پیشگفتار در این تحقیق آشنایی مختصری با نرم افزارPSPICE پیدا می کنیم و چگونگی توصیف مدار درآن را نشان خواهیم داد .
هدف از گردآوری این مطالب ، کمک به خواننده برای شروع کار با PSPICE ، ضمن معرفی قابلیت های شاخص و منحصر به فرد این نرم افزار است ، اما جانشین کافی برای مراجعه به کتاب ها و راهنماهای PSPICE نیست، کتاب هایی که عناوین برخی از آن ها در بخش مراجع آمده است .در این راستا سعی کردیم تا به اصول پردازش و الگوریتم های داخلی هر نوع تحلیل مدار های الکتریکی و الکترونیکی درPSPICE بپردازیم تا ضمن ایجاد علاقه و انگیزه در خواننده ، کمک بیشتری به درک مفاهیم باشد .
تاریخچه کوتاهی از PSPICE نیاز به یک برنامه شبیه سازی و طراحی مدار، یک تیم پر تلاش از دانشجویان، استادان و افراد حرفه ای در علم الکترونیک از مهمترین عوامل موثر در تحقق اسپایس بودند.
با توجه به نسخه های مختلفی که از این نرم افزار کارا و توانمند موجود است، به بررسی اجمالی تاریخچه ایجاد آن میپردازیم: CANCER در اوایل سال 1970 میلادی ران راهرر[1] تصمیم به ارائه یک برنامه شبیه سازی برای کار در زمینه بهینه سازی طراحی مدارات الکترونیکی گرفت.
این عمل برای اولین بار در دانشگاه برکلی کالیفرنیا صورت گرفت دانشجویان راهر از جمله لری ناگل [2] به همکاری با او پرداختند و CANCER را که مخفف عبارت: بود را برای اولین بار به بازار Computer Analysis of Nonlinear Circuits Excluding Radiation .
این نرم افزار به طور ابتدایی تنها شامل دیود ها و ترانزیستور های دوقطبی بود و فقط قادر عرضه کردند به انجام تحلیل DC و AC بود.
SPICE1 در سال 1972 (دو سال بعد) ناگل و پدرسون[3] نسخه 1SPICE را عرضه کردند .با توجه به قابلیت های این نرم افزار به سرعت ابزار شبیه سازی استاندارد صنعتی شد.
انواع JFET و MOSFET نیز به برنامه اضافه شد.آنالیز مدارها نیز بر اساس تجزیه و تحلیل گره ای که ابتدایی ترین روش تحلیل است طراحی شده بود کدSPICE1 به زبان فورترن نوشته شده و در کامپیوتر های main farme قابل اجرا بود.
SPICE2 آنچه ناگل در 1975 ارائه کرد دارای پیشرفت های چشمگیری بود .
آنالیز مدارها بر پایه تجزیه و تحلیل گره ای تصحیح شده (Modified Nodal Analysis) انجام میشد.
این نسخه جدید منابع ولتاژ و القاگر ها را نیز حمایت میکرد.
مدل های MOSFET و دوقطبی تمدید شده و توسعه یافتند.عمده ترین ویژگی SPICE2این بود که تخصیص حافظه در آن با توجه به اندازه و پیچیدگی های مدار به صورت پویا انجام می شد.
هم اکنون نیزبسیاری از شبیه سازی های تجاری با SPICE2G.6 انجام می شود .
SPICE3 کد SPICE2 در سال 1978 به زبان C بازنویسی شد.
این نرم افزار توسعه یافته دارای محیط گرافیکی برای دیدن نتیجه بود.
تمامی منابع ولتاژ و جریان کنترل شده خازن ها و القاگر ها را حمایت می کرد .
مد ل های افزوده شده ، انواع MOSFET ،خطوط انتقال پراتلاف و سوییچ های غیر ایده آل بود .
از سال 1980به بعد نسخه های تجاری با نام های مختلف به بازار عرضه شدند.اسپایس از لحاظ آموزشی و صنعتی بسیار مورد توجه قرار گرفت و شرکت های مختلف از انواع نسخه های آن در طراحی های اولیه و تهیه بسته های نرم افزاری خود استفاده کردند.
در این میان شرکت MICROSIM اولین نسخه اسپایس برای PC ها را به نام PSPICE به بازار عرضه کرد.PSPICE یک برنامه شبیه سازی بود که رفتار یک مدار را مدل سازی می کرد.در سال های بعی نسخه PSPICE SV.
