INTRODUKTION TILL OrCAD

Transkript

1 UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Agneta Bränberg INTRODUKTION TILL OrCAD Laboration E1 ELEKTRO Personalia: Namn: Kurs: Datum: Återlämnad (ej godkänd): Rättningsdatum Kommentarer Godkänd: Rättningsdatum Signatur Kommentarer

2 Nyckelord OrCAD, Capture, PSPICE, simulering. Målsättning Målsättningen är att du ska komma igång med att simulera med OrCAD. När du har genomfört laborationen ska du kunna: Starta programmet Hämta komponenter Placera ut komponenter Ge värden till komponenter Dra ledningar Namnge noder Bestämma vilken analys som ska utföras Starta simuleringen och titta på resultatet med Pspice A/D Teori OrCAD är ett programpaket som bl a innehåller schemaritare (Capture), simulator för analog-, digital och mixedmode-simulering samt kurvritning (PSPICE A/D). Dessutom ingår det ett antal komponentbibliotek. Allt detta är integrerat till ett programpaket. Förberedelseuppgifter Titta igen problem 1, 2 och 3 så att du förstår dem. Beskrivningen av hur du ska rita kretsarna och simulera kommer längre fram i laborationen. Uppgifterna går ut på att variera (svepa) spänning, frekvens eller tid för att ta reda på hur kretsarna fungerar. Ofta kan det räcka med att du simulerar ett exempel för att du ska uppfylla målsättningen ovan. Välj i så fall det du tycker verkar vara mest intressant. 1. Spänningssvep I den första uppgiften vill man svepa likspänningen hos spänningskällan för att se om Kirchoffs spänningslag stämmer. kan tex sättas att variera från V till 1V så att man kan få reda på hur nodspänningarna helan och halvan varierar. Räkna gärna ut vad spänningarna i noderna helan och halvan ska bli när är 5V innan du går vidare. 5Vdc helan ha lvan R2 2

3 2. Frekvenssvep Här vill man kunna svepa frekvensen hos en växelspänningssignal, från en låg frekvens till en hög, för att hitta gränsfrekvensen hos filtret. Man anger en fast amplitud på sinussignalen och sedan ser man till att variera frekvensen. 1 Gränsfrekvensen ges av f =. Det är smart att räkna ut vilken gränsfrekvens filtret får 2πRC 1 1 och ta reda på mellan vilka frekvenser det kan vara lämpligt att variera innan man börjar simulera, så att man är säker på att verkligen få med gränsfrekvensen. 1Vac Vdc C1.1u 3. Tidssvep Den tredje varianten av simulering handlar om att man vill se hur en krets uppför sig när man varierar tiden. Här är det lämpligt att välja en sinuskälla som ger oss en sinussignal med fast amplitud och frekvens. Om man väljer att låta få en amplitud på 15V, en frekvens på 1Hz och en offset på V, dvs =15sinωt, så kommer det att fungera bra. Försök att rita upp hur Uin och Uut kommer att se ut innan du börjar simulera. VOFF = VAMPL = 15V FREQ = 1 D1 D1N ut D2 D1N758 Material OrCAD installerat på en lämplig dator. 3

4 Utförande 1.1. Starta programmet genom att klicka på Capture CIS ikonen, den finns under Start/Program/Cadence PSD När programmet har kommit igång ska du ha en bild som liknar denna på skärmen: Du har tillgång till vanliga menykommandon med spara, öppna, stäng, klipp ut, klistra in osv. Det första du måste göra är att skapa ett nytt projekt. Det gör du genom att klicka på knappen för att göra ett nytt dokument eller välja File New Project. Då får du upp en ruta som ger dig möjligheten att skapa ett nytt projekt. Allt som man gör i OrCAD hänger ihop i ett projekt, därför måste man börja med att ge sitt projekt ett namn. Sedan ska man ange hur man vill skapa projektet, dvs man ser till att Analog or Mixed A/D är markerat. Till slut talar man om var projektet ska ligga. Se till att det hamnar i din hemmakatalog, dvs på H:\ H:\ När man tryckt OK så kommer nästa ruta upp. Rutan heter Create Pspice Project och du ska välja Create based upon an existing project 4

5 I vita textfältet väljer du Simple_all_libs.opj (på så sätt får du automatiskt med alla bibliotek som behövs). Under Design Resources finns ett plustecken, om man klickar på det så expanderas mapp/filstrukturen. Man får bla fram mappen Schematic1. Expandera även den så att du får fram filen PAGE1. Öppna den filen. Börja med att markera allt som finns i den och ta bort det (delete). Förutom vanliga menykommandon av typen file och edit så har man en knapprad till höger. De viktigaste knapparna i den raden och de som du kommer att använda mest är hämta komponent och dra ledning. Dessutom måste du alltid ha med minst en jord i din koppling. Att kunna ge namn till en nod är också praktiskt. För att: Kort kommando Markera Hämta en komponent Dra en ledning Ge namn till en nod Shift+P Shift+W Placera ut jord Följande komponenter kommer du att använda dig av i denna lab: Beteckning Komponent Värde (value attribute) R Resistor Resistans C Kondensator Kapacitans Jord V, Måste finnas med!! VDC Likspänningskälla Likspänning VAC Växelspänningskälla med möjlighet att variera Amplituden frekvensen, jmfr med funktionsgeneratorn. VSIN Växelspänningskälla med fast amplitud och frekvens, används för att svepa tiden, jmfr med oscilloscopet. Amplitud, offset, frekvens. VSRC Generell spänningskälla, kan användas som alla de övriga. Samma som VDC, VAC och VSIN 5

