OrCAD PSpice 9.2

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍVYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Modelování a počítačová simulace

Garant předmětu:Ing. Vladimír Kolařík, PhD.

Autoři textu:Ing. Vladimír Kolařík, PhD.

Ing. Roman ProkopIng. Miroslav Zachariáš

Úvod.Úvod.Tato kniha obsahuje návod k ovládání programu OrCAD PSpice 9.2. Jejím hlavním

cílem je naučit čtenáře používat tento mocný simulační program. Hlavním požadavkem načtenáře této knihy je mít při jejím čtení k dispozici počítač s nainstalovaným programePSpice 9.2 a vše, co se v knize dozví by si měl hned vyzkoušet v praxi. Také se neoplatípřeskakovat úvodní kapitoly, které obsahují popis práce v prostředí programu. Vpozdějších kapitolách se návody, jak udělat již probranou činnost redukují na odkazy kekapitolám předchozím a následně předpokládám, že čtenář požadovanou akci zvládá “sezavázanýma očima”.

Vedlejším, ale také velmi důležitým, cílem je naučit čtenáře základům některýcheoretických postupů při tvorbě obvodů a vyzkoušení si jak fungují v praxi. Navíc má tatokniha sloužit i jako cvičební materiál pro výuku, proto v závěru každé kapitoly najdetesamostatná cvičení.

Protože OrCAD PSpice dosud nebyl lokalizován do českého prostředí, a jenepravděpodobné, že někdy lokalizován bude, jsou v knize používány i anglické pojmypřevzaté z programu. Dále se omlouvám všem čtenářům, za výrazové nepřesnosti vpřeložených pojmech. Většina těchto nepřesností je způsobena neexistencí českéhoekvivalentu anglického slova. Proto je v knize často používán opis, případně ponechánazkratka vysvětlená v úvodu kapitoly.

Uvědomte si také, že v počítačovém prostředí se většinou dá nalézt několik cest, jakovládat a nastavit program, v kterém pracujete. Proto si prosím v duchu neříkejte, co tobylo za ..., kterej tam píše tak složité návody, když se to dá udělat i jednodušeji. V popisubude většinou návod využívající podporu myši. Kdo bude s programem dělat častěji, jistěsi najde klávesové zkratky, které mu ulehčí život (například si přečte v Help souborechseznam ovládacích prvků).

Dělení kapitol.Dělení kapitol.Každá kapitola knihy obsahuje nejpve shrnutí celé kapitoly. Dále obsahuje seznam

nových používaných zkratek. U něho bych doporučoval se zastavit a zapamatovat si jejichvýznam, případně si je nalistovat na konci knihy pro případné použití. Většinou se omezujina zkratky dobře známe z prostředí počítačů, ale mohlo by se stát, že čtenář nebude věděto čem je řeč. Samotná kapitola se potom skládá z teoretické části, kde jsou popsány novéteorie použité v dané kapitole, následuje praktická část, kde je vždy schéma jednoho, nebovíce obvodů společně s návodem, co s nimi dělat a s vypočtenými výsledky a kapitola jezakončena samostatnými cvičeními, kde je několik příkladů, které si máte vyzkoušet prodobré osvojení získaných znalostí.

Kapitola 1.Kapitola 1.

Ohmův zákon, BIAS-POINT analýza.

Shrnutí kapitolyCílem této kapitoly je naučit Vás základům ovládání programu Capture (součást

programového balíku OrCAD PSpice 9.2). Vyzkoušíte si v něm simulaci jednoduchéhostejnosměrného obvodu a jeho obvodové řešení. Dále se naučíte definovat obvodovéprvky jako je zdroj napětí, odpor (rezistor).

TeorieTeorie

Ohmův zákonJiž v počátcích používání elektřiny si George Simon Ohm povšiml, že velikost

proudu procházejícího obvodem je přímo závislá na velikosti napětí napájecího zdroje. Toho vedlo k navržení zákonů, které dnes nazýváme jeho jménem Ohmovy zákony. Jsoucelkem 3.

Ohmův zákon pro napětí:V = I x RV = I x R (V - volt)(V - volt)

Ohmův zákon pro proud:I = V / RI = V / R (A - ampér)(A - ampér)

Ohmův zákon pro odpor:R = V / IR = V / I ((ΩΩ - ohm- ohm))

Nové zkratky a výrazy.

DC -Direct current. Tento výraz nelze v češtině nahradit jinak než popisně. V praxise používá pro popis obvodu a součástek, který mají v čase stále stejné parametry. Vreálném životě je DC obvodem například zapojení baterie + žárovka od okamžiku, kdyžárovka má stálou teplotu a svítí (odpor žárovky se mění v závislosti na teplotě až dookamžiku, kdy vlákno dosáhne stabilní pracovní teploty).

BIAS-POINT analýza - Jedná se o analýzu DC obvodu, jejímž výsledkem jevypočtení a zobrazení napětí a proudů na součástkách a v jednotlivých větvích obvodu. Včeském jazyce jsem nenašel nic, co by alespoň přibližně významově odpovídalo, protobudu dále v textu používat anglického BIAS-POINT analýza.

PIXEL - z anglického jazyka. Jedná se o obrazový bod. Většina obrazovek počítačův současné době používá rozlišení 800x600, 1024x768 a 1280x1024 pixelů. Zde budepoužíván proto, že české slovo “bod” by mohlo být zavádějící.

myš - polooficiální název pro polohovací zařízení používané u počítačů pro ovládáníkurzoru na obrazovce (rozhodně jsem nepochyboval, že to znáte).

LCLICK - Zkratka z počítačového prostředí hojně používána. Znamená rychlestisknout a uvolnit levé tlačítko na myši.

RCLICK - Stejně jako v předchozím případě stiskni a pusť, tentokrát pravé tlačítkomyši

DCLICK - Double Click, jedná se o LCLICK provedený dvakrát po sobě vintervalu nepřevyšujícím zhruba 0.33 vteříny, kdy se kurzor myši mezi prvním a druhýmLCLICK neposune o více než 3 pixely.

LPUSH - Push Left Button, jedná se o akci, kdy stisknete levé tlačítko myši a držítes tisknuté. Používá se při označení více objektů na obrazovce.

LPULL - Pull Left Button, akce musí následovat po LPUSH. Uvolníte levé tlačítkomyši.

stisknete - Tam, kde v textu narazíte na toto slovo předpokládejte akci LCLICK naurčeném místě.

RESIZE - Změna velikosti okna. Provedete tak, že najedete myší na okraj okna. Vokamžiku, kdy se změní tvar kurzoru provedete LPUSH. Potom posunete kurzor myši napožadované místo, následně proveďte LPULL.

MOVE - akce pro přesunutí okna na jinou pozici. Najedete do horního modréhopruhu s nápisem. Provedete LPUSH. Posunete okno na místo, kde ho chcete mít anásleduje LPULL.

Praktická část.Praktická část.1. Spuštění programu OrCAD PSpice.

Najděte tuto ikonu označující program Capture z programového balíkuOrCAD PSpice. Najdete ho buď na pracovní ploše Vašeho počítače odkudho spustíte pomocí DCLICK, nebo ho najdete přes LCLICK na nápisStart, LCLICK na Programy, LCLICK na Orcad... a tam ho již naleznete a

spustíte pomocí LCLICK.

Po spuštění programu by se Vám měl otevřít program OrCAD Capture.

