DENEY 5: PSPICE İLE DEVRE ANALİZİ

Transkript

1 A. DENEYİN AMACI : PSPICE programı ile devre analizi yapmayı öğrenmek. Hesap ve ölçüm ile elde edilen sonuçları simülasyonla doğrulamak. B. KULLANILACAK ARAÇ VE MALZEMELER : 1. PSPICE paket programı. C. DENEY İLE İLGİLİ ÖN BİLGİ: PSPICE PAKET PROGRAMI: Günlük hayatın her alanında kullanılan bilgisayarlar, Elektrik-Elektronik Mühendisliği alanında da en çok kullanılan yardımcı araçlardan birisidir. Elektrik-Elektronik Mühendisliği alanında çalışanlar için birçok yardımcı program kullanılmaktadır. Bunlardan birisi olan PSPICE paket programı gerek profesyonel gerekse amatör olarak en çok kullanılan programlardan biridir. SPICE (Simulation Program for Integrated Circuits Emphasis), elektronik devreleri bilgisayar ortamında simüle etmek için yazılmış bir programdır. PSPICE ise Cadence/Orcad firmasının Windows tabanında çalışan, bilgisayar destekli tasarım ve simülasyon programıdır. Bilgisayar destekli tasarımın veya elektronik devrelerin bilgisayar ile simüle edilmesinin sağladığı en büyük yarar, tasarımcının laboratuvar ortamında elde etmesinin zor veya imkansız olduğu sonuçların simülasyon ile kolayca görülebilmesidir. PSPICE ın en önemli avantajları şöyle sıralanabilir: 1. Geniş bir kütüphane arşivine sahip olması, 2. İyi tasarlanmış olan arayüzü 3. Değişik birçok analiz türünü simule etme imkanı sağlaması. Aşağıda PSPICE kullanımı için hazırlanmış genel bilgiler ayrıntılı olarak verilmektedir. 1

2 PSPICE İLEE DEVRE ANALİZİ 1. Programın Çalıştırılması: PSPICE programını bilgisayarınıza kurduktan sonra, Başlat menüsünden Programlar Orcad Family Release 9.2 Lite Edition - Capture CIS Lite Edition uu seçerek programı çalıştırabilirsiniz. PSPICE ta yapılan her bir devre çalışmasına proje (project) adı verilir. Bu nedenle, CIS Lite Edition u çalıştırdıktan hemen sonra sonra File-New-Project seçimini oluşturacağınız yeni projenizee isim vermelisiniz. Capture yaparak 2 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü

3 PSPICE İLEE DEVRE ANALİZİ Name kısmındaki boşluğa proje ismini yazdıktan sonra, aşağıdaki kısımları değiştirmeden OK tuşuna tıklayınız. (Projenizin isminde ve kaydettiğiniz klasörün isminde Türkçe karakter kullanmayınız) Daha sonra karşımıza gelecek olan küçük pencereden Create a Blank Project seçeneğini işaretleyiniz. Böylelikle SCHEMATICS adlı boş bir tasarım penceresi açmış olacaksınız. Eğer daha önce yaptığınız bir çalışmaya devam etmek istiyorsanız, diğer seçim işaretlenmelidir. Bütün şematik dizayn ve işlemler, açılan bu Schematic sayfasında yapılacaktır: 3 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü

4 PSPICE İLEE DEVRE ANALİZİ Tasarım Sayfası Üstteki şekilden de görülebileceği üzere, Schematics penceresinin iç kısmı tasarım sayfası olarak adlandırılırr ve arzu edilen devrenin çizdirildiği kısımdır. Pencerenin sağ tarafında, devre çizimi için lüzumlu olan devre elemanlarına kolayca ulaşarak tasarım sayfasına ekleyebilmemizi sağlayan Tool Palette (malzeme paleti) bulunmaktadır. Eğer ekranınızda palet görünmediyse ana menüde bulunan View - Tool Palette seçeneğini kullanarak parça paletinii açabilirsiniz. Tasarım sayfanızınn boyutlarını, ana menüdeki Options - Schematic Page Properties Page Size dan veya klavyeden I ve O tuşları ile ayarlayabilirsiniz. 2. PSPICE Menülerinin Tanıtımı: Bu kısımda PSPICE programında bulunan menülerden en sık kullanılanları hakkında kısa bilgiler verilecektir. 4 İn. Ü., Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü

5 2. 1. FILE Menüsü: New: Bu seçenek yeni bir proje başlatmak için kullanılır; Open: Bu seçenek daha önceden kayıtlı olan bir projenin yeniden açılmasını sağlar. Close: Bu seçenek ile açık olan şematik editör penceresinin kapatılması sağlanır. Save: Projenin son hali ile kaydedilmesini sağlar. Import/Export Design: Başka bir program kullanarak oluşturulmuş devreyi ORCAD programına ya da ORCAD programında dizayn edilmiş devreyi başka bir programa aktarmaya yarar. Exit: Bu seçenekle Capture Programından çıkılır EDIT Menüsü: Undo Bu seçenek ile daha önce yapılan işlemlere geri dönülür. Redo: Undo kullanılarak yapılmış işlem bir ileri alınır. Repeat: İşleminizi tekrarlar. Cut: Seçtiğiniz kısmı keser. Copy: Seçtiğiniz kısmı kopyalar. Paste: Hafızada bulunan şekli belirlenen başka bir yere yapıştırır. Delete: Seçtiğiniz kısmı siler. Select All: Bütün çalışmanızı seçer. Properties: Seçtiğiniz elemanın elektriksel özelliklerini değiştirebilirsiniz. Part: Seçtiğiniz elemanın çizim özelliklerini değiştirebilirsiniz. Mirror: Seçtiğiniz kısmı ayna görünümüne çevirir. Rotate: Seçtiğiniz kısmı saat yönünde çevirir. 5

6 2. 3. VIEW Menüsü: Tool Palette: Pencerenin sağında bulunan malzeme paleti ikon grubunun gösterilmesi veya kaldırılmasını sağlar.. Toolbar: Menünün altında bulunan kısayol ikon grubunun gösterilmesini veya kaldırılmasını sağlar. Status Bar: Mouse un bulunduğu yeri (x,y) konumu olarak göstermeyi ve ayrıca zoom (büyütme/küçültme) durumunu belirtir. Grid: Elemanları yerleştirmede kolaylık sağlamak amacıyla ekranda noktalardan oluşan ızgara görünümü sağlar PLACE Menüsü: PSPICE ın en önemli menüsüdür. Devrenizi oluştururken lüzumlu olan elektronik elemanları, birleştirme telleri, topraklama elemanı vb sağlamak için hazırlanmış bir menüdür. Part: Bu seçenek oluşturacağımız devreye ait elemanları bize sağlar. Wire: Elemanları birbirine bağlamak için kullanılır. Pratikte kullanılan iletken tellerin PSPICE daki karşılığıdır. Ground: Devre simulasyonu için gerekli olan toprak elemanıdır. PSPICE da en çok kullanılan bu menü, kullanıcıya kolaylık olması bakımından malzeme paleti şeklinde SCHEMATICS penceresinin sağ tarafında bulunmaktadır. Böylece menüye girmek yerine, hızlıca malzeme paletinden eleman seçimi yapılabilir. 6

