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Introduzione al simulatore circuitale SPICE Andrea Cappelli Bologna, 27 Gennaio 2005 Corso di Circuiti Elettronici Analogici L-A.

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1 Introduzione al simulatore circuitale SPICE Andrea Cappelli Bologna, 27 Gennaio 2005 Corso di Circuiti Elettronici Analogici L-A

2 Contatti Andrea Cappelli ARCES viale Pepoli 3/2 Telefono:

3 Il Simulatore SPICE Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis Sviluppato a Berkeley negli anni 60.lib.cir Parser & Solver.out.dat Text Editor Schematic Editor.sch Text Editor Graphic Interface

4 Struttura della Netlist * Titolo della netlist....

5 Regole sintattiche La prima riga del file.cir è riservata al titolo e non viene interpretata SPICE è case insensitive Per continuare a capo una linea comando basta cominciare la seconda riga con + Il carattere * commenta un intera linea Il carattere ; commenta la restante parte della linea

6 La Netlist E un elenco di dispositivi opportunamente connessi Ad ogni nodo è associato un identificativo (0 è riservato per il nodo di massa) Ogni dispositivo è caratterizzato da: Nome Connettività (nodi a cui è connesso) Modello di riferimento Elenco dei parametri (es. il valore della resistenza)

7 Componenti Lineari Passivi R [Modello] C [Model] [IC= ] L [Model] [IC= ] La prima lettera del nome identifica il tipo di componente n+ ed n- sono i nodi a cui i componenti sono collegati Il modello è opzionale, in caso di omissione si considerano componenti ideali Il campo IC permette di specificare il valore iniziale di tensione (condensatori) o corrente (induttori) per le analisi in transitorio.

8 Resistori Modello: se assente viene considerato un resistore ideale (lineare senza effetti reattivi: V=RI) Valore: specifica il valore della resistenza R [Modello] n+ n- V I

9 Condensatori IC: Permette di specificare lo stato iniziale (tensione) del condensatore. Se il modello non è specificato si assume il condensatore come ideale: C [Model] [IC = ] n+ n- V I

10 Induttori IC: Permette di specificare lo stato iniziale (corrente) dell induttore. Se il modello non è specificato si assume l induttore come ideale: L [Model] [IC = ] n+ n- V I

11 Generatori Indipendenti (I) V DC + [AC [ [fase]]] + [Stimolo Transitorio] I DC + [AC [ [fase]]] + [Stimolo Transitorio] n+ n- V I

12 Generatori Indipendenti (II) Il campo AC identifica il generatore come input per analisi AC Lo stimolo transitorio specifica la forma donda relativa a questo generatore, per le analisi in transitorio

13 Esempio: analisi DC *Primo Esempio: *Un partitore resistivo VIN 1 0 DC 6 *Resistenza tra 1 e 2: R Resistenza tra 2 e massa: R *Analisi DC del circuito.OP.END R1 R2 VIN 1 2

14 Stimoli Transitori (I) Si usa lo stimolo PULSE per generare forme d onda periodiche: PULSE ( ) V2 V1 TdTdTdTd TrTrTrTrPW TfTfTfTf PER

15 Stimoli Transitori (II) SIN ( ) V=Voffset+Vamp*sin{2π*[freq*(t – Td)+FASE/360])*exp[-(t-Td)/DF]

16 Stimoli Transitori (III) Per generare una forma d onda arbitraria si usa lo stimolo PULSE: PWL (t 0,V 0 ) (t 1,V 1 ) (t 2,V 2 ) … (t n,V n ) Ad ogni coppia corrisponde un punto I punti vengono interpolati tramite rette Lultimo valore di tensione viene mantenuto fino alla fine della simulazione V1V1V1V1 V2V2V2V2 VnVnVnVn V0V0V0V0 t0t0t0t0 t1t1t1t1 t2t2t2t2 tntntntn

17 Comandi di simulazione:.OP Valuta il Punto di Riposo piu vicino allo stato iniziale del circuito Non vengono prodotte forme donda ma sul file.OUT di uscita del simulatore vengono riportati tutti i valori di tensioni e correnti nel punto di riposo Trova soltanto un punto di riposo La ricerca e di tipo iterativo e non e detto che il punto di riposo venga trovato.

