laborator 1 grafica asistata de calculator scopul lucră 1/laborator1.pdf · pdf...

Laborator 1______________________ ________________________Grafica Asistata de Calculator

_______________________________________________________________________________ 1

Laborator 1. Prezentarea tematicii laboratorului. Prezentarea programului de simulare i proiectare OrCAD si introducere in MatLab. Scopul lucrrii - Cunoaterea i recunoaterea simbolurilor elementelor de circuit; Interpretarea matematic a acestor simboluri electrice; Editarea unor scheme electronice in OrCad; Introducerea unei imagini in Matlab. Aparatura necesar - Staii de lucru care au instalat Orcad9.2. si MatLab 7.1 . Consideraii teoretice

Cele mai importante proprieti fizice ale componentelor de circuit electric care ne intereseaz sunt: rezistivitatea, inductivitatea i capacitatea.

Scopul acestei pri a lucrrii, este acela de a v familiariza cu simbolurile celor mai importante elemente de circuit.

Componente pasive Rezistorul, este componenta de circuit a crei proprietate principala este rezistena electric.

Simbolul este R i se msoar n (ohmi).

a) Rezistorul liniar fix.

Fig1. Simbolul rezistorului fix

b) Rezistorul liniar variabil

R1

POT R2

1k

Fig2. Simbolul rezistorului variabil

Laborator 1______________________ ________________________Grafica Asistata de Calculator

_______________________________________________________________________________ 2

Condensatorul, este componenta electronic pasiv a crei principal proprietate este

capacitatea electric. Unitatea de msur pentru capacitate este faradul (F). Pentru condensator se pot utiliza mai multe tipuri de simboluri.

C1

1n

C2

1nCMAX

C3C

Fig3. Simbolurile condensatorului

C4

1n

Fig4. Simbolul condensatorului variabil

Bobina (sau inductorul), este componenta electronic pasiv caracterizat prin inductana sa. Unitatea de msur este H (Henry).

1

2

L1

10uH

L2 L3

Fig5. Simboluri pentru bobine

Transformatorul, este componenta de circuit cu ajutorul creia putem schimba parametrii unui sistem de curent alternativ, frecvena rmnnd neschimbat. Simbolul acestuia este reprezentat n figura de mai jos.

TX1

Fig6. Simbolul transformatorului cu o nfurare primar i o nfurare secundar

Lp

Ls 1

Ls 2

TX2

Fig7. Transformator cu priz median

Transformatorul se gaseste in biblioteca Breackout.olb din OrCad si are denumirea de XFEM.

Laborator 1______________________ ________________________Grafica Asistata de Calculator

_______________________________________________________________________________ 3

Componente active

Dioda semiconductoare , este un dispozitiv electronic care prezint conducie electric unilateral. Fr a intra n detalii de fizica semiconductorilor amintim c o diod este o structur semiconductoare de tip pn, aa cum este schematic reprezentat n figura urmtoare:

Fig8. Structura fizic a unei diode

Simbolul este:

D1

DIODE Fig9. Dioda semiconductoare

Diodele se gasesc in biblioteca Diode.olb a OrCad-ului si au prefixul D. (ex D1N4001) Tranzistoarele

Din punct de vedere al materialului semiconductor prin care circul curentul, exist dou categorii principale:

- Unipolare la care curentul circul printr-un singur tip de material semiconductor (tip n sau tip p). - Bipolare la care curentul circul prin ambele tipuri de material semiconductor n serie.

Tranzistoarele bipolare reprezint cea mai important clas de dispozitive electronice, deoarece au proprietatea de a amplifica semnalele electrice. Acesta este un dispozitiv cu trei borne: baza (b), emitor (e) i colector (c).

NPN PNP

b

e

c

b

e

c

Fig10. Tranzistorul bipolar NPN i PNP

Prefixul tranzistoarelor bipolare pe care il le gasim in OrCad au prefixul Q. (ex.Q2N2222A) Tranzistoarele unipolare se mai numesc i tranzistoare cu efect de cmp (TEC) Pentru desemnarea tranzistoarelor cu efect de cmp, se utilizeaz adesea prescurtarea FET (Field Effect Transistor).

- TEC cu jonciune (sau cu gril jonciune) TECJ (JFET); - TEC cu gril izolat, sau TEC metalizolatorsemiconductorTECMIS (MISFET), TEC

metaloxidsemiconductorTECMOS (MOSFET).

Laborator 1______________________ ________________________Grafica Asistata de Calculator

_______________________________________________________________________________ 4

Simbolurile pentru acestea sunt:

a b Fig11. a.Tranzistor JFET cu canal N. b. Tranzistor JFET cu canal P

a b Fig12. a.Tranzistor MOSFET cu canal N. b. Tranzistor MOSFET cu canal P

Tiristorul Numit i diod controlat (n limba englez se folosete frecvent prescurtarea SCR - Silicon

Controlled Rectifier), tiristorul este un dispozitiv cu trei borne (Fig13).

