Curso Básico Introdutório ao Programa de Simulação OrCAD-Pspice Release 9.1. By Ponties Introdução: O OrCad-Pspice é um programa de computador que pode ser utilizado para analisar a operação de um circuito eletrônico contendo uma variedade de componentes, através de especificações do usuário para os parâmetros dos modelos pré-existentes. Objetivo: Fornecer aos alunos noções básicas para a utilização do programa em simulações relativas às disciplinas do curso de graduação em engenharia elétrica. Sumário: Parte I - OrCAD Capture Iniciando o Programa. Iniciando um Novo Projeto Definindo Bibliotecas Ambiente de Trabalho Editando uma Página Esquemática Inserindo e Conectando Componentes de uma Biblioteca Editando Valores dos Componentes Parte II OrCAD Pspice A/D Iniciando uma Nova Simulação Ajustando Parâmetros de Simulação Simulando com o Pspice A/D Analisando os Resultados Obtendo Maiores Informações Ferramentas do Visualizador Gráfico Personalizando Eixos e Escalas Finalizações Anexo I Parâmetros de Fontes Anexo II Exercícios Propostos
PARTE I OrCAD Capture Iniciando o Programa: Menu Iniciar Programas OrCAD Release 9.1 Capture... Inicio de uma Sessão do Capture Toda sessão iniciada apresenta um menu principal e uma janela de registro onde são informados ao usuário todas as ações realizadas durante aquela sessão. As barras de ferramentas e de status também compõem o ambiente inicial. Iniciando um Novo Projeto: Menu File New Project... Definir Nome do Projeto Tipo do Projeto Local a ser Salvo OK Definindo Bibliotecas: Selecionar Bibliotecas do Pspice Desejadas Adicioná-las ao projeto que possui quatro bibliotecas fundamentais pré-selecionadas OK. 1
Ambiente de Trabalho: Gerenciador de Projetos Cada projeto iniciado possui uma janela independente, o que permite o gerenciamento simultâneo de vários projetos na mesma sessão e o controle de forma reunida e organizada de todas as informações necessárias a cada projeto, incluindo diretórios de esquemáticos, páginas esquemáticas, bibliotecas, componentes, arquivos VHDL e apresentação de resultados como valores dos materiais e netlists. Diretórios de Gerenciamento Design Resources: Recursos do Projeto como esquemáticos e bibliotecas. Outputs: Arquivos de Saída e Resultados. Pspice Resources: Recursos do Pspice como arquivos, modelos e simulações. Editando uma Página Esquemática: Páginas Esquemáticas Um projeto simples contém um diretório de esquemáticos com uma página esquemática na qual se desenvolve graficamente o circuito desejado. Principais Ferramentas de Edição Acessadas através do menu Place ou da barra de ferramentas á direita da área de trabalho. 2
Descrição de Cada Ferramenta PART = insere componente WIRE = desenha a conexão BUS = desenha um barramento JUNCTION = coloca uma junção BUS ENTRY = conexão com o barramento NET ALIAS = labels em nós POWER = alimentação GROUND = terra OFF-PAGE CONECTOR = conector <<C NO CONNECT = indicar pino não conectado. FIGURAS = figuras geométricas PLACE TEXT = inserir texto Inserindo e Conectando Componentes de uma Biblioteca: Menu Place Part... Selecionar a biblioteca que contenha o componente desejado e em seguida selecioná-lo para que seja visualizado OK. As bibliotecas podem ser adicionadas ou retiradas da lista de seleção conforme a necessidade do usuário. Vale lembrar que as bibliotecas que devem ser usualmente utilizadas, estão localizadas no seguinte diretório: C:\ Program Files Orcad Capture Library PSpice... Distribuir os componentes desejados na área de trabalho e conectá-los utilizando o comando Wire do menu Place. Editando Valores dos Componentes: Clicar duas vezes sobre o valor do Componente para que abra a janela de edição onde os valores iniciais (default) dos componentes podem ser alterados. 3
