetotoiminto hiiren oikean puoleisella näppäimellä. Johdotustilaan pääsee myös nopeasti shift+w -näppäilyllä.
Virheelliset vedot ja komponentit voidaan poistaa viemällä hiiren kohdistin poistettavaan kohtaan ja klikkaamalla vasemmanpuoleisella näppäimellä komponetti punaiseksi. Sitten valitsemalla valikosta Edit->Cut tai suoraan DEL ja liika poistuu. Komponenttien ominaisuuksien muuttaminen Lähes kaikkiin komponentteihin liittyy joukko parametreja - esimerkiksi vastuksilla niiden tunnus (R2) ja arvo (3 ohmia). Parametrien muuttamiseen on periaatteessa kaksi tapaa: Nopeampi tapa on kaksoisklikata komponentin ominaisuuden arvoa ja kirjoittaa haluttu arvo 6 Hitaampi tapa on kaksoisklikata komponentin symbolia, jolloin saadaan lista kaikista komponentin ominaisuuksista, valitaan haluttu ominaisuus ja muutetaan sen arvoa. Tämä tapa on ainoa mahdollinen haluttaessa muuttaa komponentin piilotettuja ominaisuuksia tai muuttaa ominaisuuksien näkymistä ruudulla tai haluttaessa antaa komponentille uusia ominaisuuksia. Näyttöominaisuudet saa esille valitsemalla näytettävä ominaisuus ja sitten "Display..."
7 Komponenttien numeroarvoja sijoitettaessa käytetään kymmenen potenssien lyhenteitä: piko p nano n mikro u milli m kilo k mega meg giga g tera t Lyhenne voi olla joko pieni tai iso kirjain ja se kirjoitetaan yhteen numeroarvon kanssa; esim. 15.2m, 5k, jne. Se mitä 15.2m tarkoittaa, riippuu komponentista, johon se on liitetty. Se voi siis olla 15.2 mh, 15.2 mv, jne. Desimaalipiste on piste eikä pilkku. HUOM MAADOITUS: Piirikaavio maadotetaan Place/Ground-ikkunasta valitsemalla Sourcekirjason "0". Saatat joutua hakemaan kirjaston: Add Library/PSpice/source.old Virta- ja jännitelähteillä on paljon ominaisuuksia, jotka pitää määritellä, jotta simulointi onnistuisi,. Piilotettujen ominaisuuksien vaihtaminen täytyy tehdä seuraavan kaavan mukaan. Tasajännitelähde tottelee kutsua: Place Part / VSRC
8 Tasajännitteen arvo voidaan vaihtaa suoraan tuplanäpäyttämällä arvoa. Näyttövalintoja voidaan vaihtaa muuttamalla Display Formattia. Analysointi Kun piirikaavio on piirretty, siirrytään sivulla 3 esitettyyn analysointi ( = laskenta ) -toimintaan Pspice/New Simulation Profile ja luodaan uusi Simulointiprofiili:
9 Sitten valitaan sopivat simulointiparametrit: Analysis type: Bias Point Mikäli piirikaaviossa on virheitä, tulee virheluettelo simulointi-ikkunan vasempaan alalaitaan. Ilmoitusten perusteella voi jäljittää virhelähteen.
10 Jännitteet ja piirissä kulkevat virrat voidaan laittaa näkyville työkalurivin "V" ja "I" -painakkeista.. Jännitelähteiden antamat virrat ja kokonaisteho ovat Pspice / View Output File -tiedoston lopussa. VARO TYYPILLISIÄ VIRHEITÄ PIIRIKAVIOSSA!!!!!! Monta komponenttia makaa päällekkäin, nimet ja arvot puuttuvat, johdotus menee liian pitkälle tai komponentin päälle, desimaalipisteenä on pilkku, lyhenteen ja lukuarvon välissä on välilyönti, maa puuttuu, piirikaavio tallennettu sopimattomalla nimellä, jne, jne,...