Ćw. 01. Program LTspice do symulacji układów elektronicznych (cz

Ćw. 01. Program LTspice do symulacji układów elektronicznych (cz.1)
Cel ćwiczenia: zapoznanie się z programem LTspice.
Wprowadzenie
Edytor schematów i zintegrowany z nim program symulacyjny SwitcherCAD III / LTspice są
własnością firmy Linear Technology Corporation. Oprogramowanie jest udostępniane do użytku
własnego bezpłatnie (http://ltspice.linear.com/software/swcadiii.exe) i może być wykorzystane
jako uniwersalny symulator obwodów elektrycznych i elektronicznych.
Wstępne zapoznanie się z programem na przykładzie analizy stałoprądowej (.op)
Zadania:
1. Otwórz przykładowy schemat: ..\SwCADIII\examples\Educational\DcOpPnt.asc
2. Zapisz schemat (Save As) pod nową nazwą w folderze roboczym grupy studenckiej
3. Uruchom symulację komendą Simulate\Run lub narzędziem:
4. Przeanalizuj wyniki, a w szczególności:
●
dokładnie rozpoznaj jakie informacje pokazują się na pasku stanu przy przesuwaniu
kursora nad elementami schematu
●
ustal i opisz w sprawozdaniu sposób oznaczania i zasady kierunkowe („strzałkowanie”)
jakie stosowane są w programie odnośnie do napięć, mocy oraz prądów płynących
przez elementy różnego typu (V, Q, R, C)
●
oblicz moc pobieraną z zasilacza oraz straty mocy na wybranych elementach, np.
rezystorze obciążającym R14, tranzystorach stopnia wyjściowego itp.
5. Sprawdź jakie parametry można edytować dla elementów każdego typu (R,C,V,Q) po
kliknięciu prawym klawiszem myszy przy zwolnionym/wciśniętym klawiszu Ctrl
6. Wykonaj inne zadania zlecone przez prowadzącego.
Edytowanie schematu; inne typy analizy (.tf , .ac)
W przeciwieństwie do czysto graficznych edytorów SwCADIII służy przede wszystkim do
sterowania symulacją i analizy jej wyników. Ten tryb pracy sygnalizowany jest kursorem w
kształcie krzyża. Aby przesunąć, usunąć, przeciągnąć, obrócić lub odbić jakiś element schematu
trzeba najpierw wywołać z menu Edit jedną z komend : Delete ,
Duplicate , Move , Drag , albo wcisnąć odpowiedni klawisz lub
przycisk z paska narzędziowego. Wygląd kursora zmieni się, a
kliknięcie nad elementem schematu spowoduje jego zaznaczenie
i przygotowanie do edycji. Można zaznaczyć wiele elementów równocześnie, przeciągając myszą
nad wybranym obszarem. Zaznaczone elementy można obrócić o 90o w prawo (Ctrl+R) lub odbić
w poziomie (Ctrl+E). Program pozostaje w jednym z trybów edycyjnych aż do kliknięcia prawym
przyciskiem myszy. Wszystkie operacje edycyjne można wielokrotnie cofać i przywracać.
Zadania:
7. Wybierz tryb Drag, zaznacz symbol
Ground w lewym dolnym rogu schematu
i przeciągnij go pionowo w dół, na wysokość napisów u dołu ekranu
8. Wybierz tryb Duplicate i kliknij nad symbolem źródła napięciowego V1; kopię elementu
przeciągnij i upuść na przewód łączący rezystor R1 z symbolem Ground.
9. Wartość napięcia źródła zmień na 0V
10. Kliknij prawym klawiszem nad tekstem dyrektywy SPICE'a: .op.
W oknie Edit Simulation Command wybierz zakładkę DC Transfer
i wpisz Output: V(out), Source: V3.
11. Po zamknięciu okna Edit Simulation Command lewy dolny róg
schematu powinien wyglądać jak na rysunku obok.
12. Uruchom symulację i zinterpretuj jej wyniki.
13. Porównaj wyniki dla zmienionych wartości parametrów wybranych
elementów, np. R1, V3
14. Wykonaj inne zadania zlecone przez prowadzącego.
15. Kliknij prawym przyciskiem myszy nad symbolem V3 i przyciskiem Advanced otwórz okno
parametrów rozszerzonych . W polu AC Amplitude wpisz 1V .
16. Otwórz okno
Edit Simulation Command, wybierz zakładkę AC
Analysis i wypełnij puste pola. Po zamknięciu okna lewy dolny róg
schematu powinien być podobny do rysunku obok:
17. Uruchom symulację; z listy sygnałów
proponowanych do
wyświetlania wybierz V(out).