Povšiměte si, že pracovní plocha je prázdná, kromě okna obsahujícího Session Log.Zde se vypisují všechna chybová hlášení, veškeré poznámky za běhu programu atd.Nezanedbávejte ho, často vám může pomoci vyřešit problém s nefunkčním zapojením.

Obrázek 1.1Okno OrCAD Capture

2. Vytvoření nového projektu

Druhým krokem, který musíte učinit je vytvoření nového projektu. Ovšemještě předtím je vhodné mít vytvořen pracovní adresář, kde si budeteukládat svoji práci, abyste ji později našli. A pokud se později chcete ve svépráci vyznat je ještě vhodnější si pro každý vytvářený projekt vytvořitsamostatný adresář. Poté, co máte vytvořen pracovní adresář stiskněte tuto

ikonu (naleznete ji v levém horním rohu programu Capture). Po jejím stisknutí by se mělootevřít dialogové okno s parametry nového projektu (Obrázek 1.2).

• V tomto okně do bílého rámečku s nadpisem Name vyplníte jméno svého projektu.• Jako typ si zpočátku nechte zaškrtnutou možnost Analog or Mixed A/D.• Do políčka označeného Location napište adresář, kde chcete mít uschován svůj projekt.• Stiskněte OK.

obrázek 1.2Okno nového projektu

Po stisknutí tlačítka OK se objeví okno (obrázek 1.3),

kde vyberete položku Create a blank project

a stisknete tlačítko OK.

Na pracovní ploše programu Capture se zobrazí otevřené prázdné schéma a novýprojekt (obrázek 1.5).

obrázek 1.3

obrázek 1.4

obrázek 1.5

Pomocí funkcí RESIZE a MOVE si přeskládejte okna na pracovní ploše tak, abykaždé bylo dobře přístupné a viditelné (jak je předvedeno na obrázku 1.6).

Na tomto obrázku můžete vidět, že všechna okna jsou dobře viditelná a aktivní oknoje okno pro nakreslení schématu. Nyní vysvětlím, co znamenají jednotlivé ikony a prostoryna pracovní ploše.

obrázek 1.6.

3. Projektové okno.

Toto je projektové okno. V nadpisu je jmno projektu, kteréjste si vybraly (obrázek 1.2). Dále zde jsou popsány všechnyotevřené soubory použité v simulaci.

Jeden projekt může obsahovat několik schémat,ale pouze jedno smí být v daném okamžikuaktivní. To je tzv. Root schéma, neboli kořenovéschéma. Poznáte ho podle této ikony,

Ikona s popiskou PAGE1 označuje jedno okno sezakresleným obvodem. V rámci jednoho schématujich můžete mít libovolný počet, ale musíte siuvědomit, že se jedná stále o jedno schéma.

4. Základy okna pro zakreslení schématu.

Zde je zobrazeno okno, do kterého kreslíte část schématu. Na pravé straně jepracovní lišta, která je viditelná pouze, když je okno aktivní. Pomocí této pracovní lištyzakreslujeme do tohoto okna vytvářené schéma.

obrázek 1.7

obrázek 1.8okno schématu společně s pracovníma ikonama

Nyní vysvětlím několik ikon z pracovní lišty.

První ikona v řadě je tato ikona označující akci SELECT. Když je stisknutámůžete procházet celým schématem a pomocí LCLICK a DCLICK provádětakce na prvkách nad kterými je kurzor myši.

Tato ikona je nazývána Place Part. možňuje vybrat si z knihoven součástkukterou chcete použít ve schématu a umístit ji. Jak to přesně uděláte se dozvítev další části této kapitoly.

Tato ikona umožňuje vybrat speciální součástku s referenčním potenciálem0V. Jedná se součástku Ground neboli zem. Obvod, který nemá zapojenuzem se buď neodsimuluje, nebo mu může být implicitně vložena programemdo místa, které nechcete.

Ikona Place Wire, umísti drát. Umožňuje spojovat jednotlivé body veschématu vodivými spoji.

5. Simulovaný obvod

Nyní se naučíte zakreslit jednoduchý obvod (obrázek 1.9) a provést jeho BIAS-POINT analýzu.

Toto schéma je jednoduché schéma s jedním zdrojem napětí a jedním odporem.Všiměte si že oba konce jsou ukončeny zemí a obvod není na první pohled uzavřen. Veskutečnosti je to stejné, jakoby všechny země byly spojeny vodičem s nekonečnouvodivostí. Dobře si to pamatujte. Jakákoli součástka umístěná mezi dva uzeměné uzly sechová jako by neexistovala!

obrázek 1.9schéma pro simulaci v kapitole 1

A nyní samotné zakreslení obvodu. Nejprve je potřeba rozmístit součástky.Stisknete ikonu Place Part a objeví se takovéto okno.

V levé dolní části je seznam připravených knihoven. Vy tam potřebujete knihovnyANALOG a SOURCE. Ostatní tam mohou být, my je nevyužijeme.

Pokud některé z požadovaných knihoven schází, je zapotřebí je do projektu přidat.To provedete pomocí LCLICK na tlačítko Add Library. Poté se otevře okno (obrázek1.11) kde si vyberete potřebnou knihovnu.

Když máte vybrány potřebné knihovny naleznete součástku, kterou chcete umístit naplochu. To provedete tak, že si nejprve v levé dolní části (obr. 1.10) vyberete knihovnu vníž se součástka nachází a vylistujete si ji.

obrázek 1.10Okno pro výběr součástky

obrázek 1.11výběr nové knihovny

Vyberte si zdroj DC napětí. Naleznete ho pod názvem VDC.

a stiskněte OK.

Vrátíte se do okna se schématem, kde součástku umístíte na místo, kde chcete.Pokud nechcete již dále pokládat nové prvky ukončete režim pomocí klávesy ESC.Nemusíte mít strach z chybného umístění, se špatně umístěnou součástkou se dájednoduše manipulovat po ploše.

Na obrázku 1.13 jsou zobrazeny všechny možnosti zobrazení pokládané součástky.Zdroj V6 je již umístěn (levý, nemá rámeček). Zdroj V7 je aktuálně pokládaný (máfialovou barvu a rámeček). Třetí zdroj, bez číselných údajů je přichycen ke kurzoru myši aje připraven k položení na nové místo.

obrázek 1.12vybrán zdroj DC napětí

obrázek 1.13umístění zdroje DC na ploše.

Rotace, zrcadlení součástky.

Pokud Vám nevyhovuje směr, ve kterém je součástka zobrazována, máte možnostse součástkou otočit o 90° případně ji stranově převrátit. To provedete pomocí RCLICKna součástce. Po RCLICK se objeví jedno z těchto menu. To které se zobrazí je závislé naaktuální situaci.

Pro otočení součástky si vyberte volbuRotate. Pro zrcadlení jednu z možnýchMirror Horizontaly a Mirror Verticaly.

Pokud chcete součástku pouze otočitstačí použít kdykoliv během práce s danousoučástkou stisknout klávesu R.

Zakreslení součástek

Nejprve smažte všechny pokusy, které jste zatím na pracovní ploše udělali.Provedete to pomocí LCLICK na součástku a stisk klávesy Delete. Nyní, když mátečistou pracovní plochu zakreslete na ní odpor a zdroj DC napětí. Vysledek by měl vypadatpodobně jako na obrázku 1.14, se zobrazenými názvy a čísly si zatím nelámejte hlavu.

Nyní klikněte na ikonu Place Ground, vyberte součástku 0/source a umístěte dvězemě do schématu.