Alguns componentes como fontes necessitam de mais de uma especificação de valor para que funcionem corretamente. (ver anexo I) Após a completa definição dos parâmetros, o circuito esquemático está pronto para ser simulado. Anotações 4
PARTE II OrCAD Pspice A/D Iniciando uma Nova Simulação: Menu PSpice New Simulation Profile... Dar um nome a nova simulação e clicar em Create... Ajustando Parâmetros de Simulação: Em seguida, aparecerá uma janela de ajuste de configuração onde definiremos as características da simulação a ser realizada: No Menu Analysis, poderemos escolher os tipos de analise (Transient, AC, DC, Bias), bem como as opções de cada análise (General Settings entre outras) e os parâmetros referentes a essas opções. Após as definições concluídas, clicar em OK... Com essa etapa concluída podemos então iniciar a simulação em busca de resultados. Simulando com o Pspice A/D: Menu Pspice Run... 5
Quando iniciamos uma simulação, aparece rapidamente na tela a janela Pspice Netlist Generation indicando que esta sendo gerado um netlist. Esse Netlist permite a identificação de erros ocorridos durante a etapa de edição da página esquemática. Em seguida aparece a janela principal do Pspice A/D onde podemos observar os procedimentos realizados pelo programa durante a simulação. 0s 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms 5.0ms 6.0ms Time Se não ocorrer nenhum erro, ao término da simulação a mensagem Simulation complete aparecerá no canto inferior esquerdo da janela e junto com ela surgirá a tela de visualização gráfica dos resultados. Caso ocorram erros durante a simulação, eles serão identificados durante a simulação na tela de visualização de procedimentos realizados pelo programa, que abortará imediatamente a simulação e indicará com sinais coloridos as prováveis causas dos mesmos. Analisando os Resultados: A maneira mais simples de obtenção de resultados é com a utilização das ponteiras de medição de tensão, corrente e diferença de potencial localizadas no Menu Pspice Markers..., (ou na barra de ferramentas) do editor de esquemáticos. Ao colocar as ponteiras sobre os pontos desejáveis do circuito, a visualização das formas de ondas são geradas instantaneamente. 6
No caso de se ter mais de uma ponteira no mesmo circuito, as cores das mesmas são diferenciadas automaticamente. Outra maneira de obtenção de resultados seria ativar, no próprio esquemático, a visualização das tensões e das correntes de polarização no Menu Pspice Bias Points..., (ou na barra de ferramentas) do editor de esquemáticos. Vale lembrar que dependendo do tipo de simulação ou do ponto do circuito, em alguns casos não é permitido a utilização das pontas de teste. Assim, devemos utilizar uma outra maneira de adicionar os gráficos que queremos analisar. Obtendo Maiores Informações: Qualquer sinal em qualquer ponto do circuito pode ser analisado no visualizador gráfico do Pspice A/D através do Menu Trace Add Trace... Aparecerá então uma janela contendo todos os pontos possíveis de obtenção de dados do circuito. Para selecionar os pontos desejados, basta clicar uma única vez sobre o mesmo. Um outro campo dessa mesma janela, apresenta funções matemáticas que podem gerar resultados de relacionamento entre dois ou mais sinais do circuito como soma ou subtração por exemplo. As seleções ou os equacionamentos finais, serão indicados na linha inferior da janela e em seguida Clicar em OK... 7
Ferramentas do Visualizador Gráfico: Temos varias maneiras de observar e de retirar informações dos gráficos gerados. 10V 0V -10V 0s 1.0ms 2.0ms 3.0ms 4.0ms 5.0ms 6.0ms V(D1:2) V(D1:1) Time 8