(Student Version) برای استفاده توسط دانشجویان ارائه شد .شبیه سازی مدار در این نسخه بخصوص دارای محدودیت هایی از قبیل تعداد گره ها، ترانزیستورها،قطعات دیجیتال ، خطوط انتقال و...
بود.نسخه دیگر این برنامه به نام PSPICE PRO.
برای استفاده توسط افراد حرفه ای، متخصصان، استادان دانشگاه ها و یا دانشجویان فارغ التحصیل طراحی شد که هیچیک از محدودیت های بالا را نداشت .
SPICEچیست؟
SPICE یک برنامه کامپیوتری است که از آن می توان برای تحلیل مدارهای الکترونیکی شامل قطعاتی مثل دیود ها ، ترانزیستور ها ، خازن ها ، مقاومت ها و ...
استفاده کرد .
SPICEبا استفاده از مدل هایی که کاربر برای عناصر به کار رفته در مدار مشخص می کند ، می تواند نقطه کار بایاس dcهرعنصر را با تحلیل آن مشخص کند، سپس با استفاده از این مقادیر پارامتر های مدل سیگنال کوچک عنصر را تعیین کند و با استفاده از این پارامتر ها مقادیر بهره ولتاژو پاسخ فرکانسی و ...
را محاسبه کند .
همچنین SPICEمی تواند تحلیل گذرای غیر خطی هر مدار مثل دریچه های منطقی و انواع مختلف تحلیل های دیگر را نیز انجام دهد که به توضیح در این موارد در بخش های بعدی خواهیم پرداخت .
برای اینکه SPICEشبیه سازی مدار معینی را کامل کند کاربر باید اطلاعات زیر را به آن بدهد : الف ) توصیف مدار : توصیف کامل مداری که باید تحلیل شود عناصر و منابع dc و سیگنالی موجود در آن واینکه چگونه به هم متصل شده اند همچنین مقادیر پارامتر های مدل عناصر الکترونیکی استفاده شده .
ب ) درخواست تحلیل : نوع تحلیل مثلا dc گذرای سیگنال کوچک و مانند آن که کاربر می خواهد انجام دهد.
ج ) درخواست خروجی : نوع خروجی های لازم مثلا جدولی از جریان ها و ولتاژهای بایاس dc نمودارهای VTC [4] و دریچه های منطقی و مانند آنها .
لازم به توضیح است که همه این اطلاعات به صورت چندین سطر پشت سر هم از طریق یک پایانه کامپیوتری وارد یک پرونده کامپیوتری می شود که پرونده ورودی اسپایس نام دارد و سطر اول آن شامل عنوانی است که مدار تحلیل شونده را مشخص می کند .
چرا از PSPICEاستفاده می کنیم؟
Pspice یک ابزار بسیار عالی برای یاد گرفتن علم الکترونیک است و شما می توانید با استفاده از آن درک خود را از انواع مدارات مختلف بالا ببرید و نتیجه گیری در این نرم افزار بسیار ساده و به سرعت انجام می گیرد .
اغلب اوقات شما مجبورید برای دریافت یک مفهوم ساده ساعت ها را صرف سیم بندی یک مدار حقیقی کنید در حالی که با طراحی همان مدار در Pspice این مفهوم را در چند دقیقه در می یابید .
درحقیقت Pspice می تواند به عنوان یک برد مجازی برای شما باشد که در زمان کوتاهی نتایج مطلوبی در اختیار شما قرار می دهد .
به طور خلاصه دلایل کلی استفاده از Pspice عبارتند از : امتحان کردن ایده های طراحی ذخیره زمان پیش بینی عملکرد مدار انجام اندازه گیری های مشکل و محاسبات سنگین مروری بز الگوریتم Pspice اگر به دانستن نحوه عملکرد Pspice علاقه مند هستید خوبست که مروری کلی بر الگوریتم اصلی برنامه داشته باشیم .
شکل زیر نمودار ساده شده ای از جریان اصلی برنامه Pspice است : ثعیین نقطه کار اولیه ایجاد مدل های معادل خطی برای عناصر غیر خطی ایجاد ماتریس گرهG*V=i حل معادلات خطی گره برای V آیا خطایی رخ داده؟
انتخاب مرتبه زمانی (h(n محاسبه نقطه زمانی بعدی T(n+1)=t(n)+h(n) آیا زمان تمام شده؟
انتخاب نقطه کار جدید ایجاد مدل های معادل خطی برای خازن ها و القاگر ها و ...