Menu umístěnésoučástky

Menuumísťovanésoučástky

obrázek 1.14vložen zdroj a odpor

Připojte je ke spodním koncům součástek. To provedete tím,že vyberete součástku pomocí LCLICK, potom provedete LPULL apřisunete součástku tak, aby se zobrazilo připojení, jako na obrázku1.15.

Výsledek vaší snahy by měl být stejný jako na obrázku 1.16.

Nyní zakreslíme drát spojující horní konce V1 a R1. Proveďte LCLICK na ikonuPlace Wire, najeďte myší na konec a pomocí LCLICK vytyčte jednotlivé body, kde budeprocházet drát. Ukončení pokládání proveďte buď pomocí RCLICK a v menu vybereteEnd Wire, nebo pokládání ukončíte pomocí klávesy ESC.

Po provedení by Váš obvod měl vypadat jako obvod na obrázku 1.17, jediný rosdílby měl být v názvech součástek, ale to lehce změníme.

obrázek 1.15

obrázek 1.16

obrázek 1.17

Změna viditelných parametrů součástek

Nyní je potřeba nastavit parametry součástek. Pro otevření menu umožňujícíhozměnu jména, velikosti a dalších zobrazovaných parametrů součástky proveďte DCLICKna upravovaném parametru. Nejprve změníme velikost odporu R1. Použijte DCLICK voblasti s nápisem 1k. Otevře se vám toto menu (obrázek 1.18).

Do políčka Value vložte novou hodnotu 5k a stiskněte OK.

Stejným zpásobem nastavíte i ostatní parametry obvodu tak, aby odpovídalyobrázku 1.9 (schéma).

obrázek 1.18

BIAS-POINT analýza

Nyní provedete DC analýzu obvodu. Nejprve musíte vytvořit nový simulační profil.

Proveďte LCLICK na ikoně nový simulační profil. Otevře se okno novésimulace (obrázek 1.19).

Zde vyplníte jméno simulace a otevře se okno s nastavením simulačního profilu(obrázek 1.20).

Vyberte jako typ analýzy vyberte Bias Point a stiskněte tlačítko OK.

obrázek 1.19

obrázek 1.20

Simulace je nastavena a připravena k provedení, což si můžete ověřit v projektovémokně (obrázek 1.7) kde po otevření složky PSpice Resources ve složce SimulationProfiles by měl být nový simulační profil s Vámi vybraným názvem.

Nyní spusťte simulaci pomocí LCLICK na ikonu Run.

Otevře se okno PSpice A/D (obrázek 1.21). Tento program slouží pro zobrazovánía práci s výsledky simulace. V levé dolní části najdete okno se záznamy. V okamžiku, kdyposlední záznam praví Simulation complete uzavřete toto okno.

Nyní máme vypočteny BIAS body pro náš obvod a potřebujeme je zobrazit.

Na zobrazení využijete možnosti téte lišty, která umožňuje veschématu zobrazit všechny vypočtené hodnoty. Vyzkoušejte sisami.

obrázek 1.21

zobrazovací lišta BIAS

Po povolení zobrazení napětí (ikona s V) a proudů (ikona s I) by výsledný obvodměl vypadat jako na obrázku 1.22.

Nyní si můžete ověřit, žehodnoty napětí a proudu vypočtené pomocí ohmovazákona se od odsimulovaných hodnot neliší.

Praktická cvičeníPraktická cvičení1) Zvyšte napětí zdroje na dvojnásobek a snižte odpor na poloviční. Spočítejte si

teoretický výsledek podle ohmova zákona a ověřte pomocí simulace.

2) Pro napětí 5V, 10V, 15V a 20V vyzkoušejte odpory 2.5k, 5k, 7.5k a 10k.Výsledné proudy zakreslete do grafu a vysvětlete chování odporů.

obrázek 1.22


Analýza jednoduchýchstejnosměrných sériových aparalelních obvodů .

Shrnutí kapitolyV této kapitole si zopakujeme Kirchhoffovy obvodové zákony a zákon zachování energie. Naučíte

se vytvářet více schémat v jediném projektu a pracovat s nimi. Dále se naučíte k čemu slouží Net Alias vprostředí OrCad a jak ho používat. No a v závěru si vyzkoušíte vyřešit několik jednoduchých lineárníchobvodů.

Nové zkratky a výrazy.

Lineární obvod – jedná se o obvodové řešení, které neobsahuje nelineární obvodovéprvky(příklad nelineárního prvku je třeba dioda) a které lze tedy řešit pomocí obvodových principů jakoje superpozice.

Net Alias – označení místa v simulovaném obvodu názvem s kterým lze potom pracovat v dalšíchčástech obvodu, případně v jiném schématu.

TeorieTeorieKirchhoffův zákon o napětí:

Součet všech napětí a napěťových ztrát v uzavřenémobvodu je 0.

Zde v obvodu na obrázku platí

VV11 + V+ V22 + I x R+ I x R11 + I x R+ I x R22 = 0= 0

Pozor na znaménka! Proud má opačné znaménko!

Kirchhoffův zákon o proudu:

Součet všech proudů vtékající do uzlu je roven 0.

V obvodu na obrázku platí

IIV1V1 + I+ IR1R1 + I+ IR2R2 = 0= 0

Odpory, paralelní a sériové zapojení:

Za použití dvou Kirchhoffových zákonů lze odvodit chování seriového a paraleního zapojení rezistorů.

Pro sériové zapojení platí:

RRserialserial = R1 + R2= R1 + R2Pro paralelní zapojení platí

RR11 x Rx R22

RRPP = = RR11 + R+ R22

Obrázek 2.1obrázek pro prezentaci zákona o napětí

Obrázek 2.2

Obrázek 2.3sériové a paralelní zapojení

Výkony v obvodu

V mnoha aplikacích stejnosměrných obvodů je jeden z důležitých parametrů, které nás také zajímají,výkon W, případně účinnost.

W = V x IW = V x IPo substituci Ohmova zákona (V = I x R) získáme tři možné vzorce pro výpočet výkonu.

W = V x IW = V x I W = VW = V22 / R/ R W = IW = I22 x Rx R

Praktická částPraktická část

Naším prvním úkolem v praktické části bude vyřešit tento obvod (obrázek 2.4). Nejprve teoreticky.Pomocí v předchozí části popsaných zákonů si nejprve na papíře spočítejte parametry obvodu.

VX =VY =VZ =I =WR1 =WR2 =

obrázek 2.4sériový obvod

Postup vytvoření v programu.

Vytvořte prázdný projekt (viz kapitola 1). Pojmenujte ho SeriovoParalelni.Typ projektu bude Analog or Mixed A/D.

Nejprve přejmenujte v projektovém okně přednastavené jméno SCHEMATIC1na Serial. Provedete to tak, že na jméně SCHEMATIC1 stisknete pravé tlačítkomyši (RCLICK) a vyberete Rename. Potom jenom napíšete nové jméno.

Kreslení obvodu.

Postup, jak nakreslit obvod byl vysvětlen v kapitole 1. Pomocí tam popsaných postupů nakreslete obvodnakreslený v úvodu praktické části (obrazek 2.4).

Nezapomeňte mít při kreslení zapnuté přichycení k mřížce (Snap to grid)!!!Nezapomeňte, že při tomto kreslení potřebujete knihovny ANALOG, SOURCE a EVALNevšímejte si znázornění směru proudu na obrázku.

Umístění Aliasů (Place net alias).

Při práci s obvody potřebujete mít některá místa v obvodu označená jménem. Z pojmenovaného místamůžete získávat důležité informace, jako je průběh napětí a proudu v těchto místech. Navíc se na taktopojmenované místo můžete odkudkoli odkázat.

