Einführung zur Schaltungssimulation am PC mit OrCad PSpice 9.1

Florian Markus Förster
TU-Berlin
19.06.2005
Einführung zur
Schaltungssimulation am PC
mit OrCad PSpice 9.1
Eine Kurzeinführung von
Florian Markus Förster
im Rahmen des Projektlabors
SS 2005 der TU-Berlin
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Florian Markus Förster
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19.06.2005
Inhaltsverzeichnis
1
2
3
4
5
Einführung.......................................................................................................................... 3
1.1
Was ist PSpice? .......................................................................................................... 3
1.2
Funktionalität von PSpice .......................................................................................... 3
Arbeiten mit PSpice ........................................................................................................... 5
2.1
Schaltplaneingabe mit Capture................................................................................... 5
2.1.1
PSpice Capture starten ....................................................................................... 5
2.1.2
Neues Projekt anlegen ........................................................................................ 5
2.1.3
Schaltung aufbauen ............................................................................................ 6
2.1.4
Capture braucht die 0/Source ............................................................................. 8
2.1.5
Dimensionierung der Bauteile............................................................................ 9
2.2
Simulation mit PSpice.............................................................................................. 10
2.2.1
Simulationstypen .............................................................................................. 10
2.2.2
Erstellen eines Simulationsprofils .................................................................... 10
2.2.3
Messpunkte festlegen ....................................................................................... 11
2.2.4
Starten der Simulation...................................................................................... 11
2.3
PSpice A/D............................................................................................................... 12
2.4
PSpice Model Editor ................................................................................................ 13
2.5
Wichtige Shortcuts, Einheiten und Abkürzungen .................................................... 14
2.5.1
Shortcuts........................................................................................................... 14
2.5.2
Einheiten........................................................................................................... 14
2.5.3
Abkürzungen von Bauelementen ..................................................................... 14
2.6
Tipps und Tricks....................................................................................................... 15
Beispiele ........................................................................................................................... 17
3.1
Einrichten und Simulieren eines Spannungsteilers .................................................. 17
3.2
Aufnehmen eines Ausgangskennlinienfeld von einem Transitor ............................ 19
3.3
Bodediagramm eines RC-Hochpasses ..................................................................... 22
Quellen und Weiterführende Informationen .................................................................... 25
Abbildungsverzeichnis ..................................................................................................... 25
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1 Einführung
1.1 Was ist PSpice?
PSpice basiert auf dem legendären SPICE Algorithmus (Simulation Program with
Integrated Circuit Emphasis – Simulationsprogramm für Integrierte Schaltplaneingabe).
Dieser Algorithmus wurde in den 70er Jahren an der Universität in Berkley entwickelt
und revolutionierte die damalige professionelle Schaltungsentwicklung. Mit dem SPICE
Algorithmus war es möglich, in kürzester und damit intensiv kostensparender Zeit eine
Schaltung zu entwerfen oder zu ändern.
Des weiteren kann jede neue Idee „ohne Lötkolben“ bis ins letzte Detail hinein präzise
ausgetestet werden, bevor überhaupt eine Leiterplatte gefertigt wird. Deshalb eröffnen
sich nicht nur für die professionellen Entwickler, sondern auch für Hobbyelektroniker,
Studenten, Schüler und Auszubildende völlig neue kreative Möglichkeiten.
Anfangs lief SPICE nur auf modernen Großrechnern und war ausschließlich der
Industrie zugänglich. Mit der Zeit wurden die PCs leistungsstärker und man entwickelte
Ableger des SPICE Algorithmus, wie z. B. PSpice (SPICE for the PC) von der Firma
Microsim. Das Unternehmen Microsim fusionierte im Jahre 1998 mit OrCad und wurde
im darauf folgendem Jahr von der Firma CADENCE DESIGN SYSTEM übernommen.
