- PDF Stažení zdarma

Transkript

1 Alexandr Krejèiøík Zdenìk Burian SIMULUJ! Simulace vlastností analogových elektronických obvodù s diskrétními souèástkami Praha 2001

2 Alexandr Krejèiøík, Zdenìk Burian SIMULUJ! Simulace vlastností analogových elektronických obvodù s diskrétními souèástkami Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnožována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenášena v jiné formì èi jinými prostøedky Autor a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost tištìných materiálù Pøedkládaná zapojení a informace jsou zveøejnìny bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob Nároky na odškodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny Veškerá práva vyhrazena A Krejèiøík, Z Burian, 2001 Nakladatelství BEN technická literatura, Vìšínova 5, Praha 10 A Krejèiøík, Z Burian: Simuluj! BEN technická literatura, Praha vydání ISBN

3 SIMULUJ! POPIS PROGRAMU PSPICE 5 0A 16 PØEHLED DEKLARACÍ PROGRAMU PSPICE 5 0A 30 PØEHLED PØÍKAZÙ PROGRAMU PSPICE MAKROMODELY PRÁCE S PROGRAMEM PSPICE 106 VÝSLEDKY SIMULACE A JEJICH ZPRACOVÁNÍ 122 SIMULACE VYBRANÝCH TYPÙ OBVODÙ S DISKRÉTNÍMI SOUÈÁSTKAMI 130 SIMULACE PASIVNÍCH OBVODÙ 176 SIMULACE REZONANÈNÍCH OBVODÙ 198 SIMULACE KLOPNÝCH OBVODÙ 204 SIMULACE ZESILOVAÈÙ S TRANZISTORY 222 SIMULACE LINEÁRNÍCH STABILIZÁTORÙ NAPÌTÍ 278

4 OBSAH SEZNAM POUŽITÝCH ZNAÈEK A SYMBOLÙ 9 ÚVOD 14 1 POPIS PROGRAMU PSPICE 5 0A Funkèní klávesy Roleta FILES (Soubory) Roleta CIRCUIT (Obvod) Roleta StmEd Roleta ANALYSIS (Analýzy) Roleta DISPLAY (Zobrazení) Roleta PROBE (roleta programu PROBE) Roleta QUIT (Ukonèení programu, výstup) 28 2 PØEHLED DEKLARACÍ PROGRAMU PSPICE 5 0A Syntaxe vstupního souboru Hodnoty parametrù prvkù Uzly Pøehled deklarací B Tranzistor GaAs FET C Kapacitor (ideální kondenzátor) D Dioda E Zdroj napìtí øízený napìtím F Zdroj proudu øízený proudem G Zdroj proudu øízený napìtím H Zdroj napìtí øízený proudem I Nezávislý zdroj proudu J Tranzistor JFET K Transformátor (jen specifikace vazby) L Induktor (ideální cívka) M Tranzistor MOSFET Q Bipolární tranzistor R Rezistor S Spínaè øízený napìtím Základní typy èíslicových prvkù V Nezávislý zdroj napìtí W Spínaè øízený proudem 53 4 A KREJÈIØÍK, Z BURIAN: SIMULUJ! A