18. Przeanalizuj wykreślone charakterystyki, a w szczególności wyznacz przy pomocy
kursorów 3dB częstotliwość pasma przenoszenia wzmacniacza. Dostęp do kursorów
uzyskuje się po kliknięciu prawym przyciskiem myszy nad etykietą przebiegu V(out)
Tworzenie nowych schematów
Pracę rozpoczyna się od wywołania z menu File komendy New schematic, a następnie
nadania nazwy (domyślnie: DraftN.asc ) i zapisania (Save As) pustego projektu w wybranej
lokalizacji. Elementy z których składa się schemat wybieramy i lokujemy w edytorze korzystając z
paska narzędziowego lub komend menu Edit. Elementy: R, L, C, D, Gnd są dostępne bezpośrednio,
pozostałe (jest ich w sumie około 800) poprzez okno wyboru: Select Component Symbol. Jeżeli
znamy nazwę elementu, wystarczy wpisać w polu tekstowym pierwsze litery jego nazwy aby
dokonać wyboru. Przed ulokowaniem wybranego elementu (lewy klik) można go obracać (Ctrl+R)
i odbijać w poziomie (Ctrl+E) . Obracając i odbijając dwójniki R, C warto się zastanowić nad
pożądanym zwrotem prądu w tych elementach.
Praca z symulatorem najczęściej odbywa się w dwóch oknach: edytora schematów i
wizualizatora przebiegów wynikowych. Program domyślnie przyjmuje poziome rozmieszczenie
tych okien. Dlatego warto planować schemat w taki sposób aby wypełniał całą szerokość ekranu i
połowę jego wysokości. Do powiększania i zmniejszania rozmiarów schematu oprócz typowych
narzędzi i komend z menu View można posłużyć sie rolką myszy.
Po rozmieszczeniu wszystkich elementów warto najpierw dokonać edycji parametrów i
ewentualnie skorygować rozmieszczenie, a dopiero później łączyć je ze sobą narzędziem Wire.
Każde klinięcie lewym przyciskiem myszy rozpoczyna nowy odcinek „przewodu”, który może biec
prostopadle do poprzedniego.
Można prowadzić linie poprzez symbole elementów, pozornie
zwierając ich zaciski. Te zwarcia zostaną automatycznie usunięte przez program. Węzły (linie
ekwipotencjalne), których potencjały są dla nas ważne – powinny zostać zaetykietowane przy
pomocy narzędzia Label Net ; operacja ta znacznie ułatwia późniejszą analizę wyników symulacji.
UWAGA:
nadanie tej samej nazwy dwóm różnym węzłom tworzy niewidoczne połączenie
(zwarcie) między tymi węzłami.
Kolejnym etapem
jest umieszczenie na schemacie tekstów zawierających dyrektywy
SPICE'a sterujące przebiegiem symulacji. Najłatwiej można to zrobić wykorzystując okno Edit
Simulation Command. Zaawansowani użytkownicy mogą również umieszczać na schemacie inne
teksty interpretowane przez program, jak definicje parametrów globalnych, modeli lub
podobwodów. Teksty mające wpływ na działanie programu zaczynają się od kropki i wyświetlane
są kolorem czarnym. Inne teksty (komentarze) wyświetlane są na niebiesko i mają znaczenie
czysto informacyjne.
Oprócz komentarzy tekstowych można na schemacie umieścić również
elementy graficzne stworzone przy pomocy narzędzi z menu Edit\Draw.
Zadania:
19. Wybierz i rozmieść elementy jak na rysunku po lewej (lub wg zaleceń prowadzącego)
20. Wpisz wartości parametrów jak na rysunku po prawej (lub wg zaleceń prowadzącego)
21. Połącz ze sobą elementy i zaetykietuj węzły.
22. Wybierz rozdzaj analizy DC_Transfer
23. Zbadaj wpływ zmian napięcia zasilającego V1 na zmiany napięcia wyjściowego V(n3)
24. Zbadaj wpływ prądu obciążenia I1 na napięcie wyjściowe V(n3).
25. Wykonaj inne zadania wskazane przez prowadzącego.
Sprawozdanie
Opisz zwięźle, własnymi słowami:
●
Poznane rodzaje analiz: .op, .tf, .ac (składnia, zastosowania, warianty)
●
Elementy R, L, C, V, I (symbole , parametry, schemat zastępczy, strzałkowanie, warianty)
●
Inne poznane elementy (Q, D, .....)
●
Wyniki zadań: 4, 6, 12-14, 18, 23-25 (syntetycznie, bez zbędnych rysunków)
●
Zadania które sprawiły trudności
●
Propozycje uzupełnień i zmian do objaśnień wstępnych i programu ćwiczenia