PSpice ist für den professionellen Bereich als Vollversion erhältlich, muss aber für
10.000 € pro Einzelplatzlizenz erworben werden. Hobbyelektroniker, Studenten,
Schüler und Auszubildende können PSpice auch als kostenlose Testversion nutzen. Die
frei zugängliche Demoversion besitzt zwar die volle Funktionalität der Vollversion, ist
jedoch in ihrer Quantität eingeschränkt.
Die wichtigsten Unterschiede zur Vollversion:
Max. 64 Knoten
Max. 10 Transistoren
Max. 3 Operationsverstärker
Max. 1 DINA4-Seite
Max. 50 Bauteile pro Seite
-
1.2 Funktionalität von PSpice
Mit dem Programm PSpice können analoge, digitale und gemischte Schaltungen
simuliert werden, wobei der Schwerpunkt auf der analogen Simulation liegt. Dazu
besteht PSpice aus mehreren einzelnen Programmen, die den SPICE Algorithmus um
die grafische Eingabe und Ausgabe erweitern.
Für die Eingabe der Schaltpläne stellt PSpice zwei Schaltplaneditoren mit den Namen
Capture und Schematics zur Verfügung. Die eigentliche Simulation der Schaltung führt
der SPICE Algorithmus durch. Die Auswertung der Simulation übernimmt das
Programm PSpice AD. Hiermit können die Simulationsergebnisse wie Spannungs- oder
Stromverläufe, Frequenzgänge und Spektren grafisch dargestellt werden. PSpice enthält
auch noch zwei weitere Programme; eines um Signalquellen zu erstellen (Stimulus
Editor), sowie ein anderes, um nicht vorhandene Bauteile zu designen oder vorhandene
zu ändern (Model Editor).
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Abbildung 1: Blockschaltbild zum Aufbau von PSpice
Wie bereits erläutert, besteht PSpice aus mehreren Teilprogrammen. Die für uns
relevanten sind:
-
-
Capture: Programm zur Schaltplaneingabe
Model Editor: Programm zum Hinzufügen von Bauelementen, die nicht in den
Bibliotheken (Librarys) vorhanden sind
PSpice AD: Programm zur Auswertung der Schaltplansimulationen
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2 Arbeiten mit PSpice
2.1 Schaltplaneingabe mit Capture
Im folgenden werde ich erläutern, wie man mit dem Schaltplan Editor Capture in
PSpice eine Schaltung erstellt und anschließend simuliert.
2.1.1 PSpice Capture starten
Zuerst muss unser Schaltplan Editor Capture gestartet werden, dazu gehen wir wie folgt
vor, „Start à Programme à Pspice Student à Capture Student”.
Abbildung 2: Starten von PSpice Capture
2.1.2 Neues Projekt anlegen
Bevor wir mit dem erstellen eines Schaltplans beginnen können müssen wir ein neues
Projekt anlegen, dazu klickt man einfach auf „ File à New à Project...“.
Abbildung 3: Neues Projekt anlegen
Es öffnet sich nun ein neues Fenster, wo wir den Projekt-Namen, sowie den Pfad, wo
dieses gespeichert werden soll, festlegen. Unter „Create a New Project Using“ wählen
wir den Punkt „Analog or Mixed A/D“, um eine Analog- und/oder Digitalschaltung zu
entwerfen. Nachdem wir alle Einstellungen vorgenommen haben, müssen wir nur noch
auf OK drücken.
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Abbildung 4: New Project-Dialog
Im folgenden Fenster können wir nun festlegen, ob unser neues Projekt auf einem alten
basieren soll. In den meisten Fällen möchte man jedoch ein neues Projekt anlegen und
wählt deshalb die Option „Create a blank project“.
Abbildung 5: Create PSpice Project-Dialog
2.1.3 Schaltung aufbauen
Zuerst müssen wir unsere Bibliotheken hinzufügen. Das machen wir entweder über das
„Place Part“ Feld
in der Tool Palette oder mit dem Shortcut „Shift+P“. Es öffnet
sich nun der „Place Part Dialog“, dort klicken wir auf „Add Library...“. Im folgenden
Fenster wählen wir nun alle OrCad Librarys „*.olb“ aus, um diese zu öffnen.
