EEE-220 Electronic Circuits Lab. PSPICE KULLANIMI Hazırlayan: Zehan KESİLMİŞ Süre:60 dakika 1.PSPICE PSPICE, California üniversitesi tarafından geliştirilmiş bir elektronik devre benzetim programıdır. PSPICE programa giriş olarak “netlist” olarak adlandırılan metin tabanlı dosyaları kullanır. Netlist, devredeki elemanlarla birlikte, çeşitli model tanımlamalarını, benzetim tiplerini, ölçüm noktalarını, başlangıç şartlarını ve aritmetik işlemleri de içerebilir. Pspice ile ilgili temel kurallar aşağıda sıralanmıştır. Netlist içerisindeki açıklama satırları “*” veya“$” işareti ile başlar. Bir satıra sığmayacak parametre tanımlamaları, yeni satırın başlangıcında “+” işaretiyle başlamalıdır. Tanımlanan elemanlar tekrarlanamaz; yani R1 elemanından sadece bir adet bulunmalıdır. Netlistte referans bir düğüm (0 numaralı) bulunmak zorundadır. Tüm hesaplamalar bu düğüme göre yapılır. Netlist'in ilk satırı açıklama satırı olarak kabul edilir Pspice büyük küçük harf ayrımı yapmaz. Pspice tarafından Rbir ve RBIR aynı eleman olarak algılanır. Netlist .end komutuyla bitmelidir. Bu çalışmada Linear Technogy firmasının bir ürünü olan SWCADIII programı üzerinde çeşitli çalışmalar yapacağız. SWCADIII grafik tasarım ortamına sahip olan ve özellikle switch mode güç kaynağı tasarımı için yazılmış bir PSPICE klonudur. Bu program http://www.linear.com/ adresinden ücretsiz olarak indirilebilir. Bu çalışmada devre tasarımında grafik arayüz kullanılmayacak ve tüm tanımlamalar netlist üzerinden yapılacaktır. 1 2.Netlist yapısı Aşağıda Şekil 1'de DC analiz için devre örneği verilmiştir. Bu satır açıklama satırıdır 1 Vo V1 1 0 12V R1 1 2 50 2 R1 50 R2 100 V1=12V R2 200 R2 2 0 100 Vb2 R3 2 0 200 .tran 100u 0 .PRINT dc i(r1) i(r2) i(r3) .END Şekil-1. PSPICE DC analiz örneği Yukarıda verilen netlistin açıklaması aşağıda verilmiştir. V1 1 0 12V ifadesi V1 isimli 12voltluk dc gerilim kaynağının birinci düğümle toprak arasında olduğunu gösterir. R1 1 2 50 ifadesi R1 isimli 50 ohmluk direncin birinci ve ikinci düğüm arasında olduğunu gösterir. R2 2 0 100 ifadesi R2 isimli 100 ohmluk direncin ikinci düğümle toprak arasında olduğunu gösterir. R3 2 0 200 ifadesi R3 isimli 200 ohmluk direncin ikinci düğümle toprak arasında olduğunu gösterir. .tran 100u ifadesi 100 mikro saniye boyunca transient analiz yapılacağını belirtir. .PRINT dc i(r1) i(r2) i(r3) ifadesi dirençler üzerinden akacak akımları ekranda görmemizi sağlar. .END ifadesi netlistin bittiğini belirtir. 3.PSPICE'da tanımlamalar 3.1 Eleman tanımlamları Direnç: R[isim] <+düğüm> <-düğüm> <değer> Örneğin: r1 4 2 50k Bobin: L[isim] <+düğüm> <-düğüm> <değer> Örneğin: L1 4 2 50mH Kapasite: C[isim] <+düğüm> <-düğüm> <değer> Örneğin: c1 4 2 50uF Diyot: D[isim] <+düğüm> <-düğüm> <model ismi> Örneğin Dbir 1 2 D1 BJT: Q[isim] <kollektör< <beyz> <emiter> <taban> <model ismi> Örneğin: Q1 3 4 5 Bjt MOS: M[isim] <drain> <gate> <source> <substrate> <model ismi> W=<kanal genişliği> L=<kanal boyu> Örneğin M1 drain 2 0 0 cmosn w=2u l=1u 3.2 Bağımsız kaynaklar 2 Voltaj kaynağı: V[isim] <+düğüm> <-düğüm> DC <değer> AC <değer> Akım kaynağı: I[isim] <+düğüm> <-düğüm> <değer> Sinüs kaynağı: V[isim] <+düğüm> <-düğüm> sin(<offset> <genlik> <frekans> <geçikme> <df> <faz>) Örneğin: V 1 2 sin(0.3V 1V 500Hz 0 500 0) 3.3 Bağımlı kaynaklar Voltaj kontrollü voltaj kaynağı: E[isim] <+düğüm> <-düğüm> <+kontrol eden> <+kontrol eden> <kazanç> Örneğin: E1 4 2 1 0 5 Akım kontrollü akım kaynağı:F[isim] <+düğüm> <-düğüm> <kontrol eden voltaj kaynağı> <kazanç> Örneğin:F1 4 2 Vo 2 ;Not:Buradaki Vo'ın gerilimi 0V'dır ve Pspice sadece üzerinden akan akımla ilgilenir. Voltaj kontrollü akım kaynağı:G[isim] <+düğüm> <-düğüm> <+kontrol eden> <+kontrol eden> <kazanç> Örneğin: G1 4 2 6 0 0.5 Akım kontrollü voltaj kaynağı: H[isim] <+düğüm> <-düğüm> <kontrol