توقف (!شکل) در اینجا به نکات کلیدی الگوریتم اشاره می کنیم : 1 .
هسته اصلی این برنامه که اساس هر نوع تجزیه و تحلیل مدارهای مختلف می باشد آنالیز گره ای است که طی مراحل 3 و4 از طریق تشکیل ماتریس گره و حل معادلات گره برای ولتاژهای مدار انجام می شود .
2 .
حلقه داخلی ( مراحل 2 تا 6 ) راه حل مدارهای غیر خطی را ارائه می کند و قطعات غیر خطی با معادل های خطی خود جایگزین می شوند.توجه کنید که در این قسمت ممکن است رسیدن به نتیجه مطلوب با تکرار های زیادی همراه باشد .
زیرا برنامه ابتدا با توجه به مقادیر المان های بکار رفته در مدار نقطه کار فرضی را حدس می زند، مدل های معادل خطی المان ها را جایگزین کرده ، برای ولتاژ شاخه های مختلف مدار ماتریس گره را حل می کند، سپس از روی ولتاژهای به دست آمده یک نقطه کار جدید انتخاب می کند و دوباره به اول حلقه بر می گردد .
در فاصله بین این تکرارها اگر تغییرات در ولتاژها و جریان های مدار از حدود مشخصی پایین تر بیاید، حلقه تکرار متوقف شده و نقطه کار بهینه مدار به دست آمده است .
3 .
حلقه خارجی ( مراحل 7 تا 10 ) به همراه حلقه داخلی تحلیل گذرا را از طریق ایجاد مدل های معادل برای اجزای ذخیره کننده انرژی مانند خازن ها و سلف ها و ...
و انتخاب بهترین نقطه کار انجام می دهد .
اگر چه الگوریتمی که در Pspice استفاده شده است بسیار قابل اطمینان است اما بعضی اوقات ممکن است با اشکالاتی مواجه شود که در این صورت برنامه ولتاژ گره ها را در آخرین تکرار چاپ کرده و به کار خود پایان می دهد .
در این موارد ولتاژهای چاپ شده برای گره ها لزوما درست یا حتی نزدیک به واقعیت نیستند.
انواع خطا ها در یک تحلیل dc معمولا در نقاط اتصال مدار مقادیر المان ها و یا مقادیر پارامتر های مدل قطعات بوجود می آیند .
الگوریتم در عمل Pspice به طور کلی اعمال زیر را انجام می دهد : تحلیل dc تحلیل ac تحلیل گذرا تحلیل های توسعه یافته دیگری از قبیل حساسیت ها و تحلیل های فوریه و محاسبه نویزو ...
نیز بر پایه این سه نوع آنالیز انجام می شود.
بنابراین درک نحوه عملکرد برنامه در انجام این تجزیه و تحلیل های پایه ای بسیار اهمیت دارد.
پیش از بررسی الگوریتم های داخلی هر یک از انواع تحلیل ها لازم به ذکر است که روند برنامه به طور کلی بر پایه مقادیر دو پرچم MODE و MODEDC طراحی شده است.
بدین ترتیب که اگرMODE = 1 باشد تحلیل dc ، اگر MODE = 2 باشد تحلیل گذرا و اگر MODE = 3 باشد تحلیل ac بر روی مدار انجام خواهد شد.
همچنین اگر MODEDC = 1 باشد تعیین نقطه کار dc ، اگر MODEDC = 2 باشد تعیین شرایط اولیه تحلیل گذرا و اگرMODEDC = 3 باشد نمایش منحنی انتقال dc درخواست شده است .
تحلیل DC و AC در فلوچارت زیر تعیین نقطه کار dc و نحوه انجام آنالیز ac نشان داده شده است .
ابتدا سیستم چک می کند که آیا نقطه کار dcخواسته شده است یا نه.
در غیر این صورت تعیین نقطه کار dc فقط در صورتی انجام می شود که تحلیل acیک مدار غیر خطی خواسته شده باشد .
زیرا در این حالت باید پارامترهای معادل خطی برای تحلیل ac مدار تعیین شود.
