SOMMAIRE : COMMENT : VOIR : PAGE : Initiation à MICROSIM DesignLab.

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1 SOMMAIRE : I. DESCRIPTION DES LOGICIELS UTILISÉS SCHEMATICS... 2 a. Description des principaux outils... 2 b. Application Création de l alimentation symétrique +15V, -15 V...3 Les connexions...5 Les points de contrôles...5 Analyse temporelle PSPICE PROBE... 7 II. APPLICATION : LIMITATIONS DE L AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL LIMITATION EN AMPLIFICATION (SATURATION)... 8 a. Action de la variation de la source de tension... 8 b. Action de la variation de la valeur de R SLEW RATE (TEMPS DE MONTEE) LIMITATION EN FREQUENCE...13 COMMENT : VOIR : PAGE : Placer un composant Création de l alimentation symétrique +15V, -15 V. 3 Modifier la valeur et le nom du Création de l alimentation symétrique +15V, -15 V. 4 composant Faire pivoter un composant Miroir et rotation 2 Faire les connexions directes Les connexions 5 Faire des connexions déportées Global 4 Choisir le type d'analyse Analyse temporelle 5 Faire une analyse ponctuelle Remarque : 'Bias point' 6 Faire une analyse temporelle Analyse temporelle 5 Faire une analyse fréquentielle Limitation en fréquence 13 Faire une analyse paramétrique Action de la valeur de R2 9 Laurent Verdier Page 1

2 MICROSIM DesignLab. Ensemble de trois logiciels permettant de construire des montages électroniques (Schematics), de les simuler (Pspice) et de tracer des courbes représentant les grandeurs physiques du circuit simulé (Probe). I. DESCRIPTION DES LOGICIELS UTILISES. 1. SCHEMATICS. a. Description des principaux outils. Icônes Fonctions Raccourcis clavier Nouveau circuit. Ouvrir un circuit. Sauvegarder. Couper l objet sélectionné. Copier l objet sélectionné. Coller l objet coupé ou copié Annuler la dernière opération. Annuler une annulation. Zoom avant. Zoom arrière. Zoomer la zone sélectionnée Ajuster la page à l écran. Dessiner une connexion. Dessiner un bus de données. Choix d un composant dans les bibliothèques et placement dans le circuit. Choix d un composant dans la liste des composants déjà utilisés placement dans le circuit. Édition des caractéristiques du composant sélectionné. (ctrl+s). (ctrl+x). (ctrl+c) (ctrl+v). (ctr+z). (ctrl+i). (ctrl+o). (ctrl+a). (ctrl+n). (ctrl+w). (ctrl+b). (ctrl+g). Relevé de tension ou de courant en un point (le relevé sera tracé dans probe). Affichage de la tension ou du courant sur le circuit. Ouverture de la fenêtre de paramétrage de la simulation. Lancement de la simulation(pspice), et du traceur de courbes (probe). - Rotation du composant sélectionné. (ctrl+r). - Miroir du composant sélectionné. (ctrl+f). Double clic sur le composant. Laurent Verdier Page 2

3 b. Application. On veut construire le circuit suivant : Création de l alimentation symétrique +15V, -15 V. Dans cette fenêtre : chercher le composant VDC. S il y est, cliquer dessus. Sinon, cliquer sur ou ctrl+g, la fenêtre suivante apparaît : Placer le composant en maintenant cette fenêtre ouverte Nom du composant Schéma de connexion Placer le composant et fermer la fenêtre Voir les composants par librairie, afin de les trouver plus rapidement. Supprimer la fenêtre de visualisation ( advanced dans le cas contraire). Laurent Verdier Page 3

