Tek fazlı kontrolsuz bir yarım dalga doğrultucunun devre şeması Şekil 1'de verilmektedir. Bu devre sinüzoidal bir gerilim kaynağı V2 (120 V efektif değer), gerilim kaynağının iç direncini modelleyen R2 (0.01 ohm) direnci, diyot D4, çıkış kapasitesi C1 (10 mF) ve yük direnci R1 (5 ohm) olan elemanlardan oluşmaktadır. Bu devreyi Schematics editöründe çizerek analizini yapıp çıkış dalga şekillerine bakacağız. Devrenin çizimi oldukça basit olup bir kaç noktaya dikkat etmek gerekmektedir.
| |
| Şekil 1: |
Şekil 1'de gösterilen Schematics penceresinin üst tarafında bulunan düğmeler Şekil 2'de detaylı olarak verilmektedir. Her bir düğmenin altında ona tekabül eden bir harf bulunmaktadır. O harfe tekabül eden düğmelerin işlevleri aşağıdaki gibidir:
- a: Bu düğme ekrandaki çizilmiş olan devreyi tekrardan çizmek için kullanılır. Devreyi çizerken ve/veya değişiklikler yaparken ekrandaki çizimin kalitesi bozulabilir. Bu durumda yapmanız gereken tek şey bu düğmeye tıklamaktır.
- b-e: b, c, d, e düğmeleri çizilen devrenin daha ayrıntılı bir şekilde görünmesini sağlar.
- f, g:
Bu düğmeler Schematics penceresinde
bulunan elemanlar arasında bağlantıları sağlayan iletken
bir tel veya kablo çizmek için kullanılır.
Şekil 2:
- i: Bu düğme programın kütüphanesinde bulunan devre elemanlarını ekrana getirmek için kullanılır.
- m: Yapmak istediğiniz analiz için gerekli parametreleri ayarlamak için kullanılır.
- n: Her şey bittikten sonra analizi başlatmak için bu düğmeye tıklayınız.
- p: Analiz sonucunda devrenin herhangi bir noktasındaki gerilim dalga şeklini görmek isterseniz yapmanız gereken tek şey bu gerilim işaretleyecisini o noktaya yerleştirmektir.
- r: p düğmesinin yaptığı işlevlerin tümünü akım için yapmaktadır.
| |
| Şekil 3: |
Bu kısa bilgilerden sonra Şekil 1'de gösterilen devreyi çizmeye başlayabiliriz. Devreyi bir kalemle defterimize çizer gibi oldukça basit bir şekilde ekranda çizeceğiz. i düğmesine tıklayarak Şekil 3'de gösterilen tanımlı parçaların şekillerini içeren kütüphane penceresinin ekrana gelmesi sağlanır. Bu pencerenin sol tarafında devre elemanlarının isimleri alfabetik olarak gözükmekte ve hemen o pencerenin sağında ise devre elemanının şekli verilmektedir. Eğer elemanın şeklini gösteren pencere yoksa sağ altta bulunan Advanced tuşuna tıklayınız.
İstediğiniz elemanı seçtikten sonra Place tuşuna basarak bunu Schematics penceresine getirebilirsiniz. Elemanı yerleştirdikten sonra farenin sağ tuşuna basarak geri dönebilirsiniz. Bu işlemi bir kaç defa tekrarlayarak devrenizde kullanacağınız tüm elemenaları almanız mümkün olacaktır. Gerilim kaynağı sinüzoidal olduğundan VSIN elemanını kullanmanız gereklidir. VAC ile gösterilen genel amaçlı bir alternatif akım kaynağı olup kullanım amacı devrelerin belirli frekansdaki alternatif akım cevaplarını belirlemektir. Daha sonra yapmanız gereken f düğmesini kullanarak devre elemanları arasındaki bağlantıları sağlamaktır. Bu düğmeyi seçtikten sonra farenin işaretleyicisi kalem şeklini alacaktır ve bağlantı yapmak istediğiniz elemanları bu kalem ile tel çizerek birleştiriniz. İki telin kesişme noktasını içi dolu küçük bir daire belirtmektedir.
Bu şekilde devrenin tamamını çizdikten sonra elemanlara değerlerini vermemiz
gereklidir.