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Abbildung 6: Place Part-Dialog
Abbildung 7: Bibliotheken hinzufügen
Nun können wir im Feld „Name“ durch Eingeben der Bauteilbezeichnungen ein Bauteil
aus der Liste auswählen (siehe Bauteilnamen Liste). In dem man die Taste „R“ drückt
kann man das Bauteil drehen. Mit den Tasten „H“ und „V“ kann man das Bauteil
horizontal und vertikal spiegeln. Nach dem Platzieren der Bauteile kann man mit der
Taste „ESC“ den Vorgang abbrechen.
Sind alle Bauteile platziert, müssen diese noch miteinander verbunden werden. Dazu
benutzen wir das „Place Wire“ Feld
in der Tool Palette oder den Shortcut
„Shift+W“.
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Abbildung 8: Tool Palette
2.1.4 Capture braucht die 0/Source
Dies ist sehr WICHTIG!!! In Capture muss man unbedingt die „0/Source“ als Masse
verwenden, da Capture diese als Bezugspotential benötigt. Dazu klickt man auf das Feld
„Place GND“ Feld
in der Tool Palette.
Daraufhin öffnet sich der „Place Ground-Dialog“, in diesem müssen wir noch die
„Source.olb“ hinzufügen, indem wir wieder auf „Add Library...“ drücken und die
gewünschte Library hinzufügen. Danach kann man durch das Eingeben der „0“ als
Name die gewünschte Masse auswählen und platzieren.
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Abbildung 9: Place Ground-Dialog
ACHTUNG!!! Verwendet man nicht diese spezielle Masse, gibt es bei der Simulation
Fehlermeldungen wie „Node Nxxxxx is floating“.
2.1.5 Dimensionierung der Bauteile
PSpice nummeriert die Bauteile selbstständig. Durch doppeltes Klicken auf den Namen
kann man diesen jedoch von jedem beliebigen Bauteil verändern. Dabei ist darauf zu
achten, dass nicht zwei Bauteile den selben Namen haben.
Mit den Werten der Bauteile kann man ähnlich verfahren. Durch doppeltes Klicken auf
den Wert kann man diesen verändern. Hier bei muss man darauf achten, dass Werte wie
üssen, d.h. statt einem Komma einen Punkt
verwenden.
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2.2 Simulation mit PSpice
2.2.1 Simulationstypen
I. Time Domain (Transient): Diese Einstellung ist dazu da, um das Verhalten der
Schaltung über einen vorher definierten Zeitraum zu beobachten.
II. DC Sweep: Bei dieser Einstellung wird eine Gleich-Signalquelle als Variable
deklariert und dessen Werte über einen vorgegebenen Bereich verändert.
III. AC Sweep/Noise: In dieser Einstellung wird eine Wechsel-Signalquelle als
Variable deklariert und deren Frequenz über einen vorher angegebenen Bereich
geändert.
IV. Bias Point: Diese Analyse wird vor der eigentlichen Simulation durchgeführt
um die Spannungen und Ströme im Arbeitspunkt zu bestimmen.
2.2.2 Erstellen eines Simulationsprofils
Dazu müssen wir als erstes ein geeignetes Simulationsprofil erstellen. PSpice stellt
verschiedene Simulationstypen zur Verfügung (siehe 2.2.1). Um ein Profil zu erstellen
muss man auf das Feld
„New Simulation Profile“ klicken. Im folgendem Fenster
muss man den Namen des Simulationsprofil angeben und optional kann man ein
Simulationsprofil aus einem anderen Projekt erben.
Abbildung 10: New Simulation-Dialog
Nun öffnet sich ein neues Fenster, in dem man dann die Parameter für die eigentliche
Simulation angibt.
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Abbildung 11: Simulation Settings-Dialog
2.2.3 Messpunkte festlegen
Die Messpunkte, an denen wir die Spannung oder den Strom messen wollen, müssen
noch mit Hilfe der Buttons
festgelegt werden. Diese kann man auch über das
Menü „PSpice à Markers“ auswählen. Bei den Stromabnehmern ist darauf zu achten,
dass diese direkt an den PIN eines Bauteils angeschlossen sein müssen.
