PSpice 기본 사용법 알아보자.

 PSpice 기본 사용법

이번 챕터에서는 PSpice 기본에 대해서 설명합니다.

SPICE는 Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis의 약어로써 컴퓨터를 이용한 전기, 전자, 디지털 회로 설계와 해석을 위해 1972년 미국 Berkely 대학에서 개발된 프로그램입니다.

그 중우리가 다룰 PSpice는 1984년에 MicroSim사에서 출시한 SPICE에 의한 PC기반의 시뮬레이션 프로그램 으로써 회로의 설계, 편집, 시뮬레이션 및 그래픽 출력이 가능. 11,000개의 Analog library와 2,000개의 Digital library가 있어 거의 모든 회로의 simulation이 가능합니다. 현재에는 OrCAD사에서 MicroSim사를 인수 합병하여 회로 작성 기능을 강화한 OrCAD PSpice Release x.x가 출시되었고 우리가 다룰 버전은 OrCAD PSpice 16.6 demo(학생용) 버전입니다.

본 매뉴얼에서 다룰 내용은 기본적인 회로 Scheme 구현 방법과 결과 도출 및 분석하는 방법입니다. Scheme 은 프로그램 내에서 그래픽화 된 소자들을 배치해서 구현할 것이며, 결과 해석은 시간 변화, DC 변화(입력신호의 크기 변화), AC 변화(입력신호의 주파수 변화)에 따라 출력을 얻는 과정을 다룹니다.

OrCAD Capture를 실행합니다.

실행을 하면 아래와 같은 창이 나오고, pspice의 작업은 프로젝트 단위로 이루어지기 때문에 아래 그림의 프로젝트 뉴 혹은 메뉴-file-new-project를 실행 합니다.

파일 이름은 적당히 입력하고 아날로그 mixed A/D를 클릭한후 아래의 location에서 파일 저장 경로를 지정해 줍니다.

(추가 PC Board Wizard - PCB (Printed Circuit Board 인쇄회로기판) 설계 시 사용

Programmable Logic Wizard - PLD 관련 설계시 사용 (Programmable Logic Device) 설계 시 사용 Schemetic - 위에 해당사항 없는 회로 설계시 사용 )

OK를 누르면 다음과 같은 창이 뜨고 기존의 프로젝트를 기반으로 작업공간을 열지, 새로 열지를 선택합니다. 새로 만들기 위해선 아래원을 선택하고 OK를 누릅니다.

새로 만들어진 작업공간을 아래와 같습니다. 각 아이콘들의 대략적인 설명은 아래와 같습니다.

위 설명은 9.1버전 파레트에 대한 설명이지만 몇 개 항목을 제외하고는 일치 하므로 참고합니다.

이제 기판 위에 부품을 배치하기 위해서 단축키 P (혹은 파레트 Part 항목 클릭)를 누르면 부품창이 뜨고 라이브러리를 추가하기 위해서 조그만 빨간 상자 버튼으로 표시된 부분을 클릭합니다.

버튼을 누르면 열리는 다음과 같은 창에서 소자를 추가하기위해 전체를 클릭 후 열기를 누릅니다

이제 Part 창에 소자들이 추가된 것을 확인 할 수 있습니다. Pspice에서 기본적으로 제공되는 소자들이 추가되고, 특정 IC같은 사용자 라이브러리 소자들을 추가하는 것은 마지막장에서 다루도록 합니다.

이제 기본적으로 회로를 구성할 준비가 다 되었습니다. 지금부터는 회로를 구성하고 과도응답, DC sweep 응답, AC sweep 응답을 살펴보기 위해서 간단한 직렬공진회로, 저항성 전압분배회로, 병렬 공진회로를 구성합니다.

1. Time Domain ( 과도응답 Transient)

 Part에서 저항, 인덕터, 커패시터, Vsin 소자를 찾아 추가하고 배치합니다.

각각의 파라미터들은 위에 표시된 값을 더블클릭하면 수정할 수 있습니다. Vsin의 4가지 파라미터는

VOFF = 교류전압원의 직류전압 offset voltage

VAMPL = 교류전압의 진폭

FREQ = 교류전압의 주파수

AC = AC응답을 관찰하기위한 신호의 크기 (이 예제 에서는 0 또는 지우면 됩니다.)

이제 회로를 연결하기위해 각각의 노드를 클릭해서 wire를 연결해주거나, 단축키 w를 눌러 회로를 연결합니다.

이때 접지는 단축키 G 또는 파레트의 접지모양을 누르면 추가할 수 있고 반드시! 0 접지를 선택해주어야 합니다.

- 시뮬레이션

시뮬레이션을 위해서는 시뮬레이션 조건을 설정해야 합니다. 아래 그림의 빨간 박스 (New simulation)

를 클릭하면 뉴 시뮬레이션 창이 뜨고 적당한 이름을 넣어 Create 버튼을 누릅니다.

