Orcad DC Sweep & Parametrsk analyse

Transkript

1 Dette kompendium beskriver forskellige simulationsmåder, ved hvilke, der er mulighed for at få ORCAD til at foretage gentagne simuleringer med varierende komponentværdier. Ved at gennemgå forskellige eksempler, er de forskellige muligheder beskrevet. VDC - sweep Ved at sweepe en DC-generator, kan et kredsløb fx undersøges ved forskellige forsyningsspændinger. En DC-generator kan sweepes direkte. Det giver en graf, med den sweepede generatorspænding ud ad X-aksen. R1 Udiode Tegn dette kredsløb:.5vdc V1 47 I Brug en Current Marker D1 Placer en label = Udiode på wiren. D1N4148 Opsæt simuleringsprofilen som vist: Vælg en DC-sweep. Angiv navnet på generatoren, fx V1 Indtast en startværdi, fx V, og en slutværdi, fx 2 V. Increment angiver de step, der skal beregnes for! Følgende graf viser spændingen over dioden: Page 1 of 22

2 3mA 2mA 1mA A V.2V.4V.6V.8V 1.V 1.2V 1.4V 1.6V 1.8V 2.V I(D1) V_V1 Grafen er ikke den gængse graf for I Diode = f( U Diode ) X-aksen viser spændingen påtrykt modstand og diode af generatoren V1. Hvis der ønskes, at X- aksen skal angive Udiode, må den ændres. I PROBE vælges PLOT / X-Axis Settings Vælg Axis Variable, og vælg V(Udiode) Nu vil resultatet være: Page 2 of 22

3 3mA 2mA 1mA A V 1mV 2mV 3mV 4mV 5mV 6mV 7mV 8mV I(D1) V(UDIODE) Dette er den rigtige graf for I i en diode ved forskellige påtrykte spændinger. Parametrisk Analysis Parametrisk analyse, eller multi-run-analyse simulerer et kredsløb flere gange med forskellige komponentværdier. Simuleringen giver en familie af grafer. Alle typer analyser kan udføres som parametriske. Fx kan et kredsløb analyseres med forskellige værdier af en modstand, eller en kondensator. Det virker i DC, AC og Transient analyse. Eksempel: Et AC-sweep med forskellige kondensatorværdier. R1 Uc Tegn viste kredsløb: 1Vac Vdc V1 1k C1 {Cv} Page 3 of 22

4 Der skal analyseres for forskellige værdier af kondensatoren. Kondensatorens værdi kaldes dens parameter. Uheldigvis kan dens værdi ikke ændres direkte, men kun ved hjælp af en pseudokomponent i stedet for kondensatorens værdi. Dobbeltklik på condensatorens værdi. I stedet for en værdi, angives en symbolsk værdi repræsenteret ved en variabel. Navnet er ikke vigtigt, men det er et must, at navnet er sat i krøllede parenteser. { }. Eksempler kunne være : {Cvariabel} eller {CVar} eller {CV} Næste step er et eller andet sted på diagrammet at placere en komponent kaldet Param. Den findes i biblioteket /PSPICE/SPECIAL. Komponenten Param er en substitution for kondensatorens værdi. Den skal have samme navn, som komponentens symbolske værdi-navn i de krøllede paranteser. 1Vac Vdc V1 R1 1k C1 {Cv} PARAMETERS: Nu dobbeltklikkes på pseudokomponenten Param for at åbne dens spreadsheet. Klik på NEW Column, og indtast navnet på værdi-variablen uden paranteser. Og indtast den oprindelige værdi, fx Cv. ( Måske ikke vigtigt at det er same værdi ) Klik OK. Nu er der skabt en ny søjle I regnearket med den nye navn Scrol evt til højre I regnearket, og højreklik den nye søjle, og vælg Display. I Display Property frame afkrydses Name and Value. Klik OK. Page 4 of 22

5 Klick Apply øverst til venstre i regnearket for at update alle ændringer vedrørende PARAM komponenten. Luk regnearket, og diagrammet med pseudokomponenten skulle se således ud: 1Vac Vdc V1 R1 1k Uc PARAMETERS: Cv = 1n C1 {Cv} Nu skal der opsættes en simuleringsprofil. Vælg AC-sweep, fx fra 1 Hz til 1meg Hz, og 1 points pr decade som normalt Vælg bagefter Parametric Sweep Page 5 of 22

