ppspıce kullanarak elektronik devre benzetimi

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