ESERCITAZIONI DI ELETTROTECNICA

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1 ESERCITAZIONI DI ELETTROTECNICA Breve introduzione al simulatore PSpice Dott. Alessandro Cristini Riferimenti e link utili: F.J. Monssen, Laboratorio di circuiti elettrici con OrCAD PSpice, Apogeo, (link da cui poter scaricare il programma)

2 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc.

3 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc. PSpice è un simulatore general-purpose di circuiti in grado di effettuare quattro tipi di analisi: Bias Point, DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain (transient).

4 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc. PSpice è un simulatore general-purpose di circuiti in grado di effettuare quattro tipi di analisi: Bias Point, DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain (transient). 1. Bias Point. È il punto di partenza per tutti i tipi di analisi. In questa modalità, il simulatore calcola i punti operativi DC del circuito.

5 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc. PSpice è un simulatore general-purpose di circuiti in grado di effettuare quattro tipi di analisi: Bias Point, DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain (transient). 1. Bias Point. È il punto di partenza per tutti i tipi di analisi. In questa modalità, il simulatore calcola i punti operativi DC del circuito. Le opzioni includono il calcolo dettagliato dei punti di polarizzazione (punti di lavoro) per tutte le sorgenti controllate non-lineari e dei semiconduttori, effettuare analisi di sensibilità, e il calcolo del guadagno di piccolo segnale DC.

6 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc. PSpice è un simulatore general-purpose di circuiti in grado di effettuare quattro tipi di analisi: Bias Point, DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain (transient). 1. Bias Point. È il punto di partenza per tutti i tipi di analisi. In questa modalità, il simulatore calcola i punti operativi DC del circuito. Le opzioni includono il calcolo dettagliato dei punti di polarizzazione (punti di lavoro) per tutte le sorgenti controllate non-lineari e dei semiconduttori, effettuare analisi di sensibilità, e il calcolo del guadagno di piccolo segnale DC. Inoltre, attraverso questa modalità vengono determinate le condizioni iniziali sulle variabili di stato dei componenti dinamici (le correnti negli induttori e le tensioni sui condensatori).

7 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc. PSpice è un simulatore general-purpose di circuiti in grado di effettuare quattro tipi di analisi: Bias Point, DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain (transient). 2. DC Sweep. Tale analisi varia una sorgente di tensione su un range di tensioni in un numero assegnato di incrementi in modo lineare o logaritmico (ovvero è l analisi statica del circuito, cioè quando i transitori sono esauriti).

8 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc. PSpice è un simulatore general-purpose di circuiti in grado di effettuare quattro tipi di analisi: Bias Point, DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain (transient). 3. AC Sweep/Noise. Tale analisi varia la frequenza operativa in modo lineare o logaritmico (ovvero è l analisi della risposta in frequenza di un circuito).

9 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc. PSpice è un simulatore general-purpose di circuiti in grado di effettuare quattro tipi di analisi: Bias Point, DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain (transient). 3. AC Sweep/Noise. Tale analisi varia la frequenza operativa in modo lineare o logaritmico (ovvero è l analisi della risposta in frequenza di un circuito). Le frequenze di inizio e di fine come anche il numero di puntipossono essere assegnati.

10 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc. PSpice è un simulatore general-purpose di circuiti in grado di effettuare quattro tipi di analisi: Bias Point, DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain (transient). 3. AC Sweep/Noise. Tale analisi varia la frequenza operativa in modo lineare o logaritmico (ovvero è l analisi della risposta in frequenza di un circuito). Le frequenze di inizio e di fine come anche il numero di puntipossono essere assegnati. In quest analisi possono essere calcolati i punti dettagliati di polarizzazione per tutte le sorgenti controllate non-lineari e per i semiconduttori.

11 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc. PSpice è un simulatore general-purpose di circuiti in grado di effettuare quattro tipi di analisi: Bias Point, DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain (transient). 4. Time Domain (transient). Questa è probabilmente l analisi più comune. In questa modalità, si possono graficare le uscite in funzione del tempo.

12 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc. PSpice è un simulatore general-purpose di circuiti in grado di effettuare quattro tipi di analisi: Bias Point, DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain (transient). 4. Time Domain (transient). Questa è probabilmente l analisi più comune. In questa modalità, si possono graficare le uscite in funzione del tempo. L accuratezza dei grafici di uscita possono essere controllati regolando la massima ampiezza del passo temporale (maximum step size), impostato di default a TSTOP/50. La scelta di questo parametro è particolarmente rilevante: esso rappresenta il passo d integrazione della soluzione numerica del sistema di equazioni differenziali del circuito in esame. Più piccolo è il valore scelto, più precisa e aderente alla realtà sarà la soluzione ottenuta, a discapito però di un maggiore tempo di elaborazione.