6 Vælg herefter som option til AC-sweep et Parametrisk Sweep, og Global parameter, som vist til højre. Indtast parameternavnet, og værdierne, der skal simuleres for: Placer nu en VdB-marker fra /PSPICE/ MARKERS/ ADVANCED, Kør simuleringen! Før resultatet vises, spørges man om, hvor mange af resultaterne, der skal vises i grafen. Vælg Alle! Resultatet er nu som flg: Hz 1Hz 1.KHz 1KHz 1KHz 1.MHz VDB(UC) Frequency Graferne viser frekvens-responset for de forskellige kondensatorværdier. Page 6 of 22

7 Hvis der dobb. Klikkes på en af de farvede mærker i nederste side af skærmen, - eller der højreklikkes på en af graferne, og der vælges Informations, kommer en boks frem med information om pågældende graf. Det er også muligt direkte at indtaste de værdier, der skal simuleres for. Click Value List and type in the values for examination: Hvis graferne slettes, og der vælges add trace, og der fx indtastes VDB(Uc)@1 VDB(Uout)@3 vises kun de pågældende grafer! Hz 1Hz 1.KHz 1KHz 1KHz 1.MHz VDB(UC)@1 vdb(uc)@3 Frequency Page 7 of 22

8 Sweep en generator: Tegn viste kredsløb: Generatoren er en Vsin. Lad en Param komponent repræsentere amplituden VOFF = VAMPL = {Uvar} FREQ = 1 Ugen V1 R1 1k Udiode V D1 D1N4148 PARAMETERS: Uvar = 1 Indtast: Offset =, Amplitude = {Uvar}, Frekv = 1k. Placer en Param component, Adder new column, Indtast navn og værdi, og gør den visible i diagrammet. Kreer en ny simulationsprofil, og sæt den op: Vælg Time domain. I General Settings, vælg Run to time = 3 ms Maximum step size = fx. 3 us. Herefter klikkes på Parametric Sweep Vælg Global parameter, og indtast navnet på parametervariablen. Indtast fx Start value =.5, End value = 1. Increment =.1. The graphs should look as the following: Page 8 of 22

9 1.V V -1.V s.5ms 1.ms 1.5ms 2.ms 2.5ms 3.ms V(UDIODE) Time Graferne viser spændingen over dioden når der påtrykkes forskellige spændinger. Page 9 of 22

10 AC-sweep og ændring af en modstand: Opbyg dette kredsløb: PARAMETERS: RVar = 22 1Vac Vdc V3 Ugen R1 {RVar} Uc C1 VDB 1n Settings er som følgende: AC Sweep, Start frequency = 1, End frequency = 1meg, and Points/decade = 1 I optional parametric sweep, vælg Global parameter, Indtast Parameter navn ( Rvar ), Og indtast Start value = 22, End value = 1, og Increment = 1 Graferne: Page 1 of 22

11 Hz 3Hz 1Hz 3Hz 1.KHz 3.KHz 1KHz 3KHz 1KHz 3KHz 1.MHz VDB(UC) Frequency Variabel liste: Her er samme simulering udført, men modstandsværdierne er valgt fra en liste: (Værdierne er adskilt af space eller komma.) Disse værdier giver følgende grafer: Page 11 of 22

12 Hz 3Hz 1Hz 3Hz 1.KHz 3.KHz 1KHz 3KHz 1KHz 3KHz 1.MHz VDB(UC) Frequency DC SWEEP med en modstand som parameter. PARAMETERS: RVar = 22 Ugen R1 {RVar} Uc 12Vdc V4 R2 1k V Kredsløbet: Opsæt en DC sweep. Primary sweep er en global parameter RVAR ( På X-axis ) Start value 1, Endvalue 1, step = 1 ohm. Page 12 of 22

13 11V 1V 9V 8V 7V 6V.1K.2K.3K.4K.5K.6K.7K.8K.9K 1.K V(UC) RVar Modstanden er sweep ed og grafen ser således ud:! Max Power transfer: Her udføres samme simulering, men modstandene er byttet: PARAMETERS: RVar = 22 Ugen R2 Uout 12Vdc V4 1k R1 {RVar} DC Sweep, Primary sweep, = X-axis, ( Rvar ), fra 5 til 15 ohm, 5 ohm increments. Det er effekten, der ønskes tegnet graf for. Graferne er adderet med Add Trace og indtastning af: V(Uout)*V(Uout) / Rvar. Eller der kan blot vælges W(R1) Grafen viser max effekt i R1 ved en værdi på Rvar = 1 Kohm. Page 13 of 22

