Cours Simulation Proteus Isis

cf-RIVALIN -PROTIAL-6.2-31-

LES DIFFERENTS OUTILS DE SIMULATION:

1ère partie: Les Sources de Tension

Pour disposer d'une source de tension, il faut sélectionner la touche "Générateur"du clavier du logiciel ISIS:

La liste des générateurs disponibles apparaît (voir ci-contre), vous offrant lechoix entre plusieurs types de sources de tension:

En plaçant l'une des sources proposées, puis en la sélectionnant et l'éditant, onobtient un écran permettant de définir les caractéristiques de la source concernée; onconstate alors qu'il est toujours possible de changer de type de source s'il y avait erreurdans le choix premier:

1er type de source: La source de tension continue

C'est l'exemple de l'écran précédent, la seule caractéristique à saisir est la valeur de la tension, celaaprès avoir bien sûr nommé la source.


2ème type de source:

La source de tension sinusoïdale

C'est l'exemple de l'écran ci-contre:

Toutes les caractéristiques d'une tensionsinusoïdale peuvent être saisies:

- tension de décalage(offset),- amplitude ou amplitude crête à crête ou

valeur efficace (RMS),-fréquence ou période ou nombre de cycles

par graphes,- temps de retard ou déphasage,- facteur d'amortissement.


La source de tension rectangulaire

C'est l'exemple de l'écran ci-contre:Toutes les caractéristiques d'une tension

rectangulaire peuvent être saisies:- tension au niveau bas (low),- tension au niveau haut (high),- date du premier front par rapport à l'origine

des temps,- temps de montée et de descente,- largeur d'implusion en secondes ou rapport

cyclique en pourcentage,- fréquence ou période ou nombre de cycles

par graphes.


La source de tension linéairepar segments.

C'est l'exemple de l'écran ci-contre.

Les caractéristiques d'une telle tension sont àsaisir de la façon suivante:

- valeurs maximale et minimale des dates(abscisses) et tensions (ordonnées),

- clic gauche pour fixer les limites de segments,- clic gauche maintenu pour déplacer ces

points,- clic droit pour supprimer ces points.



Un fichier


Il s'agit de spécifier un fichier contenant unsignal.


Fichier son


Situation identique au cas pécédent, à cela

près que l'amplitude, la tension de décalage,

voire les canaux, peuvent également être saisis.


La source de tension exponentielle


Les caractéristiques d'une telle tension sontsaisies de la façon suivante:

- tension minimale (low),- tension maximale (high),- dates de début des phases de croissance et

de décroissance des tensions,- durées de croissance ou de décroissance de

la tension.


Une tension modulée en fréquence


Les caractéristiques d'une telle tension sontsaisies de la façon suivante:

- tension de décalage,- amplitude,- fréquence de la porteuse,- fréquence du signal de modulation,- indice de modulation.

REMARQUE:

Toute source de tension peut-être

transformée en une source de courant en

cliquant la case correspondante; dans le

cas d'une source de courant continue, c'est

l'intensité du courant qui doit être saisie en

place de la tension.


Un état logique


Les caractéristiques d'une telle tension sont

définies en états haut ou bas dits fort ou faible, en

liaison aux alimentations, ou flottant.



Un front logique


Les caractéristiques d'un tel signal sont saisiesde la façon suivante:

- type de front choisi (montant oudescendant),

- date de ce front par rapport à l'origine destemps.


Une impulsion logique


Les caractéristiques d'un tel signal sont saisies

de la façon suivante:

- type d'impulsion (positive ou négative),

- dates de départ et de fin ou largeur de

l'impulsion.


Une horloge


Les caractéristiques d'une telle tension sont

définies en fonction d'un état initial haut ou bas,

date du 1er front, fréquence ou période.



Un générateur de séquenceslogiques

C'est l'exemple de l'écran ci-contre:Les caractéristiques d'un tel signal sont saisies

de la façon suivante:- l'état de départ,- la date du 1er front,- la durée des impulsions,- la continuité périodique ou l'arrêt au bout

d'un certain nombre de fronts.