13 PSpice simula il comportamento dei circuiti elettronici su un computer digitale e cerca di emulare sia i generatori di segnale che la strumentazione di misura, come ad esempio: i multimetri, gli oscilloscopi, analizzatori di spettro, ecc. PSpice è un simulatore general-purpose di circuiti in grado di effettuare quattro tipi di analisi: Bias Point, DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain (transient). Parametric Sweep. Le modalità DC Sweep, AC Sweep/Noise e Time Domain, possono essere rese più versatili facendo in modo che il programma PSpice, anziché una sola curva, calcoli e tracci un intera famiglia di curve di uscita, parametrizzate da un valore scelto tra: una tensione o corrente di sorgente, un parametro globale, un parametro di modello oppure la temperatura di esercizio.

14 Per installare il programma: Una volta scaricato il file, doppio click su 91PSPSTU.EXE

15 Per installare il programma: Una volta scaricato il file, doppio click su 91PSPSTU.EXE Indicare la cartella di destinazione in cui verranno copiati i file di installazione

16 Per installare il programma: Una volta scaricato il file, doppio click su 91PSPSTU.EXE Indicare la cartella di destinazione in cui verranno copiati i file di installazione Click su Unzip

17 Per installare il programma: Una volta scaricato il file, doppio click su 91PSPSTU.EXE Indicare la cartella di destinazione in cui verranno copiati i file di installazione Click su Unzip Aprire la cartella in cui si sono salvati i file e lanciare il file Setup.exe

18 Per installare il programma: Una volta scaricato il file, doppio click su 91PSPSTU.EXE Indicare la cartella di destinazione in cui verranno copiati i file di installazione Click su Unzip Aprire la cartella in cui si sono salvati i file e lanciare il file Setup.exe Seguire le istruzioni. NB: spuntare Capture non appena appare.

19 Per installare il programma: Una volta scaricato il file, doppio click su 91PSPSTU.EXE Indicare la cartella di destinazione in cui verranno copiati i file di installazione Click su Unzip Aprire la cartella in cui si sono salvati i file e lanciare il file Setup.exe Seguire le istruzioni. NB: spuntare Capture non appena appare Una volta finita l istallazione: cercarenel menù di Windows la voce Capture Student

20 Per installare il programma: Una volta scaricato il file, doppio click su 91PSPSTU.EXE Indicare la cartella di destinazione in cui verranno copiati i file di installazione Click su Unzip Aprire la cartella in cui si sono salvati i file e lanciare il file Setup.exe Seguire le istruzioni. NB: spuntare Capture non appena appare Una volta finita l istallazione: cercarenel menù di Windows la voce Capture Student click destro e selezionare Esegui come amministratore ( Run asadministrator )

21 Per installare il programma: Una volta scaricato il file, doppio click su 91PSPSTU.EXE Indicare la cartella di destinazione in cui verranno copiati i file di installazione Click su Unzip Aprire la cartella in cui si sono salvati i file e lanciare il file Setup.exe Seguire le istruzioni. NB: spuntare Capture non appena appare Una volta finita l istallazione: cercarenel menù di Windows la voce Capture Student click destro e selezionare Esegui come amministratore ( Run asadministrator ) A questo puntoil software è pronto per essere utilizzato

22 Per iniziare un nuovo progetto: si va in File nell angolo in alto a sinistra del menù

23 Per iniziare un nuovo progetto: si va in File nell angolo in alto a sinistra del menù quindi New

24 Per iniziare un nuovo progetto: si va in File nell angolo in alto a sinistra del menù quindi New e poi Project

25 Per iniziare un nuovo progetto: si va in File nell angolo in alto a sinistra del menù quindi New e poi Project Apparirà la schermata

26 Per iniziare un nuovo progetto: si va in File nell angolo in alto a sinistra del menù quindi New e poi Project Apparirà la schermata Occorre: assicurarsi che sia spuntata la voce Analog or Mixed A/D

27 Per iniziare un nuovo progetto: si va in File nell angolo in alto a sinistra del menù quindi New e poi Project Apparirà la schermata Occorre: assicurarsi che sia spuntata la voce Analog or Mixed A/D Riempire i campi: o Name, indicando il nome del progetto

28 Per iniziare un nuovo progetto: si va in File nell angolo in alto a sinistra del menù quindi New e poi Project Apparirà la schermata Occorre: assicurarsi che sia spuntata la voce Analog or Mixed A/D Riempire i campi: o Name, indicando il nome del progetto o Location, indicando la directory in cui verranno salvati i file del progetto

