Grundlagen der Schaltungssimulation

Transkript

1 Einführung in PSpice und die Gleichgrößensimulation 3 Einführung in PSpice u. Gleichgrößensimulation 1. Grundlagen 2. Das Programm PSpice 3. DC-Simulationen 4. Beispiel für eine Übungsaufgabe 2

2 3.1 Grundlagen Was ist PSpice? Software zur Simulation von elektrischen Schaltungen Spice Simulation Programm with Integrated Circuit Emphasis Übersetzt: Simulationsprogramm mit Schwerpunkt auf integrierten Schaltungen Welche Funktionen bietet PSpice? Spice besteht aus mehreren Komponenten Jede Komponente kann für sich allein verwendet werden Für die Vorlesung interessant sind die Komponenten: Schematics (- Editor): Zur Schaltungseingabe PSpice: Zur Berechnung der Ergebnisse Probe: Zur grafischen Anzeige der Ergebnisse 4

3 3.1.3 Wozu kann PSpice eingesetzt werden? In dieser Vorlesung werden Simulationen von Gleichgrößen (DC-Analyse) Wechselgrößen (AC-Analyse) zeitlichen Größen (TRAN-Analyse) behandelt. Beinhaltet Themen der ersten drei Semester des Studiums in der Fakultät Elektrotechnik Wie können Schaltungen erstellt werden? Spice simuliert ausschließlich mit Netzlisten Netzlisten sind eine Art der Beschreibung von Schaltungen Erzeugung von Netzlisten möglich durch: direkte Erstellung durch Textdatei mit der Endung *.net indirekte Erstellung durch Schaltungseingabe in Schematics Vorteile von Schematics: grafische Darstellung der erzeugten Schaltung einfache Eingabe der Parameter durch Menüs 6

4 3.1.5 Wie ist der Ablauf bei einer Simulation? Wichtige Dateiendungen in PSpice Schaltplan *.sch (Schaltplan und Simulationsparameter) Netzliste *.net (Bauteile und Knoten) Output-Datei *.out (Netzliste, Alias-Liste, Art und Parameter der Analyse, Ergebnisse, Rechenzeit, Fehlermeldungen) Datendatei *.dat (Daten zur grafischen Darstellung) Probedatei *.prb (Konfiguration für die grafische Darstellung) Keine Umlaute in Dateinamen verwenden! 8

5 3.2 Das Programm PSpice Einführungsbeispiel Grundlegende Funktionen in PSpice Standard Schematics Neue Datei, Öffnen, Speichern Drucken, Ausschneiden, Kopieren Rückgängig, Zoomen Edit Ausschneiden, Kopieren Copy to Clipboard 10

6 3.2.3 Bauteile einfügen und verbinden Drawing Stiftsymbole zum verbinden der Bauelemente dünn: einzelne Leitung dick: mehrere Leitungen (Datenbus) Fernglas öffnet das Menü Part Browser später auch direkt über Eingabefeld Wichtige Bibliotheken Analog.SLB Source.SLB Port.SLB Widerstand, Kondensator, Spule Strom- und Spannungsquellen Masse, Bubble Eval.SLB Transistoren, Dioden, Digitalbausteine Special.SLB Strom- und Spannungsdrucker 12

7 3.2.5 Verändern von Bauteileigenschaften Verändern der Werte und der Anzeige: Doppelklick auf zu verändernden Wert Doppelklick auf Bauteil Markieren des Bauteils -> Symbolleiste Drawing -> Edit Attributs Markieren des Bauteils -> Menü Edit -> Attributs Anzeige von Attributen festlegen Doppelklick auf Bauteil -> Change Display -> What to Display Festlegungen von Eigenschaften Zulässige Maßvorsätze in PSpice sind: t = Tera g = Giga meg = Mega k = Kilo m = milli u = mikro n = nano p = pico f = femto Dezimalzeichen ist der Punkt (statt 3,5 Eingabe von 3.5) Die Groß- oder Kleinschreibung spielt keine Rolle! Alle weiteren Zeichen nach Maßvorsätzen sind Kommentare Beispiele: 3.2 ns 220 uf 3.3 khz 3 mh 3 Meg 14