REMARQUE:

Toute source de tension peut-être placée à n'importe quelendroit du schéma, sans nécessiter l'interruption du circuit en aval:pour cela il suffit de cocher la case "Isoler avant" ce qui revient defait à ne pas considérer ce qui précéde cette source.

2ème partie: Les Sondes de Tension

Pour disposer d'une sonde de tension, il faut sélectionner la touche"Sonde de tension" du clavier du logiciel ISIS:

L'écran ci-contre apparaît alors, vous obligeantà renseigner quelques rubriques.

La sonde doit être nommée comme tout autreobjet sur le schéma.

Il est possible sans modifier le schéma deconsidérer que le circuit est ouvert après lasonde: pour cela il faut sélectionner "Isoleraprès".

De même on peut sans placer de nouveau composant "Charger à la masse" par une résistancedont la valeur sera à préciser dès que cette option aura été sélectionnée.

Le résultat de la simulation à cette sonde peut être sauvegardé dans un fichier, et peut donc êtreréutilisé comme générateur de tension ainsi que vu à la partie précédente.


3ème partie: Les Sondes de Courant

Pour disposer d'une sonde de courant, il faut sélectionner latouche "Sonde de courant" du clavier du logiciel ISIS:

L'écran ci-contre apparaît alors, vous obligeantà renseigner quelques rubriques:

Mais celles-ci sont moins nombreuses quedans le cas des sondes de tension.

4ème partie: Les Graphes

Pour disposer d'une graphe, il faut sélectionner la touche "Graphe desimulation" du clavier du logiciel ISIS:

L'écran ci-contre apparaît alors, permettant le choix entre plusieurs type degraphes:

Pour disposer un graphe sur la feuille de travail, il suffit de tracer unrectangle: clic gauche maintenu d'un angle de départ à l'angle opposéfinal.

En plaçant l'un des graphes proposés, puis en la sélectionnant et l'éditant, onobtient un écran permettant de définir les caractéristiques du graphe concerné;nous allons les énumérer ci-dessous.

1er type de graphe:

Le graphe analogique

La durée du graphe est fixée par les dates de départ et de fin de simulation exprimées ensecondes.

Ce type de graphe permet de représenter tous les types de tension souhaités, qui sontdistinguées par leurs couleurs.



2ème type de graphe: Le graphe logique ou digital

La durée du grapheest fixée par les dates dedépart et de fin de simula-tion exprimées en secon-des.

Ce type de graphepermet de représenter dessignaux logiques, doncdans ce cas les tracesapparaîtront les unes sousles autres.

3ème type de graphe: Le graphe mixte

La durée du grapheest fixée par les dates dedépart et de fin de simula-tion exprimées en secon-des.

Ce type de graphepermet de représentersimultanément des ten-sions et des signaux logi-ques, combinaison desdeux types de grapheprécédents.

4ème type de graphe: Le graphe de réponse en fréquence

Les limites dugraphe sont fixées par lesvaleurs des fréquencesbasse et haute. Lesintervalles peuvent êtrefixés en décades ou octa-ves.

Il doit toujours yavoir une référence deprise: en général une ten-sion d'entrée par rapportà laquelle le gain est cal-culé.


5ème type de graphe: Le graphe de transfert

Ce type de graphepermet de déterminer lacaractéristique de transfertd'un circuit.

Il peut fonctionneravec deux références (ten-sion et courant parexemple).

Pour chacune d'en-tre-elles il doit être saisi les

valeurs initiale et finale.

6ème type de graphe: Le graphe d'analyse de bruit


Il doit toujours yavoir une référence deprise: en général une ten-sion d'entrée par rapportà laquelle le niveau de bruitest calculé.

7ème type de graphe: Le graphe d'analyse de distorsion


Il doit toujours yavoir une référence deprise: en général une ten-sion d'entrée par rapportà laquelle le taux dedistortion est calculé.


8ème type de graphe: Le graphe de Fourier

Ce type de graphe

permet d'obtenir la dé-

composition en série de

Fourier de tensions.