Die „Voltage Differential Marker(s)“
eignen sich am besten, wenn man die
Spannung über einem bestimmten Bauelement messen möchte.
Sollte man als Simulationstyp einen AC Sweep gewählt haben, so hat man die
Möglichkeit, über das Menü „PSpice à Markers à Advanced“ spezielle Messpunkte
zu wählen. Da wären unter anderem „DB Magnitude of Voltage/Current“ und „Phase
of Voltage/Current“, die für Frequenz- und Phasengangsimulationen bei
Wechselspannungen benötigt werden.
2.2.4 Starten der Simulation
Wenn man alles eingestellt und die Messpunkte festgelegt hat, kann man die Simulation
starten. Dies macht man entweder über den Button
oder aber über das Menü
„PSpice à Markers“.
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2.3 PSpice A/D
Durch das Starten der Simulation startet auch gleichzeitig das nächste Teilprogramm
von PSpice. Das Programm PSpice A/D ist für die grafische Auswertung der
Simulationsergebnisse, basierend auf dem SPICE Algorithmus, verantwortlich.
Als erstes wird der in Capture erstellte Schaltplan von PSpice A/D überprüft, ob dieser
fehlerfrei ist oder nicht. Dies wird in der linken unteren Ecke des PSpice A/D Fensters
angezeigt. Sollten in dem Schaltplan noch Fehler enthalten sein, so öffnet sich die
Ausgabe Datei und zeigt den oder die Fehler an.
Dem rechten unteren Fenster sind Angaben zum Durchlauf der Simulation bzw. zu den
Simulationsschritten zu entnehmen: beispielsweise AC Sweep ist zu erkennen, wie die
Schaltung für unterschiedliche Frequenzen simuliert wird.
Das Hauptfenster ist die eigentliche Ausgabe unserer Simulation. Das Fenster ist
schwarz, wenn zuvor keine Messpunkte gewählt wurden. Im Fall einer Fehlermeldung
wird hier die Ausgabe Datei angezeigt. Wurde alles richtig gemacht und auch die
Messpunkte festgelegt, so kann man nun verschiedene Graphen erkennen, ähnlich dem
Bildschirm eines High-End-Oszilloskops.
Es können hier auch noch nachträglich Messpunkte festgelegt werden. Dazu muss man
auf den „Add Trace“ Button
drücken oder alternative über das Menü „Trace à
Add Trace“ oder den Shortcut „Einfg“.
Abbildung 12: Arbeitsbereich von PSpice A/D
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2.4 PSpice Model Editor
Allen Bauelementen, die keine lineare Kennlinie haben, also zum Beispiel Transistoren
oder Dioden, liegt in PSpice ein sogenanntes Modell zu Grunde, welches die nötigen
Informationen enthält, wie sich das Bauelement im Spannungsfall zu verhalten hat.
Möchte man die Eigenschaften eines vorhandenen Elements ändern, da wir mit einem
Typ arbeiten wollen, der nicht in unserer Datenbank vorhanden ist, über den wir aber
die notwendigen Informationen wie Durchbruchspannung oder Ähnliches durch ein
Datenblatt vorliegen haben, können wir den Model Editor benutzen, um den Bauteiltyp
anzupassen.
Hierzu markiert man das Bauelement (z.B. eine Diode) in Capture und ruft über das
Menü „Edit à PSpice Model“ den Model Editor auf.
Im Model Editor lassen sich über das Menü „File à New“ auch ganz neue Typen
erstellen. Die genauen Einstellungen kann man sehr gut in der programminternen Hilfe
nachlesen.
