Home

PSPICE ve Schematics Kullanarak Devre Analizi**
© 11 Nisan 2002 Deniz YILDIRIM, v1.0
Not: Bu sayfayla ilgili her türlü görüş ve önerileriniz ileride hazırlanacak olacak dökümanların kalitesinin arttırılması
açısından büyük önem taşımaktadır. Ayrıca bu sayfalarda ne tür bilgilerin olmasını istediğinizi de bana
yazabilirsiniz (e-mail: deniz@ieee.org). Şimdiden teşekkürler.
Sayfanın yüklenmesi vakit alabilir !

Tristör Kullanarak Kontrollu Tek Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu

Eğer PSPICE programını ilk defa kullanıyorsanız, bu dökümanı okumaya başlamadan önce
lütfen Kontrolsuz Doğrultucuya ilişkin dökümana bir göz atınız.

Tek fazlı kontrollu bir yarım dalga doğrultucunun devre şeması Şekil 1'de verilmektedir. Bu devre sinüzoidal bir gerilim kaynağı V2 (220 V efektif değer), gerilim kaynağının iç direncini modelleyen R2 (0.01 ohm) direnci, Tristör X2 (PSPICE'da tristör modeli olmadığı için tristör bir alt devre olarak modellenmiştir), ve yük direnci R1 (5 ohm) olan elemanlardan oluşmaktadır. Bu devreyi Schematics editöründe çizerek analizini yapıp çıkış dalga şekillerine bakacağız.

 
Şekil 1:

Kütüphane düğmesine tıklayarak Şekil 2'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. PSPICE öğrenci sürümünde tanımlı bir tristör modeli bulunmaktadır. Bu modelin parça numarası 2N1595 olup kütüphaneden bu elemanı seçelim (Şekil 2).

 
Şekil 2:

Tristörü tetiklemek için (iletime geçmesi için) tristörün kapı ucu ile katot ucu arasına bir gerilimin uygulamamız gerekmektedir. Eğer buraya sabir bir doğru gerilim kaynağı ba[larsanız tristör sıfır derecede tetiklenecek ve istediğiniz kontrolu sağlıyamıyacaksınız. Bunun yer'ne VPULSE olarak adlandırılan darbe gerilimini kullanılacaktır. Bu elemanı da Şekil 3'de gösterildiği gibi kütüphaneden seçelim.

 
Şekil 3:

Benzer şekilde diğer tüm devre elemanlarını kütüphaneden seçelim (Şekil 1'deki tüm elemanlar = VSIN, GROUND, R1 ve R2). Daha sonra yapmanız gereken devre elemanları arasındaki bağlantıları kalem ile tel çizerek birleştiriniz. İki telin kesişme noktasını içi dolu küçük bir daire belirmektedir. Bu şekilde devrenin tamamını çizdikten sonra elemanlara değerlerini vermemiz gereklidir. Bu arada dikkat etmeniz gereken önemli bir nokta da devrenin bir noktasının topraklanmış olmasıdır.

 
Şekil 4:

R1 ve R2 nin değerlerini yazdıktan sonra alternatif akım gerilim kaynağı, tristör ve darbe gerilim kaynağı ile ilgili değerleri yazmamız gereklidir. İlk önce tristörün üzerine bir kere tıklayarak onu seçelim, tristör Şekil 4'teki gibi seçildiğini belirten kırmızı rengi alacaktır. PSPICE'da tanımlı 2N1595 tristör modelinin maksimum çalışma gerilimi yaklaşık 50 V civarındadır. Bu modeli kullanmamız durumunda devremiz yanlış sonuçlar verecektir. Bunun için yeni bir tristör modeline ihtiyacımız bulunmaktadır. Genelde yarıiletken üreticileri ürettikleri ürünler için bir PSPICE modelini de vermektedirler. Burada TECCOR firmasının sağladığı S4020L (400 V, 20 A) parça numaralı tristörün PSPICE modelini kullanacağız. Kütüphane dosyası ile ilgili bilgi ileride verilmektedir. Edit menüsünden Model seçeneğini seçtiğimizde karşımıza Şekil 5'deki pencere gelecektir. Bu pencerede sağ üstteki Change Model Reference butonunu tıklayalım. Gelen pencerede (Şekil 6) Şekil 7'de belirtildiği gibi model ismi olarak S4020L yazıp OK tuşuna basın. Bu model ismi biraz ileride açıklanacak olan kütüphane dosyasında tanımlı tristör elemanına ait karakteristik değerleri model komutunu kullanarak belirtmektedir.