5 3 PSPICE 5 0 PØEHLED PØÍKAZÙ AC Støídavá analýza DC Stejnosmìrná analýza DISTRIBUTION Uživatelem definované rozdìlení END Konec vstupního souboru ENDS Konec funkèního bloku FOUR Fourierova analýza FUNC Definice funkce IC Poèáteèní podmínky INC Pøipojení souboru (úspora opisování shodných èástí vstup souborù) LIB Knihovna prvkù MC Analýza metodou Monte Carlo MODEL Definice modelu prvku NODESET Nastavení pracovního bodu NOISE Šumová analýza OP Pracovní bod OPTIONS Pøedvolby a parametry simulátoru PARAM Globální parametry PLOT Výpis grafù PRINT Výpis (tisk) tabulek PROBE Data pro grafický postprocesor SENS Citlivostní analýza STEP Krokování analýzy SUBCKT Definice funkèního bloku TEMP Teplota TF Pøenosová funkce TRAN Pøechodová (tranzientní) analýza WCASE Nejhorší pøípad analýzy WIDTH Šíøka výpisu 80 4 MAKROMODELY Tvorba makromodelù Nejpoužívanìjší prezentace zdroje E Nejpoužívanìjší prezentace zdrojù øízených proudem (zdroj napìtí H, zdroj proudu F) Základní makromodely Makromodel bipolárního tranzistoru Makromodel ideálního transformátoru Makromodel fotodiody a fotorezistoru Makromodel fotoodporu Makromodel optronu s fotodiodou Makromodel optronu s fotorezistorem 91 A A KREJÈIØÍK, Z BURIAN: SIMULUJ! 5

6 4 4 7 Makromodel napìtím øízeného odporu Makromodel napìtím øízené impedance Makromodel napìtím øízené admitance Makromodel transformátoru s feromagnetickým jádrem Pøíklady makromodelù 96 5 PRÁCE S PROGRAMEM PSPICE Nastavení parametrù simulace Vstupní soubor Popis obvodu netlist Pøíkazový blok Fourierova analýza Šumová analýza Chyby a chybová hlášení Výpoèet Chybové hlášení pøi chybì ve vstupním souboru Knihovna neobsahuje zadanou souèástku Chyba pøi použití obecného editoru Grafický postprocesor VÝSLEDKY SIMULACE A JEJICH ZPRACOVÁNÍ Grafické zobrazení výsledkù simulace Pøíklad SIMULACE VYBRANÝCH TYPÙ OBVODÙ S DISKRÉTNÍMI SOUÈÁSTKAMI 130 Jednocestný usmìròovaè s nabíjecím kondenzátorem naprázdno 131 Jednocestný usmìròovaè s nabíjecím kondenzátorem zatížený 135 Jednocestný usmìròovaè s nárazovou tlumivkou naprázdno 137 Jednocestný usmìròovaè s nárazovou tlumivkou zatížený 139 Jednocestný usmìròovaè s protinapìtím 140 Dvoucestný usmìròovaè s nabíjecím kondenzátorem naprázdno 142 Dvoucestný usmìròovaè s nabíjecím kondenzátorem zatížený 144 Dvoucestný usmìròovaè s nárazovou tlumivkou naprázdno A KREJÈIØÍK, Z BURIAN: SIMULUJ! A

7 7 9 Dvoucestný usmìròovaè s nárazovou tlumivkou zatížený Dvoucestný usmìròovaè s protinapìtím Mùstkový usmìròovaè s nabíjecím kondenzátorem naprázdno Mùstkový usmìròovaè s nabíjecím kondenzátorem zatížený Mùstkový usmìròovaè s protinapìtím Delonùv zdvojovaè s nabíjecími kondenzátory naprázdno Delonùv zdvojovaè s nabíjecími kondenzátory zatížený Násobiè s nabíjecími kondenzátory naprázdno Násobiè s nabíjecími kondenzátory zatížený SIMULACE PASIVNÍCH OBVODÙ Integraèní èlánek (filtr) RC naprázdno Integraèní èlánek (filtr) RCR (zatížený) Integraèní èlánek (filtr) RC s parazitními prvky LC filtr naprázdno LCR filtr (zatížený LC èlánek) Kapacitní dìliè RC-RC Derivaèní èlánek (vazební èlen, horní propust, dolní zádrž) CR vazební èlen CL SIMULACE REZONANÈNÍCH OBVODÙ Paralelní rezonanèní obvod LC Sériový rezonanèní obvod LC SIMULACE KLOPNÝCH OBVODÙ Astabilní klopný obvod (multivibrátor, AKO) symetrický Astabilní klopný obvod nesymetrický Monostabilní klopný obvod (MKO) zkracující impulzy Monostabilní klopný obvod prodlužující impulzy Schmittùv klopný obvod (tvarovaè, SKO) SIMULACE ZESILOVAÈÙ S TRANZISTORY Nastavení a stabilizace pracovního bodu bipolárních tranzistorù Zapojení SE (se spoleèným emitorem) Nastavení (pohyb) pracovního bodu zmìnou Rb Proudová zpìtná vazba Vliv blokovací kapacity emitorového kondenzátoru Napì ová zpìtná vazba 236 A A KREJÈIØÍK, Z BURIAN: SIMULUJ! 7

