1) Stromlaufplan (Schematic) zeichnenmitarbeiter.hs-heilbronn.de/~spohrer/OrCAD/Einfuehrung in...

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Einführung PSPICE Diese Unterlagen sind nur für den Gebrauch im Unterricht an der HTL-Rankweil bestimmt 1) Stromlaufplan (Schematic) zeichnen Bauteile platzieren: Get New Part analog.lib: R, L, C ... eval.Lib : Diode, Transistor, OP... port.lib : AGND source.lib : VDC, VAC, VSIN, VPULSE, IDC .... Elektrische Verbindungen zeichnen: Draw Wire Value verändern: Doppelklick auf Value Zulässige Werte: 1p – 1n – 1u – 1m – 1 – 1k – 1meg (Klein- oder Großschreibung zulässig) Dezimalstellen mit Punkt darstellen: z.B.: 1.2k Kein Abstand zwischen Zahl und Multiplikator: 1.2k und nicht 1.2 k Buchstaben oder Zahlen hinter dem Multiplikator werden nicht erkannt: 100m = 100mV, 1k47 = 1k Short Cuts: Strg + R Bauteil rotieren Strg + F Bauteil spiegeln 2) Simulation starten Analysis – Setup... Transient: Siehe 3) Zeitanalyse (Oszi-Funktion) AC-Sweep: Siehe 4) AC-Analyse (z.B.: Bode-Diagramm) DC-Sweep: Siehe 5) DC-Analyse (z.B.: Gleichspannungsanalyse, Transistorkennlinie, Potentiometerkennlinie Temperarture: Siehe 5.1) Temperatur für Analyse wählen gewünschte Analyse-Funktion anklicken. © Ga2005 Version 0105 Seite 1 pspice91.sxw

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Einführung PSPICEDiese Unterlagen sind nur für den Gebrauch im Unterricht an der HTL-Rankweil bestimmt

1) Stromlaufplan (Schematic) zeichnen

Bauteile platzieren: Get New Part

analog.lib: R, L, C ...eval.Lib : Diode, Transistor, OP...port.lib : AGNDsource.lib : VDC, VAC, VSIN, VPULSE, IDC ....

Elektrische Verbindungen zeichnen: Draw Wire

Value verändern: Doppelklick auf Value Zulässige Werte: 1p – 1n – 1u – 1m – 1 – 1k – 1meg (Klein- oder Großschreibung zulässig) Dezimalstellen mit Punkt darstellen: z.B.: 1.2k Kein Abstand zwischen Zahl und Multiplikator: 1.2k und nicht 1.2 k Buchstaben oder Zahlen hinter dem Multiplikator werden nicht erkannt: 100m = 100mV, 1k47 =

1k

Short Cuts: Strg + R Bauteil rotierenStrg + F Bauteil spiegeln

2) Simulation starten

Analysis – Setup...

Transient: Siehe 3) Zeitanalyse (Oszi-Funktion)AC-Sweep: Siehe 4) AC-Analyse (z.B.: Bode-Diagramm)DC-Sweep: Siehe 5) DC-Analyse (z.B.: Gleichspannungsanalyse, Transistorkennlinie,

PotentiometerkennlinieTemperarture: Siehe 5.1) Temperatur für Analyse wählen gewünschte Analyse-Funktion anklicken.

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3) Transienten-Simulation

Sie wird zur Untersuchung der Zeitabhängigkeit elektrischer Vorgänge verwendet. Die grafischeDarstellung der Analyseergebnisse erfolgt mit einem „Software-Oszilloskop“ namens PROBE.

3.1) Tiefpass

Aufgabenstellung:1. Zeichne die Schaltung des Tiefpasses und berechne den Widerstand R1 für die Grenzfrequenz

fgu = 1 kHz, wenn der Kondensator C1 = 1µF.2. Ermittle aus der Simulation den Betrag der Spannung am C1 und die Phasenverschiebung bei

der Frequenz f = 1 kHz.