وقتی ثابت شد که تعیین نقطه کار dc لازم است پرچم های MODEDC , MODEهر دو با مقدار 1 ست می شوند و رویه DCTRAN برای محاسبه نقطه کار dc مدار فراخوانی می شود.
سپس از رویه DCOP برای چاپ پارامترهای مدل قطعه خطی شده استفاده می شود .
تحلیل ac نیز در صورت نیاز با ست کردن پرچم MODE با مقدار 3 و فراخوانی ACAN انجام می شود .
در آخر رویه OVTPVT برای تهیه فهرست نهایی مقادیر ولتاژها و جریان های مدار ف.راخوانی می شود.
تحلیل گذرا این نوع تحلیل در Pspice متغیر های خروجی مدار را بر اساس تابعی از زمان در بازه مشخص شده توسط کاربر اندازه گیری می کند .
شرایط اولیه به طور خودکار توسط آنالیز dc تعیین شده و تمام منابعی که وابسته به زمان نیستند (مثل منابع توان) با مقادیر dc شان ست می شوند.
الگوریتم اجرای این تحلیل در قالب فلوچارت زیر نشان داده شده است .
همان طور که مشاهده می کنید در صورت درخواست تحلیل گذرا ابتدا پرچم های MODE و MODEDC به ترتیب با مقادیر 1 و 2 ست می شوند .
رویه DCTRAN برای تعیین شرایط اولیه تحلیل گذرا فراخوانده شده سپس DCOP برای چاپ مقادیر نقاط کار عناصر غیر خطی فراخوانی می شود.
در نهایت پرچم MODE با مقدار 2 ست می شود و DCTRAN این بار به منظور انجام تحلیل گذرا شروع به کار می کند.
چرا شبیه سازی کامپیوتر؟
امروزه، بسیاری از مدارها از هزارها تا صدها هزار عنصر منطقی یا الکترونیکی تشکیل شده است.
طراحی و ساخت این مدارها فرایندی پیچیده و پر هزینه است.
به طور کلی برای درک کلیه رفتارهای یک مدار باید آن را ساخته و امتحان کنیم.
مدارات حقیقی نیازمند تجهیزات گران قیمتی مثل منابع توان، ژنراتورهای سیگنال و اسیلوسکوپ ها هستند.
بنابر این ساختن فیزیکی یک مدار حقیقی بسیار مشکل مینماید.
در نتیجه باید درستی طرح قبل از اجرای عملیات ساخت تایید شود تا احتمال کارکرد درست مدار طرح شده زیاد باشد.
شبیه سازی کامپیوتر ما را از ساعت ها محاسبه بی نیاز می کند.
شبیه سازی کامپیوتری می تواند با ملموس تر کردن اصول الکترونیک، فراگیری آن را تسهیل کند و شما قادر خواهید بود که در زمان کمتری به مهارت کافی دست یابید.
مراحل فرایند یک شبیه سازی کامپیوتری چرخه طراحی یک مدار از گام هایی چون سنتز، ساخت و امتحان تشکیل شده است .
مراحل فرآیند یک شبیه سازی کامپیوتری به این صورت است که ابتدا مفاهیم در قالب یک طرح اولیه دریافت می شود و پس از تست کردن و بهینه سازی طرح به صورت منطقی شبیه سازی می شود .
نتایج این فرآیند در صورت قبولی به صورت فیزیکی طراحی شده و پس از ساختن مورد آزمایش قرار می گیرد تا مقدار نهایی حاصل شود ، در صورتی که نتایج حاصله مورد قبول نباشد چرخه طراحی دوباره به ابتدا بر می گردد تا مفاهیم جدید دوباره توسط کامپیوتر دریافت شود.
انواع شبیه سازی کامپیوتری شبیه سازی رفتاری: در این روش، طراح تنها رفتار مدار مورد نظر را تو صیف می کند بدون آنکه اجزای مدار را مشخص کند.
به این ترتیب امکان بررسی جنبه های اساسی طرح بدون درگیر شدن در جزئیات ساخت، میسر می گردد.
شبیه سازی رفتاری غالبا به یک زبان سخت افزاری HDL مثل VHDL و یا VERILOG بیان می شود.
(HDL: Hardware Description Language) شبیه سازی ساختاری: این روش چیزی جز اتصالی از اجزا نیست، یعنی یک ساختمان صرف، بدون توصیف صریح رفتار مدار .
