1 / 46

TEHNICI DE SIMULARE

TEHNICI DE SIMULARE. Notiţe de curs Cursul nr. 2 Conf. dr. ing. Gheorghe PANĂ gheorghe.pana@unitbv.ro. Cuprins - cursul 2. Ce este SPICE? Cum lucreaza SPICE? Algoritmul SPICE Noţiuni generale: SPICE = analiză nodală Descrierea componentelor Inserarea comentariilor Instrucţiunile

gauri
Download Presentation

TEHNICI DE SIMULARE

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. TEHNICI DE SIMULARE Notiţe de curs Cursul nr. 2 Conf. dr. ing. Gheorghe PANĂ gheorghe.pana@unitbv.ro

  2. Cuprins - cursul 2 • Ce este SPICE? • Cum lucreaza SPICE? • Algoritmul SPICE • Noţiuni generale: • SPICE = analiză nodală • Descrierea componentelor • Inserarea comentariilor • Instrucţiunile • Factorii de scală • Fişierul SURSĂ sau de INTRARE • Exemple (4) • Tutorial SPICE Cursul nr. 2

  3. Ce este SPICE? • SPICE = Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis • Simulează comportarea circuitelor electronice şi: • Permite proiectantului să evalueze circuitul înainte de realizarea lui fizică; • Realizează o economie majoră de timp şi bani; • Permite proiectantului să ştie la ce să se aştepte când construieşte circuitul. • Cea mai importantă metodă de proiectare a circuitelor electrice şi electronice Cursul nr. 2

  4. Descrierea circuitelor • Se poate face: • în modul text prin precizarea tipului de componentă cu litere caracteristice (R, C, V, ...), a nodurilor din circuit între care este conectată componenta şi valoarea sau modelul Spice; • în modul grafic prin desenarea circuitului utilizând simbolurile din circuitele electrice şi electronice. Fiecare simbol poate avea ataşat modelul Spice şi amprenta necesară realizării cablajului imprimat. Cursul nr. 2

  5. Arhitectura programului SPICE Reprezintă interacţiunea dintre simulatorul PSPICE propriu-zis cu fişierele de intrare, care descriu circuitul şi conţin informaţiile despre analizele ce urmează a se efectua şi, respectiv, cu fişierele de ieşire, care conţin rezultatele simulării Cursul nr. 2

  6. Cum lucrează SPICE? Pasul 1 • În descrierea tip text, utilizatorul introduce lista de conexiuni (netlist) => un fişier text cu extensia *.CIR • În descrierea grafică se desenează schema cu ajutorul unor simboluri grafice iar apoi schema este convertită în netlist. V_V1 IN 0 DC 0Vdc AC 1Vac C_C1 IN OUT 1n R_R1 OUT 0 1k Cursul nr. 2

  7. Cum lucrează SPICE? Pasul 1 – Observaţie • Dacă NU se denumesc nodurile de către utilizator (in, respectiv out), atunci Orcad Capture numerotează automat nodurile. • Dezavantaj: utilizatorul nu are control asupra nodurilor. **** CIRCUIT DESCRIPTION R_R1 0 N00969 1k V_V1 N00959 0 DC 0Vdc AC 1Vac C_C1 N00959 N00969 1n .END Cursul nr. 2

  8. Cum lucrează SPICE? Pasul 2 • Rularea simulării • SPICE citeşte fişierul netlist şi efectuează analizele cerute; • Rezultatele sunt puse: • într-un fişier tip text cu extensia *.OUT şi • într-un fişier binar de date, având extensia *.DAT (dacă analizele cerute necesită reprezentare grafică). Cursul nr. 2

  9. Cum lucrează SPICE? Pasul 3 • Vizualizarea rezultatelor simulării • Se face în fişierul de ieşire (*.OUT), în format tip text, indiferent dacă descrierea circuitului este în modul text sau în modul grafic; • Vizualizarea grafică a formelor de undă rezultate şi cuprinse în fişierele de tipul *.DAT (postprocesarea grafică). Se poate spune că SPICE dispune de un “osciloscop soft” pentru vizualizarea formelor de undă. Buton care permite vizualizarea fişierului de ieşire *.OUT (în fereastra de postprocesare grafică) Cursul nr. 2

  10. Cum lucrează SPICE? Vizualizarea rezultatelor pentru exemplul analizat din fişierul *.OUT **** CIRCUIT DESCRIPTION ************************************************************** ** Creating circuit file "c2-2.cir" ** WARNING: THIS AUTOMATICALLY GENERATED FILE MAY BE OVERWRITTEN BY SUBSEQUENT SIMULATIONS *Libraries: * Profile Libraries : * Local Libraries : * From [PSPICE NETLIST] section of C:\OrCAD\OrCAD_10.5\tools\PSpice\PSpice.ini file: .lib "nom.lib" *Analysis directives: .TRAN 0 1000ns 0 .PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*)) .INC "..\SCHEMATIC1.net" **** INCLUDING SCHEMATIC1.net **** * source C2-2 R_R1 0 N00969 1k V_V1 N00959 0 DC 0Vdc AC 1Vac C_C1 N00959 N00969 1n **** RESUMING c2-2.cir **** .END Cursul nr. 2