Les dates de début

et fin d'analyse ainsi que la

fréquence maximale

doivent au préalable être

saisies.

9ème type de graphe: Le graphe d'analyse audio

Les limites dugraphe sont fixées par lesdates initiale et finale.

Ce graphe fonc-tionne comme un grapheanalogique, et de plus latension obtenue est trans-formée en un son, dans lamesure où vous êteséquipé d'une carte son etde haut-parleurs.

10ème type de graphe: Le graphe d'analyse interactive

Ce type de graphefonctionne comme ungraphe mixte.

De plus il prend encompte les changementsd'état de composants issusde la bibliothèque"Active", dans les limitesde durée de simulationfixées.


11ème type de graphe: Le graphe de conformité

Le graphe deconformité est un graphenumérique qui permet devisualiser successivementune tension dans unpremier contexte, puis lamême tension dans unautre contexte, cela de

deux couleurs différentes.

12ème type de graphe: Le graphe d'analyse statique avec variationd'une constante

Les limites du

graphe sont fixées par les

valeurs basse et haute de

la variable de balayage,

par exemple une résistance

variable. On peut de cette

façon étudier, entre autres,

la variation d'un point de

repos en fonction de la

valeur d'une résistance.

13ème type de graphe: Le graphe d'analyse dynamique avec variationd'une constante

Les limites dugraphe sont fixées par lesvaleurs basse et haute dela variable de balayaged'une part, des valeurshaute et basse de la fré-quence d'autre part. Onpeut de cette façon étudierla variation de la réponseen fréquence d'un étageamplificateur avec varia-tion de la valeur ducoefficient β du transistor.


AJOUT DE COURBES SUR LE GRAPHE:

Tout d'abord n'oubliez jamais de nommer les bornes de masse GND afin que le potentiel deréférence soit bien connu:

Il existe deux façons d'ajouter une courbe sur un graphe:

- soit en sélectionnant (clic droit) puis tirant(clic gauche maintenu) la sonde concernée àl'intérieur du cadre du graphe,

- soit en utilisant l'instruction "Ajouter courbe" du menu déroulant "Graphe".

Les courbes pouvant être ajoutées apparaissent lorsqu'on clique sur l'ascenseur de la premièresonde.

Après avoir choisi l'une des sondesde la liste, on peut indiquer le type decourbe souhaitée (analogique, numéri-que, phase ou bruit) si le graphechoisi le permet. La courbe prend le nomde la sonde choisie.

De même on peut indiquer l'axechoisi (droite ou gauche).

Par exemple une sonde de tensionsera plutôt placée à gauche et une sondede courant plutôt à droite. Par contre surun graphe en fréquence le gain figureratoujours à gauche et la phase à droite.

Toute courbe obtenue à partir d'une sonde de tension est obligatoirement référencée à la masse.Pour obtenir la courbe d'une tension aux bornes d'un composant non référencé à la masse, il faut définirl'expression de cette tension en fonction des sondes disponibles comme le montre l'écran ci-dessous; ilest alors nécessaire de donner un nom à cette courbe:

Les propriétés de n'importe qu'elle courbe peuvent être éditées par une clic droit suivi d'un clicgauche sur le titre de la courbe à l'intérieur du graphe:

LANCEMENT DE LA SIMULATION:

La simulation est commandée par l'instruction "Simuler graphe" du menu déroulant "Graphe".

L'avancement de cette phase est signalé par un bargraph en bas à gauche de l'écran:

Quand la simulation est terminée, les courbes apparaissent alors sur le graphe.



LECTURE ET INTERPRETATION DES GRAPHES:

Par un clic gauche sur la bande verte du titre du graphe, on met le graphe en plein écran ou, enbascule, on revient à la page du schéma.

Par un clic gauche sur la courbe qui vous intéresse, vous obtenez les coordonnées (abscisse etordonnée de chaque point visé) en bas de votre écran:

Vu que l'axe des temps est le même pour toutes les courbes, il apparaît toujours en vert(time),tandis que l'axe des tensions apparaît de la même couleur que la courbe pointée.