رفتار مدار، با توجه به رفتار اجزا تشکیل دهنده آن استنتاج می شود.
متداول ترین مکانیسم برای این روش استفاده از نمودارهای شماتیک است.
معروف ترین نرم افزارهای شبیه سازی ساختاری عبارتند از : Microsim Evaluation , Orcad , Electronic Workbech,….
درباره Pspice , Microsim Evaluation مجوعه نرم افزاری Microsim Evaluation به عنوان مثال مشابه بسته نرم افزاری Office بوده چرا که مجموعه ای از چند نرم افزار می باشد که هم مکمل یکدیگرند و در عین حال می توانند به طور مستقل از هم مورد استفاده قرار گیرند .
به عنوان مثال برنامه schematic این مجموعه محیطی است برای رسم ساختار مدار.
همچنین برنامه Pspice این مجموعه موتور شبیه سازی مدار است و دارای ویژگیهایی چون داشتن رابط کاربر مناسب (User – Friendly) گستردگی فراتر از Spice و وجود نسخه رایگان می باشد.
برای ویرایش یک طرحواره ابتدایی آشنایی با موارد زیر لازم است که به بررسی برخی از آن ها می پردازیم : هسته مرکزی نرم افزار راه اندازی برنامه Schematic جایگذاری قطعات مدار سیم کشی و زمین سازی مدار معرفی نوار ابزارها هسته مرکزی نرم افزار (Design Center) هسته مرکزی نرم افزار Microsim Evaluation , Design Center است که اطلاعات مربوط به فایلهای طراحی شده را در قسمتی به نام Workspace ذخیره و دسته بندی می کنند .
همچنین از سمت چپ این پنجره می توان به سایر نرم افزارهای این مجموعه دسترسی پیدا کرد.
برنامه Schematic ( وظیفه اصلی آن رسم مدار است) برای رسم مدارها و فاخوانی برنامه شبیه سازی Pspice است.
ایجاد Netlist های مورد استفاده برنامه Pspice نیز از وظایف Schematic است.
برنامه PC Board این برنامه برای رسم مدارهای چاپی مورد استفاده قرار می گیرد.
برنامه Optimizer : این برنامه برای بهینه سازی و رفع خطا مورد استفاده قرار می گیرد.
برنامه Parts ( وظیفه اصلی آن ایجاد و خلق مدلها و قطعات است.) با استفاده از این برنامه می توتنید مدلهای Pspice را خلق کنید.
برنامه Prob Prob این امکان را برای کاربر فراهم می کند که نتایج گرافیکی حاصل از برنامه Pspice را مشاهده کند.
برنامه Simulus Editor ( ایجاد شکل موجهایی برای ولتاژ جریان) کاربر را در جهت ایجاد شکل موجهای لازم برای ولتاژ مستقل و منابع جریان یاری می دهد.
اگر با فرمانهای Pspice آشنایی نداشته باشید این برنامه برای ایجاد پالس و موج سینوسی نمایی و شکل موجهای دیجیتال مفید است.
جایگذاری قطعات وتعویض ویژگی ها با اجرای برنامه Schematic محیط این برنامه بازخواهد شد.برای جایگذاری یک قطعه روی منوی Draw و سپس گزینه Get New Part کلیک می کنیم تا کادر محاوره ای Part Browser باز شود یا از میانبر Ctrl + G برای این منظور استفاده می کنیم .
قسمت های مختلف این پنجره را در زیر مشاهده می کنید.
قسمت های مختلف در پنجره بالا به این شرح است : full list لیست کاملی از قطعات است ، در قسمت part name نام قطعه نوشته می شود و در قسمت description search به دنبال قطعه مورد نظر می گردیم و با انتخاب گزینه place قطعه انتخاب شده در صفحه شماتیک نمایش داده می شودو....
برای تعویض ویژگیهای یک قطعه باید روی آن ویژگی دبل کلیک کنید و در پنجره مربوطه ویژگیهای آن قطعه را ویرایش کنید .
معرفی نوار ابزار ها تحلیل گره ای مدارهای مقاومتی در این قسمت هدف تحلیل ولتاژDC در هر گره از مدار است .
چنان چه هر گونه منبع AC یا گذرایی در مدار وجود داشته باشد ، صفر می شود.
تنها منابعی که دارای ویژگی dc=value می باشند در تحلیل مورد استفاده قرار می گیرند .
