ОСНОВЫ РАБОТЫ С ORCAD 9.1

ОСНОВЫ РАБОТЫ С ORCAD 9.1
ВВЕДЕНИЕ
Программа OrCAD 9.1 предназначена для инженерно – конструкторских
работ по созданию, проектированию, моделированию и отладке электрических
схем и печатных плат. Она содержит большое количество разнообразных
программ охватывающих весь спектр радиотехнической деятельности. В данной
работе рассмотрены основы проектирования и отладки электрических схем. А
также представлены основные виды анализов схемы.
СОЗДАНИЕ ПРОЕКТА
После запуска программы OrCAD Capture CIS создайте новый проект
щелкнув на иконку Create document или через меню File – New – Project.
Откроется окно New Project, здесь вам предстоит выбрать один из четырех видов
создаваемого проекта. Если вам необходимо просто нарисовать схему, то лучше
выбрать Schematic Wizard, который предназначен для рисования схем
электрических принципиальных, без их дальнейшей отладки и проведения
анализов. В нашем случае необходимо выбрать первый пункт Analog or Mixed –
Signal Circuit Wizard. Остальные два вида предназначены для проектирования
печатных плат и для создания программируемых логик. Теперь надо выбрать имя
проекта. В графе Name напишите название проекта, лучше на английском языке.
Затем в графе Location выбираете место расположения вашего проекта, лучше
будет если весь путь будет записан на английском языке, так как при наличии
русских букв программа может не найти нужных файлов при проведении анализа
схемы. Закончив с этим, кликните OK. Появится поле на котором вы будете
рисовать схему.
Справа находится панель с кнопками необходимыми для построения схем.
Самая верхняя(левая на рисунке) из них – обычный курсор. Ниже (правее)
находится кнопка Place part
, нажмите ее.
Откроется окно с элементам. В левом нижнем окне Libraries представлены
используемые в данный момент библиотеки с элементам. Вы можете добавить
какую - нибудь библиотеку нажав кнопку Add library или удалить ненужную с
помощью Remove library. Выберете из списка предложенных библиотек самую
верхнюю ANALOG в левом среднем окне находится список элементов
представленных в данной библиотеке. Щелкните один раз на
символе
конденсатора C, его изображение появится в нижнем окне. Просмотрев с
помощью клавиш клавиатуры ↑↓ весь список элементов, можно убедится, что в
данной библиотеке представлены наиболее часто используемые аналоговые
элементы.
Двойным щелчком или нажав OK выберете нужный вам элемент. Вы увидите
курсор, а под ним выбранный вами элемент. Можете поставить его в любой точке
чертежа просто кликнув в нужном месте. Нажав клавишу клавиатуры ESK или на
кнопку курсора в правой панели, вы отмените команду установки элементов, если
вам не нужно устанавливать еще один такой же элемент в схеме. Источники
питания находятся в библиотеке SOURCE. Здесь находятся самые разнообразные
источники, но наиболее часто используемые, это источник переменного
напряжения VAC. Источник постоянного напряжения
VDC, и источник
синусоидального напряжения VSIN. Редактировать значения напряжений, а
также, номиналы элементов можно двойным щелчком на установленном по
умолчанию значении элемента (кило - k, мега - MEG, мили - m, микро - u, нано n, пика – p). Единицы измерения (Омы, Вольты и т.д.) ставить не обязательно,
компьютер понимает их и так. Если вам необходимо повернуть элемент, выделите
его и щелкните правой кнопкой мыши, появится меню в котором выберете
Rotate. Не используйте элементы из библиотеки DEVICE они предназначены
только для рисования схем.
Для того чтобы соединить элементы схемы, выберете в правой панели
третью сверху кнопку Place wire
.
Любая схема должна содержать землю. Для ее установки нажмите в правой
панели кнопку Place ground
И выберете 0/SOURSE. другие виды общей точки в нашем случае не подойдут.
ОТЛАДКА И ВИДЫ АНАЛИЗОВ СХЕМЫ
Для дальнейшей работы постройте схему ФНЧ указанную на рисунке (в
качестве источника – VAC)
R2
1k
V1
1Vac
0Vdc
C2
1n
R1
1k
0
После того, как вы закончили построение схемы, нажмите меню PSpice –
Create Netlist. Если вы допустили ошибок в схеме то программа укажет на них
зеленым маркером. Если все нормально, то можете приступать к анализу схемы.
Допустим нам необходимо чтобы полоса пропускания фильтра по уровню 0,7
составляла 10 кГц.
В строке кнопок над схемой крайняя левая New Simulation Profile
.
Нажмите ее, напишите по английски название, например чтобы не путаться
напишите название проекта. После этого нажмите Create. Откроется окно
Simulation Setting
.
Это основное окно при проведении анализа схемы. Здесь вы можете выбрать вид
анализа в графе Analysis type. Существует 4 вида основных анализов
1 Transient – временной анализ
2 DC Sweep -анализ по постоянному току
3 AC Sweep –анализ по переменному току
4 Bais Point – анализ рабочей точки
Анализ по переменному току
Рассмотрим сначала AC Sweep анализ. Выбрав соответствующий пункт в
графе Analysis type, оставляем логарифмический масштаб и деление подекадное
деление оси. Начальную частоту (Start Frequency) установим 1Гц.. Конечную
частоту (End Frequency) установим 1 МГц. В графе Points/Decade запишем
количество рассчитываемых точек на декаду, 20 будет достаточно. Теперь
нажимаем Применить
Теперь необходимо запустить PSpice для этого в строке над схемой
нажимаем третью кнопку Run Pspice
. После расчетов откроется окно PSpice.