Şekil 5: Şekil 6:


Şekil 7:

Devredeki efektif değeri 220 V ve frekansı 50 Hz olan sinüzoidal dalga şeklindeki gerilim kaynağının değerlerini girelim. V1 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 değeri yazıilmaktadır.
Bu problem için 0 (sıfır) yazılmaktadır 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

VAMPL = 220 x Kök(2) = 311 V
değerine eşittir. Her şey tamamlandıktan sonra OK tuşuna basıp devremize geri dönelim.

Şekil 8:

Tristörü tetiklemek için Kapı ile Katot arasına uygulanan V2 darbe geriliminin değerlerinin tanımlamamız gerekmektedir. Darbe geriliminin dalga şekli ve buna ilişkin önemli değerlerin tanımlanışı Şekil 9'da gösterilmektedir. Burada (zamanlar saniyeö gerılımler volt olarak girilmelidir)

  • TD : Gecikme zamanı (başlangıç anından itibaren ne zaman sonra darbe başlayacak)
  • TR : Yükselme zamanı
  • TF : Düşme zamanı
  • PW : Darbe genişliği
  • PER : Darbenin periyodu
  • V1 : Alt gerilimin değeri
  • V2 : Darbenin üst gerilim değeri

 
Şekil 9:

V2 gerilim kaynağı üzerine faremizin sol tuşu ile iki kere tıklayalım. Karşımıza Şekil 10'daki pencere çıkacaktır. Bu pencere içerisinde kaynağa ait çeşitli değerlerin girilmesi gereklidir. Diyelimki tristörü alpha = 36 o tetiklemek istiyoruz. Bir periyot 20 ms (1/50 Hz) olduğu için 36 derecenin saniye olarak karşılığı

t36o = (36 / 360) x 20 = 2 ms

Dolayısıyla TD=2 ms, TR ve TF için ise 0.1 ms seçelim. Bunlar yükselme ve düşme zamanları oldukları için çok küçük bir değer verebiliriz. Eğer sıfır verirseniz simülasyonunuz hata verecektir. 50 Hz dalga için PER = 20 ms. Darbe genişliği için 3 - 4 ms lik bir değer vermek tristörü iletime sokmak için yeterli olacaktır. Darbenin sıfır gerilimde başlaması ve tepe değerini de 5 V seçelim, V1 = 0 ve V2 = 5 V. V2 değeri için 5-10 V gibi değerler yeterli olmaktadır. Bu değerleri Şekil 10'da belirtildiği gibi giriniz. Her şey tamamlandıktan sonra OK tuşuna basıp devremize geri dönelim.

Şekil 10:

Bu noktada devremizdeki bütün elemanlarin değerleri girilmiştir. Eksik olan tek kısım yarı iletken tristör elemanının model ifadesinin yer aldığı kütüphane dosyasıdır. Bu dosyanın uzantısının .lib olması gerekmektedir. TECCOR firmasının sağladığı kütüphane dosyasını burayı tıklayarak (tecscr.lib) makinanıza yükleyiniz. Bu dosya normal bir ASCII dosyası olup herhangi bir editör kullanılarak yazılabilir. Dosyanın içerisinde bütün tristör modelleri olduğu için oldukça uzundur. Aşağıda bizim devrede kullandığımız S4020L tristörünün olduğu kısım diğer bir kaç elemanla birlikte verilmektedir. Buradan görebileceğiniz gibi her bir tristör modeli bir alt devre olarak verilmiştir (.SUBCKT ile başlıyan kısım). Tek yapmanız gereken size uygun olan tristörü (akım ve gerilimine göre) bu listeden bulmak ve alt devre ismini alarak (mesela S4020L) tristör modelindeki isimle değiştirmek.