Une deuxième date de mesure peut être fixée par un clic gauche simultané à une action sur latouche CTRL du clavier de l'ordinateur. Les coordonnées des mesures aux deux dates apparaissent enbas de l'écran, ainsi que l'écart de temps (DX) et l'écart de tension (DY).

QUELQUES EXEMPLES DE SIMULATION:

1ère partie: Avec des générateurs numériques et ungraphe numérique:

Lorsque l'on utilise des générateurs numériques avec des opérateurs logiques exclusivement, il n'estguère nécessaire de prévoir autre chose qu'un graphe numérique.

2ème partie: Utilisation d'un graphe de simulationanalogique

Toutes les sortes de générateurs disponibles peuvent être utilisés dans le cas d'une simulationanalogique.

Comme vous le constatez sur le graphe de la page suivante, les tensions représentées le sont toutessur le même axe des ordonnées.



3ème partie: Utilisation d'un graphe de simulationmixte

Dans le cas du circuit précédent, les sondes prélevant les signaux de sortie sont étiquettéesAnalogique ou Numérique, par les indices a et d, car le simulateur ne supporte pas d'afficher deux courbesà partir d'une même sonde.

Lors de l'ajout d'une courbe (obligatoirement CTRL+A) le type de courbe, Analogique ouNumérique, doit être précisé.

Comme vous le constatez sur le graphe de la page suivante, les courbes analogiques sont toutesreprésentées sur le même axe des ordonnées, tandis que les courbes numériques sont représentées de lamême façon que sur un graphe digital.

4ème partie: Utilisation d'un graphe de réponse enfréquence.

L'utilisation d'un graphe de réponse en fréquence permet d'afficher gain et phase, le premier à gauche,le second à droite.

L'amplitude et la fréquence du signal d'entrée éditées au niveau du générateur n'ont strictement aucuneimportance à ce moment là.

Il est nécessaire de définir une référence d'entrée pour ces calculs, ainsi que cela apparaît lors del'édition du graphe (voir page suivante).



5ème partie: Utilisation d'un graphe de transfert

L'utilisation d'un graphe de transfert permet d'afficher la caractéristique de transfert de la variablede sortie en fonction de la variable d'entrée.

Il est nécessaire de définir une référence d'entrée pour ces calculs, ainsi que cela apparaît lors del'édition du graphe (voir ci-dessous).



6ème partie: Utilisation d'un graphe de bruit.

L'utilisation d'un graphe de bruit permet d'afficher le niveau de bruit en sortie en fonction de la variabled'entrée.

Il est nécessaire de définir une référence d'entrée pour ces calculs, ainsi que cela apparaît lors del'édition du graphe (voir ci-dessous).

L'exemple ci-dessous reprend le filtre vu à la quatrième partie.


7ème partie: Utilisation d'un graphe de distorsion

L'utilisation d'un graphe de distorsion permet d'afficher le niveau de distorsion en sortie en fonctionde la variable d'entrée. Il est nécessaire de définir une référence d'entrée pour ces calculs, ainsi que celaapparaît lors de l'édition du graphe (voir ci-dessous).


8ème partie: Utilisation d'un graphe de Fourier

L'utilisation d'un graphe de Fourier permet d'afficher la décomposition en série de Fourier den'importe quelle tension.

L'exemple ci-dessous reprend l'amplificateur vu à la septième partie, mais alimenté par une tensionrectangulaire d'amplitude +/-1V à la fréquence 1kHz; l'analyse est faite sur une durée de 1s.

9ème partie: Utilisation d'un graphe "audiophonique"

L'utilisation d'un graphe audiophonique est identique à celle d'un graphe analogique; cependant unfichier audio doit être utilisé en source; le graphe affiche le signal analogique demandé.De plus, aprèsaffichage du résultat de la simulation sur graphe, le signal sonore correspondant est émis via la carte son del'ordinateur.


10ème partie: Utilisation d'un graphe interactif

Dans le cas présent, des composants issus de la librairie Active peuvent être placés et changer d'étatdurant la phase de simulation.

La durée de simulation doit fréquemment être longue en conséquence.



11ème partie: Utilisation d'un graphe de conformité

La simulation envisagée porte sur le monostable dont le schéma figure ci-dessous: la valeur de larésistance est dans un premier temps de 15kΩ, puis elle sera portée à 18kΩ.

La simulation du fonctionnement s'opère dans un premier temps comme dans tous les cas précédents,la première courbe s'affiche en jaune, la seconde en bleu.

A l'issue de la simulation, le résultat doit être sauvegardé par un clic sur l'option Sauvegarderrésultats de la fenêtre d'édition du graphe.

A la demande de nouvelle simulation, répondez NON, les courbes du graphe apparaissent alors decouleur grise.


Après avoir modifié la valeur de la résistance, l'analyse de conformité est exécutée par la commandede cette option dans le menu déroulant "Graphe".

Un message avertit de la fin de cette opération,

puis les nouvelles courbes apparaissent, les anciennes données figurant toujours de couleur grise.

En cas de nouvelle simulation ne nécessitant pas de garder les premières données, le graphe doit êtreréinitialisé, par un clic sur l'option Reset graphe de la fenêtre d'édition.


7ème partie: Utilisation d'un graphe d'analyse en continuavec variation d'une constante

Dans l'exemple ci-dessous, la résistance R2 n'a pas de valeur fixe, il lui a été attribué la valeur X.

C'est au moment de l'édition du graphe que des valeurs sont données à cette résistance, dans ce casnous allons examiner les variations des potentiels Vb, Vc et Ve du transistor en fonction des variations dela résistance R2 entre 800Ω et 1KΩ.

Le résultat de la simulation s'affiche alors en fonction des variations de la résistance. Cette opérationpeut également être faite avec des caractéristiques du transistor telle le β, comme nous allons le voir dansl'analyse suivante en mode alternatif.


8ème partie: Utilisation d'un graphe d'analyse enalternatif avec variation d'une constante

Dans l'exemple ci-dessous, c'est la caractéristique intrinsèque du transistor qui n'a pas de valeur fixe.


A l'édition du graphe, on attribue une valeur conprise entre 100 et 300.

C'est le gain de cet étage que le simulateur va calculer en fonction des 10 valeurs de la variablecomprise entre 100 et 300.


SOMMAIRE

SAISIE DE SCHEMA:

Saisie de schéma sous ISIS page 2Définition des dimensions de la feuille de travail page 2Définition des propriétés du dessin page 3Placement du cartouche page 4Recherche des composants page 5Sélection des composants page 6Placement des composants sur la feuille de travail page 6Utilisation de la touche Edition instantanée page 7Placement des bornes d'entrée, de sortie et d'alimentation page 8Réalisation des liaisons entre composants page 9Dénomination des liaisons page 9Edition de la liste du matériel nécessaire page 10Sauvegarde du fichier dessin page 11Impression du schéma page 12Les claviers d'ISIS page 13Les menus déroulants d'ISIS page 14

ROUTAGE DES CARTES IMPRIMEES:

Accès au logiciel ARES à partir d'ISIS page 16Les claviers d'ARES page 17Tracé des limites de la carte imprimée page 18Les autres tracés en mode graphique page 19Disposition des pastilles correspondants aux liaisons extérieures page 20Disposition des composants page 21Raccordement entre les pastilles extérieures et les composants page 21Préparation du routage automatique page 22Réalisation du routage automatique page 23Changement de pastilles page 24Finition du routage en mode manuel page 25Définition d'un plan de masse page 27Sauvegarde des fichiers page 28Impression des différentes vues page 28Les menus déroulants d'ARES page 30

SIMULATION:

Les différents outils de simulation page 31Les sources de tensions page 31Les sondes de tension page 36Les sondes de courant page 36Les graphes page 37Ajout de courbes sur le graphe page 42Lancement de la simulation page 43Quelques exemples de simulation page 45

Documents

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