Einleitung
Das nachfolgende Tutorial stellt eine Kurzanleitung zur Software Pspice dar. Es dient als Einstieg in die Schaltungssimulation mit Pspice und hat zum Ziel, dem Leser möglichst schnell das eigenständige Erstellen und Simulieren von elektronischen Schaltungen zu ermöglichen. Es beruht auf der Pspice Student Version 9.1. und setzt vorraus, dass bereits eine lauffähige Version von Pspice mit den Bestandteilen „Capture“, „Schematics“ und „Pspice A/D“ installiert wurde.
Die Software Pspice kann in der Studentenversion kostenos heruntergeladen werden unter:
http://www.electronics-lab.com/downloads/schematic/013/
Anhand einer einfachen Beispielschaltung soll der Umgang mit Pspice erläutert werden.
Beispielschaltung
Als Beispielschaltung dient ein analoger Tiefpass, bestehend aus einer RC-Kombination. Dieser wird mit einer Sinusspannung versorgt. Am Ausgang des Tiefpass soll die Spannung abgegriffen werden, um das Verhalten des Filter zu untersuchen.
Abbildung 1: Beispielschaltung – RC-Tiefpass
Anlegen eines Projektes
Als Basis für jede Schaltungssimulation in Pspice dient ein Projekt. Das Projekt fasst alle für die Simulation benötigten Dateien zusammen. Projekte werden mit dem Programmbestandteil Capture verwaltet. Um ein neues Projekt anzulegen, öffnet man zunächst die Projektumgebung Capture, in der Studentenversion als Capture Student bezeichnet, über das Windows-Startmenü.
Abbildung 2: Starten von PSpice
Es erscheint zunächst ein Programmfenster, die Hauptansicht von Capture. Man öffnet nun durch Klick auf „File“-> „New“ -> „Project“ den Dialog zur Erstellung eines neuen Projektes:
Abbildung 3: Neues Projekt anlegen
Hierbei ist neben dem Namen und dem Speicherort auch der Typ des zu erstellenden Projektes auszuwählen. Pspice unterscheidet hierbei zwischen vier verschiedenen Typen:
- „Analog or Mixed A/D“- zum Entwurf und Simulation von Analog- oder Digitalschaltungen
- „PC Board Wizard“ – zum Erstellen von Platinenlayouts
- „Programmable Logic Wizard“ – zum Erstellen von Logikschaltungen
- „Schematic“ – Zum Erstellen von einfachen Schaltplänen ohne Simulation
Für das hier gewählte Beispiel ist daher der Typ „Analog or Mixed A/D“ auszuwählen. Danach wird in einem weiteren Dialog abgefragt, ob das neu anzulegende Projekt auf einem existierenden Projekt aufbaut, oder als leeres Projekt angelegt werden soll. Wir wählen hier Zweiteres.
Abbildung 4: Dialog – Projekt anlegen
Nach dem Erstellen des neuen Projektes sollten im Hauptfenster der Projektbrowser beziehungsweise der Schaltplaneditor „Schematics zu sehen sein:
Abbildung 5: Die Ansicht „Schematic“
Sollte dies nicht der Fall sein, können die angezeigten Fenster wie üblich über „Window“ angepasst werden. So zeigt zum Beispiel das mit dem Titel „Session Log“ bezeichnete Fenster später in der Simulation eventuelle Fehler im Modell an. Ist es beim Anlegen eines neuen Projektes im Vordergrund zu sehen, kann dieses erst einmal ausgeblendet werden, da es zu diesem Zeitpunkt noch nicht benötigt wird.
Erstellen des Schaltplans
Für die Simulation einer Schaltung muss diese zunächst in „Schematics“ in Form eines Schaltplans entworfen werden. Dazu ruft man das Fenster mit dem Titel „Schematics“ auf, falls nicht schon geschehen und klickt auf das kleine Bauelemente-Symbol im oberen Bereich der rechten Symbolleiste.
Abbildung 6: Schaltfläche „Bauelement einfügen“
Um den Schaltplan erstellen zu können, müssen zunächst einmal Modelle verschiedener elektrischer Bauelemente vorhanden sein, die zu einem Schaltplan kombiniert werden können. Pspice verwaltet Bauelemente in Form von Bibliotheken. Um Bibliotheken hinzuzufügen klickt man auf die Schaltfläche „Add Library. Daraufhin öffnet sich ein Browserfenster, in dem man verschiedene Bibliothekendateien auswählen kann:
Abbildung 7: Bibliotheken auswählen
Es wird automatisch das Pspice-Arbeitsverzeichnis geöffnet, in welchem sich die Standard-Bibliotheken befinden. Mit diesen lassen sich die wichtigsten Grundschaltungen der Elektrotechnik darstellen. Wir fügen alle Bibliotheken dem Projekt hinzu, indem wir sie mit der Tastenkomination „Strg-A“ markieren und anschließend auf „Öffnen“ klicken.