در تحلیل ولتاژ گره ای فرض می شود که تمام خازن ها مدار باز و تمام القاگر ها مدار کوتاه هستند.
پس از جایگذاری قطعات View Point و IProbe (مانند شکل روبرو ) و قبل از تحلیل گره ای مدار فوق باید گره های مدار را نامگذاری کنیم .
اکنون باید Netlist (نمایش متنی ساختار مدار )را تولید کنیم به این منظور از منویAnalysis گزینه Create Netlistرا انتخاب می کنیم.
Netlist مربوطه به وجود آمده و اگر خطایی در طرحواره وجود داشته باشد به شما اعلام خواهد.
برای مشاهده Netlistاز منوی Analysis گزینه Examine Net list را کلیک کنید .
مرحله بعدی شبیه سازی مداراست .به این منظور ازمنوی Analysis گزینهSimulate را کلیک کنید.پنجره شبیه ساز Pspice باز می شود وهنگامی که عبارت Bias Point Calculated نمایش داده شد تحلیل ولتاژ گره ای کامل شده است .
با برگشت به پنجره شماتیک مدارتحلیل DCشده است وقطعات Iprobe , ViewPointنتایج این تحلیل را ارئه می دهد.
همچنین نتایج تحلیل ولتاژ گره ای در فایل خروجی نیز ثبت می شود که برای بررسی محتویات آن ازمنوی Analysis گزینه Examine Output را انتخاب می کنیم ونتیجه مطابق شکل روبرو خواهدبود.
قطعه جدید این مدار منبع ولتاژ کنترل شده با ولتاژ(وابسته) است .
ولتاژ منبع وابسته = بهره ولتاژ * ولتاژ گره های حس کننده تعریف و مقدمات حالت گذرا تحلیل گذرا برای بررسی تغییرات شکل موجها برحسب زمان مورد استفاده قرار می گیرد.
شکل موج ها به همان صورتی که برروی صفحه اسیلوسکوپ مشاهده می شوند ارائه می گردد.
تحلیل گذرا از منابع جریان و ولتاژی استفاده می کنند که تابع زمان هستند.
منابعی که با تحلیل گذرا مورد استفاده قرار می گیرند : I sin, V sin منبع ولتاژ مربعی V sq منبع ولتاژمثلثی Vtri شکل موج پالسی I pulse, Vpulse سایر منابعی که تابع زمان هستند بعد از این که طراحی مدار در صفحه شماتیک انجام شد ، در پنجره Analysis Setup می توانیم نوع تحلیل مورد نظر را انتخاب کنیم .
با انتخاب گزینه Transient تحلیل گذرای مدار انتخاب می شود.
مثال( پاسخ حالت گذرای القاگر دراین مثال هدف یافتن پاسخ گذرای یک مدار القا گری حاوی کلید است که کلید آن در حالت عادی بسته شده است .
شرط اولیه القاگر به وسیله ویژگی IC تعیین نخواهد شد بلکه این Pspice است که شرط اولیه را از روی حالت اولیه مدار پیش از تغییر وضعیت کلید مشخص خواهد کرد .
و پاسخ مدار به حالت گذرای القاگر مطابق شکل زیر خواهد بود : لازم به توضیح است که جریان اولیه برای این مدار : 1A و ثابت زمانی : t=111ms است.
تعریف ومقدمات جاروب DC جاروب DC ( ( DC Sweepرا می توان برای یافتن ولتاژها و جریان ها ی DC یک مدار به کار گرفت .
جاروب DC مشابه آنالیز ولتاژ گره ای است .
اما در مقایسه انعطاف پذیری بیشتری دارد .
این انعطاف پذیری بیشتر باعث می شود که منابع DC بتوانند ولتاژها و جریان ها را تغییر دهند .
چنانچه از تحلیل ولتاژ گره ای استفاده کنیم نتایج حاصل برای یک مقدار DC مشخص بدست می آید.
ولی با استفاده از جاروب DC مدار را برای چندین مقدار DCشبیه سازی می کنیم.(به عنوان مثال مداری را در نظر بگیرید ، چنان چه از تحلیل ولتاژ گره ای استفاده کنیم نتایج حاصله تنها برای مقدار v=x خواهند بود و برای هر مقدار v دیگری باید مجددا شبیه سازی را اجرا کنیم .
