Modelování a simulace elektronických systémů

Podobné dokumenty
3 Editor Capture. 3.1 Práce s projekty. Analýza elektronických obvodů programem PSpice 9

Knihovny součástek. Přidání knihovny. Cesta ke knihovnám pro Pspice

Neřízené usměrňovače reálné vlastnosti

Elektronické obvody analýza a simulace

Kmitočtová analýza (AC Analysis) = analýza kmitočtových závislostí obvodových veličin v harmonickém ustáleném stavu (HUS) při první iteraci ano

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela citlivostní a toleranční analýza

Modelování a simulace Lukáš Otte

Tel-30 Nabíjení kapacitoru konstantním proudem [V(C1), I(C1)] Start: Transient Tranzientní analýza ukazuje, jaké napětí vytvoří proud 5mA za 4ms na ka

II. Nakreslete zapojení a popište funkci a význam součástí následujícího obvodu: Integrátor s OZ

Počítačové řešení elektrických obvodů

Témata profilové maturitní zkoušky

Rozšiřující analýzy = analýzy rozšiřující možnosti základních analýz DC, TRANSIENT, AC

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela řešení nelineárních obvodů


A45. Příloha A: Simulace. Příloha A: Simulace

analýzy elektronických obvodů

Modelování a simulace elektronických systémů

Elektronika pro informační technologie (IEL)

Nelineární obvody. V nelineárních obvodech však platí Kirchhoffovy zákony.

Seznámení s přístroji, používanými při měření. Nezatížený a zatížený odporový dělič napětí, měření a simulace PSpice

Současné metody profesionálního návrhu plošných spojů

Počítačové cvičení BNEZ 2. Snižující měnič

+ U CC R C R B I C U BC I B U CE U BE I E R E I B + R B1 U C I - I B I U RB2 R B2

LTspice. David Pánek, Václav Kotlan, Pavel Karban

Bipolární tranzistory

Témata profilové maturitní zkoušky

Modelování elektromechanického systému

Osnova přípravného studia k jednotlivé zkoušce Předmět - Elektrotechnika

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2) Přednáška 1

ETC Embedded Technology Club setkání 6, 3B zahájení třetího ročníku

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela analýza šumu v elektronických obvodech

Teorie úlohy: Operační zesilovač je elektronický obvod, který se využívá v měřící, výpočetní a regulační technice. Má napěťové zesílení alespoň A u

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

Vykreslete převodní, modulovou a fázovou charakteristiku C-R článku. Zjistěte rezonanční frekvenci tohoto článku. Proveďte šumovou analýzu obvodu.

Přednáška v rámci PhD. Studia

TECHNICKÁ DOKUMENTACE

POZNÁMKY K ZADÁNÍ PREZENTACÍ - 17BBEO - TÉMA 2

Manuální, technická a elektrozručnost

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

B. TVORBA DOKUMENTACE NA PC- EAGLE

Analýza elektronických obvodů programem OrCAD PSpice

Návrh plošného spoje

Přednáška v rámci PhD. Studia


Studium tranzistorového zesilovače

Počítačové experimenty s podporou SPICE

Základy elektrického měření Milan Kulhánek

Profilová část maturitní zkoušky 2016/2017


U01 = 30 V, U 02 = 15 V R 1 = R 4 = 5 Ω, R 2 = R 3 = 10 Ω

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela obvodové funkce

Návrh a analýza jednostupňového zesilovače

Měření vlastností lineárních stabilizátorů. Návod k přípravku pro laboratorní cvičení v předmětu EOS.

CVIČENÍ V MICRO-CAPU PRACOVNÍ SEŠIT. Jméno, třída, šk.r.