4 Le composant sélectionné est maintenant accroché à votre souris,vous pouvez placer autant de composants que vous le désirez en cliquant gauche. En mettre un puis appuyer sur la touche esc-échap pour désamorcer la fonction. Une fois le composant placé, le sélectionner (cliquer dessus et il s affiche en couleur rouge), éditer ses caractéristiques : ou double clic dessus. Cette fenêtre apparaît : Sélectionner la rubrique DC et dans la fenêtre Value, placer DC=15V. ATTENTION, valider cette saisie avec la touche entrée, n appuyer sur OK qu après cette validation. Sélectionner le composant que vous venez de placer (V2 dans le schéma) et faites une copie que vous collez dessous (V3). Aller chercher le composant AGND (masse analogique), avant de le placer, faites le pivoter avec le raccourci ctrl+r. Placer les étiquettes GLOBAL qui servent à identifier des points du circuit afin réutiliser les potentiels sans avoir à tracer les connexions. Placer les autres composants en utilisant le même mode opératoire. Nota : pour la source de tension alternative, l édition du composant donne accès à cette fenêtre : Nom de la source Offset (composante continue) Amplitude du signal Fréquence du signal Laurent Verdier Page 4

5 Les connexions. Sélectionner l outil Wire (ctrl+w). Le curseur de la souris se transforme en crayon. Cliquer sur le composant d où doit partir la connexion, dés que vous déplacez la souris, le fil se dessine. A chaque clic gauche, vous pouvez effectuer un angle, lorsque vous arrivez au point final (connexion à un autre composant), double-cliquer, le curseur de la souris reprend sa forme initiale. Les points de contrôles. Par la suite, nous allons tracer des courbes représentant les courants et les tensions en différents points du circuit. Il y a trois possibilités : Placer des marqueurs de tension et de courants, et les éditer avec pour leur donner un nom (label). L inconvénient est que ce nom n apparaît pas sur le schéma. L avantage est que les grandeurs relevées sont automatiquement tracées. Placer des Global. Avantage : le nom apparaît sur le schéma. Inconvénient : il faudra demander au traceur de courbes de les faire apparaître. Une fois le traceur de courbes lancé, aller chercher dans la liste de grandeurs qu il propose celle qui nous intéresse. Inconvénient : la liste est longue! Analyse temporelle. Dans notre cas, toutes les grandeurs seront exprimées en fonction du temps. Ouvrir la fenêtre de paramétrage. Analyse en fréquence Analyse paramétrique en continu Affiche différentes grandeurs sur le circuit lors de la simulation Sélectionner l analyse temporelle. Ouvrir la fenêtre de paramétrage. Laurent Verdier Page 5

6 Intervalle entre chaque point affiché. Durée de l analyse. Instant à partir duquel on affiche les résultats (pour sauter les transitoires par exemple). REMARQUE: Si dans la fenêtre 'Analysis Setup' vous ne cochez que 'Bias Point', lors de la simulation vous ne lancerez pas le traceur de courbe mais les valeurs des différentes grandeurs apparaîtront directement sur le circuit. 2. PSPICE. Sauver le circuit (ampli op inverseur par exemple). Une fois le schéma terminé, lancer la simulation. Le logiciel va créer une netlist, c est un fichier transcrivant le schéma en code interprétable par Pspice, l utilisateur néophyte n a pas à se préoccuper du contenu de ce fichier car les erreurs trouvées au cours de la compilation seront affichées dans une fenêtre indépendante : Le logiciel décrit les erreurs La compilation n a pu être effectuée, il faut corriger les erreurs. Comme pour les autres compilateurs le message WARNING est un avertissement, il y a une incohérence qui n empêche pas la simulation. Laurent Verdier Page 6

7 Fenêtre d affichage de l avancement de la simulation : Pas de calcul (différent du pas d affichage) Avancement du calcul Temps final A la fin du calcul, Pspice génère un fichier ampli op inverseur.dat dans lequel sont stockées les résultats de la simulation. 3. PROBE. Une le fichier généré, le traceur de courbes (probe) est automatiquement lancé : Laurent Verdier Page 7