Bu arada dikkat etmeniz gereken önemli bir nokta da devrenin bir noktasının
topraklanmış olmasıdır. Bunun için Şekil 4'de gösterilen elemanı
kullanabilirsiniz.
Bu elemanı devrenizin sıfır (toprak) noktasına yerleştiriniz. Aksi halde PSPICE
| |
| Şekil 4: |
analizi hata verip çalışmayacaktır. Bunun nedeni programın bir referans noktasına gereksinim duymasıdır. Devre elemanlarının her birinin bir ismi ve eleman değeri devre şemasında gösterilmektedir ve bunlar elemanın yakınında önceden tanımlı bir yerde bukunmaktadır. Devreniz güzel gözukmesi açısından bazen bu bilgilerin bulunduğu yerlerin değiştirilmesi gerekmektedir. Bunun için o bilginin üzerindeyken farenin sağ tuşuna bir kere tıkladığınız zaman o bilgi dikdörtgen bir kutu tarafından çevrelenecektir. Daha sonra farenin sol tuşuna basılı tutarak istediğiniz yere taşıyabilirsiniz. Elemanların pozisyonunu değiştirmek için ilk önce elemanın üzerine bir kere tıklayınız. Seçilen eleman kırmızı renkli olacaktır. Artık bu elemanı istediğiniz yere taşıyabilir, 90 derece çevirebilir veya dilerseniz silebilirsiniz (Çevirme ve silme işlemlerini Edit menüsünden yapabilirsiniz).
Direnç, kapasite ve endüktans gibi elemanları devrenize yerleştirdiğiniz zaman bu elemanlar otomatik olarak tanımlı değerlerini alırlar. Eleman değerlerini kendi sayılarınızla değiştirmek için o değeri belirten sayının üzerine iki kere tıklayınız. Karşınıza çıkan pencereye o elemanın değerini tam olarak yazınız. Kolaylık olması açısından eleman değerlerini yazarken 10 ve katları için aşağıdaki kısaltmaları kullanabilirsiniz:
- p : pico 10-12
- n : nano 10-9
- u : micro 10-6
- m : milli 10-3
- k : kilo 10+3
- meg : mega 10+6
| |
| Şekil 5: |
Örnek verecek olursak diyelim ki bir kapasite için 10 µF yazmak istiyoruz. Bunun için elemanın değer penceresinde 10u yazmanız yeterlidir. R1, R2 ve C1 in değerlerini yazdıktan sonra diyot ve alternatif akım gerilim kaynağımızla ilgili değerleri yazmamız gereklidir. İlk önce diyotun üzerine bir kere tıklayarak onu seçelim, diyot Şekil 5'teki gibi seçildiğini belirten kırmızı rengi alacaktır. Edit menüsünden Model seçeneğini seçtiğimizde karşımıza Şekil 6'daki pencere gelecektir. Bu pencerede sağ üstteki Change Model Reference butonunu tıklayalım. Gelen pencerede Şekil 7'de belirtildiği gibi model ismi olarak diode yazıp OK tuşuna basın. İsim olarak diode yerine herhangi bir isimde yazılabilir. Bu isim biraz ileride açıklanacak olan kütüphane dosyasında tanımlı diyot elemanına ait karakteristik değerleri model komutunu kullanarak belirtmektedir. Devrede bulunan yarı iletken elemanların her biri için bir model isminin tanımlanması gereklidir.
Devrede tanımlanmamış tek eleman olarak efektif değeri 120 V ve frekansı
50 Hz olan bir sinüzoidal dalga şeklindeki gerilim kaynağıdır. Gerilim
kaynağı üzerine faremizin sol tuşu ile iki kere tıklayalım. Karşımıza
Şekil 8'deki pencere çıkacaktır. Bu pencere içerisinde kaynağa ait
çeşitli değerlerin
girilmesi gereklidir. DC= yazan kısıma bir kere
tıkladıktan
sonra üstteki Value penceresine değerini yazıyoruz.
|
|
| Şekil 6: | Şekil 7: |
Bu problem için 0 (sıfır) yazıyoruz çünkü sinüzoidal dalganın doğru bileşeni yoktur. Değeri yazdıktan sonra Save Attr butonuna basarak kaydetmemiz gereklidir. Benzer şekilde AC=, VOFF=, VAMPL=, FREQ= değerlerini Şekil 8'de belirtildiği gibi giriniz. VAMPL sinüzoidal dalganın tepe noktasıdır (maksimum) ve efektif değerin karekök 2 ile çarpımı olan
|
|
| Şekil 8: |
Eksik olan tek kısım yarı iletken diyot elemanının model ifadesinin yer aldığı kütüphane dosyasıdır. Bu dosyanın uzantısının .lib olması gerekmektedir. Bu örnek için kütüphane dosyamızın ismi sem.lib dir. Bu dosya normal bir ASCII dosyası olup herhangi bir editör kullanılarak yazılabilir. Dosyanın içeriği aşağıda verilmektedir:
*************************************************** * diode model .model diode d *************************************************** * NMOS MOSFET model * .model nmosfet NMOS(Level=3 Gamma=0 Delta=0 Eta=0 Theta=0 Kappa=0 Vmax=0 Xj=0 + Tox=100n Uo=600 Phi=.6 Rs=1.624m Kp=20.53u W=.03 L=5u Vto=2.831 + Rd=1.031m Rds=444.4K Cbd=32p Pb=.8 Mj=.5 Fc=.5 Cgso=55p + Cgdo=30p Rg=13.89 Is=194E-18 N=1 Tt=100n) *************************************************** * PMOS MOSFET model * .model pmosfet PMOS(Level=3 Gamma=0 Delta=0 Eta=0 Theta=0 Kappa=0 Vmax=0 Xj=0 + Tox=100n Uo=600 Phi=.6 Rs=1.624m Kp=20.53u W=.03 L=5u Vto=-2.831 + Rd=1.031m Rds=444.4K Cbd=32p Pb=.8 Mj=.5 Fc=.5 Cgso=55p + Cgdo=30p Rg=13.89 Is=194E-18 N=1 Tt=100n) *************************************************** * NPN transistor model .model Q2N3904 NPN(Is=6.734f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=74.03 Bf=416.4 Ne=1.259 + Ise=6.734f Ikf=66.78m Xtb=1.5 Br=.7371 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1 + Cjc=3.638p Mjc=.3085 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=4.493p Mje=.2593 Vje=.75 + Tr=239.5n Tf=301.2p Itf=.4 Vtf=4 Xtf=2 Rb=10) * National pid=23 case=TO92 * 88-09-08 bam creation *************************************************** * PNP transistor model .model Q2N3906 PNP(Is=1.41f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=18.7 Bf=180.7 Ne=1.5 Ise=0 + Ikf=80m Xtb=1.5 Br=4.977 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=2.5 Cjc=9.728p + Mjc=.5776 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=8.063p Mje=.3677 Vje=.75 Tr=33.42n + Tf=179.3p Itf=.4 Vtf=4 Xtf=6 Rb=10) * *-----------------------------------------------------------------------------Bu kütüphane dosyasında genel amaçlı bir diyot, N ve P tipi bir MOSFET ve NPN ve PNP tipi tranzistor modelleri bulunmaktadır. Bu analizimiz için sadece diyot modeli yeterlidir. Bu dosyada .model teriminden sonra modelin ismi ve daha sonra da modelin özelliklerini belirleyen parametreleri içermektedir. Örnek olarak kullandığımız diyot için model ismi diode olarak gözükmektedir. Bu şekilde yarı iletken üreticilerin sağladığı PSPICE modellerini bu dosyaya ekleyerek devre analizlerinizde kullanabilirsiniz.
| |
| Şekil 9: |
Bir sonraki adımımızda sem.lib isimli kütüphane dosyasını PSPICE programının kullanması için mevcut olan kütüphanelere ekleme yapılması işlemi gerçekleştirilecektir. Bunun için Analysis menüsünden Library and Include Files seçeneğini tıkladığımızda karşımıza Şekil 9'daki ekran gelecektir. Sağ alt tarafta bulunan Browse düğmesine basarak sem.lib isimli dosyamızın bulunduğu klasöre gidip bu dosyayı seçip Open tuşuna basılır. Dosyayı eklemek için sağ üstteki Add Library butonuna tıklamanız yeterlidir. Her şey başarılı bir şekilde yapıldıysa sizin kütüphane dosyanızın ismini Library Files penceresinde görmeniz lazım. OK tuşuna basılarak bu pencereden çıkılır.
Artık devredeki tüm elemanlar tanımlanmis ve değerleri girilmis olmalıdır. Son olarak ne tür bir analiz yapacağımızın belirlenmesi gereklidir. Bu devrede biz geçici hal analizi yapacagiz. Başka bir deyişle devreyi belli bir süre analiz edip sonuçta çeşitli noktalardaki akım ve gerilim dalga şekillerini zamana bağlı olarak göreceğiz. m tuşuna basarak veya Analysis menüsünden Setup seçilerek analizi ayarlamak için gereken pencere ekrana gelir (Şekil 10). Geçici hal analizi yapacağımız için Transient düğmesinin yanındaki kutuyu işaretledikten sonra Transient düğmesine basarak bu analiz için gerekli olan zaman değerlerini girmemiz gereklidir. Şekil 11 bu pencereyi göstermektedir. Şunu unutmamalıyız ki geçici hal analizi her zaman t=0 saniyeden başlar.
| |
| Şekil 10: |
Biz analizimizin yaklaşık olarak 6 periyot sürmesini istiyoruz. Bir periyor (1/50 Hz) = 20 ms olduğundan analizin sona erme zamanını 120 ms olarak seçip bunu Final Time ile gösterilen yere yazıyoruz. Print Step ile gösterilen değer analiz sonucundaki dalga şekillerinin hangi sıklıkta dosyaya yazdırılmasını belirlemektedir. Step Ceiling ise analiz esnasında hangi zaman değerlerinde hesaplama yapılacağını belirlemektedir. Bu iki sayı ne kadar küçük olursa sonucun hassasiyeti o kadar yüksek olur. Fakat hassasiyet analizin uzun sürmesine ve oluşan dosyanın boyutunun büyük olmasına sebebiyet verecektir. Bu değerlerle oynayarak en optimum sonuca ulaşmanız mümkündür.
| |
| Şekil 11: |
Daha önce belirtildiği gibi geçici analiz t = 0 saniyede başlar ve dalga şekilleri de bu zamandan itibaren ekrana çizilir. Devrenin kararlı hale ulaşması biraz zaman alacaktır ve bazı durumlarda bu ilk anlardaki dalga şekileri görülmek istenmeyebilir. Bu durumlarda No-Print Delay ile gösterilen kutucuğa analiz sonucundaki dalga şekillerinin hangi zamandan itibaren görüntülenmesi isteniyorsa o zaman yazılmalıdır. Bu örnek için t = 20 ms seçilmiştir. Herhangi bir gecikme istenmiyorsa bu değer sıfır olarak yazılabilir. Burada unutulmaması gereken nokta analiz sonucunun t = 20 ms'den sonra bastırılmış olmasına rağman analiz t = 0 saniyeden itibaren hesaplanmıştır.
Son aşama olarak devrenin hangi noktalarındaki akım ve gerilem dalga şekilleri isteniyorsa o noktalara p ve r gerilim ve akım işaretleyicilerini Şekil 1'de gösterildiği gibi yerleştiriniz. Akım işaretleyicisini devrenin herhangi bir noktasına koymanıza program izin vermeyecektir. Bunu ancak iki veya daha fazla uçlu elemanların bağlantı noktalarına yerleştirebilirsiniz.
Artik analizi başlatabiliriz. Bunun için
n tuşuna basarak veya Analysis menüsünden
Simulate komutu seçilir. Devrenizde herhangi bir hata
yoksa
analiz başarılı bir şekilde sonuçlanıp size Şekil 12'de gösterilen dalga
şekillerini içeren grafiği verecektir. Bu grafikte yeşil renk ile gösterilen
alternatif akım kaynağı, kırmızı ile gösterilen çıkış gerilimi (kapasite
uçlarındaki gerilim) ve mavi ile de alternatif akım kaynağından
çekilen akım gözükmektedir. Derslerinizden de hatırlayacağınız gibi
kaynaktan akım sadece kapasitenin şarj edildiği anlarda çekilmektedir.
| |
| Şekil 12: |