No Menu Trace Cursor Display..., ativamos cursores que permitem o acompanhamento dos valores numéricos das formas de ondas geradas. Para selecionar a curva que o cursor analisará, clique com o botão esquerdo do mouse sobre o nome da curva desejada. Para deslizar o cursor sobre a curva, mantenha pressionado o botão esquerdo do mouse e observe na janela Probe Cursor que em A1 serão mostradas as variações de valores dos eixos X e Y em função da decorrência do cursor sobre o gráfico. De maneira análoga, podemos utilizar um segundo cursor (A2) controlado independentemente pelo botão direito do mouse e assim comparar a diferença de valores mostradas na ultima linha da janela Probe Cursor. Ainda trabalhando com cursores, temos as opções de pontos mínimo, máximo e interseção com os eixos entre outras. Personalizando Eixos e Escalas: No Menu Plot Axis Settings..., podemos definir limites personalizados para os valores dos eixos nos Menus X Axis e Y Axis. Ainda no Menu X Axis, clicando em Axis Variable... é possível definir uma nova variável para o eixo X, o que permite a análise de uma variável em função de outra variável do circuito. (por exemplo um gráfico da saída em função da entrada) Vale lembrar que o eixo X possui uma variável default para cada tipo de simulação. (Transient x = tempo ; AC Sweep x = freqüência ; etc...) 10V 1 SEL>> -10V -10V -5V 0V 5V 10V V(D1:2) V(D1:1) 10V 2 10V 0V >> -10V -10V 0s 2.0ms 4.0ms 6.0ms 1 V(D1:1) 2 V(D1:2) Time 9
No caso da análise conjunta de duas variáveis com escalas muito diferentes, podemos definir eixos Y independentes para cada uma delas utilizando no menu Plot o comando Add Y Axis... Esse comando requer o seguinte procedimento: 1 - Apaga-se todas as curvas (clique sobre o nome e aperte a tecla DELETE). 2 - No menu Plot Add Y Axis (note que aparecerá mais um eixo - clique sobre este eixo para aparecer a marca de seleção SEL>>) 3 - Adicione uma curva para este eixo (Trace Add Trace). 4 Analogamente, clique sobre o outro eixo para selecioná-lo e adicione uma outra curva desejada. Outra opção é a inclusão de mais uma plotagem gráfica na área de visualização através do Menu Plot Add Plot to Window... As duas plotagens podem ser analisadas sobre o mesmo eixo X ou com eixos X independentes através do Menu Plot Unsynchronize X Axis... Dessa maneira as personalizações de eixos e escalas apresentadas anteriormente poderão ser aplicadas independentemente para cada plotagem. Como última observação, em todas as possibilidades apresentadas podemos utilizar no Menu View Zoom... (ou na barra de ferramentas) os comandos de zoom que possibilitam uma visualização de maneira mais clara e objetiva. Finalizações: Como este curso tem como principal objetivo fornecer condições mínimas para o usuário realizar seus projetos, proponho que os iniciantes realizem os exercícios básicos propostos no anexo II, afim de que possam aplicar seus conhecimentos adquiridos e estarem sujeitos a eventuais dúvidas que só a prática proporciona, permitindo assim o crescimento de suas habilidades. Anotações 10
ANEXO I PARÂMETROS DE FONTES 11
1) CIRCUITO ANALÓGICO (AMPLIFICADOR) ANEXO II EXERCICIOS PROPOSTOS Dicas para montar o circuito: Fontes - biblioteca SOURCE VSIN (freq = 1000; vampl = 5m) ; VSRC (dc = 12) Componentes biblioteca ANALOG componentes (R; C) e biblioteca BIPOLAR componente (Q2N2222) Nome em Fios Menu Place Net Alias (colocar o nome) Parâmetros de Simulação tipo transiente; run to time = 5ms; maximum step size = 0.01ms Dicas no visualizador gráfico: Devido a diferença de amplitude do sinal de entrada (5mV) e do sinal de saída (1V) aconselha-se o uso de dois eixos Y (Y AXIS). 12
2) CIRCUITO DIGITAL (SOMADOR) STIM1 DSTM2 [0us 0-1us 1-2us 0-3us 1-4us 0 -..-] DSTM3 [0us 0-2us 1-4us 0-6us 1] DSTM4 [0us 0-4us 1] Conectores para Digital Agora sem dicas e sem o direcionamento das bibliotecas o aluno intuitivamente deverá montar o circuito em busca dos resultados apresentados. FIM 13