7 3. PSPICE ile Devre Kurma: PSPICE ile devre kurma işleminde uyulması gereken adımlar şöyle sıralanabilir: 1. Malzeme paletinde bulunan üstten ikinci ikona ( ) tıkladığımızda Place Part penceresi karşımıza çıkar. Bu pencere ayrıca, klavyeden P tuşuna basarak veya Place Menüsünden Part menüsüne girerek de açılabilir. (Not: PSPICE da devre elemanları kütüphaneler halinde sınıflandırılmışlardır. Bir elemanı kullanabilmek için önce o elemanın ait olduğu kütüphanenin çalışma ortamına eklenmesi gerekir. Bu nedenle programı ilk kurduğunuzda, Place Part penceresini açarak Add Library tuşundan bütün kütüphaneleri eklemeniz tavsiye edilir.) 2. Place Part penceresinde bulunan Part List kısmında, mevcut olan bütün devre elemanların listesi vardır. İstediğiniz devre elemanı üzerine tıklayarak elemanı tasarım sayfasına yerleştiriniz. Eleman listesi çok kalabalık olduğundan, bildiğiniz elemanların İngilizce baş harflerini kullanarak arama işlemi hızlandırılabilir. Örneğin direnç elemanını bulmak için penceredeki Part kısmına Resistor kelimesinin baş harfi olan R yazdığınızda, malzeme listesi R harfi ile 7

8 başlayan devre elemanlarına bizi yönlendirecektir. Buradan en üstte bulunan R/ANALOG elemanına tıklayınız. Bazen eleman isminden parçayı bulmak zor olabilir. Bu durumda Place Part penceresinin sağ alt köşesinde seçtiğiniz elemanların sembollerine bakarak da aradığınız elemanı bulabilirsiniz. Benzer şekilde en çok kullanılan elemanlardan olan kondansatör için C/ANALOG ve bobin için L/ANALOG parça isimlerini kullanacağız. Parçaların isimleri parça ismi/bulunduğu kütüphane ismi şeklindedir. 3. Part List te bulunan bir elemana tıkladıktan sonra, Part penceresi kaybolur ve tasarım sayfasına dönülür. Bu durumda farenin u- cunda seçilen elemanın sembolü görülür ve fare ile nereye tıklanırsa oraya bir tane eleman bırakır. Bırakma işlemi, ESC tuşuna basılana kadar veya farenizin sağ tuş menüsünden End Mode seçilene kadar devam eder. Eleman değerlerini belirlemek için üzerinde görülen değer kısmına tıklayınız. Ayrıca elemanı döndürmek isterseniz elemanı seçip R tuşuna basarak Rotate işlemini gerçekleştirebilirsiniz. Not: Elemanların birimlerini ve değerini belirlerken PSPICE ta kullanılan bazı standart harfler şunlardır: V : Volt, Ohm : Ohm, F : Farad, A : Amper, H : Henry, Hz : Hertz T : tera (= E12); G : giga (= E9); M : mega (= E6); k : kilo (= E3) m : mili (= E-3); u : mikro (= E-6); n : nano (= E-9); p : piko (= E-12) 8

9 4. Tasarım sayfasında elemanları doğru bir şekilde yerleştirdikten sonra W tuşuna basarak ya da malzeme paletinde bulunan ( ) ikonuna tıklayarak elemanlar arasında kablo bağlantısı yapabilirsiniz. 5. Devreyi tamamlayabilmemiz için topraklamasının yani referans geriliminin olması gerekmektedir. Bunun için malzeme paletinden Ground ( ) ikonuna tıklayarak, açılan pencerede SOURCE kütüphane-sinden 0/SOURCE parçasını seçmeliyiz. Dikkat!!! Ground parçasının yanında her zaman 0 olmalıdır. 4. Kurulan Devrenin Simülayonu Kurulan devrenin simülasyonu için PSpice menüsünden New Simulation Profile kısmı seçilir. Seçim işlemi ile karşımıza çıkan pencerede simülasyonunuz için Türkçe karakter içermeyen bir isim belirleyiniz ve Create tuşuna basınız. Açılacak Simulation Settings penceresinde simülasyon ayarlarınızı yapabilirsiniz. Pek çok farklı ayarın bulunduğu bu diyalog kutusu vasıtasıyla devremiz hakkında pek çok bilgiyi devre kurmadan elde edebiliriz. Bu ayarlardan ilk etapta yalnızca bize lazım olan Time Domain (Transient) analiz tipinden bahsedeceğiz. 9

