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Scopo delle simulazioni COMPONENTI PASSIVI: sistema di equazioni differenziali comportamento di un circuito elettrico COMPONENTI ATTIVI: sistema di equazioni non lineari SIMULAZIONI funzionali attraverso l’ausilio di calcolatori

Il simulatore usato Simulatore SPICE (Simulator Program with Integrated Circuit Emphasis) Sviluppato per la prima volta negli anni sessanta presso l’università statunitense di Berkeley. Nasce come applicazione gratuita (spesso sviluppata dagli stessi studenti). L’aumentare della complessità dei circuiti a la necessità di modelli sempre più accurati ha portato alla realizzazione di pacchetti software (non solo free) molto potenti basati su accurati metodi numerici. Pacchetti software presenti sul mercato OrCAD PSpice : Tra i più diffusi e sviluppati. E’ possibile scaricare una versione student con funzionalità limitate (numero limitato ti transistor instanziabili, limite sul tempo di osservazione della simulazione, …) . LTSPICE : pacchetto software completamente gratuito senza alcun limite nel numero di transistori instanziabili e nel tempo di simulazione. (consigliato) vari…

Struttura del simulatore *.cir *.sch text editor SGE Schematic Grafic Editor SPICE *.lib *.out *.dat probe

Struttura di una Netlist + _ V1 = 6 V R1 = 100 Ohm R2 = 50 Ohm nome (obbligatorio) *titolo file .LIB .INCLUDE .TEMP .OPTION … .MODEL .SUBCKT .ENDS netlist .OP .TRAN .DC .AC .PROBE .PRINT .END 1 2 sezione COMANDI sezione MODELLI SUB-CIRCUITO V1 1 0 DC 6V R1 1 2 100 R2 2 0 50 sezione ANALISI sezione USCITE FINE

Componenti PASSIVI Resistenza Capacità Induttanza nota : <…> campo obbligatorio […] campo opzionale n+ n- R<nome> <n+> <n-> [modello] <val> Capacità n+ n- C<nome> <n+> <n-> [modello] <val> IC=<Vin> Vin rappresenta la tensione iniziale del condensatore (utile nell’analisi del comportamento in transitorio ) Induttanza n+ n- L<nome> <n+> <n-> [modello] <val> IC=<Iin> Iin rappresenta la corrente iniziale nell’induttanza (utile nell’analisi del comportamento in transitorio )

GENERATORI PWL (0,0) (1m,1) (2m,0) (3m,1) (4m,0) Ideali V I PER Tf Tr PW Td Iin 1m 2 m 3 m 4 m 1 PWL (0,0) (1m,1) (2m,0) (3m,1) (4m,0) Ideali n- n+ V n+ n- I generatore di tensione V<nome> <n+> <n-> DC <value> [AC <amp> [<fase>]] [...] generatore di corrente I<nome> <n+> <n-> DC <value> [AC <amp> [<fase>] ][...] descrizione aggiuntiva - di tipo eponenziale EXP(<Iin> <Ip> <Td1> <Tc1> <Td1> <Td2>) - di tipo impulsivo PULSE(<Iin> <Ip> <Td> <Tr> <Tf> <PW> <PER>) - di tipo lineare a tratti PWL(Time, Val) - di tipo sinusoidale SIN(<Ioff> <Iamp> <freq> <Td> <df> <phase>) nota : per il comportamento in transitorio di un generatore di tensione sostituire V ad I.

GENERATORI di tensione comandati di corrente comandati comandati in tensione n- n+ V=(-) <nc+> <nc-> <g> ⇒V = g (Vnc+-Vnc-) VALUE=<espressione> ⇒V = espressione E<nome> <n+> <n-> comandati in corrente <Vname> <g> ⇒V = g Iname VALUE=<espressione> ⇒V = espressione H<nome> <n+> <n-> di corrente comandati n+ n- I=(-) comandati in tensione <nc+> <nc-> <g> ⇒I = g (Vnc+-Vnc-) VALUE=<espressione> ⇒ I = espressione G<nome> <n+> <n-> comandati in corrente <Vname> <g> ⇒ I = g Iname VALUE=<espressione> ⇒ I = espressione F<nome> <n+> <n->

Dispositivi ATTIVI per tutti i dispositivi attivi bisogna istanziarne un modello con il comando .MODEL Diodo n+ n- D<nome> <n+> <n-> <nome modello> [area] … .MODEL<nome modello> <tipo modello> [<PARAM>=<VALUE>] (example .MODEL <nome modello> D n=1.1) Transistor BJT Q<nome> <C> <B> <E> [<SUB>] <nome modello> [area] … .MODEL<nome modello> NPN(op PNP) [<PARAM>=<VALUE>]

Dispositivi ATTIVI Transistor MOS G B M<nome> <D> <G> <S> <B> <nome modello> [<PARAM>=<VALUE>] … .MODEL<nome modello> NMOS(op PMOS) LEVEL=<numero> [<PARAM>=<VALUE>] livello 1 fattore moltiplicativo

comando .SUBCKT - ESEMPIO: descrizione di un OPAMP + .SUBCKT <nome> <p1> <p2> …<pn> [PARAM: <par>=<value>]] … .ENDS Il comando permette la realizzazione di sottocircuiti all’interno della netlist caratterizzati da una completa dissociazione dalla rete principale, nel senso che: 1) i nodi interni hanno visibilità esclusivamente locale; 2) la funzionalità del sottocircuito può essere descritta analiticamente o circuitalmente; 3) il sottocircuito può essere parametrizzato. ESEMPIO: descrizione di un OPAMP * Realizzazione OPAMP .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 Ving 1 0 DC 0 AC 1 sin(0 1 50 000) XAMP 1 0 3 OPAMP PARAMS: AD=500K Rload 3 0 1K .DC LIN Ving -2.5 2.5 70m .PROBE .END inP inN Out + -

tipi di analisi .OP punti di riposo del circuito Perform a DC operating point solution with capacitances open circuited and inductances short circuited. Usually a DC solution is performed as part of another analysis in order to find the operating point of the circuit. Use .op if you wish only this operating point to be found. The results will appear in a dialog box. There is no guarantee that the operating point of a general nonlinear circuit can be found with successive linear approximations as is done in Newton-Raphson iteration. Should direct Newton iteration fail, LTspice tries a number of other methods to find an operating point.

tipi di analisi .DC analisi in continua This performs a DC analysis while sweeping the DC value of a source. It is useful for computing the DC transfer function of an amplifier or plotting the characteristic curves of a transistor for model verification. .dc <srcnam> <Vstart> <Vstop> <Vincr> + [<srcnam2> <Vstart2> <Vstop2> <Vincr2>] The <srcnam> is either an independent voltage or current source that is to be swept from <Vstart> to <Vstop> in <Vincr> step sizes. In the following example, the default MOS characteristic curves are plotted: * example DC M1 2 1 0 0 nmosD Vgs 1 0 3.5 Vds 2 0 3.5 .dc Vds 3.5 0 -0.05 Vgs 0 3.5 0.5 .model nmosD NMOS Level=1 .save I(Vds) .end

tipi di analisi .AC analisi in frequenza a i piccoli segnali The small signal(linear) AC portion of LTspice computes the AC complex node voltages as a function of frequency. First, the DC operating point of the circuit is found. Next, linearized small signal models for all of the nonlinear devices in the circuit are found for this operating point. Finally, using independent voltage and current sources as the driving signal, the resultant linearized circuit is solved in the frequency domain over the specified range of frequencies. This mode of analysis is useful for filters, networks, stability analyses, and noise considerations. .AC <oct, dec, lin> <Nsteps> <StartFreq> <EndFreq> The frequency is swept between frequencies StartFreq and EndFreq. The number of steps is defined with the keyword "oct", "dec", or "lin" and Nsteps according to the following table: Keyword Nsteps Oct No. of steps per octave Dec No. of steps per decade Lin Total number of linearly spaced steps between StartFreq and EndFreq

tipi di anailisi .TRAN analisi in transitorio Perform a transient analysis. This is the most direct simulation of a circuit. It basically computes what happens when the circuit is powered up. Test signals are often applied as independent sources. .TRAN <Tstep> <Tstop> [Tstart [dTmax]] [modifiers] .TRAN <Tstop> [modifiers] The first form is the traditional .tran SPICE command. Tstep is the plotting increment for the waveforms but is also used as an initial step-size guess. LTspice uses waveform compression, so this parameter is of little value and can be omitted or set to zero. Tstop is the duration of the simulation. Transient analyses always start at time equal to zero. However, if Tstart is specified, the waveform data between zero and Tstart is not saved. This is a means of managing the size of waveform files by allowing startup transients to be ignored. The final parameter dTmax, is the maximum time step to take while integrating the circuit equations. If Tstart or dTmax is specified, Tstep must be specified.

ARCES via Toffano 2/2 Bologna Dott. Mauro Mangia ARCES via Toffano 2/2 Bologna mauro.mangia2@unibo.it mmangia@arces.unibo.it www.unibo.it