  11. Punct iniţial de funcţionare 1 2 Crearea modelelor liniare asociate componentelor neliniare 9 6 3 Terminare timp? Convergenţă? Crearea modelelor liniare asociate capacitoarelor, inductoarelor etc. Completarea matricei nodale cu conductanţe şi curenţi Gxv = i Alegerea unui nou punct de funcţionare 4 Rezolvarea ecuaţiilor nodale liniare pentru v 5 NU DA 7 Alegerea pasului de timp h(n) Calcularea punctului de timp următor t(n+1)=t(n)+h(n+1) 8 NU DA STOP Algoritmul SPICE Esenţa SPICE o constituie analiza nodală (blocurile 3 şi 4) realizată prin definirea matricei nodale şi prin rezolvarea ecuaţiilor nodale ale circuitului pentru tensiuni. Cursul nr. 2

  12. Punct iniţial de funcţionare 1 2 Crearea modelelor liniare asociate componentelor neliniare 9 6 3 Terminare timp? Convergenţă? Crearea modelelor liniare asociate capacitoarelor, inductoarelor etc. Completarea matricei nodale cu conductanţe şi curenţi Gxv = i Alegerea unui nou punct de funcţionare 4 Rezolvarea ecuaţiilor nodale liniare pentru v 5 NU DA 7 Alegerea pasului de timp h(n) Calcularea punctului de timp următor t(n+1)=t(n)+h(n+1) 8 NU DA STOP Algoritmul SPICE Bucla interioară (2 - 6) găseşte soluţia pentru circuitele neliniare. Dispozitivele neliniare se înlocuiesc prin modele echivalente liniare. Se efectuează mai multe iteraţii până când calculele converg spre o soluţie. Cursul nr. 2

  13. Punct iniţial de funcţionare 1 2 Crearea modelelor liniare asociate componentelor neliniare 9 6 3 Terminare timp? Convergenţă? Crearea modelelor liniare asociate capacitoarelor, inductoarelor etc. Completarea matricei nodale cu conductanţe şi curenţi Gxv = i Alegerea unui nou punct de funcţionare 4 Rezolvarea ecuaţiilor nodale liniare pentru v 5 NU DA 7 Alegerea pasului de timp h(n) Calcularea punctului de timp următor t(n+1)=t(n)+h(n+1) 8 NU DA STOP Algoritmul SPICE Bucla exterioară (7 - 9), împreună cu bucla interioară, realizează o analiză în timp(în cazul prezentat) creând modele liniare echivalente pentru componentele acumulatoare de energie (capacitoare şi inductoare) şi alegând cele mai bune puncte de timp. Cursul nr. 2

  14. Noţiuni generale • SPICE = analiză nodală • Descrierea componentelor • Inserarea comentariilor • Instrucţiunile • Factorii de scală • Fişierul SURSĂ sau de INTRARE Cursul nr. 2

  15. SPICE se bazează pe o analiză nodală • Masa se notează totdeauna cu 0 (zero); • Nodurile care se pot restrânge la unul singur au un singur nume (număr); • Punctul de înseriere a două componente se consideră nod şi se numerotează: Cursul nr. 2

  16. Descrierea componentelor • Primul câmp începe cu o literă caracteristică, urmată de un şir alfanumeric; • Urmează 2 sau mai multe câmpuri, care reprezintănodurile în care se conectează componenta; • Urmează valoarea sau numele modelului; • Între câmpuri se folosesc separatori: • Spaţiu • Tab • Virgula • ( • ) Cursul nr. 2

  17. Descrierea componentelorComponentele încep cu o literă caracteristică Cursul nr. 2

  18. Descrierea componentelorexemple • Descrierea rezistoarelor R1 n3 n1 1Meg R2 n3 n2 5k • Descrierea tranzistorului bipolar (cu model) Q1 n2 n1 0 Q2N2222 .model Q2N2222 NPN(Is=14.34f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=74.03+Bf=255.9 Ne=1.307 Ise=14.34f Ikf=.2847 Xtb=1.5 +Br=6.092 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1 Cjc=7.306p Mjc=.3416 +Vjc=.75 Fc=.5 Cje=22.01p Mje=.377 Vje=.75 Tr=46.91n +Tf=411.1p Itf=.6 Vtf=1.7 Xtf=3 Rb=10) * National pid=19 case=TO18 * 88-09-07 bam creation Cursul nr. 2