eden voltaj kaynağı> <kazanç> Örneğin: H1 4 2 Vo 2 4. PSPICE'la gerçekleştirilebilecek bazı analiz tipleri : • .TRAN: Belli bir süre içinde transient analiz yapmakta kullanılır. • Örneğin: .tran 0 10ms .1ms ; 0 ile 10ms arasında, 0.1mslik artımlarla benzetim yapılır. • .DC: Belli bir kaynağın değerini belli aralıkta değiştirmek için kullanılır. • Örneğin: .DC Vs 0V 10V .1V ; Vs kaynağının değeri 0 ile 10V arasında 0.1Vluk artışlarla değiştirilir. • .AC: Devredeki AC kaynağın frekansını belli aralıkta değiştirir. • .TF: transfer fonsiyon anlamına gelir. Örneğin .TF V(5) V(6) ifadesi altıncı düğümdeki değişimlerin beşinci düğüme etkisini gösterir. 5. Alt devre Netlist içinde sıklıkla kullanılacak yapılar alt devre olarak tanımlanabilir. 5.1 Alt devre tanımlama: .subckt <isim> <alt devre düğümü><alt devre düğümü><alt devre düğümü> .... .... Ends 3 5.2 Alt devre kullanma: X[isim] <üst devre düğümü> <üst devre düğümü> <üst devre düğümü> Örneğin: Eviren Yükselteç V1 1 0 sin(0,1m,50) R1 1 2 1k Rf 2 3 2k X1 2 0 3 ideal_opamp .tran 0 100ms 1m .probe .print v(3) v(1) 2 R f 2k 1 - R1 1k + AC 1mV .subckt ideal_opamp eksi_giris arti_giris cikis Ri eksi_giris arti_giris 1meg E1 cikis 0 arti_giris eksi_giris 2e5 .ends 3 Eksi_giris 0 cikis 1M + - Rin Arti_giris Eksi_giris 2e5 0 Arti_giris Şekil-2. Eviren Yükselteç uygulaması .end 6. UYGULAMALAR Seri Rezonans devresi (AC analiz uygulaması): Bir RLC devresinde toplam empedans rezistif olduğu zaman devre rezonans durumundadır. Endüktif ve kapasitif reaktanslar birbirlerini vektörel olarak yok ederse ve akım en yüksek değerini alır. Bunu sonucu olarak faz açısı sıfır olur. Böyle bir devrenin PSPICE ile analizi aşağıda verilmiştir. RLC Seri rezonans devresi V 1 0 AC 1V R 1 2 50 L 2 3 20mH C 3 0 150nF .Probe .print v(3) .AC Lin 99 100Hz 5kHz * | | Bitiş frekansı * | Başlangıç frekansı * adım sayısı .end 1 R1 50 2 L1 20 mH 3 Vo V1 1V C 150 nF 0 Şekil-3. RLC uygulaması 4 Yarım Dalga Doğrultma devresi (.Tran analiz uygulaması) Yarım Dalga Doğrultma V1 1 0 sin(0 12V 1k) Da 1 2 D1 R1 2 0 1k *C1 2 0 10u .Probe .print v(2) v(1) .Model D1 D .Tran 0.1ms 2ms .end 1 2 Vo V1 12V R 1k 0 Şekil-3. Yarım Dalga Doğrultmaç uygulaması Diyodun i/v karakteristiğinin çıkartılması diyot i/v karakteristik v1 1 0 5V r1 1 2 10 d1 2 0 d1n4001 .dc v1 0 5 .0001 .probe *grafik sonuç üzerinde yatay eksende v(2) dikey eksende *i(d1) gösterilmeli. Şekil-4 i/v karakteristiği için devre .MODEL D1N4001 D IS=29.5E-9 RS=73.5E-3 N=1.96 +CJO=34.6P VJ=0.627 M=0.461 BV=60 IBV=10U .end 5 Ortak Emiter Yapının çıkış karakteristiğinin elde edilmesi Bu örnekte model ismi NPN olan bir transistör kullanılmıştır. Bu tanımlama .model komutuyla yapılmıştır. Model ismine ek olarak da transistörün akım kazancı 80 olarak tanımlanmıştır. Bjt çıkış karakteristiği ib 0 2 5u Rs 1 2 10k Rl 3 4 10 Q1 3 2 0 0 BJT Vcc 4 0 5V .PROBE .print ic(q1) .MODEL BJT NPN (BF=80) .dc vcc 0 2 0.001V ib 0 50u 10u .end RL 10 3 2 Vcc 5V ib 0 Şekil-4. Ortak Emiter Yapı uygulaması MOS çıkış karakteristiği Bu örnekte www.mosis.org sitesinden alınan model tanımlaması mos.lib dosyasının içine yerleştirilmiştir. Daha önceki örneklere ek olarak model çağırma işlemi bu lib dosyasından yapılmaktadır. Burada N kanal MOS transistörün model ismi “cmosn”dır. MOS çıkı karakteristiği Rd 100k .lib c:\mos.lib 1 dr ain vgs 2 0 0V 2 Vdd 1 0 5V Vdd rd 1 drain 10k Vgs M1 drain 2 0 0 cmosn w=2u l=1u .dc vdd 0 5 .01 Vgs 0 2V .2V 0 .Probe .print id(M1) Şekil-5. MOS çıkış karakteristiği .end LM 741 kütüphanesi kullanarak eviren yükselteç Eviren Yükselteç .lib c:\LM741.lib r1 1 2 1k rf 2 3 2k V3 1 0 SINE(0 1 1k 0) X1 0 2 7 4 3 LM741 vcc 7 0 10v vee 0 4 10v .tran 0 2m 0 .print V(3) V(1) .Probe Rf 7 2 1 R1 V3 Vcc + 0 3 -Vee 4 0 Şekil-2. Eviren Yükselteç uygulaması .end 6 7