Gegeben: U1 ist eine Sinusspannung mit û = 10 V

Step Ceiling:PSPICE legt den Abstand der Rechenpunkte (Stützstellen) automatisch fest. Wenn sich dieSpannung schneller ändert, wählt PSPICE die Abstände enger als bei langsamer Änderung. Dasspart Rechenzeit und Speicherplatz. Wenn das Feld „Step Ceiling“ leer ist, ist der maximale Abstandder Rechenpunkte (Schrittweite) bei 2% FINAL TIME eingestellt, das sind 50 Rechenpunkte. Beimanchen Kuvenformen (z.B. Sinus) sind für brauchbare Ergebnisse mindestens 100 Rechenpunkteerforderlich. Für obiges Beispiel sollte daher Step Ceiling = Final Time/100 = 30 µs (oder kleiner)eingestellt werden.

Print Step:Stammt noch aus den Anfangszeiten von PSPICE. Sie ist die Schrittweite, in der PSPICE dieRechenergebnisse zur tabellarischen Auswertung zur Verfügung stellt. Ab V9.1 auf 0 ns einstellen!

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Stromlaufplan

Einstellungen VSINEinstellung Transient

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3.2 Sprungantwort eines Tiefpasses

Aufgabenstellung:1. Zeichne die Schaltung zur Ermittlung der Sprungantwort des Tiefpasses R1 = 1 kΩ und C1 = 1µF2. Stelle die Sprungantwort für eine Periode dar, der Kondensator soll über 5 geladen, bzw.

entladen werden.

Gegeben: U1 ist eine Rechteckspannung mit û = 10 V

3.3) Einweggleichrichtung

Aufgabenstellung:1. Zeichne das Schaltbild einer Einweggleichrichtung.2. Simuliere die Schaltung.3. Stelle die Spannungen V(AC) und V(DC), sowie die Ströme I

(V1), I(C1) und I(RL) dar.4. Ermittle die Lade- und Entladezeit des Kondensators.

Gegeben: U1 ist eine Sinusspannung mit û = 10 V/50 Hz

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Stromlaufplan

Einstellungen VPULSE

Einstellung Transient

Stromlaufplan Einstellung Transient

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3.4) RC-Oszillator

Aufgabenstellung:1. Zeichne das Schaltbild eines RC-Oszillators.2. Simuliere die Schaltung.3. Stelle die Spannungen V(OUT) dar.4. Wie groß muss die Verstärkung sein, damit der Oszillator sicher anschwingt?

Das Anschwingen des Generators muss durch eine Impulsquelle VPULSE oder IPULSE angeregtwerden. Die Spannungsquelle hat einen Innenwiderstand von 0 Ω und wird in Reihe mit derRückkopplung geschaltet. Die Stromquelle hat einen Innenwiderstand von ∞ Ω und wird parallel zurRückkopplung geschaltet.

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Einstellungen VSIN

Stromlaufplan

Einstellung Transient

Einstellung IPULSE

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4) AC-Simulation

4.1) Tiefpass

Aufgabenstellung:1. Zeichne die Schaltung des Tiefpasses.2. Ermittle aus der Simulation den Amplitudengang und den Phasengang (Bode-Diagramm) im

Bereich von 10 Hz –10 kHz.3. Ermittle die untere Grenzfrequenz.

Gegeben: U1 ist eine Sinusspannung mit û = 10 V

Für die logarithmische Darstellung ist dieEinstellung Decade zu wählen.

5.2) Schwingkreis

Aufgabenstellung:1. Zeichne die Schaltung des Reihenschwingkreises2. Ermittle aus der Simulation im Bereich von 100 Hz –10 kHz:

2.1. den Verlauf des Stromes I und die Bandbreite desReihenschwingkreises

2.2. den Verlauf von R, XL, XC und Z

Gegeben: U1 ist eine Sinusspannung mit û = 10 V (VAC)

Darstellung der Spannung an R1: V(R,L)Darstellung von XL: V(L,C)/I(L1)

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Stromlaufplan

Einstellungen VSINEinstellung AC Sweep

Stromlaufplan

Einstellung AC Sweep

Einstellung VAC

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5) DC-Simulation

5.1) Transistorkennlinie (Spannung und Strom als Sweep-Variable)

Aufgabenstellung:Erstelle die Ausgangskennlinie des TransistorsBC547B.