GATECATHODE

ANODE

Fig13. Tiristorul

Triacul

Triacul, care are simbolul din Fig14, este un dispozitiv cu trei terminale, care are o funcionare similar cu aceea a tiristorului.

GATE

MT2

MT1 Fig14. Triacul

Interpretarea matematic a unor simboluri electrice De cele mai multe ori, n proiectarea circuitelor electrice nu e suficient cunoaterea fizic a componentelor unui circuit. Aceste elemente de circuit trebuie interpretate din punct de vedere matematic, trebuie cunoscut funcionarea i rolul care l pot avea n conexiunile pe care le fac cu celelalte elemente.

Laborator 1______________________ ________________________Grafica Asistata de Calculator

_______________________________________________________________________________ 5

Rezistorul: tiind c principala proprietate a rezistorului este de a se opune trecerii curentului electric prin el i de a genera cldur prin efect Joule, relaiile care descriu funcionarea acestuia sunt:

I

UR - Legea lui Ohm

tPtIRQ 2 - Legea lui Joule

Unde:

- U cderea de tensiune; - I curentul prin rezisten; - Q- cantitatea de caldur degajat; - t timpul; - P puterea.

Crearea unui proiect OrCad

Lansarea programului se va face din meniul Windows-Start-Program Files-Orcad 9.2-Capture CIS. Aplicaia Capture CIS este un integrator al modulelor pachetului de programare OrCAD:

Express i Layout pentru editarea circuitelor electronice i proiectarea cablajelor; Pspice cu componentele:

o Pspice AD - simulatorul Pspice; o Pspice Model Editor editorul de modele Pspice; o Pspice Optimizer programul de optimizare a circuitelor electronice; o Pspice Stimulus Editor editorul de stimuli ai programului Pspice.

Aceste fiiere au ca punct comun fiierul schematic al circuitului electronic, care se editeaz cu

componenta Express i genereaz un fiier de legturi specific fiecrui modul al pachetului OrCAD. Pentru a crea un proiect de simulare Pspice, din meniul principal al aplicaiei OrCAD Capture

se va selecta File-New-Project.

Fig15.

Laborator 1______________________ ________________________Grafica Asistata de Calculator

_______________________________________________________________________________ 6

n fereastra de dialog, care va apare n urma selectrii opiunii de creare a unui nou proiect, se va specifica numele acestuia, tipul i calea directorului unde se va salva acesta:

Fig16.

Pentru tipul proiectului se poate observa c exist mai multe categorii. Primul se refer la editarea de scheme electronice i simulare, a doua este exclusiv pentru proiectarea cablajelor imprimate, a treia pentru simulare de circuite digitale, iar a patra pentru realizarea unui proiect fr o anumit specificaie. Astfel, pentru a obine un proiect de simulale este obligatorie specificaia Analog or Mixed-Signal Circuit Wizard. Specificarea acestor date determin lansarea n execuie a unui modul Express modificat pentru editarea i simularea circuitelor care are meniul principal ca n figura 17.b:

Fig17.a

Fig17.b

Laborator 1______________________ ________________________Grafica Asistata de Calculator

_______________________________________________________________________________ 7

Editarea circuitelor electronice Pentru editarea schemei electrice este nevoie de cunoaterea ctorva etape:

Plasarea pe suprafaa de lucru a simbolurilor specifice componentelor; Cutarea unor componente n bibliotecile programului; Adugarea sau eliminarea unor biblioteci; Editarea proprietilor componentelor; Trasarea firelor de legtur ntre componente; Operaii speciale.

Suprafaa de lucru se prezint ca o zon caroiat, pe care se vor amplasa simbolurile corespunztoare componentelor dorite, asa cum putem observa n figura 18.

Fig18.

Pentru amplasarea unui simbol se va alege din meniul principal opiunea Place-Part

Fig19.

sau, de pe bara de instrumente din dreapta, simbolul corespunztor operaiei Place-Part, ca n figura 19.

Laborator 1______________________ ________________________Grafica Asistata de Calculator

_______________________________________________________________________________ 8

Pentru plasarea unei componente se va specifica numele i biblioteca necesar din fereastra de dialog a operaiei Place-Part.

Fig20.

Aa cum am artat n prima parte, fiecare component are un anumit prefix de identificare cu ajutorul caruia le vom cuta:

R pentru rezistoare; C pentru condensatoare; L pentru bobine; V pentru surse de tensiune; I pentru surse de curent; GND pentru masa analogic (0/SOURCE); Q pentru tranzistoare bipolare; D pentru diode.

Pentru alte componente se vor fo