Pro pojmenování stiskněte iconu Place net alias. Myší najeďte na drát, který chcetepojmenovat a stiskněte levé tlačítko (LCLICK).

Nezapoměňte mít zapnuto přichycení k mřížce!!! Jinak se Vám to podaří jen obtížně!

Objeví se toto dialogové okno. V něm do horního polevyplníte název aliasu. Poté stisknete OK.

Toto okno obsahuje i další možnosti, jako je barva, font a rotacepopisky. Pro práci nedůležité, pouze pro zobrazení.

Dialogové okno Net Alias

Nastavení simulace

Postupujte podle kroků v kapitole 1. Typ analýzy nastavte Bias Point. V projektovémokně by poté měla být přidána záložka Serial-Bias Point.

Provedení simulace, zobrazení výsledků

Spusťte simulaci pomocí tlačítka Run Simulation.Následně ukončete výstupní okno a zobrazte výsledná napětí a proudy v obvodu.

Výsledek simulace sériového odvodu

Po provedení simulace by výsledek mělvypadat takto. Všimněte si, že jsou zdezobrazena napětí a prody na bodechpojmenovaných VX, VY a VZ.

Vytvoření dalšího schématu v projektu.

Nejprve je potřeba uzavřít otevřená schémata. Provedete buď přes menu File příkaz Close, nebouzavřením okna se schématem pomocí uzavírací ikony.

Potom stisknete pravé tlačítko myši (CLICKR) na názvu projektu v projektovém okně.Objeví se nové menu. V něm zvolíte položku New schematic, který pojmenujeteParalelni.

Nakonec v nově vytvořené složce schémat vytvoříte novou stránku. Provedete opět pomocí pravéhotlačítka myši na názvu Paralelni. Z menu vyberete položku New page. Otevře se nové prázdné okno nanakreslení schématu.

Obrázek 2.5Výsledek simulace sériového obvodu

Nastavení hlavního schématu v projektu.

Nyní obsahuje projekt dvě schémata. Seriove a Paralelni. Seriove je nastaveno jakohlavní (root). Poznáte to podle této ikony před jménem schématu. Ovšem my chcemesimulovat nové schéma. Proto musíme jako hlavní schéma nastavit Paralelni. Provedeníje jednoduché. Stisknete pravé tlačítko myši (CLICKR) na názvu Paralelni. Poté, co

se objeví menu zvolíte položku Make root, která nastaví jako hlavní schéma Paralelni.

Nakreslení nového obvodu

Nejprve si na papír spočítejte proudy IV1, IR1 a IR2 procházející jednotlivými větvemi obvodu. Potomnakreslete do nového schématu tento obvod.

IV1 =IR1 =IR2 =

Všimněte si, že nemusíte zadávat knihovny částí. Jsou již zadány z předchozího schématu, neboť se jedná stále o jedenprojekt.

Nastavení simulace

Postupujte podle kroků v kapitole 1. Typ analýzy nastavte Bias Point. V projektovémokně by poté měla být přidána záložka Paralelni-Bias Point.

Obrázek 2,6jednoduchý paralelní obvod


Spusťte simulaci pomocí tlačítka Run Simulation.Následně ukončete výstupní okno a zobrazte výsledné proudy v obvodu.Porovnejte výsledky s těmi, jež jste získali výpočtem.

Praktická cvičeníPraktická cvičení

1) U obvodu na obrázku 2.7 určete výkony jednotlivýchodporů

WR1 =WR2 =WR3 =

2) Na schématu (obrázek 2.8) zkuste nastavitnapětí zdrojů V1, V2 a V3 náhodně v rozsahu0V až 5V.

a) Změřte proudy procházející jednotlivýmivětvemi obvodu a ověřte platnostKirchhofoova zákona o uzlových proudech.

b)Určete výstupní napětí VOUT.

Obrazek 2.7obvod pro cvičení 2.1.

Obrázek 2.8obvod pro cvičení 2.2

3) Zakreslete schéma (obrázek 2.9).

a) Určete výkon na rezistorech R2 a R4.

b) Vyzkoušejte jak se změní výkon při zkratuodporu R1.

c) Určete a otestujte velikost odporu R2 tak, abyvýkon na rezistoru R4 byl právě 1 mW.

Obrázek 2.9schéma pro cvičení 2.3


Napěťové zdroje, náhradníschémata, principysuperpozice

Shrnutí kapitolyV této části si vysvětlíme, jak použít Theveninův teorém pro náhradu části obvodu obsahující

napěťový zdroj a rezistory za ekvivalentní zapojení, které bude jednodušší. V další části se naučíte jakpoužívat metodu smyčkových proudů. Nakonec si vyzkoušíte principy superpozice.

TeorieTeorieTheveninův teorém.

Každý lineární stejnosměrný obvod skládající se z odporové sítě a různých zdrojů může býtzredukován na jeden zdroj napětí a odpor.

Původní obvod na obrázku 3.1 je potřeba převést zjednodušený obvod v kterém nahradíme zdrojnapětí, společně se známou odporovou sítí, za ekvivalentní, ale jednodušší, zapojení jak ukazuje obrázek3.2.

Postup, jak to provést ukazuje právě Theveninův teorém.

1. Nejprve spočítáme proudy IR1, IR2 a IR3 v jednotlivých větvích.2. Spočítáme napětí Vout..3. Nastavíme Vth = V1.4. Rth dopočítáme tak, aby IRload = IR3.

Tím získáme ekvivalentní jednodušší zapojení.

Pozor, toto lze provést pouze, když znáte Rload

Obrázek 3.1obvod před aplikací Theveninova teorému

Obrázek 3.2obvod po aplikaci Theveninova teorému

Smyčkové proudy.

Podívejte se na obvod na obrázku 3.3.Všimněte si, že obvod obsahuje 3 větve. V každéprochází proud. Podle Kirchhoffových zákonůplatí několik zákonitostí.

Součet proudů v uzlu je 0.II11 + I+ I22 + I+ I33 = 0= 0

Rozdíl potenciálů mezi dvěma uzly jestejný, a je jedno, přes kterou větev obvodu je topočítáno.

II11 x Rx R11 – V– V11 ==II22 x Rx R22 – V– V22 ==II33 x Rx R33

Z těcto vztahů vytvoříte soustavu rovnic, kterou potom můžete jednoduše dopočítat.

Superpozice

Superpozice se provádí v několika krocích. Její algoritmus se dá slovy popsat takto.Pro každý zdroj opakuj: Nahraď všechny ostatní zdroje v obvodu zkratem (pokud použijeme

proudové zdroje, tak je nahradíte rozpojením obvodu), vyřeš daný obvod a výsledek si zapiš.Sečti všechny výsledky v jednotlivých větvích obvodu.

Tímto jednoduchým postupem lze vyřešit prakticky libovolný lineární obvod.

Obrázek 3.3schéma pro metodu smyčkových proudů

PraxePraxeNortonův teorém a jeho realizace v programu.

Úkolem je převést tento obvod (levý obrázek) naalternativní obvod (pravý obrázek).

Postup převodu pomocí Nortonova teorému.

Vytvořte prázdný projekt (viz kapitola1). Pojmenujte ho Proudy.Typ projektu bude Analog or MixedA/D. První schéma pojmenujte Norton(viz. kapitola 1.).

Do první volné stránky schématu zakreslete levé schéma.

Proveďte Bias Point analýzu.Získáte napětí Vout, které si zapíšete.

