OrCAD Pspice-Capacitor와 Inductor를 이용한 회로 구현

Or CAD Pspice-Capacitor와 Inductor를 이용한 회로 구현

Or CAD Pspice를 사용한 회로를 분석한 뒤 Capacitor와 Inductor를 이용한 회로를 구현한다.

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Circuit for Simulation (1) : sine wave

sine Wave 회로와 pulse wave 회로

위의 회로를 구성했고 주어진 조건으로 시뮬레이션을 하여 R1, C1의 양단 출력파형을 출력하고 cursor를 이용하여 진폭 (Vpk, Vpk-pk)/주기/주파수를 측정한다. place->pspice component->source->voltage source->sine 전압원으로 회로에 설치하도록 한다. 또한 sine 전압원의 주어진 값들은 VOFF는 OFFset전압이고 VAMPL은 peak to peak 전압이며 FREQ은 주파수이다.

sine 전압원 값들의 표현 & sine wave 회로 직접 구현

값들을 각각 더블클릭해주어 Offset 전압의 값은 0V, VAMPL 값은 10V, FREQ의 값은 100(Hz), AC의 값은 0을 주어진 회로와 같이 설정하도록 해준다.

측정 핀 & 측정 핀을 직접 구현한 회로에 설치

측정을 위해 핀을 구현한 회로의 측정하고 싶은 곳에 핀을 두고 클릭하여 설치한다. 빨간색 박스 안의 좌측부터 전압, 전압차, 전류, 파워를 의미한다. 위 실험에서는 전압 핀만 사용하도록 한다.

Transient Analysis 해석 값 설정

핀을 설치하였으면 simulation을 위해 pspice->new simulation profile 클릭한다. 해석 방법은 시간 응답의 해석을 위해 오실로스코프와 비슷한 역할을 하는 Transient Analysis로 한다. Run to time의 값은 어디까지 볼 것인지의 한계를 뜻한다. 3주기를 보기 위하여 값을 30ms로 설정한다. 다음 start saving data affer은 몇 초 후에 결과를 보겠다는 것이다. 따라서 시작부터 보기 위하여 0으로 설정한다. Maximum step size는 시뮬레이션을 할 때의 얼마만 한 시간 간격을 잘게 쪼개면서 실험을 할 것인가를 뜻한다. 따라서 디폴트 값으로 설정한다. Transient Analysis simulation 결과 아래와 같이 나타나게 된다.

Transient Analysis simulation 결과

다음 trace->cursor->display를 클릭하여 진폭과 주기, 주파수를 측정하기 위해 아래의 그림과 같이 cursor를 설정한다. cursor는 마우스의 왼쪽과 오른쪽 클릭을 통하여 cursor 설정이 가능하다.

진폭 측정 & 진폭 측정 결과

진폭은 max점과 -max점을 설정하여 그 차를 본다. 그 결과 19.947의 진폭 값이 나왔다. 근사치로 20의 진폭 값이라고 하자.

주기 측정 & 주기 측정 결과

주기는 max점과 2파이 뒤인 max점을 좌표로 설정하여 x values의 차를 본다. 그 결과 9.976msec값이 나왔으며 이를 통해 주기 값을 역수로 취하면 주파수의 값 또한 구할 수 있게 된다. 주기의 값을 10 msec로 둔다면 주파수는 1/10Hz이다.

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Circuit for Simulation (1) : pulse wave

place->pspice component->source->voltage source->pulse 전압원으로 회로에 설치하도록 한다. 또한 partcomponent에서 capacitor도 설치해주도록 한다. Pulse 전압원에서 V1은 신호의 최소 전압이고 V2는 신호의 최대 전압, PW는 V2의 전압의 폭, TR은 V1에서 V2로의 상승 시간, TF V1에서 V2로의 하강 시간, PER은 주기, TD는 초기 시간 지연을 뜻한다. 각각 값들은 주어진 문제의 값들로 설정해준다.

직접 구현한 pulse wave 회로 & 직접 구현한 회로에 핀 설정

시뮬레이션 과정은 위와 동일하므로 과정은 생략하고 위와 같이 시뮬레이션을 해준다. 그 결과 아래와 같은 결과를 볼 수 있다. (초록색은 pulse 전압원, 빨간색은 capacitor)

pulse wave 회로 시뮬레이션 결과

다음 trace->cursor->display를 클릭하여 시간차와 전압차를 측정하기 위해 아래의 그림과 같이 cursor를 설정한다. cursor는 마우스의 왼쪽과 오른쪽 클릭을 통하여 cursor 설정이 가능하다.

cursor 설정

측정 결과 전압차는 5-1.8717=3.1283이 나오는 것을 볼 수 있다. 시간 차는 13.998msec가 나오는 것을 볼 수 있다.

측정 결과

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Circuit for simulation (3)

RC 직렬회로를 구성하고 다음의 조건으로 시뮬레이션을 하여 파형을 출력하고 cursor를 이용하여 진폭(Vpk, Vpk-pk)/주기/주파수를 측정한다.

직접 구현하고 핀을 꽂은 회로

문제에서 주어진 회로처럼 그림 18과 같이 직접 회로를 구성하고 핀을 꽂는다. 측정을 위해 핀을 구현한 회로의 측정하고 싶은 곳에 핀을 두고 클릭하여 설치한다. 그리고 시뮬레이션은 pspice->new simulation file을 클릭하여 run to time을 10ms, start saving data affer의 값을 0, maximum step size를 50u로 설정한다. 아래와 같이 직접 설정하고 ok 버튼을 눌러 시뮬레에션 결과 파형을 관찰한다.

RC 직렬회로 시뮬레이션 결과

진폭 측정

주기 측정

진폭은 1.0321의 진폭값을 가지고 주기는 T=3.3879이다. 주파수는 주기의 역수이므로 1/3.3879Hz이다.

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Circuit for simulation (4)

아래 보이는 회로를 직접 구현하였다. 또한 위의 실험과 동일한 방식으로 transient analysis 시뮬레이션을 진행하여 출력파형을 출력하였고 cursor을 이용하여 진폭, 주기 , 주파수를 측정했다.

직접 구현한 회로&run to time 60us 시뮬레이션 결과

진폭은 12의 진폭 값을 갖고 주기는 20us의 주기 T를 갖는다. 주파수는 이의 역수 1/20 uHz의 값을 지닌다.

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결론 및 고찰

AC 전압원과 pulse 전압원 회로를 직접 구성하고 시뮬레이션을 진행하여 출력파형을 알아보고 주파수 주기 진폭을 측정하는 실험을 진행하였다. 이를 통해 pspice 실습 사용법을 하나 더 익힐 수 있게 되었다. 또한 ac 전압원, pulse 전압원의 출력파형을 관찰함으로써 어떤 모양을 띄는지 알 수 있었다. ac전압원은 sine파 모양이었으며 pulse 전압원은 저항의 출력단은 구형 파고 capacitor 출력단은 capacitor 출력파형의 모양을 띤다. 그리고 위 실험을 진행하면서 파형에 cursor를 원하는 값에 근사하도록 두었다. 이를 통해 오차가 발생했었다. 정확한 값에 cursor를 두기 어려웠기 때문이다. 이 오차를 줄이기 위해서는 시뮬레이션 간격을 수 msec로 줄여준다면 오차를 줄일 수 있다.

 

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