Это руководство по работе в программе OrCAD Pspice предназначено для всех, кто знаком с основными разделами электротехники. При постепенном усложнении задач объясняются все необходимые аспекты работы в OrCAD Pspice, что позволяет творчески применять их при дальнейшем анализе электрических и электронных схем и устройств. Рассмотрение материала начинается с анализа цепей постоянного тока, продолжается анализом цепей переменного тока, затем переходит к различным разделам полупроводниковой электроники. Информация изложена таким образом, чтобы каждый, кто изучал или изучает определенный раздел электротехники, мог сразу же использовать OrCAD Pspice на практике. Больше внимания, чем в других книгах по этой теме, уделяется созданию собственных моделей и использованию встроенных моделей схем в OrCAD Pspice.
На прилагаемом к книге DVD вы найдете демонстрационную версию программы OrCAD PSpice Student Edition 9, которой можно пользоваться свободно. Кроме того, на диске размещена версия OrCAD 10.5 Demo Release, с которой можно работать в течение 30 дней после установки на компьютер.
Предисловие
Методы анализа цепей широко варьируются в зависимости от сложности задач. Одни схемы требуют решения единственного уравнения, для других требуется решение системы уравнений. Если реакция схемы лежит в широкой полосе частот, анализ проводится как во временной, так и в частотной областях. Чтобы облегчить задачу объемных вычислений, применяются различные инструменты анализа: от тригонометрических таблиц и логарифмических линеек до калькуляторов и компьютеров.
Во многих случаях для решения задач студенту необходимо осознать, на каких базовых законах и принципах должно основываться решение. В некоторых случаях топология цепи задается с помощью описания компонентов, помещенных между различными узлами, и для решения используются компьютерные программы. Существует несколько десятков таких программ для различных областей применения. Если использовать такие языки программирования, как Бейсик, Паскаль или Фортран, можно разработать собственные программы для решения задач различных типов. Более мощные программы, предназначенные для расчета широкого класса электрических цепей при различных условиях, требуют многолетней работы для разработки и модификации.
Такие программные продукты, как Spice, предлагаются преимущественно в качестве программ моделирования интегральных схем. В настоящей книге используется версия Spice, называемая PSpice, коммерческий продукт, разработанный MicroSim Corporation. В 1998 году эта компания влилась в компанию OrCAD, производящую 9 программ. Демонстрационная версия программы, которой комплектуется данная книга, достаточна для выполнения всех упражнений и примеров моделирования, приведенных в ней. Демонстрационная версия полностью функциональна, но работает только с файлами ограниченного объема.
Программа SPICE является одновременно мощной и гибкой. Конечно, это может испугать и озадачить начинающего пользователя, перед которым встает вопрос: «Как использовать этот мощный инструмент наиболее простым способом?»
Введение
Четвертое издание книги «PSpice и анализ схем» развивает основные принципы анализа схем с использованием версии SPICE, называемой PSpice. Книга не является завершенным руководством по анализу цепей, она должна служить дополнением к учебникам по соответствующим дисциплинам. С этим пособием читатель может принять активное участие в изучении новых идей применения PSpice на персональных компьютерах (ПК), использующих операционные системы Windows 95, 98 или NT.
Примеры, рассмотренные в книге, могут быть промоделированы с помощью 9-й версии программы от компании OrCAD. OrCAD является преемником MicroSim, с которой она слилась в 1998 году. Во время подготовки настоящего (четвертого) издания книги версия PSpice была модифицирована. Обновлен формат экрана и введены некоторые другие изменения, так что пользователю необходимо сначала ознакомиться с отличиями новой версии от прежних.
Фирма OrCAD при создании версий PSpice проводит дружественную по отношению к пользователю политику, предоставляя бесплатный доступ к программному обеспечению. Поэтому издательству Prentice Hall разрешено воспроизвести программное обеспечение и включить его в CD-ROM, которым вы можете пользоваться при чтении этой книги.
При этом пользователь должен знать, что у компании имеется также полная версия программы. Купив ее, заказчик получает такие услуги, как расширенная техническая поддержка, ежегодное обслуживание программ, участие в акциях торговой стратегии и скидки при обучении.
Контакт с OrCAD для дополнительной информации:
Предварительные замечания
Программа Spice широко применяется в академическом и промышленном мире, чтобы моделировать работу различных электрических и электронных схем и приборов. Она разработана в Калифорнийском университете и использовалась сначала на универсальном компьютере. Более поздние версии, такие как PSpice, предназначены для работы на ПК, компьютерах Макинтош и рабочих станциях. Эта книга предназначена для читателей, которые используют ПК с Microsoft Windows.
Чтобы применять Spice для анализа цепей, необходимо создать входной (схемный) файл. Он может быть создан с помощью существующих текстовых редакторов, например, в Windows может использоваться редактор Notepad. Файлы, которыми пользуется программа PSpice, имеют расширение
*.cir.