Standardmäßig ist die Temperatur auf 27°C eingestellt. Wahlweisekann die Simulation auch bei anderen Temperaturen erfolgen. Beidiesem Beispiel wird bei 27°C, 50°C und 70°C simuliert. DieTrennung der Temperaturwerte erfolgt durch ein Leerzeichen.

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Schaltung zur Kennlinienaufnahme

Einstellung IDC Einstellung VDC

Main-Sweep Nested Sweep

Einstellung der Temperatur

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5.2) Kennlinie des belasteten Potentiometers (Widerstandswert als Sweep-Variable)

Aufgabenstellung:Stelle die Kennlinie dar. R = 1 kΩ, RL = 500 Ω

Hinweis:

Schaltung zeichnen Doppelklick auf Widerstandwert von R1. Name

der Sweep-Variablen eingeben: 1000*(1-k) Doppelklick auf Widerstandwert von R2. Name der Sweep-Variablen eingeben: 1000*k Element PARAM aus SPECIAL.LIB auf Zeichenfläche bringen Doppelklick auf Parameters. Name1 = k, Value = 0.5

6) Quellen

6.1) Gleichspannungsquelle

VDC Gleichspannungsquelle IDC GleichstromquelleDC Gleichspannungswert DC Gleichstromwert

6.2) Wechselspannungsquelle

VAC Wechselspannungsquelle IAC WechselstromquelleDC Gleichspannungswert

nur für DC-Analyse!DC Gleichstromwert

nur für DC-Analyse!ACMAG Amplitude der Spannung AC Amplitude des StromsACPHASE Phasenlage der Spannung zu Beginn

6.3) Sinusquelle

VSIN sinusförmige Spannungsquelle ISIN sinusförmige StromquelleDC Gleichspannungswert

nur für DC-Analyse!DC Gleichstromwert

nur für DC-Analyse!AC Amplitude der Sinusspannung

nur für AC-Analyse!AC Amplitude des Sinusstroms

nur für AC-Analyse!VOFF Gleichspannungsanteil der

SinusspannungIOFF Gleichstromanteil des Sinusstroms

VAMPL Amplitude der Sinusspannung IAMPL Amplitude des SinusstromsFREQ Frequenz FREQ Frequenz

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Stromlaufplan

Einstellung Parameters

DC-Sweep

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TD Verzögerungszeit beim Anschwingen TD Verzögerungszeit beim AnschwingenDF Dämpfungsfaktor DF DämpfungsfaktorPHASE Phasenlage beim Anschwingen PHASE Phasenlage beim Anschwingen

6.4) Impulsquelle

VPULSE Spannungs-Impulsquelle IPULSE Strom-ImpulsquelleDC Gleichspannungswert

nur für DC-Analyse!DC Gleichstromwert

nur für DC-Analyse!AC Amplitude der Sinusspannung

nur für AC-Analyse!AC Amplitude des Sinusstroms

nur für AC-Analyse!V1 Minimalspannnung I1 MinimalstromV2 Maximalspannung I2 MaximalstromTD Verzögerungszeit TD VerzögerungszeitTR Anstiegszeit TR AnstiegszeitTF Abfallzeit TF AbfallzeitPW Pulsweite PW PulsweitePER Periodendauer (ohne Angabe wird nur ein

Impuls erzeugt)PER Periodendauer (ohne Angabe wird nur ein

Impuls erzeugt)

7) Probe

7.1) Analysis/Simulate oder F11

Markieren eines Punkte auf derLadekurve:

Cursor mit Toggle Cursor einschalten Cursor 1 mit linker Maustaste oder linker

Cursortaste zu t = 1 ms verschieben Punkt mit Mark Label markieren Kommentare mit Text Label hinzufügen

Cursor 1 mit linker Maustaste oder linkerCursortaste zur unteren Grenzfrequenz(Höchstwert -3dB) verschieben

Cursor 2 mit linker Maustaste oder linkerCursortaste zur oberen Grenzfrequenz(Höchstwert -3dB) verschieben

In Feld „Probe Cursor“ kann die Differenzder Frequenzen = Bandbreite abgelesenwerden.

