Cours Pspice

Cette partie regroupe les documents que j'exploite dans le cadre de mes cours en classe de Technologie solaire appliquée ( programme conjoint de formation entre l'université de Ouagadougou et l'IRSAT, institut du CNRST. Dans ce cours je donne des notions de base aux etudiants relatives aux composants d'un système Photovoltaïque.

Tutorial adapté à TSA
Tutorial 1 sur Pspice
Tutorial 2 sur Pspice
Simulation d'alimentations
Simuler en electrotechnique avec Pspice
Simuler sous Pspice ( exercices d'electrotechnique)
Electronics Lab: Logiciel Pspice et divers tutoriaux
Cours complet d'electronique: pleins de dossiers
Electronique de puissance
Memento technique complet
Conception, réalisation, simulation P(Spice) d'un système HIFI tri-amplifié.
Super site de Xcotton
Le Web Electronique ( des liens vers Pspice)
Formation technique en ligne

Programme de TSA1

Chapitre 1: Initiation au logiciel de simulation électronique: Pspice

 

Chapitre 2: Caractéristiques statiques des composants de base

Caractéristiques statiques d'une diode
Caractéristiques d'un transistor
Caractéristiques d'un thyristor
Caractéristiques d'un triac

Chapitre 3: Le redressement monophasé/ filtrage

Le redressement PD2
Calcul d'une alimentation stabilisée regulée de 5V

Chapitre 4: Etude des amplificateurs operationnels

Définition d'un AOP
Les montages amplificateurs en regime linéaire
Les comparateurs
Exemple d'etude: un filtre passe bas

Volume horaire : 30H

 

Programme de TSA2

Chapitre 1: Objet de l'electronique de puissance

Chapitre 2: Initiation au logiciel de simulation électronique: Pspice

Chapitre 3: Le redressement monophasé/ filtrage

Exercice 1:
Le redressement PD2
Exemple de calcul d'une alimentation continue

Chapitre 4: les regulateurs de tension PV

Travaux dirigés 1
Travaux dirigés 2
Travaux dirigés 2
Etude des amplificateurs operationnels
Exemple d'etude de schemas de regulateurs PV

Chapitre 5: Les onduleurs

Chapitre 6: Choix des composants d'electronique de puissance

Chapitre 7: Les harmoniques

Volume horaire : 60H

 

Contenu detaillé du Programme de TSA1

Chapitre 1: Initiation au logiciel de simulation électronique: Pspice

Se referer aux différents tutoriaux proposés ici

Chapitre 2: Etude des caractéristiques des composants de base en electronique

Caractéristiques statiques d'une diode

Caractéristiques d'un transistor bipoliare NPN

Travaux dirigés 1: Tbip1: Caractéristiques d'un transistor bipoliare NPN Realiser le schéma suivant transistor bipolaire NPN Pour une étude en DC ( Analysis/Setup/DC Sweep), on trace les caractéristiques Ic=Fn(Vce)pour différentes valeurs de Ib: la variable principale est Vce et la variable secondaire est Ib( Nested Sweep): transistor bipolaire NPN: analysis transistor bipolaire NPN: analysis On obtient la courbe suivante avec Probe transistor bipolaire NPN: analysis courbe

Caractéristiques d'un transistor CMOS

Travaux dirigés 2: Tbip2: Caractéristiques d'un transistor CMOS IRF150 ( International Rectifier) Realiser le schéma suivant transistor CMOS Le fabricant du transistor IRF150 (International Rectifier) fournit les caractéristiques: VDSmax = 100 V; IDmax = 38 A; Pmax = 150 W ; RDSon = 0.065 Ohms Pour une analyse en DC ( Analysis/Setup/DC Sweep), avec VDS variant de 0 à 50V et VGS comme variable secondaire ( Nested Sweep) variant de 0 à 8V, on trace Ids=Fn(VDS) transistor CMOS: analysis transistor CMOS: analysis On obtient la courbe suivante avec Probe transistor CMOS: analysis courbe Caractéristiques d'un thyristor Caractéristiques d'un triac

Chapitre 3: Le redressement monophasé/ filtrage

Le redressement PD2

pont redresseur Faire une analyse temporelle ( Transient) du circuit dans l'intervalle de 0 à 100ms on obtient la courbe suivante copie d'ecran du probe du pd2

Calcul d'une alimentation stabilisée regulée de 5V

Pour le details du cours se referer à cette page et voir le lien suivant: Realisation d'une alimentation stabilisée linéaire

Chapitre 4: Etude des amplificateurs operationnels

Définition d'un AOP

Les ampliicateurs operationnels

Les montages amplificateurs en regime linéaire

Les comparateurs

Exemple d'etude: un filtre passe bas

Se referer à cette pagepour faire les differentes simulations.