اما اگر از جاروب DC استفاده کنیم ، می توانیم در طی یک شبیه سازی ، مدار را برای چندین مقدار v گوناگون شبیه سازی کنیم.) دراینجا نیز خازن ها مدارباز و تمام القاگرها مدار کوتاه درنظر گرفته می شود .
انواع جاروب های DC 1 .
جاروب خطی : مفهوم این جاروب به این معنی است که فاصله گذاری نقاط بین مقادیر آغاز وپایان یکی است .
2.
جاروب حرارتی : اثرات حرارتی درمدل بسیاری از ابزارهای مورداستفاده Pspice وجوددارند( بیشتر مدل های مربوط به نیمه هادی هایی که توسط شرکتMicrosim ارائه شده اند وابستگی حرارتی نیز دارند .
به طور پیش فرض ، ابزارهای غیر فعالی چون مقاومت ها ، خازن ها و القاگرها فاقد وابستگی حرارتی هستند .
برای ایجاد این وابستگی باید مدل های دارای اثرات حرارتی ایجاد شود.) واین جاروب به منظور تولید منحنی مشخصه ها برای دماهای مختلف است.
3.
جاروب پارامتری : درطراحی مدار آنچه بیش از همه اهمیت دارد چگونگی تاثیرگذاری پارامترها ی مدار بر کارآیی مدار می باشد .هدف از جاروب پارامتری مشاهده تاثیر مقادیر مختلف یک قطعه بر کارآیی مدار است.
این روش که همراه با تحلیل دیگری مانند DC Sweep , AC Sweep انجام می شود مولد خانواده ای ازمنحنی هاست.
4.
جاروب تودرتو : ازآنجا که جاروب پارامتری همواره بایکی دیگر از جاروب ها بکار می رود اکثراوقات با استفاده از این روش جاروب ثانویه را برای همراه شدن با جاروب پارامتری تعیین می کنند .
حال به بررسی مثالی در این زمینه می پردازیم: مثال) مشخصه I-V دیود مدارشکل مقابل را درنظر بگیرید ، ایتدا جاروب DC به منظور جاروب Vin از -15تا 15 ولت اجراشده است .
نو جاروب خطی است یعنی ، فاصله نقاط ولتاژ یکسان می باشد.
برای این شبیه سازی در نظر داریم که اولا ، نتایج به کارگیری probe ، خود به خود ، پس از تکمیل شبیه سازی ، اجرا گردد.
اجرای خودکار probe ، با فعال کردن auto-run ، در پنجره probe setup امکان پذیراست.
( شکل 11) نمودار مشخصه I-Vدیود نیز مانند شکل مقابل است: تعریف و مقدمات جاروب AC جاروب AC برای یافتن اندازه وفاز ولتاژها وجریانها مورد استفاده قرار می گیرد .
اما دربررسی تغییرات شکل موحها بر حسب زمان کاربردی ندارند .
جاروب AC نوعی جاروب است که برای نمودارهای بهره وفاز و تحلیل فازی مورد استفاده قرار می گیرد و مدار می تواند در یک یا چند فرکانس تحلیل شود.
درک تفاوت بین AC Sweepوتحلیل گذرا ازاهمیت بالایی برخوردار است.
AC Sweep برای یافتن اندازه وفاز ولتاژها وجریان ها به کار می رود.اما مورد استفاده تحلیل گذرا بررسی شکل موجها برحسب زمان می باشد.
تمام منابع DC ازجمله IDC , VDC وتمام منابع متغیرزمانی مانند Vsin , Isin و Vpulse , Ipulse صفر می شود واین جاروب تنها یا منابع VAC , IDC کار می کند.
برای درک بیشتر مفهوم جاروب AC مثال زیر را بررسی می کنیم.
مثال) پیدا کردن مقاومت معادل یک مدار اگرمقاومت معادل بین دو گره 0,1 راخواسته باشیم کافی است یک منبع جریان ACیایک منبع ولتاژ ACدر مدار قرار دهیم و AC Sweep رابه ازای مقادیر روبرو اجرا می کنیم ، مدار کامل شده بصورت زیر خواهد بود وهنگام اجرای Probe(دراین مثال) نمودار V(1,0) / I (I1) را اضافه کنید.(حاصل تقسیم ولتاژ بر جریان همان مقاومت معادل است ) و نتیجه مانند شکل زیر خواهدبود : مدارات دیجیتال همانطور که انتظار می رفت Pspice در نگارش 6 به مقدار زیادی تغییر وتوسعه یافت .یکی از قابلیت های بسیار مهمی که در Pspice به وجود آمد قابلیت شبیه سازی مدارت دیجیتال بود.