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Ti me

0s 2ms 4ms 6ms 8ms 10msV( I N) V( OUT)

0V

5V

10V

Auf l adung nach 5t au( 5. 0000m, 9. 934)

Ent l adung nach 1t au

Auf l adung nach 1t au( 1. 0000m, 6. 3165)

( 6. 0000m, 3. 6665)

Beispiel 3.2: Tiefpass

Fr equency

100Hz 300Hz 1. 0KHz 3. 0KHz 10KHzDB( I ( L1) )

- 50

- 40

- 30

- 20

Ober e Gr enzf r equenzUnt er e Gr enzf r equenz( 1. 3804K, - 23. 077)( 735. 642, - 23. 045)

Beispiel 5.2: Schwingkreis

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7.2) Probe-Befehle

View/ Output File Out-File darstellenTrace/Add Trace Funktion darstellenTrace/Cursor/Display Cursor einschalten (Cursor 1 – LMT, Cursor 2 – RMT)Plot/Axis Settings Einstellung der X-bzw. Y-AchsePlot/Add Y-Axis zusätzliche y-AchsePlot/Delete y-Axis zusätzliche y-Achse löschenPlot/Add Plot to Window zusätzlichen Plot erstellenPlot/Label/Text Text einfügenPlot/Label/Line Linie einfügenPlot/Label/Poly-line Poly-Linie einfügenPlot/Label/Arrow Pfeil einfügenPlot/Label/Box Rechteck-Box einfügenPlot/Label/Circle Kreis einfügenPlot/Label/Ellipse Ellypse einfügenPlot/Label/Mark Punkt markieren, der zuletzt mit dem Cursor gezeigt wurdeWindow/Display Control Bild abspeichern

7.3) Verfügbare Funktionen und Operatoren

+, -, *, /, () Mathematische OperatorenABS(x) Betrag von xSGN(x) Vorzeichen von xSQRT(x) √xEXP(x) ex

LOG(x) ln(x)LOG10(x) log(x)M(x) Amplitude von xP(x) Phasenwinkel von x (in Grad)R(x) Realanteil von xIMG(x) Imaginäranteil von xG(x) Gruppenlaufzeit von xPWR(x,y) (ABS(x))y

SIN(x) sin xCOS(x) cos xTAN(X) tan xATAN(x) arctan xD(f) Ableitung von f nach x-Achsen-VariableS(x) Integral von f über x-AchseAVG(f) Mittelwert von f über den Bereich der x-AchseAVG(x,d) Mittelwert von x im Intervall von x bis dRMS(f) Effektivwert von f im Bereich der x-AchseDB(f) Amplitude von f in dBMIN(f) Minimum des Realanteils von fMAX(f) Maximum des Realanteils von f

7.4) Probe Einstellungen

Analysis/Probe Setup/Restore last Probe Session bewirkt, dass immer die letzte Probe-Einstellungwiederholt wird.

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8) Ergebnisse in Word-Dokument übernehmen

8.1) Stromlauplan in Word-Dokument übernehmen

Gewünschter Schaltungsteil möglichst groß darstellen. Das Raster mit Options/Display Optionsausschalten. Anschließend den Schaltungsteil markieren und mit Edit/Copy to Clipboardzwischenspeichern. Das Einfügen in ein Worddokument erfolgt mit Strg + V.

8.2) Plot-Ergebnis in Word-Dokument übernehmen

Window/Copy to Clipboard Bild abspeichern.Das Einfügen in ein Worddokument erfolgt mit Strg + V.

