Circuiti Elettronici di Potenza Esercitazioni al LAB3 Dipartimento di Ingegneria Elettrica http://www.die.ing.unibo.it/cep.htm Tutor: Ing. Artioli Marcello Introduzione a SPICE Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis Microsim PSpice Evaluation Version 8.0 Simulazione di circuiti elettrici ed elettronici nel dominio del tempo e della frequenza Introduzione a SPICE Passi per la simulazione A. Disegnare un circuito o aprire un file circuitale con schematics. B. Impostare i dati della simulazione. C. “lanciare” la simulazione con l’apposita icona. D. Visualizzare i risultati utilizzando probe. Introduzione a SPICE A. Apertura di schematics 1) Per lanciare il programma PSice Schematics, seguire il percorso: Start - Programmi - MicroSim Eval 8 – Schematics 1) Disegnare il circuito usufruendo delle librerie. 1) Salvare il file dal menù file – save o cliccando l’icona con il dischetto. Introduzione a SPICE A. Apertura di schematics Librerie Salva Introduzione a SPICE B. Impostazioni dei parametri di simulazione 1) Cliccare sul pulsante nella barra degli strumenti o dal menù Analysis, alla voce Setup. 2) Deselezionare l’opzione Bias Point ed attivare Transient. 3) Cliccare su Transient e riempire le caselle di testo con i parametri desiderati (print step, step ceiling e stop time). Introduzione a SPICE B. Impostazioni dei parametri di simulazione Introduzione a SPICE C. Simulazione 1) Lanciare la simulazione tramite l’apposita icona nella barra degli strumenti o, dal menù Analysis, cliccare Simulate. 2) Compare una finestra che mostra lo stato di avanzamento dello simulazione. 3) A fine simulazione, automaticamente si apre la finestra di probe. In ogni caso può essere aperta premendo F12 o dal menù Analysis – Run Probe. Introduzione a SPICE C. Simulazione Introduzione a SPICE D. Visualizzazione delle grandezze Possibilità di visualizzare andamenti di tensioni e correnti tramite i marker. • Marker Voltage: misura delle tensione rispetto alla massa. • Marker Current: misura della corrente su di un componente (vanno necessariamente posti sui connettori dei componenti. • Marker Differential: misura della differenza di tensione tra due punti Introduzione a SPICE D. Visualizzazione delle grandezze Introduzione a SPICE File creati 1) Schematics crea la netlist, cioè traduce l’input grafico in righe di testo che PSpice è in grado di interpretare. In assenza di schematics, l’utente avrebbe dovuto generare questo codice. Il file ha estensione .net, ed è possibile visualizzarlo direttamente dal menù Analysis, con la voce Examine Netlist. Introduzione a SPICE File creati 1) Il secondo file prodotto da PSpice, contiene eventuali problemi relativi alla simulazione e, se abilitata, i dati dell’analisi di Fourier. Tale file ha estensione .out e può essere visualizzato dal menù Analysis alla voce Examine Output. I medesimi messaggi di errore, sono riportati dalla finestra message manager, che compare al momento della simulazione. Introduzione a SPICE Note importanti 1) Necessariamente un nodo deve essere messo a terra (ed è etichettato dal programma con 0V) e tutti gli altri nodi devono essere riferiti a quest’ultimo attraverso i componenti circuitali. 1) I componenti sono contenuti nelle librerie di PSpice, file di estensione .slb. Esistono librerie standard, ma l’utente ha la possibilità di crearne delle proprie. Librerie di PSpice Analog.slb 1) Componenti passivi quali resistenze R, induttanze L, condensatori C e induttori accoppiati Xfrm_Linear. 2) Sorgenti dipendenti: • E Sorgente di tensione comandata in tensione • F Sorgente di corrente comandata in corrente • G Sorgente di corrente comandata in tensione • H Sorgente di tensione comandata in corrente Librerie di PSpice Sources.slb • Sorgenti di tensione e corrente indipendenti: • Vdc, Idc Sorgente di grandezze costanti. • Vpulse, Ipulse Sorgente di grandezze con ripetizione periodica. • Vsin, Isin Sorgente di grandezze sinusoidali. • Vpwl, Ipwl Sorgente di grandezze lineari a tratti. Librerie di PSpice Port.slb 1) Masse analogiche AGND e masse a terra EGND, GND_EARTH. Sono equivalenti per il programma. 