pspice_matemat.pdf

Opis wybranych elementów programu PSPICE 1/10

1. Wstęp

Posługiwanie się programem PSPICE składa się z następujących faz:

Faza 1 Edycja listy połączeń za pomocą typowego edytora tekstu. Podczas tej fazy należy utworzyć zbór

tekstowy zawierający listę połączeń symulowanego obwodu , dla takiego zbioru przyjęto rozszerzenie

*.cir . Przykładowo zbiór gr1.cir

Faza 2 Analiza obwodu

Podczas tej fazy następuje obliczanie przebiegów napięć i prądów w symulowanym obwodzie. Dla

wykonania symulacji należy uruchomić program pspice1 wraz z nazwą zbioru w którym znajduje się

lista połączeń symulowanego obwodu. Przykładowo pspice1 gr1.cir. W wyniku takiego działania

zostanie wykonana symulacja obwodu ze zbioru gr1.cir i jeśli nie wystąpią błędy powstaną dwa

zbiory:

gr1.out −zbiór z raportem symulacji,

gr1.dat −zbiór z danymi do wizualizacji wyników przez program probe.

W przypadku gdy wystąpią błędy utworzony zostanie tylko zbór gr1.out zawierający informację o

typie i miejscu występowania błędów. W celu usunięcia błędu należy przejść do fazy 1 i poprawić błąd

(w zbiorze typu cir).

Faza 3 Wizualizacja przebiegów prądu i napięcia

Po poprawnym wykonaniu fazy 2 należy uruchomić program probe gr1.dat. Program ten używa

ostatni dobrze zasymulowany zbór o rozszerzeniu dat. Przykładowo gr1.dat. Posługując się tym

programem można wykonać wymagane wykresy przebiegów prądów i napięć symulowanego obwodu.

Uproszczone zasady tworzenia listy połączeń:

• na początku należy ponumerować węzły obwodu elektrycznego (można stosować również nazwy np: wej,

wyj), jeden z węzłów stanowiący punkt odniesienia musi mieć numer zero 0 - węzeł masy,

• pierwsza linia jest linią tytułu analizy nawet jeśli jest pusta,

• linie zaczynające się od litery definiują element obwodu przykładowo: R - rezystor, C -kondensator,

V - źródło napięciowe, I -źródło prądowe, L -indukcyjność itd,

• linia R1 10 20 3.3e3 definiuje rezystor R 1 o wartości rezystancji 3.3e3= 3300Ω, połączony z węzłem 10

i 20,

• linia C5 3 5 2.2e-6 definiuje kondensator C 5 o wartości pojemności 1e-6=2.2µF, połączony z węzłem 3 i 5,

• w programie stosowana jest kropka dziesiętna zamiast przecinka dziesiętnego,

• linie zaczynające się od kropki zawierają rozkazy,

• linie zaczynające się od znaku * są liniami komentarza,

• znak + na początku linii oznacza kontynuację poprzedniej linii,

• do każdego węzła muszą być podłączone co najmniej dwa elementy,

• każdy węzeł musi posiadać stałoprądowe połączenie z masą układu,

• obwód nie może zawierać oczek składających się wyłącznie ze źródeł napięcia i indukcyjności,

• po znaku ; średnika w linii można umieścić komentarz,

• na końcu listy połączeń musi znajdować się rozkaz .END.

Dokładne informacje dotyczące programu znajdują się w książkach [1,2,3,4].

2. Wybrane elementy

2.1 Źródło napięcia sterowane napięciowo E

W programie PSPICE do modelowania bloków funkcjonalnych można zastosować liniowe źródło napięcia

sterowane napięciowo ( E ).

Rys. 1. Element E - liniowe źródło napięcia sterowane napięciowo

Opis wybranych elementów programu PSPICE 2/10

Posiada ono dwa węzły wejściowe, do których podłącza się napięcie sterujące oraz dwa węzły wyjściowe, na

których otrzymujemy napięcie wytworzone przez to źródło. Widok takiego elementu pokazano na rys. 1.