Oft ist es viel einfacher und schneller, unter www.google.de nach dem Bauteilnamen in
Verbindung mit „Model“, „PSpice“ oder „*.lib“ zu suchen. Wenn man Erfolg hat,
kann man dann meist „*.lib“ (Model Library) Dateien herunterladen. Diese Dateien
werden dann über den Model Editor geöffnet und über das Menü „File à Create
Capture Parts“ in eine „*.olb“ (OrCad Library) Datei umgewandelt. Diese „*.olb“
Dateien müssen dann noch, wie unter 2.1.3 beschrieben, in Capture hinzugefügt
werden.
Abbildung 13: Arbeitsbereich des PSpice Model Editor
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2.5 Wichtige Shortcuts, Einheiten und Abkürzungen
2.5.1 Shortcuts
Strg-R
H
V
Shift-W
Shift-G
Shift-P
ESC
Alt-S,N
Alt-S,E
Alt-S,R
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
zum Rotieren des markierten Objekts
zum horizontal Spiegeln des markierten Objekts
zum vertikal Spiegeln des markierten Objekts
„place wire“ Bauteilverbindung wird aktiviert
„place ground“ Dialog wird geöffnet
„place part“ Dialog wird geöffnet
zum Abbrechen von Vorgängen
zum Erstellen eines neuen Simulationsprofils
zum Editieren des aktiven Simulationsprofils
zum Starten der Simulation
In der Hilfe von PSpice Capture sind unter „Shortcuts“ noch mehr Shortcuts aufgelistet.
2.5.2 Einheiten
giga
mega
kilo
mili
mikro
nano
piko
=
=
=
=
=
=
=
G
Meg
K
M
U
N
P
=
=
=
=
=
=
=
g
meg
k
m
u
n
p
=
=
=
=
=
=
=
1E9
1E6
1E3
1E-3
1E-6
1E-9
1E-12
Bei PSpice ist es egal ob man die Einheiten „klein“ oder „groß“ schreibt.
2.5.3 Abkürzungen von Bauelementen
R
C
L
VDC / IDC
VAC / IAC
0
D
Q
=
=
=
=
=
=
=
=
Widerstand
Kondensator
Spule
Gleichspannungsquelle / -stromquelle
Wechselspannungsquelle / -stromquelle
Masse
Diode
Transistor
Durch Eingabe der Abkürzungen in dieses Feld hat man sofort das Bauteil ausgewählt.
Klickt man auf den Pfeil, so öffnet sich eine Liste mit den verwendeten Bauelementen,
aus der man diese noch mal auswählen kann
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2.6 Tipps und Tricks
Das Wichtigste ist, dass man bei einem laufenden Projekt oft abspeichert, da PSpice
Capture die Angewohnheit hat, unter Windows nicht 100% stabil zu laufen. Zwar wird
man nach erneutem Start von Capture gefragt, ob das zuletzt geöffnete Projekt wieder
hergestellt werden soll. Aber in den meisten Fällen enthalten diese jedoch nicht
sämtliche Änderungen, die man vorgenommen hat.
Ein anderer wichtiger Punkt, auf den man achten muss, ist, dass man unter Windows
XP/2000 volle Administratorrechte hat, da sich im Windows Ordner eine wichtige Datei
befindet, die sogenannte „pspiceev.ini“. In dieser Datei wird festgehalten, welche
Bibliotheken man als „global“ im Simulation Settings Dialog deklariert hat (siehe Abb.
11). Hat man keine Administratorrechte, so kann diese Datei nicht geändert werden und
man erhält bei der Simulation Fehlermeldungen.
Um dies zu verhindern, sollte man entweder als Administrator angemeldet sein oder
zuvor von jemandem, der die benötigten Rechte hat, die benötigten Bibliotheken als
global deklarieren lassen.
In der „pspiceev.ini“ Datei lassen sich noch andere Änderungen vornehmen, wenn man
Administratorrechte hat. Man kann dort zum Beispiel das Anzeigefenster von PSpice
A/D ändern. Standardmäßig ist der Hintergrund schwarz. Will man aber diese
Simulationsergebnisse in ein Protokoll oder in einen Bericht mit einbringen, so ist es
schöner, wenn diese auf weißem Hintergrund erscheinen.