8 3.2.7 Einstellungen und Simulation Simulation Setup Analyses (Analysis -> Setup ) Simulate (Analysys -> Simulate) Marker (Markers -> ) Analysis Probe Setup Examine Output Kochrezept zur Erstellung von Schaltungen Neues Arbeitsblatt öffnen über File/New Arbeitsblatt speichern über File/Save as Name wird mit *.sch ergänzt (z.b. Aufgabe1.sch) Kein Ä, ä, Ö, ö, Ü oder ü verwenden! Bauteile heraussuchen und positionieren über Draw/get new part Verbindungsleitungen zeichnen Draw/Wire Grafik neu zeichnen View/redraw Überbleibsel vorhergegangener Aktionen werden gelöscht Alle Schritte können auch über Symbole durchgeführt werden 16

9 3.3 DC-Simulationen Bauteile aus kommenden Beispielen R Widerstand VDC VSRC AGND Gleichspannungsquelle kombinierte Quelle Analog Ground IPRINT Stromdrucker VPRINT1 / VPRINT2 Spannungsdrucker 1-polig / 2-polig Schaltungsbeschreibung durch Schematics Für die Gleichstromsimulation ist eine DC-Quelle erforderlich Gleichquellen sind u.a. VDC oder VSRC 18

10 3.3.3 Schaltungsbeschreibung durch Netzlisten Angabe von Bauelementen durch: Typ des Bauelements (R, L, C, V, I, D, ) Name des Bauelements (z.b.: R1, Vin, D1N750) Name der Knoten (z.b.: N1, N005, AUS) Kenngrößen des Bauelements (z.b.: 470, 220u, 12V) VDC V name kn + kn - DC value Widerstand R name kn + kn - value [TC = TC1, TC2] Bezugsknoten ist 0, übrigen Knoten willkürlich 19 Beispiel für eine Netzliste V_V1 Kn1 0 DC 10V R_R2 Kn k R_R1 Kn3 Kn2 1.5k V_PRINT1 Kn1 Kn3 0V.PRINT DC I(V_PRINT1).PRINT DC V([Kn3], [Kn2]).PRINT DC V([Kn2]) 20

11 3.3.4 Einstellungen für eine Simulation Simulation mit einer Spannung/einem Strom direkt möglich Simulation für mehrere Spannungen/Ströme einstellbar DC-Sweep variiert die Amplitude ein Punkt ist weiterhin möglich mehrere Punkte zusätzlich möglich Simulation starten: Menüpunkt Analysis -> Simulate Symbolschaltfläche 21 Abfolge der Einstellschritte 22

12 3.3.5 Ergebnisse von Simulationen darstellen Ergebnisse der Gleichstromanalyse ohne Sweep Symbolleiste Simulation -> Button 23 Ergebnisse über Drucker erzeugen Ergebnisse in Output-Datei schreiben Drucker in Schaltung einfügen Attribute der Drucker setzen ggf. anzeigen Attribute für alle Drucker setzen! AC = yes Mag = yes (PHASE = yes) (Mag = Amplitude) DC = yes Output-Datei öffnen PSpice Schematics -> Analysis -> Examine Output 24

13 Inhalt einer Output-Datei CIRCUIT DESCRIPTION Daten zur Version und zum Simulationstag (Datum) ** Analysis setup ** Simulationseinstellungen.INC "DC_Sweep.net eingebundene Netzliste.INC "DC_Sweep.als eingebundene Aliasliste DC TRANSFER CURVES berechnete Werte aus den Druckern 25 Ergebnisse im Probe darstellen DC-Sweep muss durchgeführt werden! Sonst keine Daten für Probe automatisches Erzeugen der Darstellung mit Marker manuelles Erzeugen der Darstellung über TRACE 26

14 Probe-Darstellung 12V 10V 8V 6V 4V 2V 0V 0V 1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V 8V 9V 10V 11V 12V V(R2:1) V(V1:+) V_V Beispiel für eine Übungsaufgabe 28

15 Aufgabenstellung Stellen Sie am Pot den Wert für SET so ein, dass die Spannungen an P1 und P2 gleich groß sind. Man spricht in diesem Fall von abgeglichenen Brücken Wählen Sie den Wert für SET so, dass die Brückenschaltung bei einem R 1 = 200 abgeglichen ist. Formeln: 29 Anmerkungen zum Potentiometer SET = Schleiferstellung des Potentiometers Wertebereich von 0 bis 1 Wert bei Platzierung 0,5 Schleiferstellung 0 30