9) Testfragen

1) In welchen Bibliotheken befinden sich folgende Bauteile:

R BC548B 1N4002L VSIN AGNDC VPULSE GLOBAL

ICD uA741 PARAM

2) Schreibe die Werte richtig: 12 mΩ 0,68 Ω150 Ω 22 kΩ0,47 MΩ 12 MΩ

3) Für die Tansienten-Simulation soll die Spannungsquelle VSIN eineSpannung U = 5,8 V, f = 5 kHz, Offset = 0 V liefern. Stelle dieSpannungsquelle ein:

4) Bei der Transienten-Simulation obiger Aufgabesollen 4 Perioden dargestellt werden. Stelle dieAnalyse ein:

5) Welcher Wert ist bei STEP CEILING einzustellen, damit in PROBE eine saubereSinusspannung dargestellt wird?

6) Für die Tansienten-Simulation soll mit der Spannungsquelle VPULSEeine Dreieckspannung U = ±3 V, f = 1 kHz liefern. Stelle dieSpannungsquelle ein:

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DC= ………………AC= ………………VOFF= …………...VAMPL= …………FREQ= …………...

Print Step:Final Time:No-Print Delay:Step Ceiling:

……………………….……………………….……………………….……………………….

V1= ……………….V2= ……………….TD= ……………….TR= ……………….TF= ……………….PW= ………………PER= ……………..

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7) Für die Tansienten-Simulation soll mit der Spannungsquelle VPULSEeine Rechteckspannung û = 3 V, f = 10 kHz, Tastverhältnis 1:1 liefern.Stelle die Spannungsquelle ein:

8) Für die AC-Simulation soll die Spannungsquelle VSIN eine SpannungU = 7 V liefern. Stelle die Spannungsquelle ein:

9) Bei der AC-Simulation soll das Bodediagramm für ein Tiefpass mit der Grenzfrequenz fg = 10kHz dargestellt werden.Stelle die Analyse ein:

10) Schwingkreis: Stelle den Verlauf von XL1, XC1, R1, Z dar.Welche Einstellungen sind in PROBE einzugeben?

11) Die Verstärkung AudB eines Verstärkers mit den Knoten ue und ua in PROBE darzustellen.Welche Einstellung ist in PROBE einzugeben?

12) DC-Simulation eines Transistors (Transistor-Ausgangskennlinie): die Spannungsquelle UCE istvon 0 V bis 3 V mit einer Schrittweite von 0,01 V, die Stromquelle IB ist von 1 µA bis 5 µA miteiner Schrittweite von 1µA zu verändern. Welche Einstellungen sind im Setup vorzunehmen?

DC-Sweep Nested SweepSwept Var. TypeVoltage SourceTemperatureCurrent SourceModel ParameterGlobal Parameter

Name: …………….. Swept Var. TypeVoltage SourceTemperatureCurrent SourceModel ParameterGlobal Parameter

Name: ……..………..

Sweep TypeLinearOctaveDecadeValue List

Start Value: ………..End Value: …………Increment: …………

Sweep TypeLinearOctaveDecadeValue List

Start Value: ……..….End Value: ………….Increment: …………..

13) Wie wird in Probe das Simulationsergebnis gespeichert?

14) Nach der dem Start der Simulation mit „Simulate“ erscheint in Probe nur ein grauer Bildschirm.Im OUT-File ist der Fehler aufgelistet. Wie wird das OUT-File geöffnet?

15) Nenne den Fehler:C_C1 dc+ 0 22,50nF-----------------------$ERROR -- unknown parameter

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V1= ……………….V2= ……………….TD= ……………….TR= ……………….TF= ……………….PW= ………………PER= ……………..

DC= ………………AC= ………………VOFF= …………...VAMPL= …………FREQ= …………...

LinearOctaveDezimal

Pts/DecadeStart Freq.:End Freq.:

……………………….……………………….……………………….

Stromlaufplan

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16) Nenne den Fehler:ERROR -- Node ac is floatingERROR -- Node dc+ is floatingERROR -- Node dc- is floatingERROR -- Node $N_0001 is floating

17) Nenne den Fehler der AC-Simulation:WARNING -- No AC sources -- AC Sweep ignored

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