8 Mùstková stabilizace Zapojení SK (se spoleèným kolektorem) Závislost vstupního odporu na hodnotì emitorového odporu Darlingtonovo zapojení tranzistorù Zesilovaè SK + SE se stejnosmìrnou vazbou Kapacitní vazba zesilovacího stupnì Vypínání indukèní zátìže Rozdílový zesilovaè Koncový výkonový stupeò s komplementárními tranzistory Nastavení pracovního bodu unipolárních tranzistorù SIMULACE LINEÁRNÍCH STABILIZÁTORÙ NAPÌTÍ Lineární parametrický stabilizátor napìtí se ZD naprázdno Lineární parametrický stabilizátor napìtí se ZD zatížený Zpìtnovazební stabilizátor napìtí s tranzistory Stabilizátor napìtí s referenèním napìtím 285 LITERATURA A KREJÈIØÍK, Z BURIAN: SIMULUJ! A

9 ÚVOD Program PSPICE je úèinným nástrojem pro vyšetøování chování elektronických obvodù pøed jejich realizací Mùže ušetøit mnoho práce i zklamání z realizace neúspìšných konstrukcí Podmínkou správné simulace je však sestavení správných modelù a to jak jednotlivých souèástek, tak celých obvodù Tato publikace by mìla pøispìt právì ke správnému sestavování simulaèních obvodù, které se v øadì pøípadù liší od obvodù reálných V tomto prvním díle se vìnujeme pouze vlastnímu programu a lineárním obvodùm, sestaveným z diskrétních souèástek Ve všech pøípadech je provedeno porovnání s matematickými výpoèty a ukázáno na omezení buï výpoètu (zejména pøechodové stavy obvodù po jejich zapnutí) nebo na omezení simulací (zejména vlivem nedokonalostí modelù jednotlivých souèástek) Vybrané simulované obvody pokrývají sice velkou oblast slaboproudé elektroniky, ale nelze pøedpokládat, že by se publikace mohla vìnovat všem oblastem Proto bylo upuštìno od simulace vysokofrekvenèních obvodù, radiofrekvenèních obvodù apod Publikace se tak zamìøuje na základní obvody, které se opakují v øadì profesionálních i amatérských konstrukcí Knihu lze použít nejen jako soubor pøíkladù, jak napsat vstupní soubory pro simulaci a jak upravit schémata zapojení, ale vzhledem ke konkrétním èíselným pøíkladùm i jako uèebnici základù elektroniky Sám program PSPICE je velmi finanènì nároèný a tak jsme se rozhodli používat pouze jeho zjednodušenou volnì šiøitelnou školní verzi s oznaèením 5 0a Tato verze umožòuje modelovat pouze obvody s omezeným poètem souèástek a uzlù Tento program PSPICE je volnì šiøitelný a spolu s knihovnami jednotlivých prvkù je možno si jej zkopírovat na adresách ( ee byu edu/ee/vlsi/download/ nebo také feld cvut cz/vyu/ eo/spice/) Publikace byla zpracována v rámci øešení vìdeckovýzkumného úkolu è 15 ÈVUT: Výzkum nových metod pro mìøení fyzikálních velièin a jejich aplikace v pøístrojové technice Budeme vdìèni za pøipomínky a názory ètenáøù a budeme rádi za jejich poskytnutí na ové adresy: burian@feld cvut cz krejciri@feld cvut cz autoøi 14 A KREJÈIØÍK, Z BURIAN: SIMULUJ! A