Źródło napięcia sterowane napięciowo E ( voltage controlled voltage source ) jest w tekstowych wersjach

programu jest opisane przy pomocy następujących deklaracji:

E<name> <+N> <-N> <+NC> <-NC> <gain>

E<name> <+N> <-N> POLY(<value>) < <+NC> <-NC> >* < <polynomial coefficient value> >*

E<name> <+N> <-N> VALUE={<expression>}

E<name> <+N> <-N> TABLE {<expression>} <<input value>, <output value>>*

E<name> <+N> <-N> LAPLACE {<expression>} ={<transform>}

E<name> <+N> <-N> FREQ { <expression> } = [KEYWORD] < <frequency value>,

+<magnitude value>,<phase value> >* [DELAY = <delay value>]

E<name> <+N> <-N> CHEBYSHEV { <expression> } = <[LP] [HP] [BP] [BR]>,

+<cutoff frequencies>*,<attenuation>*

gdzie:

+N, -N – numery węzłów napięcia wyjściowego,

+NC,-NC – numery węzłów węzła sterującego,

value – wartość,

expression – wyrażenie,

LP – filtr dolnoprzepustowy,

HP – filtr górnoprzepustowy,

BP – filtr pasmowoprzepustowy,

BR – filtr pasmowozaporowy,

KEYWORD – określa typ danych w tablicy DB, MAG, RAD, DEG, R_I,

cutoff frequences – częstotliwości zaporowe,

attenuation – tłumienie w paśmie zaporowym

gain – wzmocnienie,

Przykłady użycia źródła napięcia sterowanego napięciowo E :

EBUFF 1 2 10 11 1.0

EAMP 13 0 POLY(1) 26 0 500

ENLIN 100 101 POLY(2) 3 0 4 0 0.0 13.6 0.2 0.005

ESQRT 10 0 VALUE = {SQRT(V(5))}

ETAB 20 5 TABLE {V(2)} (-5v,5v) (0v,0v) (5v,-5v)

E1POLE 10 0 LAPLACE {V(1)} {1/(1 + s)}

EATTEN 20 0 FREQ {V(100)} (0,0,0 10,-2,-5 20,-6,-10)

ELOWPASS 5 0 FREQ {V(10)} = (0,0,0) (5kHz,0,0) (6kHz-60,0) DELAY=3.2ms

ELOWPASS 5 0 CHEBYSHEV {V(10)} = LP 800 1.2K .1dB 50dB

ET2 2 0 TABLE {V(ANODE,CATHODE)} = (0,0) (30,1)

2.2 Analiza stanów nieustalonych, analiza czasowa .TRAN ( transient )

Podczas analizy stanów nieustalonych ( transient ) obliczane są przebiegi czasowe prądów i napięć w przyjętym

przedziale czasu. Warunki początkowe są określane w dokonywanej wcześniej analizie stałoprądowej. Postać

ogólna rozkazu analizy:

. TRAN T STEP T STOP < T START < T MAX >> < UIC >

gdzie:

T STEP – krok wykreślania wyników analizy,

T STOP – czas końca analizy

T START – czas rozpoczęcia gromadzenia wyników analizy (domyślnie przyjęta jest wartość zerowa)

T MAX – maksymalny krok analizy,

UIC – ( use initial conditions ) uwzględnij warunki początkowe.

Przykłady zastosowania:

.TRAN 1nS 100nS

.TRAN/OP 1nS 100nS 20nS UIC

.TRAN 1nS 100nS 0nS .1nS

Opis wybranych elementów programu PSPICE 3/10

Instrukcja analizy widmowej .FOUR (Fourier)

Instrukcja ta uruchamia analizę widmową, działa wyłącznie podczas analizy stanów nieustalonych razem

z instrukcją Tran . Postać ogólna rozkazu analizy:

. FOUR < FREQ > [no. harmonics value] <output variable>

gdzie:

FREQ – częstotliwość podstawowej harmonicznej,

no. harmonics value – ilość analizowanych harmonicznych,

output variable – nazwa zmiennej.