DETEKTOR POKLESU NAPĚTÍ BATERIE S LT1078

Modul výkonových spínačů s tranzistory N-FET

BMPS, simulace v OrCadPSpice 10 na úrovni schématického editoru Dalibor Biolek,

PROGRAMOVATELNÉ LOGICKÉ OBVODY

Orcad Capture návrh elektronických schémat

Základní vztahy v elektrických

MATURITNÍ ZKOUŠKA Z ELEKTROTECHNICKÝCH MĚŘENÍ

U Úvod do modelování a simulace systémů

1.6 Operační zesilovače II.

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Kategorie M. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení! 1 Sběrnice RS-485 se používá pro:

Dvoustupňový Operační Zesilovač

5. POLOVODIČOVÉ MĚNIČE

SINEAX U 554 Převodník střídavého napětí s různými charakteristikami

TECHNICKÁ DOKUMENTACE Elektrotechnické kreslení

Simulační manažer pro OrCAD PSpice

Laboratorní úloha KLS 1 Vliv souhlasného rušení na výsledek měření stejnosměrného napětí

Oscilátory. Návod k přípravku pro laboratorní cvičení v předmětu EO.

teorie elektronických obvodů Jiří Petržela modelování

2. Pomocí Theveninova teorému zjednodušte zapojení na obrázku, vypočtěte hodnoty jeho prvků. U 1 =10 V, R 1 =1 kω, R 2 =2,2 kω.

Měření vlastností jednostupňových zesilovačů. Návod k přípravku pro laboratorní cvičení v předmětu EOS.

Mikropočítačová vstupně/výstupní jednotka pro řízení tepelných modelů. Zdeněk Oborný

Středoškolská technika SCI-Lab

Příklady 17 až 26. BMPS, cvičení 11 Dalibor Biolek, 2005

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Spínače s tranzistory řízenými elektrickým polem. Používají součástky typu FET, IGBT resp. IGCT

FEROREZONANCE. Jev, který vzniká při přesycení jádra induktoru v RLC obvodu s nelineární indukčností (induktor s feromagnetickým jádrem).

MULTIGENERÁTOR TEORIE

SEZNAM TÉMAT K PRAKTICKÉ PROFILOVÉ ZKOUŠCE Z ODBORNÉHO VÝCVIKU

Mějme obvod podle obrázku. Jaké napětí bude v bodech 1, 2, 3 (proti zemní svorce)? Jaké mezi uzly 1 a 2? Jaké mezi uzly 2 a 3?

Maturitní témata. pro ústní část profilové maturitní zkoušky. Dne: Předseda předmětové komise: Ing. Demel Vlastimil

U1, U2 vnější napětí dvojbranu I1, I2 vnější proudy dvojbranu

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

SIMULACE JEDNOFÁZOVÉHO MATICOVÉHO MĚNIČE

SOUČÁSTKY ELEKTRONIKY

Řídicí obvody (budiče) MOSFET a IGBT. Rozdíly v buzení bipolárních a unipolárních součástek

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

ELEKTRONIKA. Maturitní témata 2018/ L/01 POČÍTAČOVÉ A ZABEZPEČOVACÍ SYSTÉMY

Cvičení 12. Příklad výkonové aplikace. Výkonový MOSFET spínání induktivní zátěže: Měření,

ETC Embedded Technology Club 7. setkání

Témata profilové maturitní zkoušky z předmětu Souborná zkouška z odborných elektrotechnických předmětů (elektronická zařízení, elektronika)

TECHNICKÉ KRESLENÍ A CAD

1.3 Bipolární tranzistor

Kategorie M. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení! 1 Sběrnice RS-422 se používá pro:

Měřená veličina. Rušení vyzařováním: magnetická složka (9kHz 150kHz), magnetická a elektrická složka (150kHz 30MHz) Rušivé elektromagnetické pole

Binární data. Číslicový systém. Binární data. Klávesnice Snímače polohy, dotykové displeje, myš Digitalizovaná data odvozená z analogového signálu

Transkript:

Modelování a simulace elektronických systémů

Elektronické systémy Řídicí obvody, obvody pro úpravu signálu, polovodičové měniče, elektromotory Modelování a simulace Obvodových veličin OrCAD/PSPICE Chování systémů MATLAB/SIMULINK

Modelování, analýza, simulace Modelování je proces popisování reality omezenými prostředky, které máme k dispozici. Výsledkem je model originálního objektu. Analýza je jednorázová činnost, kdy zkoumáním modelu se pokoušíme zjistit určitou vlastnost originálu. Příklad analýzy: Výpočet klidového stejnosměrného proudu odebraného z napájecího zdroje tranzistorového zesilovače. Simulace je činnost, kdy analýzou modelu se pokoušíme o získání co nejvěrnějšího obrazu chování originálu za přesně stanovených podmínek. Příklad simulace: Zkoumání vlivu kolísání teploty v mezích od 0 C do 100 C na výše uvedený proud.