Nyní musíme určit parametry alternativního proudového zdroje.Nejprve určíme maximální proud procházejízí větví obvodu se zátěžovým odporem Rload. Toprovedete tak, že zkratujete rezistor Rload (buď nastavíte odpor Rload na velmi nízkou hodnotu[.000001 Ω], nebo ho přímo přemostíte drátem). Nyní změříte proud procházející větví se zátěží. Platí:

IN = IRload = IV1

Nyní, když znáte proud procházející zdrojem V1 určíte odpor RN pomocí Ohmova zákona

RN = V1 / IV1 = V1 / IN

Nyní znáte všechny potřebné údaje provytvoření náhradního schématu .

Poslední věcí, kterou musíte udělat, je ověřeníekvivalence výsledného zapojení s původním.Pokud proud i napětí výsledného obvodu vě větvi obsahující Rload jsou u obou schémat stejné múžetesi gratulovat k úspěchu.

Uzlová napětí, řešení v Pspice.

Postup řešení obvodu pomocí metody uzlových napětí.

Nejprve vytvoříme v projektu Proudy nové schéma Uzly a nastavíme ho jako kořenové schéma(kapitola2.).V něm nakreslíme uvedené schéma (bez šipek označujících proudy prosím :)).Provedeme Bias Point analýzu.Zaznamenáme napětí VA a VB.Nakonec výsledky porovnejte s těmi, které jste si spočítali v teoretické části. Pokud souhlasí počítali jstedobře.

Superpozice

Vytvořte nové schéma Superpozice do projektu Proudy a nakreslete opět tento obvod.

Zkuste si označit celé schéma ze schématu Uzly (najedete nahoru vlevo mimo schéma, stisknete levé tlačítko myši(PUSHL) a se stisknutým tlačítkem přejedete doprava dolů a až bude rámeček obsahovat celé schéma pustíte tlačítko),potom ho zkopírujte (CTRL - C) do paměti, přepněte se do schématu Superpozice a vložte do prázdné stránky(CTRL - V). Ušetří Vám to práci ;).

Nyní odstraníte zdroj I1 a pomocí Bias Point analýzy určíte VA a VB.Zkratování nebo odpojení nebude fungovat. Zkuste se zamyslet proč nebude fungovat zkratování a proč nebude fungovatodpojení.

Potom vrátíte zdroj I1 do obvodu a odpojíte zdroj I2. Opět pomocí Bias Point analýzy určíte VA aVB.

Nakonec oba výsledky sečtete a porovnáte s výsledky z předchozího případu.

Samostatná cvičeníSamostatná cvičení1) Převeďte tento obvod na ekvivalentní obvod s jedním proudovým zdrojem.

Můžete postupovat tak, že postupně nahradíte každýzdroj napětí s jeho odporem na ekvivalentní proudovýzdroj. Paralelně zapojené proudové zdroje můžetepotom zjednodušit na jeden proudový zdroj a jehoodpor. Druhá možnost je určit si napěťový zdroj a jehoodpor tak, aby byl ekvivalentní paralelně zapojenékombinaci napěťových zdrojů na schématu. Ten potomjednoduše převést na jeho proudový ekvivalent.

2) Proveďte analýzu obvodu na papíře.

Určete napětí VA a VB. Výsledek si ověřte odsimulováním vPspice.

3) Pomocí Nortonova teorému převeďte tyto obvody najejich ekvivalent s jedním proudovým zdrojem a jehoodporem.

4) Proveďte analýzu následujícího obvodu metodou smyčkových proudů.

Nejprve spočítejte obvod na papír.Potom ověřte pomocí Pspice.

5) Určete proč následující schémata nejdouodsimulovat

Chyby jsou viditelné na první pohled.

Praktická část.Praktická část.1) Theveninův teorém.

Pro vyzkoušení Theveninova teorému použijemeobvod, který jsem prezentoval na obrázku 3.1 a který zdeopět ukazuji (obrázek 3.4).

Postup vytvoření v programu.

Vytvořte prázdný projekt (viz kapitola 1). Pojmenujte ho Thevenin. Typ projektubude Analog or Mixed A/D. První schéma pojmenujte Thevenin (viz. kapitola 1. a 2.).Zakreslete schéma z obrázku 3.4.

Změna názvu součástky

Nyní si vyzkoušejte změnu názvu součástky R3na Rload.

Postup je jednoduchý. Najedete na zobrazenýnázev součástky (na R3) a použijete dvojklik levýmtlačítkem myši (DCLICK).

Otevře se toto dialogové okno. Do políčkaoznačeného nápisem Value vložíte nový název apotvrdíte tlačítkem OK.

Obrázek 3.4obvod pro Theveninův teorém.

Obrázek 3.5dialogové okno pro změnu názvu prvku

Nastavení nové simulace

Postupujte podle kroků v kapitole 1. Typ analýzy nastavte Bias Point. Vprojektovém okně by poté měla být přidána záložka Thevenin- Bias Point.


Spusťte simulaci pomocí tlačítka Run Simulation.Následně ukončete výstupní okno a zobrazte výsledná napětí a proudy v obvodu.

Zapište si napětí Vout.

Náhrada sítě za zdroj a odpor.

Nejdříve odpojíme zátěžový rezistor Rload odzbytku obvodu.

Na obrázku 3.6 vidíte, jak se odpor dá regulérněodpojit od obvodu. Povšimněte si prosím, že “volný”konec odporu Rload jsem nenechal jenom tak volně vevzduchu, ale připojil jsem ho k zemi. Je to proto, abyPSpice nehlásil chybu při simulaci.

Nyní přesuneme zdroj Vin na nové místo.

Po přesunutí zdroje určíme proud IIN procházejícízdrojem.

V tomto zapojení neodebírá Rload žádný výkon. To je dáno tím,že je na obou koncích zkratován napětím 0V. Nenechte se tímzmást!!

Obrázek 3.6náhrada krok 1.

Obrázek 3.7náhrada krok 2.

Pomocí Ohmova zákona spočítáme velikostodporu RTH.

RRTHTH = V= VININ / I/ IININ

Nyní známe velikost náhradního odporu v danémobvodu, takže můžeme nahradit zdroj a odporyvýslednám schématem (obrázek 3.8).

2) Metoda smyčkových proudů

Pro ověření metody smyčkových proudůpoužijeme toto schéma (obrázek 3.9).

Nejprve vytvořte nové schéma v projektu apojmenujte ho Smycky.

Nastavte ho jako hlavní schéma projektu (viz.kapitola 2., Make root).

Do něj zakreslete toto schéma (obrázek 3.9).

Nastavení nové simulace

Vytvořte novou simulaci na schématu Smycky. Typ simulace je Bias Point (viz.kapitola 1.).

V projektovém okně, v poli označeném touto ikonou by nyní měl být aktivnísimulace nazvana Smycky-Bias Point.

Pod ní by měla být neaktivní simulace Thevenin-Bias Point (ikona bezvykřičníku).

Obrázek 3.8obvod po provedení celé náhrady

Obrázek 3.9obvod pro metodu smyčkových proudů

Provedení simulace smyčkových proudů.

Nyní proveďte simulaci. Po provedení simulace si zobrazte výsledné proudy I1, I2 a I3. Nakonecvýsledek porovnejte s předem vypočítanými hodnotami.

3) Ověření principu superpozice

Nejprve si za pomoci principu superpozicespočítejte parametry tohoto obvodu.

Provedete tak, že zkratujete V1 a spočítáte I1V2,I2V2 a I3V2.