Dazu muss man die „pspiceev.ini“ Datei mit einem Texteditor öffnen. Unter dem
Punkt „[Probe Display Colors]“ muss man die Hintergrundfarbe von BLACK in
BRIGHTWHITE und den Vordergrund von WHITE in BLACK ändern. Desweiteren
sollte man auch die Farben der Graphen anpassen, da diese sonst schwerer zu erkennen
sind. Dazu sollte man überall dort, wo ein BRIGHT davor steht, dieses wegnehmen
oder durch ein DARK ersetzen.
Zur Verdeutlichung zeigen die folgenden Abbildungen meine privaten Änderungen der
„pspiceev.ini“ Datei.
Abbildung 14: Die pspiceev.ini vor der Modifikation
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Abbildung 15: Die pspiceev.ini nach der Modifikation
Ein weiterer Tipp, den ich nur empfehlen kann, ist die Hilfe von PSpice zu benutzen, da
diese sehr ausführlich ist. Aufgerufen wird die Hilfe durch drücken der F1 Taste. Dort
kann man dann z.B. den Fehler, den man bei der Simulation erhält, einfach eingeben
und nachlesen woran es liegt.
Man sollte auch immer vor dem Simulieren überprüfen, ob sämtliche Bauelemente
miteinander verbunden sind. Ganz wichtig sind auch die Leiterkreuzungen, die man vor
der Simulation nochmals überprüfen sollte; gegebenenfalls muss man vielleicht noch
Knotenpunkte setzen.
Die meisten Fehler treten beim Anschluss der Masse auf. Deshalb ist auch dort eine
vorherige Überprüfung der Massenanschlüsse zu empfehlen.
Bei den Simulationseinstellungen ist auch darauf zu achten, dass man einen sinnvollen
Simulationstyp auswählt. So ist es wenig sinnvoll, bei der Aufzeichnung eines
Bodediagramms einen Time Domain (Transint) zu wählen, da dieser unser Signal in
Abhängigkeit von der Zeit aufzeichnet und nicht in Abhängigkeit von der Frequenz, wie
es der AC Sweep macht.
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3 Beispiele
Im folgenden Teil werde ich das Arbeiten mit PSpice an 3 kleinen Beispielen erläutern.
Ich gehe dabei nicht auf jede Kleinigkeit ein, da der Ablauf und der Umgang in den
Punkten 2.1 und 2.2 ausführlich beschrieben sind.
Sämtliche Beispiele, die von mir hier aufgeführt werden, können als gepacktes zip File
im Internet auf der WebSite des intelligenten Fensters (http://projektlabor.ee.tuberlin.de/projekte/fenster/) heruntergeladen werden.
3.1 Einrichten und Simulieren eines Spannungsteilers
In unserem ersten Beispiel wollen wir einen Spannungsteiler aufbauen und mit Hilfe der
Time Domain (Transient) simulieren.
Zuerst legen wir ein neues Projekt mit dem Namen Spannungsteiler an, wie unter 2.3.2
beschrieben. Die Einstellungen sind „Analog or Mixed A/D“ und „Create a blank
project“.
Abbildung 16: Erstellen des Spannungsteiler Projekts
Danach wird die Schaltung wie unter 2.3.3 beschrieben aufgebaut. Dazu benötigen wir 3
Widerstände mit den Werten 150
10V und natürlich unsere Masse die „0/source“. Wenn alles richtig aufgebaut ist, sollte es
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etwa wie in Abb. 17 aussehen. Natürlich ist es egal, in welcher Reihenfolge die
Wiederstände angeordnet sind. Zuletzt müssen noch 4 Messpunkte mit den „Voltage
Differential Marker(s)“ für die Spannungen festgelegt werden, einer für die
Spannungsquelle und drei für die Widerstände.