14 36m 35m 34m 33m 32m.5K.6K.7K.8K.9K 1.K 1.1K 1.2K 1.3K 1.4K 1.5K 1.6K V(UOUT) * V(UOUT) / RVar RVar DC Nested Sweep, Karakteristisk kurve for BJT transistor Her ønsker vi at sweepe 2 generatorer. X-aksen viser U collector, Uc, og Y-aksen viser I Collector ved forskellige værdier af I Basis. Det betyder, I basis er parameter! Kredsløbet tegnes: Uc Brug en I-Marker Ub Q1 I Vdc V1 Q2N2222 I1 Adc Page 14 of 22

15 Opsæt en DC Sweep. Der ønskes at sweepe kollector spændingen som den primære sweep, ( ud ad X-aksen ) Navnet er V1. Den sweepes fra til 15 Volt. Increment er.1 Dvs. beregninger for hver 1 mv. Herefter opsættes Secondary Sweep. Det er strømgeneratoren, der skal sweepes. Start Value er End value er 1m [A] Increment er 1u [A] Resulttatet er følgende grafer for I collector ved forskellige værdier af basisstrømmen I B. Page 15 of 22

16 2mA 1mA A V 2V 4V 6V 8V 1V 12V 14V 16V IC(Q1) V_V1 I kollector stiger ikke ret meget selvom forsyningsspændingen hæves. Ic er en funktion af I Basis. Parametrisk sweep kan også bruges: Når en strøm- eller spændingsgenerator skal sweepes, er der ikke brug for en PARAM component! VælgParametric Sweep Vælg Current source, og indtast dens navn. Indtast start value =, End Value = 1m, og Increment = 1u Resultatet: Page 16 of 22

17 2mA 1mA A -1mA V 2V 4V 6V 8V 1V 12V 14V 16V... IC(Q1) V_V1 Page 17 of 22

18 I á Jfet som strømgenerator: Vdc V1 J1 J2N3819 R1 {Rv} PARAMETERS: Rv = 1 Spændingsgeneratoren V1 varieres fra til 2 volt. ( ud ad X-aksen ). Der tegnes grafer for forskellige modstandsværdier: Strømmens størrelse afhænger af modstanden! Ved Ohm er strømmen størst, og den falder ved stigende modstandsværdier! 15mA 1mA 5mA A V 5V 1V 15V 2V ID(J1) V_V1 Page 18 of 22

19 Jo mere vandret graferne er, jo mindre ændres strømmen selv ved påtrykning af selv store spændinger. Kan fx bruges foran en lysdiode! Variering af potentiometeret Pot set Udgangsspændingen undersøges for forskellige set-værdier, ved ændring ( sweepning ) af den påtrykte spænding fra 11 til 12 Volt: PARAMETERS: Rset = 1 12Vdc V1 3 R2 2 SET = {Rset} 1 V R1 1k Page 19 of 22

20 12V 8V 4V V 11.V 11.1V 11.2V 11.3V 11.4V 11.5V 11.6V 11.7V 11.8V 11.9V 12.V V(R2:t) V_V1 Page 2 of 22

21 Powersupply: Følgende kredsløb tegnes. Det er en justerbar spændingsgenerator. En power supply. Q1 Q2N2222 Uout PARAMETERS: Rset = 1k R2 V 18Vdc V1 1k R3 1k Q2N2222 Q2 1k R4 1 2 Pot Rlast SET = {Rset} 1k 3 D1 D1N75 Udgangsspændingen er afhængig af potentiometerets set-værdi. Der opsættes en simuleringsprofil som vist: Brug en Param pseudo-komponent for SET. Grafen for forskellige SET-værdier: ( Må sættes fra til 1 ) Page 21 of 22

22 2V 1V V V 4V 8V 12V 16V 2V V(UOUT) V_V1 Uout er opad. En Uout på fx godt 1 Volt kan opretholdes fra en indgangsspænding på X-aksen på ca 1 Volt. Udgangsspændingen stiger en anelse, selvom indgangsspændingen bliver højere! Grafen er ikke helt vandret.!! Page 22 of 22