Potom zrušíte zkrat na V1 a zkratujete naopakV2 a určíte proudy I1V1, I2V1 a I3V1.

Nakonec sečtete proudy

I1 = I1I1 = I1V1V1 + I1+ I1V2V2

I2 = I2I2 = I2V1V1 + I2+ I2V2V2

I3 = I3I3 = I3V1V1 + I3+ I3V2V2

Vytvoření schématu, provedení simulace superpozice.

Vytvořte nové schéma v projektu, pojmenujte ho Superpozice. Nastavte ho jako kořenové (makeroot) a zakreslete do něj schéma z obrázku 3.10.

Nyní nastavte napětí na zdroji V1 na 0V (viz.obrázek 3.11) a proveďte Bias Point analýzu.

Výsledné proudy I1V2, I2V2 a I3V2 si zaznamenejte.

Obrázek 3.10stejné schéma, jako obr. 3.9

Obrázek 3.11obvod pro superpozici, krok 1.

Potom nastavte na zdroji V1 napětí 10V a nazdroji V2 nastavte 0V (viz. obrázek 3.12). ProveďteBias Point analýzu.

Výsledné proudy I1V1, I2V1 a I3V1 zaznamenejte.

Pomocí principů superpozice dopočítejte obvod.

Nakonec můžete porovnat výsledky s výsledky vypočtenými pomocí metody smyčkových proudů.

Obrázek 3.12obvod pro superpozici, krok 2.

Praktická cvičeníPraktická cvičení1) Nakreslete schéma na obrázku 3.13. Zjednodušte ho za pomoci Theveninova teorému.

2) Nakreslete schéma na obrázku 3.14.Zjednodušte ho za pomoci Theveninova teorému

3) Nakreslete schéma z obrázku 3.15.

a) Vyřešte ho za pomoci metody smyčkových proudů.

b) Vyřešte ho s použitím principů superpozice.





Proudové zdroje, jejichnáhrady.

Shrnutí kapitolyV této kapitole si porovnáte zapojení lineárních obvodů s proudovými a napěťovými zdroji.

Vyzkoušíte si Nortonův teorém, Milmanův teorém. Dále si předvedeme řešení obvodů pomocí metodyuzlových napětí a opět si ověříme princip superpozice.

TeorieTeorieIdeální napěťový zdroj je zařízení, které udržuje konstantní napětí nezávisle na proudu

dodávaném do obvodu.

Ideální proudový zdroj je zařízení, které udržuje konstantní proud v obvodu nezávisle nanapěťových ztrátách.

Ideální zdroje nemohou existovat v reálných podmínkách (zkuste si třeba spočítat proudzkratovaného napěťového zdroje). Proto je v reálných podmínkách simulujeme pomocí obvodovéhozapojení s odporem, který určuje mezní parametry zdroje (viz obrázky 4.1 a 4.2).

Na obrázku 4.1 je zobrazen reálný napěťovýzdroj.

Odpor Rserial určuje podle Ohmova zákonamaximální proud I1 ze zdroje (v případě zkratováníVout na zem).

I1I1maxmax = V1 / Rserial= V1 / Rserial

Obrázek 4.1reálný napěťový zdroj

Na obrázku 4.2 je zobrazen reálný proudovýzdroj.

Maximální napětí Vout je dáno odporemRparallel. Podle ohmova zákona můžeme spočítat že

VoutVoutmaxmax = Rparallel x I1= Rparallel x I1

Proč používáme při simulacích proudové zdroje.

Jeden z nejdůležitějších důvodů, proč jsou používány v obvodech proudové zdroje jsou je, žeproudové zdroje je dost jednoduché realizovat (viz. např. Proudové zrcadlo). Také většina zkušenýchnávrhářů se snaží navrhovat obvody, jež budou řízeny pomocí proudu.

Nortonův teorém.

Jedná se o ekvivalent Theveninova teorému pro proudové zdroje. Jeho účelem je zjednodušeníčásti obvodu obsahující proudové zdroje a odporovou síť na jeden proudový zdroj s paralelnězapojeným odporem.

Milmanův teorém.

Tento teorém využívá kombinace Theveninova a Nortonova teorému. Používá se pro obvodu sparalelně zapojenými napěťovými zdroji. Pomocí Millmanova teorému je nejprve převedete na proudovéekvivalenty a potom pomocí nortonova teorému zjednodušíte.

Obrázek 4.2reálný proudový zdroj

Metoda uzlových napětí.

Princip počítání obvodu pomocí metody uzlových napětí spočívá v Kirchhoffových zákonech.

Podívejte se na obrázek 4.3. V tomtoobvodu se nachází 3 uzly. Uzel VA, VB aposlední je zem s potenciálem 0V.

Z kirchhoffových zákonů vyplývají tytorovnice:

0V = VA - VB + I0V = VA - VB + IR3R3 x R3x R30V = VA + I0V = VA + IR1R1 x R1x R10V = VB + I0V = VB + IR2R2 x R2x R2IIR1R1 + I+ IR2R2 + I+ IR3R3 = I1 + I2= I1 + I2

Prosím uvědomte si, že proud má směr, který určuje jeho znaménko. Proto mohou být tyto rovnice v pořádku.

Nyní stačí do rovnic jenom dosadit hodnoty a vypočítat.

Superpozice.

Princip superpozice s proudovými zdroji je stejný jako s napěťovými zdroji (viz. kapitola 3.).Jediný rozdíl je, že zdroje nezkratujeme, ale odpojíme od obvodu.

Obrázek 4.3obvod pro prezentaci metody uzlových nap ětí

Praktická část.Praktická část.

Nortonův teorém a jeho realizace v programu.

Prohlédněte si schéma na obrázku 4.4.Jedná se o jednoduchý obvod s odporovou sítí azdrojem napětí. Nyní si vyzkoušíte, jak aplikovatNortonův teorém, aby jste tento obvod převedlina jednodušší ekvivalentní zapojení, kde budoujenom proudové zdroje (obrázek 4.5).

Postup

Vytvořte prázdný projekt (viz kapitola 1).Pojmenujte ho Proudové zdroje..

Typ projektu bude Analog or Mixed A/D.První schéma pojmenujte Norton.

Nyní do zakreslete schéma z obrázku 4.4.

Proveďte Bias Point analýzu.

Výsledkem této analýzy bude napětí Vout.

Nyní musíme určit parametry alternativního proudového zdroje. Nejprve určíme maximální proudprocházejízí větví obvodu se zátěžovým odporem Rload (R3). To provedete tak, že zkratujete rezistorRload (buď nastavíte odpor Rload na velmi nízkou hodnotu [.000001 Ω], nebo ho přímo přemostítedrátem). Nyní změříte proud procházející větví se zátěží. Takže na takto upraveném obvodu provedeteBias Point analýzu a zaznamenáte si výsledný proud. Výsledný proud je maximální hodnotou proudu,která může obvodem protékat. Takže nyní znáte proud ekvivalentního proudového zdroje.

IINN = I= IRloadRload = I= IV1V1

Nyní, když znáte proud procházející zdrojem V1 určíte odpor RN pomocí Ohmova zákona tak, abynapětí na tomto odporu bylo stejné, jako napětí na R3.

RRNN = V1 / I= V1 / IV1V1 = V1 / I= V1 / INN

Obrázek 4.4obvod před aplikací Nortonova teorému.

Nyní znáte všechny potřebné údaje pronahrazení napěťového zdroje a odporové sítě jehoproudovým ekvivalentem s paralelním odporemRN (viz. obrázek 4.5).