Поскольку PSpice поставляется с собственным текстовым редактором, проще всего запустить программу AD PSpice и выбрать позиции меню File, New, Text File, чтобы создать необходимый входной файл. Для поддержания совместимости рекомендуется применять имена файлов, соответствующие стандартному формату 8.3, применявшемуся прежде в DOS и ранних версиях Windows. Например, файл может носить имя
firstone.cir.
Автор полагает, что использовать программы Schematic MicroSim и Capture OrCAD, в которых схема собирается на экране из отдельных компонентов, целесообразно после того, как получены основные сведения о PSpice. По этой причине обсуждение Schematic и Capture начинается с главы 14.
Начальные шаги
Демонстрационная версия программы моделирования OrCAD представлена на компакт-диске, прилагаемом к настоящей книге. Если вы являетесь студентом и работаете на учебной рабочей станции, вы, скорее всего, обнаружите, что программа уже установлена. Если же вы захотите иметь собственную копию программы на своем ПК, то можете выполнить следующие шаги для быстрой установки программы.
Вставьте диск в драйвер CD-ROM и после появления главного меню просто следуйте инструкциям, появляющимся на экране. Если установка не происходит автоматически, используйте команды Start, Run и наберите следующий текст:
d:orcadstart.exe
если d используется на вашем компьютере для обозначения драйвера CD-ROM.
Перед началом работы с PSpice рекомендуется создать новую папку, которая будет содержать все ваши входные файлы. Это позволит вам в будущем быстро находить эти файлы, также как и другие файлы, которые вы создадите в процессе анализа схем
[2]
.
Несколько полезных замечаний
При создании входного файла для схемы, которую вы хотите исследовать, всегда начинайте с полного эскиза схемы. Разметьте узлы, используя для этого маркировку, отличающуюся по цвету от остального текста, например красные или голубые чернила. В схеме всегда должен присутствовать нулевой узел (0), который является опорным узлом. Остальные узлы должны иметь цифровую или буквенную маркировку (проще, обычно работать с числами). Выберите имя входного файла, например dctwo.cir. Расширение *.cir указывает на схемный (или входной) файл. Включите во входной файл команду для каждого компонента схемы. Команды для компонентов могут идти в произвольной последовательности, однако первой командой входного файла должно идти название или описание. Если на первой строке будет описание компонента, оно будет проигнорировано (воспринято как название). Последней должна быть команда .END (набранная в нижнем или верхнем регистре).
Обычно буквы верхнего или нижнего регистра могут быть использованы в равной степени. Например, можно использовать буквы верхнего регистра для цепей постоянного тока, а нижнего — для переменного.
Если вы используете очень малые или очень большие числовые значения, учтите следующие соответствия, принятые в Spice:
Буквы в символическом представлении могут быть набраны в верхнем или нижнем регистре. Например, для обозначения milli в равной степени можно использовать буквы М или m.
Как это делать
На рис. В.2 приведена схема на постоянном токе, содержащая источник напряжения и четыре резистора. Узлы помечены номерами от 0 до 3. Для моделирования в Spice все узлы должны быть помечены номерами (или буквами). Должен присутствовать также опорный (нулевой) узел, помеченный цифрой 0.
Рис. В.2. Первая схема для исследования на PSpice
Создание входного файла
Откройте программу pspice.exe (рис. В.3) и выберите позиции меню File, New, Text File, как показано на рис. В.4.
Рис. B.3. Пиктограммы на рабочем столе PSpice
Просмотр выходного файла
Выберите View, Output File, чтобы увидеть результаты моделирования на экране. Они должны соответствовать рис. В.7.
Рис. В.7. Выходной файл PSpice с результатами моделирования
Чтобы были видны важные элементы выходного файла, на экране были удалены пустые строки. Хотя вы можете теперь распечатать выходной файл, выбрав File, Print, мы не будем пока делать этого.
Изменение входного файла
Чтобы извлечь больше информации из анализа на PSpice, изменим входной файл (с расширением *.cir), добавив две следующие строки.
.DC VS 24V 24V 24V
.PRINT DC I(R1) I(R2) I(R3)
и снова запустим процесс моделирования.
**** 09/08/99 10:48:54 ******* Evaluation PSpice (Nov 1998) *******
Направление тока
Отметим, что порядок следования узлов в записи
R1 1 2 10
означает, что положительным считается ток, протекающий от узла 1 к узлу 2. Если в результате анализа ток будет протекать в обратном направлении, то в выходном файле он будет иметь отрицательное значение. Если запись для резистора будет иметь вид:
R1 2 1 10
то условным положительным направлением тока будет считаться направление от узла 2 к узлу 1, и ток I(R1) в выходном файле станет отрицательным. Эта закономерность, естественно, относится ко всем резисторам схемы. Толкование направления напряжения на выходе источника напряжения
V s
и на резисторах различаются. При записи
