Sử dụng phần mềm PSpice – Printed Version
Tài liệu lưu hành nội bộ
Hướng dẫn sử dụng phần mềm PSpice ứng dụng trong phân tích và giải các
mạch điện
Trong báo cáo này tôi trình bày việc ứng dụng phần mềm PSpice trong
phân tích và giải mạch điện. Nội dung của báo cáo gồm hai chương: Chương 1 đề
cập đến lịch sử phát triển, các tính năng chính của phần mềm Spice, PSpice và
OrCAD; Chương 2 mô tả quy trình thực hiện một số phân tích cơ bản như phân
tích một chiều, xoay chiều, quá độ, hồi đáp tần số và thời gian và các bước để thực
hiện một số ví dụ đơn giản.
Vũ Trí Viễn – BM Kỹ thuật điện và Tự động hóa - ĐHLN
Sử dụng phần mềm PSpice – Printed Version
MỤC LỤC
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ SPICE, PSPICE VÀ ORCAD.........................................1
1.1. Tổng quan về OrCAD..............................................................................................1
1.1.1. Capture............................................................................................................1
1.1.2. Layout..............................................................................................................2
1.2. Tổng quan về Spice và PSpice ................................................................................3
1.2.1. Lịch sử ra đời ..................................................................................................3
1.2.2. Các phiên bản và tính năng của PSpice A/D................................................4
1.2.3. Thư viện mô hình............................................................................................5
1.2.4. Các bước tiến hành mô phỏng và phân tích mạch điện..............................6
1.2.5. Chương trình mô phỏng mạch điện bằng PSPICE .....................................7
Chương 2 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSPICE CỦA OrCAD 10.0...............................9
2.1. Các bước tiến hành .................................................................................................9
2.2. Thực hiện một số phân tích cơ bản ......................................................................17
2.2. 1. Phân tích quá trình quá độ .........................................................................17
2.2.2. Phân tích quá trình quét của nguồn AC.....................................................20
2.2.3. Mô phỏng quá trình làm việc của máy biến áp..........................................22
2.2.4. Mạch chỉnh lưu và quá trình quét tham số................................................23
Tài liệu tham khảo ...........................................................................................................27
Vũ Trí Viễn – BM Kỹ thuật điện và Tự động hóa - ĐHLN
Sử dụng phần mềm PSpice – Printed Version
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ SPICE, PSPICE VÀ ORCAD
1.1. Tổng quan về OrCAD
OrCAD là một bộ công cụ dùng cho quá trình thiết kế mạch điện tử. Bộ
phần mềm này được phát triển và cung cấp bởi tập đoàn Cadence. Phiên bản hiện
tại của OrCAD là 10.0. Đây là một bộ công cụ gồm nhiều phần mềm khác nhau
phục vụ cho việc thiết kế mạch nguyên lý, xuất mạch in, mô phỏng, phân tích
mạch điện. Các công cụ chính của OrCAD là Capture, Layout, PSPICE, bên cạnh
đó còn một số phần mềm hỗ trợ quá trình phân tích, tối ưu hoá mạch điện cũng
như quản lý các tệp tin của dự án...
1.1.1. Capture
Là công cụ dùng để xây dựng các sơ đồ mạch trong quá trình thiết kế. Sơ đồ
mạch nguyên lý là sơ đồ mà trong đó các phần tử của mạch điện được thể hiện
dưới dạng các ký hiệu của chúng và được kết nối với nhau theo một quy tắc nhất
định nhằm đảm bảo hoạt động của mạch điện đúng như mong đợi.
Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi DC sang AC công suất 300mA
Với công cụ này chúng ta có thể xây dựng các sơ đồ nguyên lý của mạch
điện tử dựa trên một thư viện về các phần tử hết sức phong phú và đa dạng, bên
cạnh đó nó còn cho phép người dùng tạo ra các thư viện của riêng mình và thêm
vào cơ sở dữ liệu của chương trình. Việc xây dựng sơ đồ nguyên lý là một việc
làm hết sức cần thiết trong quá trình thiết kế một mạch điện tử. Dựa trên sơ đồ
nguyên lý người ta có thể kiểm tra lại tính chính xác của mạch điện cũng như dự
đoán được khả năng làm việc của thiết bị thực. Đây cũng là giai đoạn ban đầu
Vũ Trí Viễn – BM Kỹ thuật điện và Tự động hóa - ĐHLN 1
Sử dụng phần mềm PSpice – Printed Version
nhằm cung cấp mạch đầu vào cho quá trình phân tích các đặc tính của mạch điện
sử dụng PSPICE, cũng như là nguồn để tạo ra phần phôi của mạch in, từ đó cung
cấp các dữ liệu cho quá trình sản xuất mạch in.