10 Time Domain analizinde simülasyonun yapılacağı maksimum zaman miktarı (Run to time), bilginin saklama süresinin başlangıç anı (Start saving data after), maksimum izin verilebilir simülasyon zaman basamak büyüklüğü (Maximum step size) ve birkaç tane daha seçenek vardır. Ayarlamaları yaptıktan sonra Tamam tuşuna tıklayarak bu pencereyi kapatınız. Daha sonra SCHEMATICS penceresinde F11 tuşuna basarak simülasyonu başlatınız. Karşımıza çıkan boş siyah pencereyi kapattıktan sonra SCHEMATICS penceresine geri dönünüz. Menünün altında bulunan simülasyon toolbarındaki voltmetre, ampermetre ve wattmetre ikonlarından istediğinize tıklayarak, gerekli olan analiz bilgilerini elde edebilirsiniz. Voltmetre Ampermetre Wattmetre Örneğin voltmetre ikonuna tıklandığında, devredeki her bir nokta üzerindeki voltaj değerlerini kolayca görebilirsiniz. 10

11 Analiz sonuçlarını grafik şeklinde de görmek mümkündür. Bunun için F11 e bastıktan sonra karşımıza çıkan boş siyah sayfayı kapatmıyoruz. Menünün altında bulunan simülasyon toolbarındaki voltaj, akım ve güç prob larını kullanınız. Voltaj probu Voltaj farkı probu Akım probu Güç probu 11

12 Örneğin voltaj probuna tıkladığınızda farenin ucunda prob görülür. Bu probu devrenin istediğiniz noktasına tıkladığınızda, o nokta ile toprak arasındaki voltajın değeri boş siyah sayfada grafik olarak görünür. Eğer bir direncin iki ucu arasındaki voltajı görmek isterseniz voltaj farkı probunu kullanmalısınız. Not: Akım probunu kullanırken, probu direncin hangi ucuna yerleştirdiğiniz önemlidir. Bunun için, devreden akan akımın yönü göz önüne alınır. Akım direncin hangi ucundan giriyorsa, akım probunuda o uca yerleştirmek gerekir. Eğer tersi yapılırsa sonuç negatif olarak gösterilir. Doğru bağlanmış bir akım probu ve analiz sonucu 12

13 Yanlış bağlanmış bir akım probu ve analiz sonucu * KAYNAK: Hümeyra ÜRÜN, PSPICE Kullanım Kılavuzu, Pamukkale Üniversitesi, Denizli. D. DENEY BASAMAKLARI: Aşağıda verilen devreleri göz önüne alınız. Simülasyon sonucu her bir devre için elde ettiğiniz analiz sonuçlarını altlarındaki tablolara kaydediniz. (Not: Akım yönlerini ve voltaj polaritelerini belirtmeyi unutmayınız.) 1. Gerilim Akım Güç R 1 100Ω R 2 200Ω R 3 300Ω 13

14 2. Gerilim Akım Güç R 1 100Ω R 2 200Ω R 3 300Ω R 4 400Ω 3. 14

15 Gerilim Akım Güç R 1 100Ω R 2 200Ω R 3 300Ω R 4 400Ω R 5 200Ω R 6 300Ω R 7 400Ω 4. Gerilim Akım Güç R 1 100Ω R 2 200Ω R 3 300Ω R 4 400Ω R 5 200Ω R 6 300Ω 15

16 5. Gerilim Akım Güç R 1 100Ω R 2 200Ω R 3 300Ω R 4 400Ω R 5 200Ω 16

17 E. DENEY SONRASI ÖDEV: 1. Simülasyon programı nedir? Ne işe yarar? Araştırınız. 2. Devre çizimi ve analizi için başka hangi programlar bulunduğunu araştırınız. 3. PSPICE programının son versiyonu ve özellikleri hakkında araştırma yapınız. 17