Можно выбрать точку просмотра характеристик в PSpice, а можно сделать это в
OrCAD для этого вернитесь в окно PSpice и в строке над схемой кликните
Voltage/Level Marker и установите тестер в выходную точку схемы указанную
R2
1k
V
V1
1Vac
0Vdc
C2
R1
1n
1k
0
на рисунке. Вернувшись в PSpice вы увидите АЧХ данной схемы в данной точке.
Нам необходимо чтобы полоса пропускания ФНЧ составляла 10 кГц. По
полученной АЧХ мы видим, что полоса пропускания составляет примерно
250кГц. Меняя значение конденсатора и сопротивлений и запуская PSpice можно
быстро подобрать нужное значение.
Откройте снова окно установок анализов Simulation Setting. При AC Sweep
анализе можно также провести анализ шумов схемы. Для этого в окне Noise
analisis установите галочку в пункте Enabled. Станут активными графы Output
Voltage точка выходного напряжения, I/V Source входной источник. Запишите в
них соответствующие данные и запустите схему на анализ. Для того чтобы
просмотреть шумовые характеристики в PSpice нажмите Add Trace. В
открывшемся окне найдите напряжения V(ONOISE),V(INOISE) это напряжения
шума на выходе и входе соответственно. Как правило оно очень малы, по этому
для их просмотра вам придется удалить все остальные графики с экрана. Если не
используются полупроводниковые элементы, то в основном уровень шума
остается постоянным во всем диапазоне.
Анализ по постоянному току
Для дальнейшей работы постройте данную схему усилительного каскада на
транзисторе 40242 из библиотеки BIPOLAR
R1
R3
1k
1k
Q1
V2
V 10Vdc
V1
VOFF = 0
VAMPL = 0.01
FREQ = 10k
40242
R2
1k
0
Выберете DC Sweep в графе Analysis type окна Simulation Setting. В боксе
Sweep variable оставьте Voltage source, а в графе Name напишите название
входного источника, в данной схеме V1. Ниже, в боксе Sweep type , напишите в
графах Start value, End value начальное и конечное значение напряжений в
пределах которых вы хотите исследовать сигнал, а также в графе Increment
выберете шаг с которым вы хотите построить график. (для данной схемы
соответственно –5, 5, 0.1).
PSpice Построит вам так называемую амплитудную характеристику
(зависимость напряжения на выходе от напряжения на входе. Для данной схемы
усиление происходит при входных значениях от 0,65В до 0,9В и для нормальной
работы усилительного каскада необходимо задать рабочую точки на уровне
0,84мВ с помощью резисторов R1 R2. Так как отношение напряжений в схеме
питания (10-0,84)/0,84 тои отношение сопротивлений R1/R2 = 9,16/0,84=10,9.
Выберем R1=10кОм. Теперь рабочая точка установлена нормально и мы модем
перейти к временному анализу схемы.
Временной анализ схемы
Доработаем построенную ранее схему добавив во входную и выходную
цепи разделительные конденсаторы C1=50uF. C2=10uF и нагрузку каскада R4.
Мы не могли поставить их раньше потому что, при наличии конденсаторов во
входной или выходной цепи невозможен анализ по постоянному току.
R1
R3
10k
1k
C2
V1
VOFF = 0
VAMPL = 0.01
FREQ = 10k
V2
Q1
C1
10Vdc
10u
V
R4
50u
40242
V
R2
1k
1k
0
После доработки схемы откроем, опять, окно Simulation Setting ив графе
Analysis type выберем Time Domain(Transient). Run to time это интервал
времени в течении которого произведется расчет схемы (1ms в нашем случае).
Start saving data after - с какой точки времени начнется расчет (по умолчанию
0). Теперь запустите расчет. Вы увидите что, амплитуда сигнала на выходе равна
примерно 1В в то время как на вход мы подали 0,01В т.е. произошло усиление и
коэффициент усиления равен приблизительно 100.
Со всеми выше перечисленными видами анализов можно провести
температурный анализ и анализ при разбросе параметров элементов.
Температурный анализ
Рассмотрим пример на анализе по времени. Поставьте галочки в окне
Options напротив Temperature(Sweep) и напротив Repeat the simulations for
each of the temperature. В графе укажите (через пробел) при каких температурах
вы бы хотели провести анализ.
Расчет рабочей точки
Расчет рабочей точки Base Point включает в себя три вида анализов: OP
расчет рабочей точки, SENS расчет чувствительности, TF. Расчет
малосигнальных характеристик. Для проведения данного вида анализов надо
установить галочки у соответствующего вида анализа. В графах Output variable
написать точки в которых вы хотели бы рассчитать параметры. В графе From
input source name название входного источника сигнала. При данном виде
анализа не строятся никакие графики. Все произведенные расчеты записываются
в выходной файл.