Volume horaire : 30H

Contenu detaillé du Programme de TSA2

Scripts CSS

Chapitre 1: Objet de l'electronique de puissance

Chapitre 2: Initiation au logiciel de simulation électronique: Pspice

Chapitre 3: Le redressement monophasé/ filtrage

Travaux dirigés 1: Le redressement PD1 avec transformateur pont redresseur avec une diode Travaux dirigés 2: Le redressement PD2 pont redresseur PD2 sans filtrage Faites ressortir les 3 courbes suivantes sur Probe pont redresseur PD2 sans filtrage Travaux dirigés 3:Se referer au tutorial 'spice_tutorial2' pont redresseur Faire une analyse temporelle ( Transient) du circuit dans l'intervalle de 0 à 100ms on obtient la courbe suivante copie d'ecran du probe du pd2
Exemple de calcul d'une alimentation continue

Chapitre 4: les regulateurs de tension PV

 

Dans ce chapitre, les différentes simulations possibles seront étudiées et guidées, le support choisi est simple mais complet: un montage amplificateur inverseur avec filtrage
  • Création de projets sous DesignLab.
  • Saisie du schéma sous Schematics avec définitions des sources.
  • Choix des directives d'analyses.

ANALYSES EFFECTUEES:

  • Analyse en continu
Détermination des points de repos Affichage des valeurs du point de repos sur le schéma Détermination de la caractéristique de transfert Prémière simulation sous Probe Analyse en fonction de la température
  • Analyse fréquentielle
Analyse du bruit
  • Analyse temporelle
Analyse de Fourrier
  • Analyse paramétrique: Trois méthodes
  • Analyse des performances d'un circuit
  • Description des options
  • Analyse en continu
Tracer le schéma suivant sous Schématics filtre passe bas Detremination de la focntion de transfert ( ou caracteristique de transfert, terme usuel).
Transfert Function... La caractéristique de transfert Vs/Ve = -1 est bien verifiée
Prémière simulation sous Probe : tracé de la fonction de transfert. Pour cela parametrer Setup Analysis comme suit:
  Le resultat est bien conforme à la théorie
Analyse en fonction de la température Pour analyser l'influence de la température sur la tension de décalage en sortie du montage, éditer le paramètre DC = 0 pour V1 et configurer l'analyse DC Sweep comme suit:
La variable est la température; la variation est lineaire Il est à remarquer qu'une variation importante de la température, -20°C à +70°C affecte peu la tension de décalage de sortie
  • Analyse fréquentielle AC
Le comportement du circuit est analysé en fonction de la fréquence. Dans l'exemple, le tracé des diagrammes de Bode permet de visualiser l'influence du condensateur C1. Pour cette simulation: supprimer le marqueur de sortie sur le schéma structurel, configurer la directive d'analyse conformement aux propositions ci-dessous,lancer la simulation, puis dans Add Trace, éditer DB(V(VS)/V(VE)) et P(V(VS)/V(VE))
Cliquer sur AC Sweep: seules les sources dont l'attribut AC a été affecté seront prises en compte dans cette simulation Decocher "Subcircuit; Alias name et Noise " dans Add Trace pour avoir les courbes essentielles
La frequence de coupure théorique à -3db est : fc = 1/(2*3.14*R*2*C1)=15.91kHz
Analyse du bruit La validation de Noise Enabled permet de déterminer le niveau de bruit d'un signal défini par Output. I/V détermine l'équipotentielle de référence ( la source) Interval détermine l'intervalle de fréquences pour lesquelles un tableau détaillé doit être sorti par le simulateur. courbe de bruit d'un signal Aux fréquences supérieures à la fréquence de coupure à - 3dB du montage, il subsiste un bruit résiduel de 18,2nV
  • Analyse temporelle
courbe de l'analyse de Fourier

Réglages classiques de transient

    Si la simulation ne s'effectue pas, ou avec une résolution insuffisante, éditer les deux paramètres suivants: - No-Print Delay et Strep-Ceilling. Laissez un espacement tab entre V(Vs) et V(Ve) dans Output Vars. Ces deux paramètres permettent de régler la majorité des problèmes de convergence dus à des transitions très brèves.  
courbe de l'analyse temporelle Dans cette simulation, le générateur de tension Vsrc est à remplacer par un générateur de type Vpulse, générateur de signaux rectangulaires, les attributs à définir sont les suivants: V= -12V; V2 = +12V;Td=0; TR= 1u; Tf =1u; PW = 100u; PER = 200U. La validation de goal function permet de mesurer directement les temps de montée et de descente du signal de sortie.

