einführung zur schaltungssimulation am pc mit orcad … markus förster tu-berlin 19.06.2005 seite...

Florian Markus Förster TU-Berlin

19.06.2005

Seite 1 von 25

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


19.06.2005

Seite 2 von 25

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung.......................................................................................................................... 3

1.1 Was ist PSpice? .......................................................................................................... 3

1.2 Funktionalität von PSpice .......................................................................................... 3

2 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

3 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

4 Quellen und Weiterführende Informationen .................................................................... 25

5 Abbildungsverzeichnis ..................................................................................................... 25


19.06.2005

Seite 3 von 25

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).


19.06.2005

Seite 4 von 25

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


19.06.2005

Seite 5 von 25

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.


19.06.2005

Seite 6 von 25

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.


19.06.2005

Seite 7 von 25

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“.


19.06.2005

Seite 8 von 25

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.


19.06.2005

Seite 9 von 25

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.


19.06.2005

Seite 10 von 25

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.


19.06.2005

Seite 11 von 25

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“.


19.06.2005

Seite 12 von 25

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


19.06.2005

Seite 13 von 25

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


19.06.2005

Seite 14 von 25

2.5 Wichtige Shortcuts, Einheiten und Abkürzungen

2.5.1 Shortcuts

Strg-R = zum Rotieren des markierten Objekts

H = zum horizontal Spiegeln des markierten Objekts

V = zum vertikal Spiegeln des markierten Objekts

Shift-W = „place wire“ Bauteilverbindung wird aktiviert

Shift-G = „place ground“ Dialog wird geöffnet

Shift-P = „place part“ Dialog wird geöffnet

ESC = zum Abbrechen von Vorgängen

Alt-S,N = zum Erstellen eines neuen Simulationsprofils

Alt-S,E = zum Editieren des aktiven Simulationsprofils

Alt-S,R = zum Starten der Simulation

In der Hilfe von PSpice Capture sind unter „Shortcuts“ noch mehr Shortcuts aufgelistet.

2.5.2 Einheiten

giga = G = g = 1E9

mega = Meg = meg = 1E6

kilo = K = k = 1E3

mili = M = m = 1E-3

mikro = U = u = 1E-6

nano = N = n = 1E-9

piko = P = p = 1E-12

Bei PSpice ist es egal ob man die Einheiten „klein“ oder „groß“ schreibt.

2.5.3 Abkürzungen von Bauelementen

R = Widerstand

C = Kondensator

L = Spule

VDC / IDC = Gleichspannungsquelle / -stromquelle

VAC / IAC = Wechselspannungsquelle / -stromquelle

0 = Masse

D = Diode

Q = 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


19.06.2005

Seite 15 von 25

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


19.06.2005

Seite 16 von 25

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.


19.06.2005

Seite 17 von 25

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.tu-

berlin.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


19.06.2005

Seite 18 von 25

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


19.06.2005

Seite 19 von 25

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.


19.06.2005

Seite 20 von 25

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: 0.1V

Abbildung 21Abbildung 21: Einstellungen für den Primary Sweep


19.06.2005

Seite 21 von 25

Abbildung 22: Einstellungen für den Secondary Sweep

Ist alles richtig eingestellt sollte das Simulationsergebnis dem aus Abbildung 23 ähneln.

Abbildung 23: Simulationsergebnis des AKFs


19.06.2005

Seite 22 von 25

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 = 0

Frequenz FREQ = 10Hz

Phasenlage PHASE = 0

Delay TD = 0

Maximalamplitude VAMPL = 1V

Offsetspannung VOFF = 0


19.06.2005

Seite 23 von 25

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 = 1Hz

Stoppfrequenz = 100kHz

Punkte pro Dekade = 100


19.06.2005

Seite 24 von 25

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


19.06.2005

Seite 25 von 25

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

einführung zur schaltungssimulation am pc mit orcad … markus förster tu-berlin 19.06.2005 seite...

Documents