  19. Descrierea componentelorexemple • Descrierea tranzistorului bipolarcu indicarea bibliotecii de modele(bipolar.lib) Q1 n2 n1 0 Q2N2222 .LIB c:\orcad\orcad_10.5\tools\pspice\library\bipolar.lib Cursul nr. 2

  20. Inserarea comentariilor • O linie de comentariu începe cu asterisc (*) în prima coloană; • Punct şi virgulă (;) după descrierea unei componente permite înserarea unui comentariu. • Exemple: * descrierea circuitului R1 1 2 1k ... sau RL 5 0 10k; RL este rezistenta de sarcina Cursul nr. 2

  21. Continuarea pe linia urmatoare a unei descrieri/instructiuni • Se face cu un plus (+) în prima coloană a liniei următoare. • Exemplu • Varianta de descriere a unei surse independente de tensiune sinusoidală: V1 1 0 +sin(0 310V 50Hz) Observaţie pe schema desenată apare sub forma: Cursul nr. 2

  22. Instrucţiunileîncep cu punct în prima coloană • La instrucţiunea de titlu NU se trece punct în prima coloană • Exemple de analize (instrucţiuni): • .LIB cale\librarie.lib – aduce modelul componentei • .DC Vx val1 val2 pas – analiză de c.c. • .OP – determinarea PSF-ului (operating point) • .AC dec pct/dec f_start f_stop – analiza în frecvenţă • .TRAN pas t_analiză t_start pas_max – analiză în timp • .FOUR f_centrală var_ies – analiză Fourier • .PROBE – determină SPICE să culeagă datele necesare postprocesării grafice (pentru afişarea formelor de undă) Cursul nr. 2

  23. Factorii de scală • Orice număr poate fi urmat de unul din următorii factori de scală: • Observaţii: • PSPICE nu este key (case) sensitive de aceea mega se notează MEG • 40MIL≅1mm Cursul nr. 2

  24. Factorii de scală • Descrierea unei rezistenţe de 1MΩ R1 1 2 1Meg sau R1 1 2 1E6 • Exprimarea valorii unei mărimi din fişierul de ieşire: IB 7.41E-06 şi înseamnă 7,41A IC 1.18E-03 1,18mA VBE 6.49E-01 0,649V Cursul nr. 2

  25. Factorii de scală • Ce greşeală se poate face dacă în loc de MEG se pune simplu M? • Se presupune circuitul de polarizare a unui tranzistor bipolar: Se observă că valoarea lui R1 s-a notat ca pe schemele desenate manual, adică 1M. Această notaţie înseamnă 1mili în SPICE. Cursul nr. 2

  26. Factorii de scală • Valorile de tensiuni şi curenţi pentruR1=1M, respectiv R1=1Meg Curentul prin R1 este 1,111A!!! VALOARE ANORMALĂ!!! Curentul prin R1 este 11,34uA!!! VALOARE NORMALĂ!!! Cursul nr. 2

  27. Factorii de scală • Potentialele citite din fişierul de ieşire (*.OUT) sunt: • Pentru R1=1M NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE ( N1) 11.9990 ( N2) .0237 ( N3) 12.0000 • Pentru R1=1Meg NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE ( N1) .6607 ( N2) 2.9110 ( N3) 12.0000 Cursul nr. 2

  28. Fişierul SURSĂ sau de INTRARE • Este creat de • utilizator la descrierea tip text a circuitului; • Orcad Capture, după desenarea circuitului. • Are extensia .CIR • Este text simplu, fără formatări speciale • Prima linie este instrucţiunea de TITLU. Nu trebuie punct în prima coloană • Ultima linie este instrucţiunea de încheiere (.END) • Celelalte linii pot fi scrise în orice ordine. Recomandare privind ordinea liniilor din fişierul de intrare: • Descrierea componentelor pasive şi active • Descrierea surselor de alimentare şi de semnal • Instrucţiunile corespunzătoare analizelor Cursul nr. 2

  29. EXEMPLUL 1 Să se calculeze potenţialele la nodurile circuitului rezistiv din fig. EX1 (circuit rezistiv în T podit) şi să se determine curentul furnizat de sursa de polarizare V. Pentru rezistoare se vor utiliza valorile indicate pe schemă. Fig. EX1 Cursul nr. 2

  30. EXEMPLUL 1 Rezolvare: • Calculul analitic presupune scriereaecuaţiilor la noduri: • La nodul 1: • La nodul 2: • La nodul 3: Unde • Vreprezinta potenţialele la noduri iar • G - conductanţele de pe fiecare latură a circuitului Valorile conductanţelor sunt: Cursul nr. 2