Abbildung 17: Aufbau des Spannungsteiler in Capture
Wie schon gesagt nehmen wir die Transientenanalyse, da wir ja uns die Spannungen in
Abhängigkeit von der Zeit anschauen wollen. Ist alles richtig eingestellt, sollte das
Simulationsergebnis dem aus Abbildung 18 ähneln. Der grüne Graph zeigt unsere
Versorgungsspannung an, der gelbe Graph gibt die Spannung, die über 460
ällt, der
blaue Graph gibt die Spannung, die über 390 ällt und der rote Graph gibt die
Spannung, die über 150
ällt, an.
Abbildung 18: Simulationsergebnis des Spannungsteiler
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3.2 Aufnehmen eines Ausgangskennlinienfeld von einem Transitor
In unserem nächsten Beispiel wollen wir das Ausgangskennlinienfeld (AKF) von einem
Transistor mit Hilfe eines DC Sweep simulieren.
Zuerst legen wir wieder ein neues Projekt mit dem Namen Transistor AKF an, wie unter
2.3.2 beschrieben. Die Einstellungen sind „Analog or Mixed A/D“ und „Create a blank
project“.
Abbildung 19: Erstellen des Transistor AKF Projekts
Dann wird die Schaltung wie folgt aufgebaut. Dazu benötigen wir 1 Transistor Q2N2222,
eine VDC Spannungsquelle mit 2V als UCE, eine VDC Spannungsquelle mit 12V als UBE
und natürlich die Massen. Da wir uns ja das AKF anzeigen lassen wollen müssen wir den
Kollektor des Transistors als Messpunkt für den Strom festlegen. Wenn alles richtig
aufgebaut ist, sollte es in etwa wie in Abb. 20 aussehen.
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Abbildung 20: Schaltung zum Aufnehmen des AKF eines Transistors
Wie schon gesagt nehmen wir den DC Sweep, um unser AKF zu simulieren. Hier müssen
wir unter der Option Primary Sweep die Spannungsquelle UBE, sowie folgende
Durchlaufoptionen angeben (siehe Abb. 21):
Start Value:
0.1V
End Value:
12V
Increment:
0.1V
Wir wählen auch die Option Secondary Sweep und geben dort die Spannungsquelle UCE
mit den folgenden Durchlaufoptionen an (siehe Abb. 22):
Start Value:
0.1V
End Value:
2V
Increment:
Abbildung 21Abbildung 21: Einstellungen für den Primary Sweep
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0.1V
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Abbildung 22: Einstellungen für den Secondary Sweep
Ist alles richtig eingestellt sollte das Simulationsergebnis dem aus Abbildung 23 ähneln.
Abbildung 23: Simulationsergebnis des AKFs
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3.3 Bodediagramm eines RC-Hochpasses
In unserem nächsten Beispiel wollen wir den Amplituden- und Phasenfrequenzgang eines
RC-Hochpasses mit Hilfe eines AC Sweep simulieren.
Zuerst legen wir wieder ein neues Projekt mit dem Namen RC-Hochpass an, wie unter
2.3.2 beschrieben. Die Einstellungen sind „Analog or Mixed A/D“ und „Create a blank
project“.
Abbildung 24: Erstellen des RC-Hochpass Projekts
Als nächstes wird die Schaltung wieder aufgebaut. Dazu benötigen wir eine sinusförmige
natürlich eine Masse. Wir müssen noch durch einen Doppelklick auf unsere VSIN deren
Werte einstellen. Es öffnet sich der Property-Editor, dort wählen wir im Pulldown-Menü
den Filter PSpice (siehe Abb. 25). Die Einstellung für unsere Spannungsquelle sehen wie
folgt aus:
Dämpfungsfaktor DF
Frequenz FREQ
Phasenlage PHASE
Delay TD
Maximalamplitude VAMPL
Offsetspannung VOFF
=
=
=
=
=
=
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0
10Hz
0
0
1V
0
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Abbildung 25: Property Dialog der VSIN
Da wir ja uns den Amplituden- und Phasenfrequenzgang anzeigen lassen wollen,
benutzen wir einen AC Sweep. Aufgrund des AC Sweep haben wir die Möglichkeit, die
speziellen Messpunkte „DB Magnitude of Voltage/Current“ und „Phase of
Voltage/Current“ über das Menü „PSpice à Markers à Advanced“ zu wählen. Diese
beiden Messpunkte werden an den Widerstand gesetzt. Wenn alles richtig aufgebaut ist,
sollte es in etwa wie in Abb. 26 aussehen.