Analyse de Fourier

Cette analyse permet de réaliser le calcul des coefficients du développement en série de Fourier d'une ou plusieurs variables.
Center frequency: determine la fréquence du fondamental Number of harmonic: détermine le nombre d'harmoniques Output Vars: détermine les signaux à analyser
La tension Ve est analysée, signal carré de fréquence 50KHz, le nombre d'harmoniques est de quatre. Les résultats de l'analyse de Fourier sont enregistrés dans le fichier .OUT. courbe de l'analyse de Fourier
Cette analyse est principalement dédiée à la distorsion harmonique. L'analyse d'un signal carré fait apparaître un taux de distorsion important: 173,47%.
  • Analyse paramétrique: Trois méthodes

Il est possible de réaliser des simulations multiples en faisant varier la valeur d'un paramètre. Definir PARAM sous schematics. Definition de PARAM sous setup analysis Methode 1: variation de C Methode 2: variation de R Methode 3 : variation de R en Xvariable

Première solution: Condensateur C pris comme varaiable secondaire

Schemas sous schematics Schemas sous schematics
Editer les deux parametres: VAC et Parametric comme suit
Après lancement de la simulation, la fenêtre de sélection des graphes apparaît: On trace les diagrammes de Bode du gain en fonction des différentes valeurs de la capacité C1 qui a été placée en paramètre.

Deuxième solution: Resistance R2 pris comme varaiable secondaire

* Schemas sous schematics Schemas sous schematics Il est également possible de réaliser des analyses paramétrées lors d'analyses de type DC, en validant l'icône ci-dessous, dont la fenêtre de définition est la suivante: parametrage de DC Valeurs de Setup Analysis
   
Attention : ne pas oublier de valider Enable Nested Sweep. Remarque: l'axe Y a été modifié ( 0 à -13V) pour mettre en evidence la tension de saturation de l'amplificateur opérationnel.

Troisième solution: Resistance R2 pris comme varaiable principale X

Valeur de Setup Analysis
   
La caractéristique de Vs en fonction de R2 est visualisée:

4.2 Cas particulier du NE555

Montage NE555 Vous l'attendiez tous, le voici: le 555 monté en astable... Reproduisez le schéma ci-dessous et, dans un premier temps, ne modifiez pas les valeurs indiquées pour R1, R2 et C2. N'oubliez pas le voltmètre en sortie du 555 (broche 3). Ni la masse!!! Analyse du circuit NE555
Le paramétrage de l'analyse se limitera à Transient, avec un Print Step de .1s et un Final Time de 10s. Là encore, ne modifiez pas ces valeurs dans un premier temps. Analyse du circuit NE555
Comme on pouvait s'y attendre, le 555 produit un beau signal bien rectangulaire en sortie: Analyse du circuit NE555
Parmi les points intéressants à mesurer figurent la période et le rapport cyclique. . On obtiendra facilement ces valeurs grâce à Eval Goal Function: . Analyse du circuit NE555
Avec les valeurs retenues pour R1, R2 et C2, nous trouvons: Analyse du circuit NE555 Analyse du circuit NE555
Le résultat est donc un signal périodique dont la période est très proche de la seconde (et par suite la fréquence proche de 1 Hz), avec un rapport cyclique voisin de 50%. Revenons à notre schéma et ajoutons un ampèremètre, de manière à mesurer le courant qui traverse la résistance R3 en sortie du 555: Analyse du circuit NE555
Lançons la simulation. A première vue, le résultat est étrange: Analyse du circuit NE555
On pourrait croire que l'intensité (trace rouge) est nulle, ce qui bien entendu est forcément faux... Cliquez sur V(Vs) pour sélectionner cette trace et supprimez-la à l'aide de Cut (les ciseaux) ou Suppr. Aussitôt, le graphe se transforme comme ceci: Analyse du circuit NE555
Nous avons bien cette fois une image de l'évolution dans le temps de l'intensité. Améliorez la lisibilité du graphe en allant dans le menu Plot; faites Axis settings.../Y Axis/Data Range/User Defined...

4.3 Exemple d'etude de schemas de regulateurs PV

Nous vous donnons quelques schémas de regulateurs de charge PV Exemple 1: cliquez ci-dessous

Regulateur à faible pertes

Exemple 2: cliquez ci-dessous

Regulateur Shunt

Exemple 3: cliquez ci-dessous Chargeur de batterie de 53W Se referer ici au schema saisi sous Pspice

Chapitre 5: Les onduleurs

Exemple 1: cliquez ci-dessous

Convertisseur DC/AC

Chapitre 6: Choix des composants d'electronique de puissance

Chapitre 7: Les harmoniques

Volume horaire : 60H

 

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