Vznik standardu PSpice 1971 - student University of California, Berkeley, USA vytvořil program SPICE1 (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis). Program umožňoval analýzu dějů v obvodech, obsahujících zejména bipolární a unipolární tranzistory. Protože program byl v podstatě volně šiřitelný, stal se brzo standardním simulačním nástrojem pro elektrotechnické úlohy. 1975 - představena verze SPICE2 s podstatně zdokonalenými modely i numerickými algoritmy SPICE3 -přepis SPICE2 do jazyka C pro chod na výkonných Unixových pracovních stanicích S růstem výkonnosti počítačů PC došlo k přepisování unixových programů na programy spustitelné na PC PC + SPICE = PSPICE (1984 - DOS) Tak vznikl standard PSpice.

SPICE-like a SPICE-compatible Spice-like znamená, že simulátor je schopen generovat podobné výsledky analýzy jako SPICE, avšak nemusí být schopen číst standardní vstupní soubory SPICE. MicroCap, TINA, SABER apod. Spice-compatible -simulační programy, které dokáží číst standardní vstupní soubory SPICE, provádět klasické SPICE analýzy, a generovat výsledky v standardním SPICE2G.6 tvaru. PSpice, HSpice, WINSpice, MicroCap od verze IV, Electronics Workbench, a další.

Typická struktura simulačního programu založeného na PSpice

Schéma, vstupní soubor, netlist, simulace

Základní typy analýz Stejnosměrný pracovní bod (Bias Point) Stejnosměrná analýza (DC Sweep) Střídavá analýza (AC Sweep) Analýza v časové oblasti (Transient) + doplňující analýzy

Analýza stejnosměrný pracovní bod (Bias Point) Stejnosměrná přenosová funkce Výpočet stejnosměrného malosignálového přenosu, vstupního a výstupního odporu v obvodu linearizovaném v pracovním bodu. Citlivostní analýza Výpočet citlivosti stejnosměrného pracovního bodu na parametry rezistorů, nezávislých zdrojů, spínačů, diod a tranzistorů.

Stejnosměrná analýza (DC Sweep) Analýza DC pracovního bodu obvodu v závislosti na rozmítaném (krokovaném) parametru. Pro účely DC analýzy se ignorují setrvačné prvky - induktory se nahradí zkratem, kapacitory se neuvažují. Uplatní se všechny zdroje s nastaveným parametrem DC.

Střídavá analýza (AC Sweep) Analýza počítá ustálenou odezvu na malý harmonický signál obvodu linearizovaného v pracovním bodu. Rozmítanou veličinou je kmitočet. Analýza je prováděna ve třech krocích: 1. Výpočet stejnosměrného pracovního bodu. 2. Linearizace obvodu v pracovním bodu. 3. Výpočet odezvy na harmonický signál pomocí operátorového počtu (jω).

Analýza v časové oblasti (Transient) Analýza obvodu v časové oblasti. Pro výpočet se uplatní časové specifikace zdrojů, které mají přednost před nastavením DC parametrů. Může být rovněž provedena spektrální analýza (Fourier Analysis)

Doplňkové analýzy K základním analýzám mohou být aktivovány doplňkové, které využívají jejich výsledků. Krokování parametru (Parametric Sweep) Teplotní analýza (Temperature (Sweep)) Statistická a toleranční analýza (Monte Carlo/Worst Case)

Statistická a toleranční analýza Monte Carlo/Worst Case Reálné součástky - rozptyl parametrů kolem nominální hodnoty. Analýza Monte Carlo vybírá parametry náhodně z tolerančního intervalu. Pro každý výběr se stanoví hledaná funkce obvodu. Tak je možné odhadnout, v jakém intervalu bude ležet sledovaná funkce. Analýza Worst Case hledá takové rozložení hodnot parametrů součástek v rámci tolerančních intervalů, které znamená nejhorší možnou hodnotu sledované veličiny.

