Curso Básico Introdutório ao Programa de Simulação

Curso Básico Introdutório ao Programa de
Simulação
OrCADOrCAD-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
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
PARTE I – OrCAD Capture
Iniciando o Programa:
e Menu Iniciar Î Programas Î OrCAD Release 9.1 Î Capture...
e Inicio de uma Sessão do Capture Î 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:
e Menu File Î New Î Project...
e Definir Nome do Projeto Î Tipo do ProjetoÎ Local a ser Salvo Î OK
Definindo Bibliotecas:
e Selecionar Bibliotecas do Pspice Desejadas Î Adicioná-las ao projeto que possui
quatro bibliotecas fundamentais pré-selecionadas Î OK.
______________________________________________________________________________________________________________
1
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
Ambiente de Trabalho:
e Gerenciador de Projetos Î 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.
e Diretórios de Gerenciamento
Î Design Resources: Recursos do Projeto como
esquemáticos e bibliotecas.
Î Outputs: Arquivos de Saída e Resultados.
Î Pspice Resources: Recursos do Pspice como
arquivos, modelos e simulações.
Editando uma Página Esquemática:
e Páginas Esquemáticas Î Um projeto simples contém um diretório de esquemáticos com
uma página esquemática na qual se desenvolve graficamente o circuito desejado.
e Principais Ferramentas de Edição Î Acessadas através do menu Place ou da barra de
ferramentas á direita da área de trabalho.
______________________________________________________________________________________________________________
2
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
e Descrição de Cada Ferramenta
Î PART = insere componente
Î WIRE = desenha a conexão
Î BUS = desenha um barramento
Î JUNCTION = coloca uma junção
Î BUS ENTRY = conexão com o barramento
Î NET ALIAS = labels em nós
Î POWER = alimentação
Î GROUND = terra
Î OFF-PAGE CONECTOR = conector <<C
Î NO CONNECT = indicar pino não conectado.
Î FIGURAS = figuras geométricas
Î PLACE TEXT = inserir texto
Inserindo e Conectando Componentes de uma Biblioteca:
e Menu Place Î Part...
e Selecionar a biblioteca que contenha o componente desejado e em seguida selecioná-lo
para que seja visualizado Î OK.
e 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:\ Î Program Files Î Orcad Î
Capture Î Library Î PSpice...
e Distribuir os componentes desejados na área de trabalho e conectá-los utilizando o
comando Wire do menu Place.
Editando Valores dos Componentes:
e 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
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
e Alguns componentes como fontes necessitam de mais de uma especificação de valor
para que funcionem corretamente. (ver anexo I)
e Após a completa definição dos parâmetros, o circuito esquemático está pronto para ser
simulado.
_________________________________________________________________________
↓ Anotações ↓
______________________________________________________________________________________________________________
4
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
PARTE II – OrCAD Pspice A/D
Iniciando uma Nova Simulação:
e Menu PSpice Î New Simulation Profile...
e Dar um nome a nova simulação e clicar em Create...
Ajustando Parâmetros de Simulação:
e Em seguida, aparecerá uma janela de ajuste de configuração onde definiremos as
características da simulação a ser realizada:
e 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.
e Após as definições concluídas, clicar em OK...
e Com essa etapa concluída podemos então iniciar a simulação em busca de resultados.
Simulando com o Pspice A/D:
e Menu Pspice Î Run...
______________________________________________________________________________________________________________
5
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
e Quando iniciamos uma simulação, aparece rapidamente na tela a janela Pspice Netlist
Generation indicando que esta sendo gerado um netlist.
e Esse Netlist permite a identificação de erros ocorridos durante a etapa de edição da
página esquemática.
e 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
e 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.
e 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:
e 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 Î
Markers..., (ou na barra de ferramentas) do editor de esquemáticos.
e Ao colocar as ponteiras sobre os pontos desejáveis do circuito, a visualização das formas
de ondas são geradas instantaneamente.
______________________________________________________________________________________________________________
6
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
e No caso de se ter mais de uma ponteira no mesmo circuito, as cores das mesmas são
diferenciadas automaticamente.
e Outra maneira de obtenção de resultados seria ativar, no próprio esquemático, a
visualização das tensões e das correntes de polarização no Menu Pspice Î Bias Points...,
(ou na barra de ferramentas) do editor de esquemáticos.
e 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:
e Qualquer sinal em qualquer ponto do circuito pode ser analisado no visualizador gráfico
do Pspice A/D através do Menu Trace Î Add Trace...
e 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.
e 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.
e As seleções ou os equacionamentos finais, serão indicados na linha inferior da janela e
em seguida Clicar em OK....
______________________________________________________________________________________________________________
7
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
Ferramentas do Visualizador Gráfico:
e Temos varias maneiras de observar e de retirar informações dos gráficos gerados.
10V
0V
-10V
0s
1.0ms
2.0ms
V(D1:2)
V(D1:1)
3.0ms
4.0ms
5.0ms
6.0ms
Time
______________________________________________________________________________________________________________
8
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
e No Menu Trace Î Cursor Î Display..., ativamos cursores que permitem o
acompanhamento dos valores numéricos das formas de ondas geradas.
e Para selecionar a curva que o cursor analisará, clique com o botão esquerdo do mouse
sobre o nome da curva desejada.
e 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.
e 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.
e Ainda trabalhando com cursores, temos as opções de pontos mínimo, máximo e
interseção com os eixos entre outras.
Personalizando Eixos e Escalas:
e No Menu Plot Î Axis Settings..., podemos definir limites personalizados para os
valores dos eixos nos Menus X Axis e Y Axis.
e 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)
e Vale lembrar que o eixo X possui uma variável default para cada tipo de simulação.
(Transient Î x = tempo ; AC Sweep Î x = freqüência ; etc...)
10V
SEL>>
-10V
-10V
V(D1:2)
-5V
0V
5V
10V
V(D1:1)
1
10V
2
10V
0V
-10V
>>
-10V
0s
1
2.0ms
V(D1:1) 2
V(D1:2)
Time
4.0ms
6.0ms
______________________________________________________________________________________________________________
9
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
e 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 Î 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 Î Add Trace).
4 – Analogamente, clique sobre o outro eixo para selecioná-lo e adicione uma outra
curva desejada.
e Outra opção é a inclusão de mais uma plotagem gráfica na área de visualização através
do Menu Plot Î Add Plot to Window....
e As duas plotagens podem ser analisadas sobre o mesmo eixo X ou com eixos X
independentes através do Menu Plot Î Unsynchronize X Axis.... Dessa maneira as
personalizações de eixos e escalas apresentadas anteriormente poderão ser aplicadas
independentemente para cada plotagem.
e Como última observação, em todas as possibilidades apresentadas podemos utilizar no
Menu View Î Zoom... (ou na barra de ferramentas) os comandos de zoom que
possibilitam uma visualização de maneira mais clara e objetiva.
Finalizações:
e 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
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
ANEXO I – PARÂMETROS DE FONTES
______________________________________________________________________________________________________________
11
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
ANEXO II – EXERCICIOS PROPOSTOS
1) CIRCUITO ANALÓGICO (AMPLIFICADOR)
Dicas para montar o circuito:
Fontes - biblioteca SOURCE Î VSIN (freq = 1000; vampl = 5m) ; VSRC (dc = 12)
Componentes Î biblioteca ANALOG Î componentes (R; C) e biblioteca BIPOLAR Î componente (Q2N2222)
Nome em Fios Î Menu Place Î Net Alias (colocar o nome)
Parâmetros de Simulação Î 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
OrCAD-PSpice 9.1
______________________________________________________________________________________________________________
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