Simulazione elettronica analogica con Spice e progettazione di un Layout Attività sperimentale 2010 Elettronica
Stage elettronica 2010 Angelini Manuel, Bertolami Matteo, Chiarolla Massimo, Cioli Edoardo, Cosmin Damian Paul, Di Rocco Leonardo, Duca Eugeniu, Florese Leonardo, Fortini Alessio, Girardi Andrea, Introna Alessio, Ippoliti Marco, Daniele Mancori, Lorenzo Marinelli, Palma Giorgio, Tata Francesco, Tulli Matteo. Studenti partecipanti:
Funzioni generali del simulatore Tipologie di analisi possibili con Spice: DC Operating Point AC Analysis Transient Analysis Temperature Sweep DC Sweep Parameter Sweep Progetto finale: Amplificatore audio Stage elettronica 2010 I n d i c e :
I programmi di simulazione circuitale costituiscono uno strumento di estrema utilità per chi si occupa di progettazione di circuiti elettronici Essi rendono semplici le verifiche funzionali di un progetto Il simulatore SPICE “Simulation program With Integrated circuit Emphasis” è utilizzato universalmente per la simulazione di circuiti elettronici analogici e digitali Stage elettronica 2010 Caratteristiche generali del simulatore:
Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro “in regime continuo” di un circuito elettrico; È usata per determinare le condizioni di lavoro di uno o più dispositivi elettronici; Per osservare le funzioni di trasferimento dei elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS); Per determinare le condizioni iniziali degli elementi reattivi nel dominio del tempo; Stage elettronica 2010 DC operating point:
Stage elettronica 2010 DC operating point
Questo tipo di analisi, elabora la risposta in frequenza di un circuito elettrico, costituito da elementi lineari (es: resistenza, induttanza, capacità, trasformatore, generatore di tensione e di corrente) La sorgente genera un segnale sinusoidale la cui frequenza varia in un range definito dal progettista. Stage elettronica 2010 AC analysis
Stage elettronica 2010 AC analysis
In questo grafico si può notare come all’ aumentare della resistenza di damping la tensione ai capi del condensatore diminuisce, senza avere effetti sulla frequenza di risonanza del circuito. In questo grafico si può notare come all’ aumentare della resistenza di damping la tensione ai capi del condensatore diminuisce, senza avere effetti sulla frequenza di risonanza del circuito. Stage elettronica 2010 AC analysis
Stage elettronica 2010 AC analysis
La reattanza capacitiva è XC=1/ ω C, quindi ha un andamento esponenziale (caratteristica verde). La reattanza capacitiva è XC=1/ ω C, quindi ha un andamento esponenziale (caratteristica verde). La reattanza induttiva è XL= ω L, quindi presenterà un andamento lineare (caratteristica rossa). La reattanza induttiva è XL= ω L, quindi presenterà un andamento lineare (caratteristica rossa). Stage elettronica 2010 AC analysis F risonanza = 1/2π√LC F risonanza = 1/2π√LC
Questa analisi elabora la risposta nel dominio del tempo del circuito Permette quindi di valutare il comportamento di un circuito elettrico, come lo si farebbe con uno oscilloscopio su un circuito reale Stage elettronica 2010 Transient analysis
Stage elettronica 2010 Transient analysis
Stage elettronica 2010
Questa opzione di analisi ha come parametro variabile la temperatura a cui si trova il circuito Permette di valutare i cambiamenti delle variabili elettriche di un componente al variare della temperatura Stage elettronica 2010 Temperature sweep
Stage elettronica 2010 Temperature sweep (curve caratteristiche diodo)
Variando la temperatura si ottengono diverse caratteristiche del diodo, perché la tensione sulla giunzione diminuisce di 2.2mV per grado centigrado. Stage elettronica 2010 Temperature sweep (curve caratteristiche diodo)
Questo tipo di analisi consente di simulare il circuito variando il valore delle sorgenti DC. Permette di visualizzare la funzione di trasferimento in DC di un dispositivo attivo. Stage elettronica 2010 DC sweep
Stage elettronica 2010 DC sweep
Questo tipo di analisi permette di variare le sorgenti di tensione e corrente, modelli, parametri globali e temperature di un circuito elettronico. I parametri del tipo di analisi si cambiano nel pannello di controllo “Simulations profile” Stage elettronica 2010 Parameter sweep
Stage elettronica 2010 Parameter sweep
Dal grafico si nota che, variando la resistenza R1 del circuito RC, tramite la simulazione parametrica, varia la costante di tempo τ. Essa è data dal prodotto fra R e C, e definisce il tempo che impiega il condensatore a caricarsi al 63% della tensione finale. Il completo caricamento del condensatore avviene praticamente dopo 5 τ. Stage elettronica 2010 Parameter sweep
Stage elettronica 2010Progetto: Amplificatore audio Buffer classe B Preamplificat ore alto guadagno Retroazione
Il guadagno in banda e’ uguale al rapporto delle resistenze di reazione R10/R6 La frequenza di taglio inferiore dipende dai condensatori C2,C4. La frequenza di taglio superiore dipende dalla capacita` parassita, Cbc, del transistor Q7 Stage elettronica 2010Progetto: Amplificatore audio (modulo)
Progetto: Amplificatore audio (fase) La curva della fase mostra, in banda, uno sfasamento di 180˚ tra ingresso e uscita Stage elettronica 2010
La risposta al gradino di tensione evidenzia il guadagno dell’amplificatore, nonché lo sfasamento di 180° Lo slew-rate del segnale in uscita e’ limitato dalla banda dell’amplificatore. Esso dipende dal polo dominante equivalente. Progetto: Amplificatore audio
La risposta al segnale sinusoidale evidenzia il guadagno dell’amplificatore, nonché lo sfasamento di 180° tra l’ingresso e l’uscita e la bassa distorsione introdotta Progetto: Amplificatore audio Stage elettronica 2010
Realizzazione del layout
All’ organizzazione del SIS-Divulgazione, per l’efficienza dell’ organizzazione e l’ accoglienza; Al Professore Mario Calvetti Direttore dell’ INFN per la sua disponibilità allo svolgimento dei corsi; Ai nostri professori per essersi impegnati nella realizzazione dello stage. Stage elettronica 2010 Riconoscimenti
Giovanni Corradi Riccardo D’Angelo Claudio Paglia Stage elettronica 2010 TUTORI