  31. EXEMPLUL 1 • Soluţia sistemului format din ecuaţiile scrise la nodurile 2 şi 3 este: • Curentul furnizat de sursa V se notează cu I și are valoarea: Cursul nr. 2

  32. EXEMPLUL 2 Să se determine, prin simulare SPICE, potenţialele din nodurile circuitului din fig. EX1 şi curentul furnizat de sursa de tensiune V. Rezolvare: Fișierul de intrare se scrie: CIRCUIT T PODIT *descrierea circuitului R11 2 10 R22 0 10 R3 2 3 5 R41 3 5 V 1 0 12 *.END Cursul nr. 2

  33. EXEMPLUL 2 În urma simulării SPICE, fişierul de ieşire (*.out) este de forma: **** 10/08/05 20:15:10 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) ************** CIRCUIT T PODIT **** CIRCUIT DESCRIPTION ****************************************************************************** *descrierea circuitului R1 1 2 10 R2 2 0 10 R3 2 3 5 R4 1 3 5 V 1 0 12 * .END Cursul nr. 2

  34. EXEMPLUL 2 (continuare) **** 10/08/05 20:15:10 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) **************   CIRCUIT T PODIT   **** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C ****************************************************************************** NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE ( 1) 12.0000 ( 2) 8.0000 ( 3) 10.0000 VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V -8.000E-01 TOTAL POWER DISSIPATION 9.60E+00 WATTS JOB CONCLUDED TOTAL JOB TIME 0.00 Cursul nr. 2

  35. EXEMPLUL 3 Să se determine caracteristica I-V a diodei redresoare 1N4002 din figură: Răspuns: Se folosește o analiză de c.c. Descrierea circuitului este: Caracteristica I-V R1 1 2 100 D1 2 0 D1N4002 V1 1 0 5 .LIB EVAL.LIB .DC V1 -10 10 0.1 .PROBE .END Cursul nr. 2

  36. EXEMPLUL 3 • Potențialele din noduri și curentul prin circuit • Tensiunea anod-catod=0,76V si reprezinta o valoare caracteristică pentru o diodarealizata din Si Cursul nr. 2

  37. EXEMPLUL 3 • Caracteristica I-V • Observații generale: • Tensiunea pe diodă la polarizare directă este mai mică de 1V • Curentul la polarizare inversă este aproximativ egal cu zero. Cursul nr. 2

  38. EXEMPLUL 4 Să se determine caracteristica I-V a diodei Zener 1N750 din figură Răspuns: Se folosește o analiză de c.c. Descrierea circuitului este: Caracteristica I-V R1 1 2 100 D1 2 0 D1N750 V1 1 0 5 .LIB EVAL.LIB .DC V1 -10 10 0.1 .PROBE .END Cursul nr. 2

  39. EXEMPLUL 4 • Potențialele din noduri și curentul prin circuit la polarizare directă cu +5V: • În polarizare directă cele 2 diode (redresoare şi zener) au comportare asemănătoare Cursul nr. 2

  40. EXEMPLUL 4 • Potențialele din noduri și curentul prin circuit la polarizare inversă cu -10V: Cursul nr. 2

  41. EXEMPLUL 4 • Caracteristica I-V • Observații generale: • Tensiunea pe diodă la polarizare directă este mai mică de 1V • Curentul la polarizare inversă este aproximativ zero dar numai până la aprox. -4,7V, după care are valori comparabile cu cele din polarizare directă Cursul nr. 2

  42. EXEMPLUL 5 • Dacă pe desen nu se trec literele caracteristice pentru componente (R la rezistoare şi C la condensatoare), SPICE din OrCAD-Capture face corecţia automat. Cursul nr. 2

  43. EXEMPLUL 5 • Fişierul de ieşireapare scris sub forma: V_V1 N1 0 +PULSE -2 2 0 1us 1us 0.5ms 1ms R_A N1 N2 9k R_C 0 N2 1k C_B N1 N2 1n C_D 0 N2 9n Cursul nr. 2

  44. Tutorial SPICE • Schimbarea variabilei de pe axa x În fereastra de postprocesare grafică rezultată după simulare (F11), se intră în meniul Plot/Axis Settings.../Axis Variable... și în fereastra Trace Expression: se alege (clic pe...) V(2) Cursul nr. 2

  45. Tutorial SPICE • Afișarea graficului unei curbe Trace/Add Trace... în fereastra Trace Expression: se alege (clic pe...) I(D1) Cursul nr. 2

  46. Tutorial SPICE • Exportul unui grafic În fereastra de postprocesare grafică Window/Copy to Clipboard... Se lasă setările oferite de program și apoi Ctrl+V în documentul Word Cursul nr. 2

More Related