 

Transient 응답의 시뮬레이션 조건

Run to time - 응답 시간 (시뮬레이션 시간)

Start saving data after - 시작 시간

Maximum step size - 함수 값을 얻는 변수(시 간)의 간격

시뮬레이션 조건을 설정한 후에는 실험시 오실로스코프의 프로브를 다는 것처럼 레벨 마커를 이용해 바이어스 포인트를 달아줍니다.

빨간 박스의 왼쪽부터

Voltage/level Marker = wire 위의 전압레벨 계산

Voltage/Deferential Marker = 두 노드간의 전압차를 계산 (두개의 마커를 찍음)

Current Marker = 전류 마커 ( 항상 핀 끝에 배치하고 wire 위에는 배치할 수 없음)

Power Dissipation Marker = 전력 손실 마커 ( 전류 마커와 같이 핀 끝에 배치 )

(V) = Enable Bias Voltage Display 각 노드 전압 표시

(I) = Enable Bias Voltage Display 각 노드 전류 표시

(W) = Enable Bias Voltage Display 각 소자 소모전력 표시

위의 회로에서는 전압레벨마커를 이용해 입력신호, 인덕터, 커패시터의 전압을 측정해봅니다. 각 마커를 단 후 런을 클릭하면 시뮬레이션 응답을 얻을 수 있습니다.

2. DC sweep 시뮬레이션

 입력전압이 변하는 것에 따른 시뮬레이션을 하기 위해서 아래와 같은 저항성 전압 분배 회로를 구성합니다.

이때 V1의 변수를 변화시킬 것이기 때문에 V1에서의 VDC값은 어떤 값을 넣어도 무방합니다.

-DC sweep 시뮬레이션 조건

Sweep variable = 변화시킬 변수 지정

Sweep type = 스위프 조건설정

Linear = 선형

Logarithmic = 로그스케일

Start Value = 시작 값

End Value = 최종 값

Increment = 증분 ( 값의 간격 )

시뮬레이션 조건을 설정한 후 전압레벨마커를 이용해 각 저항단에 전압을 마크를 한 후 런을 클릭합니다.

- 저항성 전압분배기 DC sweep 시뮬레이션 결과

3. AC sweep 시뮬레이션

 AC sweep 시뮬레이션은 입력 전압원의 주파수를 변화시켜 가면서 나타나는 응답을 확인하는 시뮬레이션입니다. 아래와 같은 병렬 공진회로를 구성합니다.

입력 전압원은 Vadc 로써 일반적으로 AC스윕응답을 확인하기위해 사용되는 전압원으로

Vac = 교류신호의 바이어스 전압

Vac = 교류신호의 진폭 ( 주파수의 변화에 따라서 응답을 확인하는 것이기 때문에 일반적으로 1V가 기준전압

두 번째 빨간 박스의 100meg 는 Pspice는 대문자 소문자 구별이 없기 때문에 메가 단위를 M이 아닌 meg 로 표시 합니다.

-AC sweep 시뮬레이션 조건

AC sweep Type = 시뮬레이션 조건 설정

Linear = 선형

Logarithmic = 로그스케일

( decade = 십배수 단위 )

Start Frequency = 시작 주파수

End Frequency = 최종 주파수

Point/Decade = 간격(10배수당 간격 개수)

- AC sweep 시뮬레이션 결과

참고 - ※아날로그 전압원 및 전류원의 종류※

3. 예제 ( 전자회로실험 1) 실제 IC를 이용한 비반전 연산증폭기

3. 에서는 Pspice 내에 기본 부품으로 존재하지 않는 IC를 라이브러리를 추가하여 구성 하는 방법에 대해서 살펴봅니다.

  이고 IC = LM741 (offset null = 오픈 / V+, V- 가 각각 +15V, -15V)

먼저 LM741 라이브러리를 포함한 일반적인 회사에서 지원하는 라이브러리를 모아놓은 PSpice_lib.zip 파일을 압축을 풀어 피스파이스 설치경로 내에 넣어주어야 합니다.

압축 푸는 경로는 왼쪽 그림의 빨간 박스처럼 pspice 폴더 안에 들어가야 하며 그 이하의 하위경로는 상관 없습니다. 또, LM741의 라이브러리가 포함되어있는 파일은 오른쪽 그림의 박스 안의 opamp.lib 안에 포함 되어 있습니다.

PSpice를 실행시킨후 아래 순서에 따라 LM741을 회로에 추가합니다.

아래와 같이 회로를 구성합니다.

지금 현재는 라이브러리가 추가는 되었지만, 시뮬레이션 조건에서 configuration 등록을 해주어야 시뮬레이션 이 동작 합니다. 등록하는 방법은 아래와 같습니다.

 등록을 다 하였으면, 전압레벨마커를 입력신호와, 출력 신호에 맞춥니다.

아래와 같이 과도응답에 대한 시뮬레이션 조건을 정한 후 시뮬레이션을 돌립니다.

- LM 741을 이용한 비반전 증폭기의 입력 사인파 ( 크기 1, 주파수 1kHz ) 의 입출력 시뮬레이션 결과

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