2) Bubble: sono connettori a cui è possibile assegnare delle etichette; il programma interpreta tutti i bubble con lo stesso nome come se fossero punti equipotenziali. 3) Pin: servono per collegare con l’esterno i sottosistemi. Ne esistono diversi tipi, ma sono equivalenti (Interface, IF_IN, IF_OUT). E’ possibile cambiare il loro nome predefinito. Librerie di PSpice ABM.slb 1) ABM: l’output di tale blocco è una tensione rispetto a massa data da un’espressione algebrica modificabile dall’utente cliccando sul blocco stesso. 1) ABM1: l’output di tale blocco è una tensione rispetto a massa data da un’espressione algebrica che contiene il valore della tensione dell’ingresso V(%IN). Librerie di PSpice ABM.slb 1) ABM2: l’output di tale blocco è una tensione rispetto a massa data da un’espressione algebrica che contiene il valore della tensione dei due ingressi V(%IN1) e V(%IN2). 1) ABM3: l’output di tale blocco è una tensione rispetto a massa data da un’espressione algebrica che contiene il valore delle tensioni dei tre ingressi V(%IN1), V(%IN2) e V(%IN3). Librerie di PSpice ABM.slb 1) Table: l’output di tale blocco è una tensione rispetto a massa. Il legame tra ingresso ed uscita è una funzione immessa punto per punto. Tra due punti successivi è utilizzata l’interpolazione lineare. 2) Laplace: questo blocco consente di modellizzare controllori analogici e sistemi utilizzando la funzione di trasferimento nel dominio di Laplace. Possono essere create solo frazioni di polinomi, ma l’utente può liberamente impostarne i coefficenti. Librerie di PSpice Special.slb • Param: Possono essere specificati il nome di tre parametri e il loro rispettivo valore numerico. A questo punto invece di assegnare il valore numerico per definire il componente possiamo usare il nome del parametro entro le parentesi graffe {}. PSpice Consigli 1) Per collegare due punti si utilizza la modalità wire, cioè il filo. Occorre selezionare la funzione con il pulsante sulla barra degli strumenti e cliccare sul punto d’inizio e su quello di fine. 2) Per costruire un sottosistema si utilizza l’apposito bottone nella barra degli strumenti. Creato il blocco è bene disegnare i pin portandosi nella modalità wire e rinominarli subito con il nome definitivo. In questo modo il programma predispone dei blocchi interface per ogni pin creato. PSpice Hot Key • Ctrl + V Incolla. • Ctrl + C Copia. • Ctrl + X Taglia (cancella e copia nella clipboard). • Ctrl + R Rotazione del blocco selezionato. • Ctrl + F Immagine speculare del blocco selezionato. • Ctrl + W Selezione della modalità wire. PSpice Fattori di scala FATTORI DI SCALA E SIMBOLI femto pico nano micro milli kilo mega giga tera f p n u m k meg g t 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 103 106 109 1012 Sorgente.cir Righe descrittive dei componenti 1) Generatore di grandezza sinusoidale Sintassi: SIN(<vo> <va> <freq> <td> <df> <fase>) Descrive una sinusoide di valore massimo va che parte, per t = 0, dal valore vo (tensione di offset), va rimane costante per td secondi, quindi parte una sinusoide smorzata espressa dalla formula: 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 vo + va sin( 2π ( freq (t − td ) − fase / 360°))e − ( t −td ) df Sorgente.cir Righe descrittive dei componenti 1) Generatore di grandezza esponenziale Sintassi: EXP(<v1> <v2> <td1> <tau1> <td2> <tau2>) Descrive una tensione/corrente che parte dal valore v1 e vi rimane per i primi td1 secondi, quindi tende al valore v2 con costante di tempo tau1, questa forma esponenziale dura td2 secondi; a questo punto la tensione tende di nuovo, esponenzialmente, a v1 con costante di tempo tau2 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Sorgente.cir Righe descrittive dei componenti 1) Generatore di grandezza periodica impulsiva