29 A questo puntoapparirà la schermata

30 A questo puntoapparirà la schermata Spuntiamo la voce Create a blank project per creare un nuovo progetto e diamo l OK

31 Spuntiamo la voce Create a blank project per creare un nuovo progetto e diamo l OK

32 È possibile aggiungere i componenti: 1. Per mezzo del menù a tendina in Place Part

33 È possibile aggiungere i componenti: 1. Per mezzo del menù a tendina in Place Part 2. Oppure selezionando l icona speciale nella toolbar a destra

34 Apparirà quindi la seguente schermata:

35 Apparirà quindi la seguente schermata: Al primo avvio è probabile che non siano presenti tutte le librerie necessarie per le simulazioni.

36 Apparirà quindi la seguente schermata: Al primo avvio è probabile che non siano presenti tutte le librerie necessarie per le simulazioni. Dunque, andranno cercate e aggiunte per mezzo dell iconaadd Library

37 Apparirà quindi la seguente schermata: Al primo avvio è probabile che non siano presenti tutte le librerie necessarie per le simulazioni. Dunque, andranno cercate e aggiunte per mezzo dell iconaadd Library Una volta aggiunte le librerie necessarie, selezionare la specifica libreria in cui è presente il componente e selezionare il componente stesso.

38 Principali componenti che verranno considerati inquesto corso: R Resistore va definito il valore in Ohm. L Induttore va definito il valore in Henry. Si può anche definire la condizione iniziale in Ampère. C Condensatore va definito il valore in Farad. Si può anche definire la condizione iniziale in Volt. VDC Generatore di tensione continua per l analisi in continua VAC Generatore di tensione sinusoidale per l analisi in alternata va indicato il valore di tensione. Inoltre, è possibile inserire un valore di tensione continua, per l analisi in continua. VPULSE Generatore di tensione ad impulso va definito il valore iniziale di tensione (V1), il valore finale (V2), il tempo di ritardo (TD), il tempo di salita (TR), il tempo di discesa (TF), l ampiezza dell impulso (PW), e il periodo del segnale (PER). VSIN Generatore di tensione sinusoidale per l analisi in regime transitorio va indicata l ampiezza del segnale (VAMPL), la frequenza (FREQ) e l eventuale componente di tensione continua sovrapposta (VOFF). GND Ground riferimento di terra (obbligatorio per almeno un nodo del circuito).

39 Suffissi per le unità di misura: f Femto E-15 p Pico E-12 n Nano E-9 u Micro E-6 m Milli E-3 k Kilo E+3 MEG Mega E+6 G Giga E+9 T Tera E+12 NB: non è necessario indicare l unità di misura (cioè, per una resistenza 1k indica 1kΩ, per un condensatore 1m indica 1mF, ecc).

40 Principali componenti che verranno considerati in questo corso: Le sorgenti e le terre (VAC, VDC, GND, ecc) sono presenti nella libreria SOURCE

41 Principali componenti che verranno considerati in questo corso: Le sorgenti e le terre (VAC, VDC, GND, ecc) sono presenti nella libreria SOURCE I componenti passivi (R, L, C, ecc) sono presenti nella libreria ANALOG

42 Principali componenti che verranno considerati in questo corso: NB: assicurarsi che almeno un nodo sia riferito al potenziale di terra (GND) altrimenti la simulazione dà errore.

43 Principali componenti che verranno considerati in questo corso: NB: assicurarsi che almeno un nodo sia riferito al potenziale di terra (GND) altrimenti la simulazione dà errore. Per aggiungere il potenziale di terra, occorre:

44 Principali componenti che verranno considerati in questo corso: NB: assicurarsi che almeno un nodo sia riferito al potenziale di terra (GND) altrimenti la simulazione dà errore. Per aggiungere il potenziale di terra, occorre: Selezionare l icona della terra

45 Principali componenti che verranno considerati in questo corso: NB: assicurarsi che almeno un nodo sia riferito al potenziale di terra (GND) altrimenti la simulazione dà errore. Per aggiungere il potenziale di terra, occorre: Selezionare l icona della terra Apparirà la seguente schermata, in cui va selezionata la libreria SOURCE

46 Principali componenti che verranno considerati in questo corso: NB: assicurarsi che almeno un nodo sia riferito al potenziale di terra (GND) altrimenti la simulazione dà errore. Per aggiungere il potenziale di terra, occorre: Selezionare l icona della terra Selezionare quindi 0 e dare l OK