8 Description des icônes. Icônes Fonctions Raccourcis clavier Ouvrir un autre fichier de données (ctrl+f12). (*.dat ) antérieur à celui généré par Pspice. Superposer un autre fichier de données (attention à la compatibilité des marqueurs). Couper, copier, coller une courbe après l avoir sélectionnée en cliquant sur son nom. identiques aux précédents.. Par exemple Zooms Utiliser un repère logarithmique sur l axe horizontal ou vertical. Faire une analyse de FOURIER rapide. Ajouter une courbe ou une combinaison de courbes. Faire des calculs à partir des données. Placer des commentaires sur le relevé. Lire des points sur la courbe. idem insert II. Application : limitations de l amplificateur opérationnel. 1. Limitation en amplification (saturation). a. Action de la variation de la source de tension. Dans Schematics, modifier la source de tension V1=2V. Relancer la simulation. Cliquer sur, cette fenêtre apparaît (page suivante) : Laurent Verdier Page 8

9 Opérateurs mathématiques applicables Grandeurs visualisables (en cliquant dessus) Types de grandeurs affichées Champ de saisie des expressions Saisir l expression : 10*(V(U1A:+)- V(U1A:-)) et valider. La tension différentielle apparaît. Régime saturé (non linéaire) Tension différentielle nulle Régime linéaire Tension différentielle non nulle Il y a donc saturation car nous avons donné à la tension d'entrée une valeur trop importante. b. Action de la variation de la valeur de R2. Il est possible de créer ce phénomène de saturation en faisant varier la valeur des composants du circuit électrique : Éditer R2: Laurent Verdier Page 9

10 Placer {rval} à la place de la valeur numérique. rval sera une variable A partir de la liste des composants, placer 'PARAM', le mot 'PARAMETERS' apparaît. Double cliquer dessus : Nom de la variable Valeur de début cliquer sur et aller dans DC SWEEP : Nom de la variable Valeur de début Valeur de fin Pas Laurent Verdier Page 10

11 Décocher Transient et lancer la simulation Vous obtenez les courbes ci dessous (après avoir rajouter la tension différentielle comme à l'exemple précédent). Une tension différentielle apparaît Fonctionnement linéaire Fonctionnement non linéaire 2. Slew rate (Temps de montée). Montage suiveur : Il faut pour cela créer un signal carré en entrée. Placer le composant VPULSE et éditer ses caractéristiques : Laurent Verdier Page 11

12 nom de la source tension état bas tension état haut temps de retard temps de montée temps état haut temps de descente période du signal Dans le paramétrage de la simulation :, et dans la rubrique 'Transient' choisissez une durée de simulation de 1 ms et de non affichage de 0,95ms. Lancez la simulation : Vous obtenez la courbe suivante : L'entrée bascule à l'état bas Montée de la sortie de l'ampli-op : droite. Descente de la sortie de l'ampli-op : droite. A la montée : S + v Après avoir sélectionné le mode curseur En cliquant sur ce carré avec un des boutons de la souris, le curseur correspondant lira des points de cette courbe. Il faudra vs 11,535 4 = = = v. s 6 22, t 1 Coordonnées selon t des deux curseurs (clic droit et clic gauche). Laurent Verdier Page 12

13 3.Limitation en fréquence. Dans schématics, remplacer la source VSIN par une source VAC avec la même amplitude de tension. On prend les résistances de même valeur (1 kω). Dans le paramétrage de simulation choisissez AC sweep. Choisissez une analyse linéaire de 10Hz à 10 MHz. Relancez la simulation. Vous obtenez la courbe suivante : L'amplificateur se comporte donc comme un filtre passe-bas. On cherche la fréquence de coupure ω c telle que : 20.log(V(ω c ))-20.log(V max )=-3 On déduit que V(ω c )/ V max = 2/2. Grâce au curseur, on cherche quelle est la fréquence correspondante et on trouve approximativement 660 khz: Curseur bouton gauche (x,y) Curseur bouton droit (inutilisé dans ce cas) Différence selon x et y entre les deux curseurs. Laurent Verdier Page 13