Sintassi: PULSE(<v1> <v2> <td> <tr> <tf> <pw> <per>) La tensione/corrente parte da un valore v1 e rimane costante fino al tempo td; quindi passa, linearmente, dal valore v1 al valore v2 in un tempo tr; rimane al valore v2 per un tempo pw e poi ritorna, linearmente, al valore v1 in un tempo tf; resta al valore v1 per un tempo per(tr+pw+tf), quindi si ripete il ciclo, salvo che per il tempo di ritardo td 12 10 8 6 4 2 0 -2 PSpice Procurarsi il programma • Duplicare il CD distribuito (contiene anche altri prodotti) • Scaricarlo p.es. dall'Università di Milano: http://www.dti.unimi.it/~liberali/spice/spice.html Installazione Passo 1 Istallazione Demo MicroSim Installazione Passo 2 Installazione Passo 3 PSpice Importazione grafici in Word I grafici visualizzati con Probe hanno lo sfondo nero di default, per modificarlo seguire uno dei tre metodi: METODO 1: selezionare la voce Tools nel menu di Probe, si aprirà un menu nel quale bisogna selezionare l’opzione Copy to Clipboard. La schermata con i grafici è pronta per essere incollata (ctrl+v) nel documento word, in questo modo però lo sfondo del grafico è nero. Se si vuole lo sfondo bianco bisogna prima ritoccare l’immagine con Paint o con Photo Editor, poi incollare l’immagine ritoccata nel documento word. Il ritocco con Paint si effettua incollando l’immagine in un file nuovo, poi si seleziona la voce Immagine e nel successivo menù si sceglie la voce Inverti colori. Il ritocco con Photo Editor si effettua selezionando la voce Effetti; nel successivo menù si sceglie la voce Negativo. PSpice Importazione grafici in Word METODO 2: utilizzare il tasto Stamp (tastiera italiana) o Prt Sc (tastiera inglese) che si trova nella parte alta e a destra della tastiera. In questo modo la videata può essere incollata in un file Paint o di Photo Editor. Questo file può essere ritoccato invertendo i colori come descritto nel METODO 1, inoltre è necessario ritagliare i margini dell’immagine. METODO 3: è possibile modificare un file di impostazione del programma PSpice. Di seguito sono elencate le istruzioni da seguire per modificare questo file. Per modificare i colori delle tracce o dello sfondo senza utilizzare programmi grafici bisogna aprire il file: C:\WINDOWS\msim_evl.ini (da aprire con blocco note, tasto dx poi apri con poi seleziona blocco note) Il file aperto apparirà come una serie di istruzioni. Andare alla riga 203 (Modifica, vai a, riga 203), in questa riga si trova l'istruzione “BACKGROUND=BLACK" mentre nella riga sotto (204) si trova l'istruzione "FOREGROUND=WHITE". Per cambiare colore allo sfondo modificare le due righe come segue: 203 BACKGROUND=WHITE 204 FOREGROUND=BLACK (continua) PSpice Importazione grafici in Word A questo punto bisogna salvare queste impostazioni. Consiglio di non sovrascrivere queste impostazioni su quelle di default, perciò bisogna salvare questo file col comando "salva con nome" col seguente nome: "msim_evl_B.ini" (salvare sempre nella cartella C:\WINDOWS) ora si può chiudere il file aperto con il blocco note. Affinchè le nuove impostazioni vengano applicate rinominare il file C:\WINDOWS\msim_evl.ini come C:\WINDOWS\msim_evl_A.ini, poi rinominare il file C:\WINDOWS\msim_evl_B.ini come C:\WINDOWS\msim_evl.ini. Ora si può chiudere la cartella e C:\WINDOWS e se si fa partire Pspice si vedranno i grafici con lo sfondo bianco e quindi per stamparli si potrà usare il METODO 1. Se si vuole cambiare colore a qualche traccia si devono modificare i comandi dalla riga 205 alla 210. Ad ogni riga corrisponde una traccia. Questa operazione può essere fatta dopo che si sono modificare le righe 203 e 204. PSpice Importazione grafici in Word Il METODO 1 e il 2 sono più laboriosi perché si basano sull’impiego di programmi grafici; ogni singolo grafico deve essere ritoccato. Il METODO 3 invece agisce sulle impostazioni del programma, una volta modificato correttamente il file msim_evl.ini si otterrà sempre uno sfondo del Probe Bianco.