Abbildung 26: Schaltplan des RC-Hochpasses
Wir wählen als Simulationstyp einen AC Sweep und geben dort die folgenden
Durchlaufoptionen an (siehe Abb. 27):
logarithmischer Sweep
Dekadisch
Startfrequenz
Stoppfrequenz
Punkte pro Dekade
=
=
=
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1Hz
100kHz
100
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Abbildung 27: Einstellungen für den AC Sweep des RC-Hochpasses
Ist alles richtig aufgebaut und eingestellt, sollte das Simulationsergebnis dem aus
Abbildung 28 ähneln. Der rote Graph ist der Phasenfrequenzgang und der grüne der
Amplitudenfrequenzgang.
Abbildung 28: Bodediagramm des RC-Hochpasses
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4 Quellen und Weiterführende Informationen
•
PSpice Student Version Release 9.1 Tutorial
http://www-ibt.etec.uni-karlsruhe.de/linette/pspice/pspice_index.html
•
Leichter Einstieg in die PSpice – Schaltungssimulation
http://www.elektronikschule.de/~krausg/5spice-Simulation
•
Mein Vorgänger aus dem Projekt „DiscoPixel“
http://ihs.ee.tu-berlin.de/projektlabor/projekte/discopixel/download.php
•
Mein Vorgänger aus dem Projekt „Roboter“
http://ihs.ee.tu-berlin.de/projektlabor/projekte/roboter
•
Offizielle WebSite
http://www.orcad.com
5 Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Blockschaltbild zum Aufbau von PSpice............................................................. 4
Abbildung 2: Starten von PSpice Capture.................................................................................. 5
Abbildung 3: Neues Projekt anlegen.......................................................................................... 5
Abbildung 4: New Project-Dialog.............................................................................................. 6
Abbildung 5: Create PSpice Project-Dialog............................................................................... 6
Abbildung 6: Place Part-Dialog ................................................................................................. 7
Abbildung 7: Bibliotheken hinzufügen ...................................................................................... 7
Abbildung 8: Tool Palette .......................................................................................................... 8
Abbildung 9: Place Ground-Dialog............................................................................................ 9
Abbildung 10: New Simulation-Dialog ................................................................................... 10
Abbildung 11: Simulation Settings-Dialog .............................................................................. 11
Abbildung 12: Arbeitsbereich von PSpice A/D ....................................................................... 12
Abbildung 13: Arbeitsbereich des PSpice Model Editor ......................................................... 13
Abbildung 14: Die pspiceev.ini vor der Modifikation ............................................................. 15
Abbildung 15: Die pspiceev.ini nach der Modifikation ........................................................... 16
Abbildung 16: Erstellen des Spannungsteiler Projekts ............................................................ 17
Abbildung 17: Aufbau des Spannungsteiler in Capture........................................................... 18
Abbildung 18: Simulationsergebnis des Spannungsteiler ........................................................ 18
Abbildung 19: Erstellen des Transistor AKF Projekts............................................................. 19
Abbildung 20: Schaltung zum Aufnehmen des AKF eines Transistors................................... 20
Abbildung 21Abbildung 21: Einstellungen für den Primary Sweep........................................ 20
Abbildung 22: Einstellungen für den Secondary Sweep.......................................................... 21
Abbildung 23: Simulationsergebnis des AKFs ........................................................................ 21
Abbildung 24: Erstellen des RC-Hochpass Projekts................................................................ 22
Abbildung 25: Property Dialog der VSIN................................................................................ 23
Abbildung 26: Schaltplan des RC-Hochpasses ........................................................................ 23
Abbildung 27: Einstellungen für den AC Sweep des RC-Hochpasses .................................... 24
Abbildung 28: Bodediagramm des RC-Hochpasses ................................................................ 24
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