6 1.2. Som sagts tidigare så ska vi titta på tre olika svep. DC Sweep varierar likspänningen (problem 1) AC Sweep varierar frekvensen hos en växelspänning (problem 2) Transient varierar tiden (problem 3) Det kan vara lämpligt att börja med Problem 1. helan ha lvan 5Vdc R Börja med att placera ut komponenterna: R (två stycken), VDC och (jord). Var noga med att se till att du får den jordsymbol som har en nolla bredvid sig, annars fungerar inte simuleringen. Klicka på knappen för att hämta komponenter och skriv in namnet på den komponent du vill placera ut. Placera komponenten genom att klicka med vänster musknapp. Avsluta utplacering av den valda komponenten genom att klicka på höger musknapp. Markera en komponent genom att klicka på den, den blir då rosa. Flytta markerad komponent genom att ta i den och dra iväg den. Ta bort markerad komponent genom att trycka på Delete Fortsätt med att dra ledningar. Klicka på knappen för att dra ledning. Klicka där du vill att ledningen ska fastna, både startfäste och stoppfäste. Om du vill att ledningen ska sluta i tomma intet klickar du med höger musknapp Nästa steg är att ge komponenterna värden. Det finns två sätt att göra detta på. Det enklaste är att dubbelklicka på värdet (default-värdet) som står bredvid komponenten. Och direkt ändra värdet. Det andra är att dubbelklicka på komponenten. Då får du upp en ruta med möjlighet att ändra en hel massa attribut. Skriv in det värde du vill ändra i rutan under exvis VALUE. Kom ihåg att klicka på APPLY efter varje ändring!!!! 1.7. En praktisk detalj är att ge ledningarna, noderna, namn. Det gör du genom att klicka på knappen för att namnge noder. Skriv in det namn du vill ha och klicka sedan på den ledningen som du vill namnge. För att få automatisk visning av exempelvis spänningen i noderna helan och halvan så kan man placera ut så kallade Voltage/Level Markers genom att klicka på följande knapp. och sedan klicka på den nod man är intresserad av exvis helan När du är klar med nätet är det dags att spara det. Spara alltid i din egen hemmakatalog Därefter måste du tala om för programmet vad du vill variera dvs vilket slags svep du vill göra. Titta i den övre menyn, Längst ner till vänster i den så finns det en knapp som ser ut så här 6

7 Om man klickar på den så får man upp följande ruta. Du ska ge simuleringen ett namn, det är för att man ska få en möjlighet att skapa flera olika simuleringar för samma schema. Skriv in namnet och tryck på Create. När simuleringen fått sitt namn får man upp rutan för Simulation Settings. Där börjar man med att välja vilken typ av svep man vill göra under Analysis type. I det här fallet ska man välja DC Sweep, dvs man vill svepa likspänningen När du har bestämt vilken analys som ska utföras och hur den ska utföras är det så dags att simulera. Tryck på och simuleringen går igång. Om det är något fel på nätet får du veta det direkt. Du kan tex få upp en ruta som ser ut så här: 7

8 Felmeddelandet Node NXXXX is floating, betyder att du inte kopplat en korrekt jord till din krets. När allt går som det ska så kommer Pspice A/D igång och du får möjlighet att titta på kurvor. Om du valt att sätta ut Voltage/Level Markers så kommer kurvorna direkt. I annat fall får du tala om för programmet vilka kurvor du vill se. Klicka då på så får du möjlighet att välja vilka kurvor du vill att programmet ska rita åt dig. Nästa exempel gäller hur det ser ut för AC Sweep (problem 2) 1Vac Vdc C1.1u Här är det lämpligt att placera ut en spänningskälla av typen VAC. I simulation settings väljer man AC Sweep/Noise man måste också ange start och stoppfrekvens samt punkter per dekad. Tex så här: 8

9 När man ska titta på kurvan är det i det här fallet (det handlar om filter) lämpligt att presentera den i db (decibel). Klicka på I kolumnen till höger finns det funktioner och macron. Välj DB( ). Se till att markören är mellan parenteserna och välj utsignal från kolumnen till vänster. Har du nu namngett noderna in och ut, så heter utsignalen U(ut) och insignalen U(in). Du får då DB(U(ut)). Se till att markören står mellan de två sista parenteserna och lägg till/. Du får då DB(U(ut)/). Se till att markören stå till höger om / och välj insignalen. Du får då DB(U(ut)/U(in)). Tryck på ok och du får se kurvan. Och det tredje exemplet gällde tidssvep dvs transient analys (problem 3) VOFF = VAMPL = 15V FREQ = 1 D1 D1N ut D2 D1N758 Här är det Vsin som gäller som spänningskälla. Dioderna finns i biblioteket diode.olb. I simulations settings väljer man Time Domain (Transient), dvs man vill svepa tiden. Då får man automatiskt möjlighet att välja sluttid på simuleringen. Om man har en frekvens på 1Hz och vill se tex 3 hela perioder så bör man alltså lägga sig på 3s som sluttid. 9

10 Redovisning Redovisa det din lärare säger åt dig att redovisa. 1