Analiza widmowa jest wykonywana w przedziale czasu od chwili ( T STOP -1/ FREQ ) do chwili T STOP . Oznacza to

więc, że czas T STOP (analizy Tran) musi być większy od czasu 1/ FREQ . Dla uzyskania odpowiedniej

rozdzielczości analizy widmowej należy przyjąć maksymalny krok analizy T MAX <(1/(100* FREQ ). Efektem

działania rozkazu jest umieszczenie tablicy wyników w pliku o rozszerzeniu out.

Przykłady zastosowania:

.FOUR 10kHz V(5) V(6,7) I(VSENS3)

.FOUR 60Hz 20 V(17)

.FOUR 10kHz V([OUT1],[OUT2])

.FOUR 50Hz 10 V(10)

Ostatnia z przykładowych instrukcji powoduje umieszczenie w pliku out następującego wyniku

FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(10)

DC COMPONENT = 1.051946E-03

HARMONIC FREQUENCY FOURIER

COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

NORMALIZED PHASE NORMALIZED

1 5.000E+01

1.273E+00

1.000E+00

-1.848E-01

0.000E+00

2 1.000E+02

2.104E-03

1.652E-03

8.959E+01

8.977E+01

3 1.500E+02

4.244E-01

3.333E-01

-5.545E-01

-3.696E-01

4 2.000E+02

2.104E-03

1.652E-03

8.918E+01

8.936E+01

5 2.500E+02

2.546E-01

2.000E-01

-9.241E-01

-7.393E-01

6 3.000E+02

2.104E-03

1.652E-03

8.876E+01

8.895E+01

7 3.500E+02

1.819E-01

1.428E-01

-1.294E+00

-1.109E+00

8 4.000E+02

2.104E-03

1.652E-03

8.835E+01

8.854E+01

9 4.500E+02

1.415E-01

1.111E-01

-1.663E+00

-1.479E+00

10 5.000E+02

2.104E-03

1.652E-03

8.794E+01

8.812E+01

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 4.287968E+01 PERCENT

Źródło napięciowe V

V<name> <+N> <-N> [[DC] <value>] [AC <amplitude> [<phase>]] [ <transient> ]

podczas analizy czasowej ( transitient ) można stosować jeden z wybranych typów sygnałów :

• <value>,

• EXP(iv vpk rdelay rtc fdelay ftc),

• PULSE(v1 v2 T d T r T f pw okres),

• PWL( T 1 V 1 T 2 V 2 T 3 V 3 ... T n V n ),

• SFFM( V O V A f c V m f m ),

• SIN( V O V A FREQ T d THETA PHASE ).

Przykłady zastosowań:

VBIAS 13 0 2.3mV

VAC 2 3 AC .001

VACPHS 2 3 AC .001 90

VPULSE 1 0 PULSE(-1mV 1mV 2ns 2ns 2ns 50ns 100ns)

V3 26 77 DC .002 AC 1 SIN(.002 .002 1.5MEG)

Wybrane typy źródeł napięcia i prądu stosowane podczas analizy czasowej ( transitient )

SIN – sinusoidalne źródła napięcia lub prądu

V<name> +N -N SIN( V O V A FREQ T d THETA PHASE )

co odpowiada napięciu opisanemu przez następującą zależność

NO (HZ)

Opis wybranych elementów programu PSPICE 4/10

name

exp

(

−

( )

−

THETA

) ( ) (

sin

(

−

PHASE

360

)

gdzie:

V O – napięcie przesunięcia względem zera (składowa stała) [V],

V A – amplituda [V],

f = FREQ – częstotliwość [Hz],

T d – czas opóźnienia [s],

THETA – współczynnik tłumienia/sekundę,

Phase – kąt przesunięcia fazowego w stopniach.

Jeżeli T d , THETA and PHASE są nie podane to przyjmowana jest ich zerowa wartość.