پیشرفت ازآنالیزمدارات آنالوگ به دیجیتال درحقیقت برای کاربران بیش از یک تغییر کوچک به حساب می آید.
کتابخانه سمبول ها تقریبا تمام تراشه های مدارات مجتمع سری 7400 را شامل می شود .
و می توان آنها را نیز دقیقا مانند قطعات آنالوگ ازکتابخانه برداشت ودر نقشه شماتیک قرار داد وبا برنامه Probe نقشه های زمانبندی را دقیقا مانند نمودارهای مبتنی بر زمان رسم کرد.
تنها تفاوت مشخص بین آنا لیز دیجیتال وآنالوگ درایجاد ورودی دیجیتال است که به ارائه یک مثال در این رابطه می پردازیم .
مثال) گیت منطقی AND عملکرد یک مدار دیجیتال با نمونه گیری پشت سرهم از “جدول درستی” بررسی می شود درحالی که Pspice چنین جدولی راتشکیل نمی دهد وبا ایجاد نقشه های زمان بندی رابطه بین سیگنال ورودی وخروجی رانشان می دهد.
مدارشکل مقابل را درنظر بگیرید 3 قطعه بکاررفته در این مدار عبارتند از یک قطعه گیت AND ودوقطعه “مولد تحریک” که این قطعات را به طریق زیر ازکتابخانه می توان بر داشت: \Draw\Get New Part\7408\OK \Draw\Get New Part\STIM1\OK درPspice لازم نیست که خروجی گیت به بارمصرفی متصل شود.
مرحله بعد این است که سیگنال منطقی ورودی راتعریف می کنیم .
دو شکل موج باید بگونه ای تعریف شوند که با یکدیگر مترادف و با حالت های ورودی جدول صحت هماهنگ باشند یعنی تمام حالتهای زیر را تولید کنند : 1,1 / 1,0 / 0,1 / 0,0 برای تنظیم سطوح منطقی روی سمبل مربوط به تحریک اول کلیک مضاعف کرده ومقادیر Time Setup و Command را تنظیم کنید .
Time Step : طول یک پالس ساعت را تعریف می کند .
Command برای تنظیم سطوح منطقی روش تنظیم مولد تحریک دوم کمی متفاوت است .زیرا به جای اینکه سطوح منطقی برحسب ثانیه باشد نسبت به پالس ساعت است .
وجود”C” درخط دستورات نشان می دهد که زمان بر حسب پالس ساعت محاسبه می گردد.
وقتی که ورودی ها تنظیم شدند باید Analysis Setup را روی Transient تنظیم کرد .
Analysis >> Setup >> Transient Final Time را روی 4ms برای تعیین نتیجه وضعیت های منطقی گیت AND تنظیم می کنیم .
بعداز اتمام آنالیز برنامه Probe باز شده وهر 3 نمودار 1 و 2 و U1A:Y را ADD میکنیم ومشاهده می کنید که سطح منطقی گیت AND فقط وقتی بالا می رود که سطح منطقی هردو ورودی بالا باشد.
( ماننند شکل زیر) فهرست منابع 1.
Schematic Capture With Microsim Pspice فهرست مطالب پیشگفتار فهرست شکل ها تاریخچه کوتاهی از PSPICE SPICE چیست؟
چرا از PSPICE استفاده می کنیم؟
مروری بر الگوریتم PSPICE الگوریتم در عمل تحلیل DC و AC تحلیل گذرا چرا شبیه سازی کامپیوتر؟
مراحل فرایند یک شبیه سازی کامپیوتری انواع شبیه سازی کامپیوتری درباره Microsim Evaluation , Pspice هسته مرکزی نرم افزار جای گذاری قطعات و تعویض ویژگی ها معرفی نوار ابزارها تحلیل گره ای مدارهای مقاومتی توصیف و مقدمات حالت گذرا مثال) پاسخ حالت گذرای القاگر توصیف و مقدمات جاروب DC انواع جاروب های DC مثال) مشخصه IV دیود تعریف و مقدمات جاروب AC مثال) پیدا کردن مقاومت معادل یک مدار مدارات دیجیتال مثال) گیت منطقی AND فهرست منابع