Procesy při základních typech analýz

Základ většiny analýz stejnosměrný pracovní bod - DC Bias Point 1. vyřazení všech akumulačních prvků z obvodu 2. vyřazení všech střídavých signálových zdrojů z činnosti Model nesetrvačného nelineárního obvodu bez signálového buzení, který je popsán soustavou nelineárních algebraických rovnic. Řešení numerickou iterační metodou (Newtonova-Raphsonova iterační metoda)

Hledání kořene nelineární rovnice Newtonovou metodou Počáteční podmínky simulace (první odhad řešení) mohou ovlivnit, který z existujících pracovních bodů bude nalezen.

Programový balík OrCAD Capture editor schématu editor schematických značek knihovny součástek CIS nadstavba PSpice A/D analogové a číslicové simulace model editor stimulus editor Layout (PCB Designer) práce s knihovnami pouzder návrh plošných spojů SPECCTRA, Allegro interaktivní routing, autorouting GerbTool, IntelliCAD zpracování výrobních dat mechanický editor

Začátek práce v OrCAD Capture - založení nového projektu Spustíme OrCAD Capture vybereme nový projekt pojmenujeme nový projekt a cestu, kde bude uložen, OK nezakládat projekt na bázi již existujícího projektu, OK

Okno schématického editoru project manager zoom zobrazování U, I, P prac. bodu měřicí sondy (markers) spouštění simulace založení (editace) simulačního profilu zrychlené vkládání součástek aktivní simulační profil součástka (P) vodič (W) jméno uzlu (N) Vkládání objektů na plochu: uzemnění (G) hierarchický blok text (T)

Vybraná součástka Vkládání součástek Place Part Přidání knihovny Obsah aktivní knihovny Odstranění knihovny Hledání součástky Aktivní knihovna Vybrané knihovny Součástka má model pro PSpice Součástka má pouzdro pro PCB

Editace parametrů součástky záměna řádků za sloupce (dvojklik) filtr V4 FREQ = 1000 VAMPL = 10 VOFF = 2

Zadávání hodnot Na velikosti (písmen) nezáleží 2200 2k2 2.2k 2.2K 100n 100N... 0.1u Pozor! Nezaměňovat mili a mega! 10M = 10m = 0.01 10meg = 10 000 000 = 0.01G Mezi číslem a příponou nesmí být mezera! 33k - správně 33 k - špatně Označení fyzikální jednotky není povinné 100n 100nF Zadávání hodnoty mat. výrazem ve složených závorkách {R5*2+1000} {PARAM} {LOG(V1)}

Propojování součástek Vodičem (Wire) Pomocí návěští (Net Alias) Pomocí napájecích svorek (Power, Ground) Propojení pomocí sběrnic (Bus)

Zásady pro kreslení schémat Všechny zdroje (napájecí i budicí) i ostatní součástky se musí definovat ve schématu jakoby se jednalo o skutečné zapojení pro měření v laboratoři. PSpice požaduje, aby každý uzel měl definovanou stejnosměrnou cestu k referenčnímu uzlu 0. Z toho vyplývá, že alespoň jeden uzel obvodu musí být referenční, definovaný značkou (důležité je jméno 0 ). Volně ponechaný vývod součástky způsobí obvykle chybu. 0 Častou příčinou chyb je několik součástek umístěných nad sebou tak, že se překrývají. Hodnota prvků R, C, L nesmí být nulová! Významné uzly obvodu (vstup, výstupy,...) bychom měli pojmenovat. V postprocesoru pak máme k dispozici napětí uzlu jako proměnnou v(jméno uzlu). Chybová hlášení je možno najít v okně Session Log, nebo ve výstupním souboru Output File.

Project manager Diskový soubor s názvem projektu Schéma obsahující jednu stránku Seznam použitých schématických značek Výstupní soubory Netlist Simulační profily Aktivní nastavení analýzy

OrCAD Capture Session Log Project Manager Schematic Page