Przykłady zastosowania:

VG 1 2 SIN(5 10 50 0.2 0.1)

Vcos 1 2 SIN(0 5 50 0 0 90)

VG2 3 4 SIN(0 10 50)

W ostatnim przykładzie generowany jest sygnał sinusoidalny o amplitudzie 10V i częstotliwości 50Hz.

PWL – źródło o przebiegu odcinkowo liniowym napięcia lub prądu

Vname +N -N PWL( T 1 V 1 T 2 V 2 T 3 V 3 ...)

gdzie: T i i V i określają wartości napięcia dla określonego czasu.

Rys. 2. Wykres przebiegu czasowego napięcia dla powyższego przykładu z dyrektywą PWL

V 1 – napięcie początkowe,

V 2 – napięcie szczytowe,

T d – czas opóźnienia,

T r – czas narastania,

T f – czas opadania,

PW – szerokość impulsu,

Period – okres powtarzania impulsu.

Ilustracja definicji poszczególnych parametrów opisujących impuls została pokazana na rys. 3.

Rys. 3. Definicje czasów dla dyrektywy PULSE

Przykład zastosowania:

VSW 10 5 PULSE(1V 5V 1sec .1sec .4sec .5sec 2sec)

Przykład zastosowania:

Vg 1 2 PWL(0 0 10U 5 100U 5 110U 0)

PULSE – impulsowe źródło sygnałów

V<name> <+N> <-N> PULSE( V 1 V 2 T d T r T f PW Period )

gdzie:

Opis wybranych elementów programu PSPICE 5/10

SFFM – sinusoidalne źródła napięcia lub prądu o modulowanej częstotliwości

V<name> +N -N SIN( V O V A F C V m F m )

co odpowiada przebiegowi opisanemu przez następującą zależność

name

sin

(

TIME

sin

( )

TIME

)

gdzie:

V O – napięcie przesunięcia względem zera (składowa stała) [V],

V A – amplituda fali nośnej [V],

V m – amplituda fali modulującej [V],

f c – częstotliwość fali nośnej [Hz],

f m – częstotliwość fali modulującej [Hz],

Przykład zastosowania:

VMOD 10 5 SFFM(2 1 8Hz 4 1Hz)

2.3 Analiza częstotliwościowa (.AC)

Podczas analizy częstotliwościowej określane są wielkości wyjściowe prądów i napięć w funkcji częstotliwości

Postać ogólna rozkazu analizy:

.AC LIN NP F START F STOP

.AC DEC ND F START F STOP

.AC OCT NO F START F STOP

gdzie:

F START – częstotliwość początkowa analizy,

F STOP – częstotliwość końcowa analizy,

LIN – określa liniowe zmiany częstotliwości,

NP – ilość punktów analizy,

DEC – określa dekadowe zmiany częstotliwości,

ND – ilość punktów analizy na dekadę,

OCT – określa oktawowe zmiany częstotliwości,

NO – ilość punktów analizy na oktawę.

Przykłady zastosowania:

.AC DEC 10 1000 1E6

.AC LIN 101 10Hz 200Hz

.AC OCT 10 1KHz 16KHz

.AC DEC 20 1MEG 100MEG

2.4 Definiowanie parametru globalnego (.PARAM)

Instrukcja pozwalająca na definiowanie parametru globalnego. Postać ogólna rozkazu:

.PARAM < <name>=<value> >

.PARAM < <name>=<{expression}> >

gdzie:

name – nazwa parametru,

value – wartość parmetru,

expression – wyrażenie.

Przykłady stosowania:

.PARAM pi=3.14159265

.PARAM RSHEET=120, VCC=5V

.PARAM VSUPPLY = 5V

.PARAM VCC = 12V, VEE = -12V

.PARAM BANDWIDTH = {100kHz/3}

.PARAM PI = 3.14159, TWO_PI = {2*3.14159}

.PARAM VNUM = {2*TWO_PI}

W programie kilka parametrów są już zdefiniowane:

TEMP temperatura,

VT – thermal voltage,

GMIN – bocznikująca konduktancja w półprzewodnikach w złączu p-n.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: