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IsSpice 電路模擬教學

虛擬電子電路實驗室. IsSpice 電路模擬教學. 電子繪圖 取代麵包板或 PCB 組裝之電路. 儀器設備 1. 交直流電源供應器. Demo CD. IsSpice 虛擬電路實驗室. 2. 信號產生器. 3. N 通道數位儲存式示波器. 4. 電壓電流功率測試棒. 5. FFT 分析儀. Free of Charge 免費成立 虛擬電路實驗室. 6. 交流頻率響應分析儀. 7. 電子式負載. 8. 邏輯分析儀. 整流 與濾波電路. 2. 求漣波因數. 1. 求輸出之直流電壓值.

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Presentation Transcript

  1. 虛擬電子電路實驗室 IsSpice 電路模擬教學

  2. 電子繪圖 取代麵包板或PCB組裝之電路 儀器設備1. 交直流電源供應器 Demo CD IsSpice虛擬電路實驗室 2. 信號產生器 3. N通道數位儲存式示波器 4. 電壓電流功率測試棒 5. FFT分析儀 Free of Charge 免費成立 虛擬電路實驗室 6. 交流頻率響應分析儀 7. 電子式負載 8. 邏輯分析儀

  3. 整流與濾波電路 2. 求漣波因數 1. 求輸出之直流電壓值 3. 說明加上濾波電容對 Vdc 、Vr 與 Id 之影響 4. 說明加上抗流電感對 Vdc 、Vr 與 Id 之影響 5. 分析 Iin 之諧波成分， 6. 分析 Vac 投入時為最大值(cos)，分析 Iin

  4. 整流電路 - Vdc與 r 1. 直流電壓值 Vdc = 9.7874V 2. 求漣波因數 r = Vrrms / Vdc = 5.132 / 9.7874 = 0.5244 漣波因數太大， 不適用於電源供應器 加一濾波電容看看

  5. 濾波電容對整流電路之影響 Id Vdc r C Vr

  6. 試製樣品 測 試 性能測試 妥善率測試 故障分析 測試程序 實物測試 裁決 量 產 重新設計

  7. 為什麼要應用模擬軟體 • 節省開發成本 • 免庫存零件，電路分析結果符合規範再做樣品。 • 模擬可預知可能之錯誤，避免設計不良的產品上線。 • 縮短開發時間 • 以電腦模擬比做電路板快多了。 • 量所不能量 • 實際電路無法量測，或僅是想像與數學概念的電路 • 應用模擬技術可辦到。 • 安 全 • 錯誤的設計或是高電壓、大電流電路具有危險性， • 模擬則發現電路功能不對。

  8. SPICE發展史 • SPICE (Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis) • 60’開始發展電路模擬軟體。 • 70’SPICE2G.6 逐漸為工業界接受，並持續發展。 • 80’SPICE 3 發展成功 ，SPICE 已進入新的領域。 • SPICE 3A.7 - March 1986 - SPICE3 第一個版本 • SPICE 3E.2 - April 1991 - 第一個取代 2G.6 的版本 • SPICE 3F.5 - Oct. 1992 - 最新版本 • XSPICE - 1992

  9. IsSpice能做什麼? 所有電子電路之應用：線性與非線性 電路之時域、頻率響應、雜訊、溫度、傅立葉、失真與設計妥善性分析。 IC設計 ( Bsim3v3 、Bsim4 ) 電力電子與電源供應器電路之應用 濾波器與高頻電路設計 混合信號 (類比、數位)之應用 混合技術 (機電整合)之應用

  10. IsSpice最佳Netlist 結構 標題 SAMPLE CIRCUIT .control showmod q .endc .AC DEC 10 1 1G .TRAN 1N 100N .PRINT TRAN V(4) I(V3) V(7) V(8) V1 1 0 AC 1 PULSE 0 1 0 0 0 50N C1 1 2 .01U Q1 3 7 0 QN2222 D1 11 9 DLASER R6 11 3 750 V4 11 0 5 .MODEL QN2222 NPN(IS=1.9E-14 BF=150 + NE=2.5 BR=7.5 VAR=6.38 IKR=.012) .MODEL DLASER D N=2 .END ICL 控制區段 控制指令 激勵信號 電路拓撲 電壓源 模型

  11. ICAP/4系統軟體 SpiceNet電路圖輸入軟體 PreSpice模型資料庫 IsSpice 電路模擬器 IntuScope波形分析處理軟體 IsEd文字編輯器 Symbol Editor符號編輯軟體

  12. 多層結構電路 組合不同的階層電路成為某一種結構之電路 Layer # 1 2 Configuration 1 3 組合 Layer 1 與 3 4 描述電路 設計電路之要素：元件值、 公差、激勵信號與故障模式 模擬指示 量測指示 Netlist AC, DC, Tran, etc. Prop delay, Max, Min etc. SPICE 指令 ICL 指令 • 完整的分析模式 • 多種電路結構、激勵信號與分析模式 • 故障模式、測試與量測群組

  13. 應用範例 - 三相全可控轉換器 • 廣泛應用之電力電子元件模型 • 完整的波形分析、 FFT 、 溫度響應研究

  14. 應用範例 - 直流電源供應器

  15. ICAP/4 SpiceNet 電腦繪圖實務

  16. IsSpice軟體執行程序 IsSpice4 即時波形顯示 交談式指令語言 交談式模擬 元件模型 PreSpice 模型資料庫 IntuScope SpiceNet 波形分析 最 佳 化 掃 描 電路圖輸入法 交談式修改元件值與即時波形顯示 波形處理與分析 自動產生 Netlist

  17. 練習1：IsSpice模擬初體驗 1. 進入 SpiceNet 開啟 Sample3.dwg 2. 執行 IsSpice 模擬，以 IntuScope顯示波形 3. 虛擬實驗室示波器即時波形顯示

  18. 練習2：電路相關波形顯示與分析 想像你在實驗室中，應用示波器量測相關波形 • Shift + Probe • 量測節點電壓波形 • 量測分支電流波形 • 量測元件消散功率波形 已送電的麵包板或樣品電路 現在，你面前的電腦 就是個人專用電子電路實驗室

  19. 滑鼠之應用 • 畫面縮放 - 功能鍵 • - 滑鼠右鍵 • 畫面位移 • 置放元件 • 移動 / 選取元件 - 滑鼠左鍵 • 屬性對話欄 - 於元件按滑鼠左鍵二次 • 接線 - 選 按住滑鼠左鍵移動滑鼠 • - 注意跳線與斜線畫法

  20. 輸入電路圖的必備要素 1. 正確的電路結構 2. 正確的激勵信號與電源 3. 正確的SPICE屬性 4. 適當的分析指令 5. 輸出指令

  21. 繪製電路圖應用 • 置放元件 • 輸入關鍵字 (R, L, C) • 由元件瀏覽視窗選取 • 接線與編輯 • 屬性對話欄 - 於元件按滑鼠左鍵二次 輸入電路圖的必備要素: 1) 正確的電路結構 2) 正確的激勵信號與電源 3) 正確的SPICE 屬性 4) 適當的分析指令 5) 輸出指令

  22. 以關鍵字繪製電路圖 • 輸入關鍵字 (R, L, C) 或元件編號輕易繪製電路圖 Type "R L C" to get BACK

  23. Parts Browser 元件資料庫 • 由元件瀏覽視窗選取 BACK

  24. 設定元件屬性 • SPICE 屬性對話欄 - • 元件值 • 激勵源 (pulse, sin ....) 繪圖步驟： 1) 正確的電路 netlist 2) 正確的激勵源與電源 3) 正確的 SPICE 屬性

  25. 設定弦波信號範例 漂移電位 : 0V 振福 : 0.1V 頻率 : 1KHz

  26. 主動元件屬性 • 屬性對話欄 • 元件數值 • 模型編號(自動置放) • 標籤置放 • 波形顯示 輸入電路圖的必備要素: 1) 正確的電路結構 2) 正確的激勵信號與電源 3) 正確的SPICE 屬性 4) 適當的分析指令 5) 輸出指令

  27. 數值文字代碼 T 1E12 MIL 25.4E-6 G 1E9 U 1E-6 MEG 1E6 N 1E-9 K 1E3 P 1E-12 M 1E-3 F 1E-15

  28. 分析指令之設定 輸入電路圖的必備要素: 1) 正確的電路結構 2) 正確的激勵信號與電源 3) 正確的SPICE 屬性 4) 適當的分析指令 • 分析指令告知模擬器要做何種分析 • 對話欄輸入法，多層結構設定 • 任何 ICL語法 • 分析與收斂精靈 NEXT

  29. 暫 態 響 應 分 析 每10us取一筆資料 記錄資料時間由0到2ms

  30. Tstep 資料點數之影響 .TRAN 0.5ms 2ms .TRAN 0.25ms 2ms .TRAN 0.125ms 2ms .TRAN 0.01ms 2ms ? SIN SOURCE TEST CIRCUIT V1 1 0 SIN 0 1 1KHZ BACK

  31. 分 析 控 制 指 令 .TRAN 控制指令 格式：.TRAN tstep tstop [tstart [tmax]] [UIC] 範例：.TRAN 50ns 1us .TRAN 50ns 10us 9us 200ns 語法： tstep - 依 tstep值印出波形 tstop - 分析終止時間 tstart - 儲存資料起始時間 tmax - 計算響應之最大測試點時間 UIC - 選用初值條件

  32. Test Point輸出指令 繪圖步驟： 1) 正確的電路 netlist 2) 正確的激勵源與電源 3) 正確的 SPICE 屬性 4) SPICE 分析指令 5) 輸出指令 (print) • Test Point 置放位置 • 測試點符號對話視窗 • 更改 Name • 注意正負節點編號 • Real Time 顯示刻度調整

  33. 方波信號產生器模擬 應用PULSE指令描述 10KHz +/-10V 方波信號

  34. 電源與信號產生器 範 例：VIN 1 0 DC 15 PULSE 0 1 ( 混合分析 ) VCC 5 0 5V ( 電源供應器 ) VM1 2 3 ( 電流表 ) VCC 5 0 AC 1( 頻率掃描、波德圖) VM1 2 3 SIN 0 1 1KHz ( 時域分析 ) 並非用於交流分析

  35. Pulse信號產生器 PULSE v1 v2 td tr tf pw per Parameter v1 初值 v2 最大值 td 延遲時間 tr 上升時間 tf 下降時間 pw 脈衝寬度 per 週期 pw tf tr td per 善用 phase delay，其單位為角度

  36. 練習3：建立三角波信號源 請應用 PULSE 指令描述下列信號： 1KHz 0~10V 三角波信號

  37. Sin信號產生器 SIN vo va freq td Kd v = vo + va x EXP((td - t) x Kd) x SIN(2 x p x freq x (t - td)) Parameter vo 漂移 va 振幅 freq 頻率 td 延遲時間 kd 衰減係數 va td vo 善用 phase delay，其單位為角度

  38. 練習4： 建立 sin信號源 請應用 SIN 指令描述下列信號： 1KHz 10Vp_p 正弦波信號

  39. 練習5： 建立 cos 信號源 請應用 SIN 指令描述下列信號： 10KHz 5Vp_p COS信號

  40. PWL信號產生器 PWL t1 v1 t2 v2 ..… tn vn 應用各點之間的直線，產生片斷線性波形。 tn vn 對應時間 tn 時之電壓 vn t3,v3 tn,vn t1,v1 t2,v2

  41. 7ms,10v 10ms,10v 17ms,7v 15ms,5v 0,0 1ms,0v t2,v2 練習6：PWL實務應用 請應用 PWL 指令描述如下任意波形信號

  42. IsSpice 分析指令與格式 直流分析 交流分析 .DC直流分析 .AC交流分析 .OP操作點 .NOISE雜訊分析 .TF轉移函數 .DISTO失真分析 .NODESET節點電壓初值 .SENS靈敏度分析 .SENS靈敏度分析 .PZ極靈點分析 暫態分析 輸出控制 .TRAN暫態分析 .PRINT列印控制 .IC初值 (UIC) .FOUR傅立葉分析 .VIEW及時波形顯示

  43. 電路圖測試波形顯示 • 需求: • IsSpice 必需在執行狀態 • 選取AC, DC, Tran 或 OP 與電壓 / 電流或消散功率 點選節點 - 觀察電壓波形 點選元件 - 觀察電流波形 自動顯示節點電壓

  44. ICAP/4波形分析與應用IntuScope

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