1.1.2. Layout
Công cụ này dùng để sắp xếp các phần tử thực của mạch điện trên một bảng
mạch.
Bảng mạch in (Printed Circuit Board – PCB) được dùng để hỗ trợ việc kết
nối các thành phần của bảng điện tử, trên đó đường nối giữa các phần từ được tạo
ra bằng các cho axit ăn mòn lớp đồng nằm trên các phiến không dẫn điện. Các
phần tử được định vị trên bảng mạch nhờ các lỗ cắm.
Với công cụ này chúng ta có thể sắp xếp các phần tử thực của mạch điện
một cách hợp lý và khoa học. Đầu ra của công cụ này là một bảng mạch in trên đó
có các dấu của đường dẫn cũng như vị trí của các lỗ cắm linh kiện, từ đó nhà sản
xuất có thể sử dụng các máy điều khiển số để khoan lỗ cũng như cho ăn mòn các
tấm bakelet đồng để tạo đường dẫn của mạch điện.
Với OrCAD chúng ta có thể kết nối với các máy sản xuất số tạo nên dây
chuyền sản xuất sản phẩm từ quá trình thiết kế mạch nguyên lý cho đến sản phẩm
thực.
Hình 2: Bảng mạch in của bảng ma trận điện tử
Vũ Trí Viễn – BM Kỹ thuật điện và Tự động hóa - ĐHLN 2
Sử dụng phần mềm PSpice – Printed Version
1.2. Tổng quan về Spice và PSpice
1.2.1. Lịch sử ra đời
Kỹ thuật điện là ngành khoa học nghiên cứu về những ứng dụng của các
hiện tượng điện, từ nhằm biến đổi năng lượng và tín hiệu, bao gồm việc phát,
truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng trong sản xuất và đời sống.
Kỹ thuật điện tử là ngành khoa học nghiên cứu về những ứng dụng của các
tín hiệu điện tử bao gồm việc thu thập, gia công, xử lý, truyền tải tín hiệu.
Để thuận tiện cho việc tính toán, thiết kế các thiết bị điện từ, người ta
thường thay thế các mạch điện thực tế bằng các mô hình thay thế và các sơ đồ
mạch điện tương đương. Việc phân tích các mạch điện nhằm dự đoán và kiểm tra
khả năng làm việc của các thiết bị điện từ hoặc nhằm đưa ra các sản phẩm phù hợp
với yêu cầu đặt ra.
Phương pháp thực tế để kiểm tra một mạch điện là xây dựng chúng. Tuy
nhiên, từ những năm 1970, khi mà các thành phần của một mạch tích hợp hợp có
kích thước ngày càng nhỏ bé thì việc xây dựng các vi mạch này trở nên rất khó
khăn. Bên cạnh đó, những tác động vật lý - âm thanh, ánh sáng... không ảnh hưởng
đến những mạch điện thông thường nhưng lại gây nhiễu rất lớn đối với các vi
mạch. Vì vậy việc lắp ráp các vi mạch từ các thành phần thực trong phòng thí
nghiệm đòi hỏi nhiều thời gian, công sức và tiền bạc.
Sự phát triển của công nghệ thông tin cho phép xây dựng các phần mềm mô
phỏng và phân tích quá trình làm việc của mạch điện tử. Khi đó ta có thể xây
dựng, thử nghiệm, khảo sát hoạt động của mạch ứng với các trường hợp cũng như
thay đổi các thông số kỹ thuật và khảo sát ảnh hưởng của chúng đến quá trình làm
việc của toàn mạch. Do đó tăng tính mềm dẻo và khả năng khảo sát nhiều trường
hợp, tình huống khác nhau
Vấn đề khó khăn khi sử dụng các phần mềm đó là tính chính xác của các
mô hình. Nếu các mô hình không có các đặc tính giống như các phần tử thực thì
việc mô phỏng là vô nghĩa.
Spice (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) là một
chương trình tính toán được phát triển từ những năm 1970 tại đại học California ở
Berkeley, chương trình này được sử dụng để mô phỏng và mô hình hoá các mạch
điện tử tương tự.
PSpice (Power Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)
được phát triển bởi hãng MicroSim, là một trong những phiên bản thương mại
Vũ Trí Viễn – BM Kỹ thuật điện và Tự động hóa - ĐHLN 3