18 Comandi di simulazione:.AC Tipo: indica il tipo di sweep Lineare (LIN),Logaritmico per ottave(OCT), Logaritmico per decadi(DEC) Noi useremo esclusivamente sweep per decadi Efettua Lanalisi ai piccoli segnali linearizzando il circuito attorno al punto di riposo piu vicino (effettua una analisi di.op preliminare) Gli ingressi sono considerati tutti i generatori indipendenti con lindicazione AC Risolve il sistema calcolando le grandezze complesse (parte immaginaria e reale) Non effettua analisi sul comportamento globale (ai grandi segnali) del circuito.AC.AC

19 Comandi di simulazione:.DC Permette di ricavare la caratteristica statica ingresso/uscita del circuito Calcola i punti di riposo al variare del valore di un generatore, di tensione o di corrente, esplicitato da.DC +

20 Comandi di simulazione:.TRAN Permette di Valutare il comportamento del circuito nel dominio dei tempi. La simulazione parte sempre da t = 0 Specificare fa si che vengano salvati soltanto I valori da t = Tstart in poi, riducendo le dimensioni dei file di uscita e il massimo valore dello step temporale usato per la simulazione, e quindi per la risoluzione dell equazioni differenziali Il comando.IC puo essere usato per specificare la condizione iniziale del circuito:.IC [, ]) = val>|.TRAN [ [ ]]

21 Altri comandi:.MODEL.MODEL si usa per settare un set di parametri da utilizzare per dispositivi complessi (Diodi, Transistori…) Model Name si usa per fare riferimento ad uno specifico modello Type specifica il tipo di modello da usare I parametri variano da modello a modello.MODEL ( )

22 Altri comandi:.SUBCKT Permette di definire sottocircuiti riutilizzabili più volte come i componenti predefiniti I nodi esplicitati nellintestazione e allinterno del corpo hanno carattere locale (tranne 0) Ogni nome ha carattere locale I sottocircuiti possono essere istanziati come componenti generici: X [ ].SUBCKT [PARAMS: >] ….ENDS

23 Sottocircuito: Amplificatore Operazionale.SUBCKT OPAMP INP INN OUT PARAMS: VUMP=10 VUMN=-10 + AD=400K E1 OUT 0 VALUE={MAX(MIN(AD*V(INP,INN),VUMP),VUMN)}.ENDS V P -V N V OUT … XAMP OPAMP PARAMS: AD=200K …

24 Altri comandi:.PROBE Permette di salvare il valore di correnti e tensioni del circuito Senza argomenti salva tutto Nel caso di simulazioni di circuiti complessi specificando esclusivamente i valori di tensione e di corrente voluti si puo ridurre lammontare dei dati da salvare, velocizzando la simulazione e riducendo le dimensioni dei file di uscita.PROBE [.>]

25 Comandi Vari.TEMP Permette di settare il valore della temperatura di simulazione.OPTION [ ][ ] Permette di settare tutta una serie di opzioni che possono andare da le caratteristiche di simulazione a quelle di output.PARAM [ ][ ] Permette di definire dei parametri a dare loro un valore I parametri possono essere utilizzati allinterno delle varie parti componenti la netlist.STEP LIN Permette analisi parametriche variando opportunamente un parametro del circuito

26 Secondo Esempio: circuito RC Analisi del transitorio di carica *Carica RC V1 1 0 PULSE 0 5 R1 1 VOUT 6k C1 VOUT 0 10n.TRAN 5n 400u.PROBE.END R1 C1 VIN VOUT 1 Calcolare il tempo di salita all80% e verificare il risultato ottenuto tramite il simulatore

27 Terzo Esempio: circuito RC Analisi in frequenza *Carica RC V1 1 0 PULSE 0 5 R1 1 VOUT 6k C1 VOUT 0 10n.AC DEC hz 10MEG.PROBE.END R1 C1 VIN VOUT 1 Calcolare la frequenza di taglio e verificare il risultato ottenuto tramite il simulatore


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