...
...
**********
*SYM=SCR
*SRC=S2020L;S2020L;SCRs;TECCOR; 200V 20A 
.SUBCKT S2020L   1 2 3
*    TERMINALS:  A G K
QP  6 4 1  POUT OFF
QN  4 6 5  NOUT OFF
RF  6 4    40MEG
RR  1 4    26.7MEG
RGK 6 5    28.1
RG  2 6    3.08
RK  3 5    4.25M
DF  6 4    ZF
DR  1 4    ZR
DGK 6 5    ZGK
.MODEL ZF   D (IS=8F IBV=1U BV=200)
.MODEL ZR   D (IS=8F IBV=1U BV=200)
.MODEL ZGK  D (IS=8F IBV=1U BV=5)
.MODEL POUT PNP (IS=8P BF=1 CJE=107P TF=59.5U)
.MODEL NOUT NPN (IS=8P BF=100 RC=17M CJE=536P CJC=107P TF=3.4U)
.ENDS
**********
*SYM=SCR
*SRC=S4020L;S4020L;SCRs;TECCOR; 400V 20A 
.SUBCKT S4020L   1 2 3
*    TERMINALS:  A G K
QP  6 4 1  POUT OFF
QN  4 6 5  NOUT OFF
RF  6 4    80MEG
RR  1 4    53.3MEG
RGK 6 5    28.1
RG  2 6    3.08
RK  3 5    4.25M
DF  6 4    ZF
DR  1 4    ZR
DGK 6 5    ZGK
.MODEL ZF   D (IS=8F IBV=1U BV=400)
.MODEL ZR   D (IS=8F IBV=1U BV=400)
.MODEL ZGK  D (IS=8F IBV=1U BV=5)
.MODEL POUT PNP (IS=8P BF=1 CJE=107P TF=59.5U)
.MODEL NOUT NPN (IS=8P BF=100 RC=17M CJE=536P CJC=107P TF=3.4U)
.ENDS
**********
*SYM=SCR
*SRC=S6020L;S6020L;SCRs;TECCOR; 600V 20A 
.SUBCKT S6020L   1 2 3
*    TERMINALS:  A G K
QP  6 4 1  POUT OFF
QN  4 6 5  NOUT OFF
RF  6 4    120MEG
RR  1 4    80MEG
RGK 6 5    28.1
RG  2 6    3.08
RK  3 5    4.25M
DF  6 4    ZF
DR  1 4    ZR
DGK 6 5    ZGK
.MODEL ZF   D (IS=8F IBV=1U BV=600)
.MODEL ZR   D (IS=8F IBV=1U BV=600)
.MODEL ZGK  D (IS=8F IBV=1U BV=5)
.MODEL POUT PNP (IS=8P BF=1 CJE=122P TF=59.5U)
.MODEL NOUT NPN (IS=8P BF=100 RC=17M CJE=609P CJC=122P TF=3.4U)
.ENDS
**********
...
...

Bir sonraki adımımızda tecscr.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 11'deki ekran gelecektir. Sağ alt tarafta bulunan Browse düğmesine basarak tecscr.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 Şekil 12'deki gibi Library Files penceresinde görmeniz lazım. OK tuşuna basılarak bu pencereden çıkılır.

 
Şekil 11:

 
Şekil 12:

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. Analysis menüsünden Setup seçilerek analizi ayarlamak için gereken pencere ekrana gelir (Şekil 13). Geçici hal analizi yapacağımız için Transient düğmesinin yanındaki kutuyu işaretledikten sonra Transient düğmesine basarak bu analiz için gerekli olan zaman değerlerini girmemiz gereklidir. Şekil 14 bu pencereyi göstermektedir. Şunu unutmamalıyız ki geçici hal analizi her zaman t=0 saniyeden başlar.

 
Şekil 13:

Biz analizimizin yaklaşık olarak 5 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. 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.

 
Şekil 14:

Son aşama olarak devrenin hangi noktalarındaki akım ve gerilem dalga şekilleri isteniyorsa o noktalara 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.

Artık analizi başlatabiliriz. Bunun için Analysis menüsünden Simulate komutu seçilir. Devrenizde herhangi bir hata yoksa analiz başarılı bir şekilde sonuçlanıp size Şekil 15'de gösterilen çıkış geriliminin dalga şeklini içeren grafiği verecektir. Devrenin değişik noktalarındaki akım ve gerilim dalga şekilleri Şekil 16 - 19 'da verilmektedir. PROBE işlemcisinde girdiğiniz tüm gerilimler GROUND (toprak) noktasına (0 - sıfır potansiyeli) göre çizilmektedir. Eğer siz herhangi bir terminali 0 noktasında olmayan bir gerilimi görüntülemek isterseniz, bunu o elemanın her iki ucundaki gerilimin farkını alarak yapabilirsiniz. Mesela Şekil 1'deki devre için V2 gerilimini görüntülemek istersek, Şekil 17 'de olduğu gibi V2 geriliminin her iki ucundaki gerilimin farkı yazılır. Sonuç Şekil 18 'de gösterilmektedir.

 
Şekil 15:


 
Şekil 16:


 
Şekil 17:


 
Şekil 18:


 
Şekil 19:

11 Nisan 2002 tarihinden itibaren ziyaretçi saysıı

© 2002 Deniz Yildirim,   www.denizyildirim.org  deniz@ieee.org
** Bu dökümanı kaynak göstermek suretiyle eğitim ve kişisel amaçlarınız için kullanmanızda
bir sakınca bulunmamaktadır. Her ne şekilde olursa olsun ticari amaçlar için kullanılması
kesinlikle yasaktır. Lütfen bu dip notu bu dökümandan ayırmayınız.