Poslední věcí, kterou musíte udělat, je ověření ekvivalence výsledného zapojení s původním.Pokud proud i napětí výsledného obvodu vě větvi obsahující Rload (R3) jsou u obou schémat stejnémúžete si gratulovat k úspěchu.

Metoda uzlových napětí

Nejprve vytvořte v projektu Proudovézdroje nové schéma Uzly a nastavte ho jakokořenové schéma (Make Root kapitola 2.).

V něm nakreslete schéma uvedené naobrázku 4.6.

Pozor šipky jsou tam dodatečně, ukazují zvolené směryproudu.

Proveďte Bias Point analýzu.

Zaznamenáme napětí VA a VB.

Nakonec výsledky porovnejte s těmi, které jste si spočítali v teoretické části.

Obrázek 4.5obvod po prvoedení Nortonova teorému.

Obrázek 4.6obvod pro vyzkoušení metody uzlových nap ětí.

Superpozice

Vytvořte nové schéma Superpozice do projektu Proudové zdroje a zkopírujte si do něj obvod zobrázku 4.6.

Jak zkopírovat celé schéma.

Zkuste si označit celé schéma ze schématu Uzly (najedete nahoru vlevo mimo schéma, stisknetelevé tlačítko myši (PUSHL) a se stisknutým tlačítkem přejedete doprava dolů a až bude rámečekobsahovat celé schéma pustíte tlačítko), potom ho zkopírujte (CTRL - C) do paměti, přepněte se doschématu Superpozice a vložte do prázdné stránky (CTRL - V). Ušetří Vám to práci.

Nyní odstraníte zdroj I1 a pomocí Bias Point analýzy určíte VA a VB.

Zkratování nebo odpojení nebude fungovat. Zkuste se zamyslet proč nebude fungovat zkratovánía proč nebude fungovat odpojení.

Potom vrátíte zdroj I1 do obvodu a odstraníte zdroj I2. Opět pomocí Bias Point analýzy určíteVA a VB.

Nakonec oba výsledky sečtete a porovnáte s výsledky z předchozího případu a s výzledky, kterémáte z teoretické části kapitoly..

Samostatná cvičeníSamostatná cvičení

1) Převeďte tento obvod (obrázek 4.7) na ekvivalentní obvod s jedním proudovým zdrojem.

Můžete postupovat tak, že postupněnahradíte každý zdroj napětí s jeho odporemna ekvivalentní proudový zdroj. Paralelnězapojené proudové zdroje můžete potomzjednodušit na jeden proudový zdroj a jehoodpor. Druhá možnost je určit si napěťovýzdroj a jeho odpor tak, aby byl ekvivalentníparalelně zapojené kombinaci napěťovýchzdrojů na schématu. Ten potom jednodušepřevést na jeho proudový ekvivalent.

2) Proveďte analýzu obvodu z obrázku 4.8 na papíře.

Určete napětí VA a VB. Výsledek si ověřte odsimulovánímv Pspice.


Obrázek 4.8scháma pro zvičení 4.2

3) Pomocí Nortonova teorému převeďte tyto obvody na obrázcích 4.9 a 4.10 na jejich ekvivalent sjedním proudovým zdrojem.

4) Proveďte analýzu následujícího obvodu (obrázek 4.11) metodou smyčkových proudů.

Nejprve spočítejte obvod na papír.Potom ověřte pomocí Pspice.

5) Určete proč schémata na obrázcích 4.12 a 4.13 nepůjdou odsimulovat.

Chyby jsou viditelné na první pohled!!

Obrázek 4.10schéma č.2 pro cvičení 4.3Obrázek 4.9

schéma č.1 pro cvičení 4.4


Obrázek 4.12kde je chyba?

Obrázek 4.13kde je chyba?


Simulace obvodu sparametrickým rozsahemhodnot zdroje.

Shrnutí kapitolyV této kapitole si vyzkoušíte odsimulovat obvod s proměnnou hodnotou napětí na zdroji.

Vyzkoušíte si, jakým způsobem použít nejjednodušší značky a nakonec si vyzkoušíte i grafickéznázornění výsledků.

TeorieTeorieK čemu je simulace v rozsahu hodnot.

Každý elektrotechnik se někdy dostane do situace, kdy potřebuje zjistit, jaké nejvhodnější napajecínapětí potřebuji v tomto obvodu, jaké je maximální napájení stejnosměrných částí obvodů, aniž by obvodvypadl z pracovní oblasti atd.. Je několik možností, jak zjistit tyto údaje. Jedna z nich je napříkladvýpočet, druhá je hrubý odhad. Ale základní vlastností každého elektrotechnika je především lenost. A t

A právě proto máme možnost parametrické simulace. Ta nám totiž umožňuje nechat počítačspočítat velký počet variant v rozsahu hodnot a graficky je znázornit. To umožní nám elektrotechnikůmvybrat si vhodnou variantu bez počítání.


Simulace lineárního obvodu.

Pro vyzkoušení si simulace v rozsahu hodnotpoužijeme schéma z obrázku 5.1. Cílem naší simulace jezjistit, jaká je závislost proudu v tomto obvodu na napětízdroje.

Provedení.

Nejprve vytvořte prázdný projekt (viz kapitola 1). Pojmenujte ho Rozsah. Typprojektu bude Analog or Mixed A/D. V něm zakreslete schéma z obrázku 5.1.

Potom vytvořte novou simulaci a nazvěte ji DCanalyza (viz obrázek 5.2).

Obrázek 5.1schéma pro test parametrické simulace

Obrázek 5.2jméno nové simulace

Po provedení se objeví dialogové okno (obrázek 5.3) obsahující nastavení.

V sekci Analyze type nastavte naDC Sweep. To je nastavení rozkmitu zdroje vrozsahu hodnot.

V sekci Options vyberte Primary Sweep.

V sekci Sweep Variable vyberte položkuVoltage source. Name nastavte V1.

V sekci Sweep type vyberte linear.Hodnoty nastavte:

Start value 1VEnd value 10VIncrement 1V

Poté co potvrdíte volbu pomocí tlačítka OK, je simulace připravena ke spuštění. A nyní co jstevlastně nastavili. Nastavili jste simulaci tak, aby proběhla celkem 9 krát s tím, že pokaždé je jiná hodnotanapájecího napětí V1 (1V, 2V, 3V, 4V, 5V, 6V, 7V, 8V, 9V, 10V).

Nyní už spusťte samotnou simulaci.

Obrázek 5.3nastavení

Simulace

Na obrázku 5.4 je prázdné simulační okno. Dosud v něm není nastaveno, které parametry obvodumají být zobrazena. Nyní si ukážeme jak nejjednodušeji zobrazit některé hodnoty.

Použití značkovačů.

Pokud chcete vědět, co se děje na některém místě v obvodu, potom nejjednodušší způsob jeumístit na dané místo značku (Marker). Orcad 9.2 obsahuje 4 typy značek.

Značka proudu.

Značka výkonu.

Značka napětí.

Značka rozdílu napětí mezi dvěmi body.

Obrázek 5.4prázdné simulační okno

Jak používat značky.

Představte si situaci, kdy chcete graficky zobrazit proud procházející naším testovacím obvodempřes zdroj V1.

To uděláte tak, že se nejprve přepnete do okna obsahujícího schéma obvodu (například přespoložku menu Windows, nebo pomocí minimalizace okna simulace).