47 Rotazione dei componenti: Una volta posizionati (NB: per evitare la generazione multipla dei componenti, CLICK destro end mode oppure ESC), i componenti possono essere ruotati di 90 ( r ) o ruotati attorno al proprio asse ( f ). NB: attenzione ai componenti reattivi (condensatori e induttori) in quanto hanno una polarità. Quindi, per evitare che i versi delle correnti per tali componenti siano invertiti (in quanto i terminali vengono ruotati di 90 in senso antiorario: il terminale 1 è il positivo, secondo la convenzione dell utilizzatore), è necessario ruotare tre volte il componente considerato (si veda l esempio in figura). (default) (prima rotazione) (seconda rotazione) (terza rotazione)

48 Esecuzione di una simulazione: Aprire il menù PSpice

49 Esecuzione di una simulazione: Aprire il menù PSpice Scegliere New Simulation Profile, oppure l icona indicata

50 Esecuzione di una simulazione: Aprire il menù PSpice Scegliere New Simulation Profile, oppure l icona indicata Apparirà la seguente schermata:

51 Esecuzione di una simulazione: Aprire il menù PSpice Scegliere New Simulation Profile, oppure l icona indicata Apparirà la seguente schermata: Dare un nome, in Name, alla nuova simulazione

52 Esecuzione di una simulazione: Aprire il menù PSpice Scegliere New Simulation Profile, oppure l icona indicata Apparirà la seguente schermata: Dare un nome, in Name, alla nuova simulazione Selezionare Create

53 Esecuzione di una simulazione: Apparirà la seguente finestra

54 Esecuzione di una simulazione: Selezionare il tipo di analisi che si vuole effettuare dal menù a tendina in Analysis type

55 Esecuzione di una simulazione: Selezionare Apply

56 Esecuzione di una simulazione: Dare l OK

57 Esecuzione di una simulazione: A questo punto, per avviare la simulazione, nel menù PSpice selezionare Run, oppure l icona di seguito indicata:

58 Si otterrà la seguente schermata (chiamata Probe):

59 Per visualizzare le grandezze di interesse (tensioni, correnti, potenza, ecc): Selezionare Trace Add traces Oppure selezionare l icona speciale di seguito indicata:

60 Verrà visualizzata la seguente schermata, da cui è possibile selezionare la grandezza da graficare

61 Al fine di individuare facilmente le grandezze da graficare nel Probe, si consiglia di utilizzare gli Alias:

62 Al fine di individuare facilmente le grandezze da graficare nel Probe, si consiglia di utilizzare gli Alias: Selezionare l icona nella toolbar laterale:

63 Al fine di individuare facilmente le grandezze da graficare nel Probe, si consiglia di utilizzare gli Alias: Selezionare l icona nella toolbar laterale: Si aprirà seguente schermata:

64 Al fine di individuare facilmente le grandezze da graficare nel Probe, si consiglia di utilizzare gli Alias: Si aprirà seguente schermata: Inseriamo unnome (ad esempio, VR1)

65 Al fine di individuare facilmente le grandezze da graficare nel Probe, si consiglia di utilizzare gli Alias: Otteniamo il seguente risultato: Alias posizionato in corrispondenza del punto desiderato in cui, in questo esempio, si vuole valutare il livello di tensione.

66 Al fine di individuare facilmente le grandezze da graficare nel Probe, si consiglia di utilizzare gli Alias: Otteniamo il seguente risultato: Alias posizionato in corrispondenza del punto desiderato in cui, in questo esempio, si vuole valutare il livello di tensione. In questo modo, si potrà selezionare in Add traces la grandezza desiderata (in questo esempio VR1) e graficarla nel Probe

67 Un modo conveniente per graficare automaticamente nel Probe le grandezze elettriche di interesse consiste nell utilizzo l ausilio di Markers, che si trovano nella Action toolbar:

68 Un modo conveniente per graficare automaticamente nel Probe le grandezze elettriche di interesse consiste nell utilizzo l ausilio di Markers, che si trovano nella Action toolbar: Voltage/Level Marker

69 Un modo conveniente per graficare automaticamente nel Probe le grandezze elettriche di interesse consiste nell utilizzo l ausilio di Markers, che si trovano nella Action toolbar: Voltage/Level Marker Voltage Differential Marker(s)

70 Un modo conveniente per graficare automaticamente nel Probe le grandezze elettriche di interesse consiste nell utilizzo l ausilio di Markers, che si trovano nella Action toolbar: Voltage/Level Marker Voltage Differential Marker(s) Current Marker

71 Un modo conveniente per graficare automaticamente nel Probe le grandezze elettriche di interesse consiste nell utilizzo l ausilio di Markers, che si trovano nella Action toolbar: Voltage/Level Marker Voltage Differential Marker(s) Current Marker Power Dissipation Marker