Im Dialog zur Bauteilauswahl kann man anschließend eine der Bibliotheken auswählen und erhält so Zugriff auf die in dieser Bibliothek enthaltenen Schaltungselemente.
Abbildung 8: Bauteil auswählen
Wir wollen als erstes einen Widerstand dem Schaltplan hinzufügen. Dazu klickt man auf die Bibliothek „Analog“ und wählt in der darüberliegenden „Part List“ das Bauteil „R“ an. Anschließend klickt man auf „OK“. Man befindet sich nun wieder in der Schaltplanansicht und kann mit der Maus das Bauteil platzieren. Durch einen Klick mit der linken Maustaste legt man es ab. Das Bauteil ist nun zunächst immer noch angewählt. Erst durck Drücken der Esc-Taste oder einen Mausklick mit der rechten Taste und der Option „End Mode“ wird es abgewählt. Will man das Bauteil anschließend noch verschieben, kann man dies tun, indem man die linke Maustaste über dem Bauteil gedrückt hält und anschließend mit der Maus neu positioniert. Will man ein einmal platziertes Bauteil löschen, muss man dieses mit der Maus anklicken und die Taste „Entf“ betätigen. Das Drehen eines angewählten Objektes ist mit der Taste „R“ möglich.
Aus der gleichen Bibliothek fügen wir nun noch einen Kondensator „C“ hinzu, sowie aus der Bibliothek „Source“ die Wechselspannungsquelle „VSIN“.
Nun kann man alle Bauteile über Leitungen verbinden. Dazu wählt man die Schaltfläche „Place Wire“ in der rechten Symbolleiste an.
Abbildung 9: Schaltfläche „Leitung platzieren“
Positioniert man nun die Maus über der mit einem Quadrat markierten Anschlussstelle eines Bauteils und klickt mit der linken Maustaste, kann man anschließend durch Bewegen der Maus eine Leitung ziehen. Klickt man mit der linken Maustaste auf eine freie Fläche, wird die Leitung an dieser Stelle fixiert. Nähert man sich der Kontaktstelle eines weiteren Bauteils, erscheint ein roter Kreis. Klickt man nun mit der linken Maustaste, wird eine Verbindung zwischen den beiden Bauteilen hergestellt. Über die Taste „Esc“ kann man den „Place-Wire-Modus“ wieder verlassen. Will man eine einmal gezogene Leitung löschen, muss man diese mit der Maus anklicken und die Taste „Entf“ betätigen.
Abbildung 10: Verbinden von Bauteilen
Nach dem Ziehen der Leitungen muss noch ein Massenpunkt gesetzt werden. Ansonsten produziert die anschließende Simulation Fehlermeldungen, da kein definiertes Potential vorhanden ist. Um eine Masse hinzuzufügen klickt man auf die „GND-Schaltfläche“ in der rechten Symbolleiste.
Abbildung 11: Schaltfläche „Masse hinzufügen“
Es erscheint ein Auswahlfenster, ähnlich dem für die Bauteilauswahl. Um auch hier die entsprechenden Bauelemente auswählen zu können, muss zunächst die Bibliothek „source.olb“ hinzugefügt werden. Ist dies geschehen, wählt man als Bauelement „0/Source“ aus und bestätigt mit „OK“. Das Masse-Bauelement fügt man nun zwischen Spannungsquelle und Kondensator in den Schaltplan. Der Schaltplan sollte nun in etwa so aussehen:
Abbildung 12: fertiger Schaltplan
Was nun noch fehlt, sind die richtigen Eigenschaften für die Bauteile. Beim Widerstand passt der Wert von 1 kΩ zufälligerweise. Beim Kondensator muss er allerdings von 1 nF auf 1 μF geändert werden. Dazu führt man einen Doppelklick auf den Schriftzug „1n“ beim Kondensator aus. Es öffnet sich folgende Dialogbox:
Abbildung 13: Bauteileigenschaften
Die für uns entscheidende Einstellungsmöglichkeit ist das Feld „Value“. Dort kann man die entsprechende Kenngröße – in diesem Fall die Kapazität des Kondesators – eingeben. In Pspice gelten dabei besondere Abkürzungen für die entsprechenden Einheitenvorsätze:
| Einheitenvorsatz | Kürzel |
|---|---|
| Giga | G |
| Mega | Meg |
| Kilo | K |
| Milli | M |
| Mikro | U |
| Nano | N |
| Pico | P |
| Fento | F |
Wir ändern nun den Wert „1n“ auf den Wert „1u“ und bestätigen mit „OK“. Genauso wird für die Spannungsquelle ein Offset von 0, eine Amplitude von 12 V und eine Frequenz von 50 Hz eingestellt.
Damit ist der Schaltplan nun komplett und man kann mit ihm Simulationen durchführen.