Nyní jste opět na kresbě se schématem. Levýmtlačítkem myši (CLICKL) stisknete ikonuznačkovače proudu. Tento značkovač umístěte doobvodu (nezáleží na tom, kam ho umístíte, je zde

pouze 1 větev).

Poté, co se přepnete zpět do okna obsahujícího simulaci zjistíte, že se obraz simulace změnil. Vokně se simulací je náhle tento obrázek (obrázek 5.6), který zobrazuje lineární závislost proudu vobvodu na napětí zdroje V1. Povšimněte si, jak jsou popsány osy v grafu.

Obrázek 5.5kam umístit značku

Obrázek 5.6lineární závislost proudu na nap ětí

Výměna značky.

Nyní si vyzkoušíte jaké napětí je na odporuR1. Postup je následující. Nejprve se opětpřepněte do okna se schématem. Potomodstraňte značku proudu (vybrat pomocíCLICKL a smazat pomocí Delete).

Na koncové uzly odporu R1 vložte značkurozdílu napětí (tato značka je párová). Poprovedení by Váš obvod měl vypadat stejně jakona obrázku 5.7.

A nakonec se opět přepněte do simulace a podívejte se, jak se mění úbytek napětí na odporu R1 vzávislosti na napětí V1 (viz obrázek 5.8).

Obrázek 5.7obvod se značkami napěťové diference

Obrázek 5.8napětí na odporu R1

Samostatná cvičeníSamostatná cvičení1) Vyzkoušejte si změny roszahů na osách X a Y v grafu z lineárních na logaritmické.

To lze provést pomocí těchto ikon. Jedná se o ikony , které převedou osu v grafu zlineárního na logaritmické zobrazení.

2) Připojte na kladný konec zdroje V1 napěťový a proudový značkovač a vysvětlete, co sezobrazilo na grafu.

3) Překreslete simulované schéma tak, aby odpory R1 a R2 byli zapojeny paralelně.

a) Zobrazte proudy protékající jednotlivými větvemi obvodu pro vybrané napětí.b) Zobrazte proudy v jednotlivých větvích pro rozsah napětí zdroje od 0V do 100V.


Simulace obvodu sparametrickým rozsahemhodnot součástky.

Shrnutí kapitolyV předchozí kapitole jste se naučily simulovat obvod s parametrickými hodnotami zdroje napětí.

Nyní se naučíte simulovat obvod s parametrickými hodnotami libovolné součástky.

TeorieTeoriePodívejte se na schéma na obrázku 6.1. Jedná se o stejný obvod, jako v předchozí kapitole. Ale

nyní máme jiný cíl. Naším úkolem je určit optimální velikost odporu R2 tak, aby ztráta energie na němbyla co nejvyšší.

Existuje několik způsobů, jak určit maximum, například maximum funkce výkonu.

P = VP = Voutout22 / R2/ R2

což je vaším úkolem nyní spočítat.

Extrém funkce je tam, kde je první derivace funkce rovna 0.

Obrázek 6.1jednoduchý obvod


Vytvoření obvodu.

Nejprve vytvořte projekt ParametricSweep. Do nového schématu zakreslete schéma z obrázku6.1. Pokud si nejste jisti jak podívejte se zpět na kapitoly 1. a 2..

Jak nastavit součástku aby měla proměnnou hodnotu.

Nejprve změníme hodnotu součástky na textový řetězec(například RVAL). Tím získámeidentifikátor, přes který můžeme nastavovat proměnné hodnoty dané součástky.

Důležité je uvést zvolený řetězec v složených závorkách. Jinak to nebude fungovat !!!

Do schématu vložíme speciální součástku PARAM (nachází se v knihovně SPECIAL). PomocíDCLICK na "PARAMETERS" se otevře okno vlastností součástky. Nyní vytvoříte nový sloupeček(New Column..) který pojmenujete stejným textovým řetězcem, který jste zadal jako název parametrusoučástky. Do pole hodnoty součástky zadejte libovolnou hodnotu. Poté můžete okno uzavřít.

Obrázek 6.2globální parametr RVAL s hodnotou 1k

Výsledný obvod

Zde na obrázku 6.3 je zobrazen výsledný obvod.

Povšimnětesi, že hodnota odporu R2 není zapsána číselnou hodnotou, ale textovým parametrem,RVAL který je uveden ve složených závorkách. Dole uprostřed je speciální součástka PARAM a jejíhodnota.

Obrázek 6.3výzledné schéma s parametrem.

Nastavení simulace s proměnným globálním parametrem.

Nyní vytvořte nový simulační profil. Pojmenujte ho DCSweep.

Jako typ analýzy nastavte DC Sweep.V options zvolte Primary sweep.Jako proměnnou zvolte global parameter a jako jméno parametru zvolte RVAL.Pro rozkmit zvolte lineární rozložení a hodnoty simulace zvolte po 10Ω od 1Ω do 10 kΩ.Výsledné nastavení by mělo odpovídat tomu na obrázku 6.4.

Obrázek 6.4nastavení globálního parametru

Provedení simulace.

Nyní je analýza nastavena, takže můžete spustit samotnou simulaci.

V obrázku 6.5 je na ose X rozsah hodnot od 1Ω do 10 kΩ. A nyní potřebujeme nastavit osu Y.Máme 2 možnosti jak to udělat.

Jak nastavit osu Y v grafu pomocí značky.

V našem schématu potřebujete zjistit výkon na odporu R2. Proto vyberte značkuvýkonu a umístěte ji přímo na odpor R2.

Obrázek 6.5požadovaný výsledek

Jak nastavit osu Y v grafu pomocí funkce AddTrace.

Nejprve stiskněte ikonu AddTrace. Otevře se dialog pro modifikaci osy Y (stejný jakona obrázku 6.6).

V levé části je seznam všech možných proměnných, které program dokázal najít. Ve střední částiokna máte přepínače pomocí kterých si můžete zvolit, které proměnné chcete zobrazit. A v pravé jsoufunkce, které s danými signály můžete použít.

Nyní do pole označeného Trace Expression vložte co se má v grafu zobrazit. Nastavte tamW(R2).

Obrázek 6.6přidání oty osy Y.

Jak změnit nastavenou osy Y.

Nyní se pokuzíme změnit zobrazovanou proměnnou. Naším cílem bude zobrazit efektivitu naodporu R2. Použijte proto DCLICK na název zobrazované veličiny (nápis -W(R2) pod osou X naobrázku 6.5). Potom se otevře dialogové okno (obrázek 6.6) kde přepíšete obsah pole TraceExpression.

Na tomto grafu máte znázorněnou poměr přenosu energie ze zdroje V1 na odpor R2.

Z daných grafů vyplývá, že maximální výkon je emitován odporem o velikosti 1 kW a to 25 mW.

Obrázek 6.7efektivita přenosu energie ze zdroje na rezistor R2

Praktická cvičeníPraktická cvičení

1). Odpor R1 v obrázku 6.8. je čtvrtwatový odpor (jeho výkon nesmí překročit 250 mW). Jaká jenejvyšší hodnota odporu Rout, aby ho bylo možno bezpečně použít ?

2). Whetstoneův mostní obvod z obrázku 6.9. může být použit k určení hodnoty neznáméhoodporu Rtest. Měňte hodnotu odporu Radjust, dokud nebude proud procházející odporem Rnullnulový. Použijte výsledku pro určení hodnoty rezistoru Rtest.

3). Na obrázku 6.5. je maximum při přenosu 50% energie. Při jaké hodnotě R2 je přenos energie25%?



Documents

OrCAD PSpice 9.2