Časová analýza (Transient Analysis) = analýza časových průběhů obvodových veličin

Transkript

1 Časová analýza (Transien Analysis) = analýza časových průběhů obvodových veličin - napodobování činnosi ineligenního osciloskopu, - různé způsoby dalšího zpracování analyzovaných signálů (zejména FFT). Ineligenní osciloskop: časové průběhy napěí, proudu a všeho, co lze popsa vzorci, ve všech možných savech obvodu (přechodové, usálené, jednorázové děje..). R 3 6k R 1 C u ou in C 1 1µ u in R 4 44k B R 2 2N 2222A E 1µ C 2 1V 1. Vypoče se ss pracovní bod, 2. Spusí se časová analýza při působení sřídavého vsupního napěí u C =u ou u [V].58 u C =u ou u [V] m m u E u B u B u E m 25m -1 u in [us] 3 u in 1 2 [us] 3 1. Polačí se výpoče ss pracovního bodu, 2. Spusí se časová analýza při neuvažování sřídavého vsupního napěí. in C 1 1µ u in V R 3 6k R 4 44k B R 1 R 2 C 2N 2222A E 1µ C 2 = 1V 1 u [V] [s] U CQ = 6.58V U BQ = 4.8V U EQ = 3.44V

2 1. Polačí se výpoče ss pracovního bodu, 2. Spusí se časová analýza při působení sřídavého vsupního napěí. R 3 6k R 1 C = 1 u [V] 8 in C 1 B 1V 6 1µ u in = R 4 44k R 2 2N 2222A E 1µ C [s] Synaxe časové analýzy (zjednodušená):.tran [/OP] <Tsep> <Tsop> [Tsar [max.krok]][skipbp] nepočíá se pracovní bod horní hranice výpočeního kroku (sep ceiling) čas, do něhož se polačí výsledky časové analýzy konečný čas simulace časový krok pro výsupy ypu.print deailní výpis pracovního bodu do výsupního souboru Míso SKIPBP (Skip Bias Poin) je možno uvés UIC (Use Iniial Condiions). Výpočení krok je proměnný, mění se v průběhu analýzy podle oho, jak srmé jsou generované průběhy. Položka max. krok udává horní zarážku pro yo změny. Čím menší je oo číslo, ím deailněji budou křivky generovány, ale za cenu prodloužení výpočů a věších nároků na paměť. Přednasavená hodnoa je menší z čísel (Sop-Tsar)/5 nebo 2*Tsep (neplaí v PSPICE). Pokud obvod neobsahuje akumulační prvky, nasaví se auomaicky max. krok na Tsep. Položka Tsep nemá vliv na daa generovaná pro PROBE. Uplaní se pro výpisy da např. příkazem.print nebo při Fourierové ransformaci (body se získají polynomiální inerpolací z vypočených bodů). Pozn.: pracovní bod počíaný v analýze Transien se obecně liší od pracovního bodu počíaného při sejnosměrné analýze (příkazy.op,.dc, nebo bez příkazu): - Klasický pracovní bod se počíá z aribuů DC zdrojů - Pracovní bod se při analýze Transien počíá z počáečních hodno zdrojů. Na čem závisí signály generované obvodem: - na počáečních podmínkách v obvodu (na počáečních napěích v uzlech a proudech indukory) - na om, zda je nasaven pracovní bod nebo ne - na vsupních signálech - na samoném obvodu Zadávání počáečních podmínek IC (Iniial Condiions) - v rámci definice prvků ypu C a L - příkazem.ic - čením ze souboru

3 Rozšířené zadávání prvků C a L: C<jméno> <+ svorka> <- svorka> [IC=<počáeční hodnoa napěí>] L<jméno> <+ svorka> <- svorka> [IC=<počáeční hodnoa proudu>] Počáeční napěí na C je orienováno od svorky + ke svorce -. Počáeční proud indukorem eče od svorky + do svorky vniřkem indukoru. Chybí-li specifikace IC, plaí impliciní nulové hodnoy. Příklady: Celekroly 6 2 1u IC=15V ;počáeční napěí na kapaciou je 15V od uzlu 6 do uzlu 2 Llumivka n IC=2.4A ;počáeční proud 2.4A eče indukorem od uzlu 44 do uzlu 21 Cx vsup baze 1uF ;kapacior je na počáku časové analýzy vybiý Zadávání počáečních podmínek příkazem.ic:.ic <V(uzel1 [,uzel2])=<počáeční napěí>.ic <I(inducor)= <počáeční proud> Příkazy se dají sdružova do jednoho řádku..ic V(5)=4V V(12,3)=3V I(Lx)=-25mA Zadávání počáečních podmínek ze souboru:.loadbias <jméno souboru> Soubor lze získa na základě předchozí analýzy obvodu s použiím příkazu.savebias. Soubor je exový a obsahuje příkazy ypu.nodeset, j. výče hodno všech uzlových napěí a proudů indukorů v obvodu (zv. savové proměnné). V případě nunosi je lze ediací souboru přepsa na příkazy ypu.ic (viz dále). Tvorba exového souboru: synaxe příkazu.savebias je bohaá, v příkladech uvedeny jsou nejzákladnější variany:.savebias prac_bod.x OP.SAVEBIAS PP.x TRAN.SAVEBIAS xyz.ra TRAN TIME=1ms.SAVEBIAS MKO.obv TRAN NOSBCKT TIME=1ms ; savové proměnné odpovídající ss +pracovnímu bodu ; savové proměnné v prvním bodě +analýzy Transien ; savové proměnné v čase +bezprosředně následující za 1ms ; savové proměnné v čase +bezprosředně následující za 1ms; v +souboru nebudou údaje o vniřních +proměnných podobvodů Tako lze ukláda napěí uzlů a proudy indukorů v obvodu pro analýzy OP, DC a TRAN. Podrobnosi viz manuál.

4 Mechanismus působení příkazů.ic a.nodeset v analýze Transien nasaveno implicině nulové PP příkaz.ic modifikace PP IC v definicích C a L modifikace PP nasavení modifikované PP příkaz.nodeset modifikace PP pro 1. ieraci prac. bod ne simulace nenulových PP přídavnými zdroji obvodové proměnné (neznámé) ano ieraivní řešení nelineárních rovnic s() algorimy solveru DC chyba< ε ne ano nelin. obvod budicí signál s() ss.zdroje PP solver DR Rozdíly:.IC způsobí, že při případném výpoču pracovního bodu budou nasavené počáeční hodnoy napěí a proudů drženy až do konce výpoču. Osaní volné veličiny se dopočou. Tedy časová analýza začne s počáečními hodnoami, uvedenými v příkazu.ic..nodeset je jen ierační násada pro výpoče pracovního bodu. Na konci výpoču mohou bý úplně jiné hodnoy. Příkaz.IC má přednos před.nodeset, pokud jsou použiy současně. IC v definici C a L má přednos před příkazem.ic. Z oho plyne prakická meoda hledání usálených savů v obvodu: - nechá se proběhnou analýza - poslední sav v obvodu se uloží do souboru příkazem.savebias - v souboru se příkaz.nodeset nahradí za.ic - analýza se opakuje s příkazem.loadbias, musí se zakáza výpoče pracovního bodu, ad. Pozn.: V MicroCapu se usálené savy hledají eleganně v režimu LEAVE.

5 Prakické kombinace povolení/nepovolení výpoču pracovního bodu a impliciních/modifikovaných PP povoli nulové I. - Obvod je již připojen k napájecím zdrojům, řešíme jeho reakci na vsupní signály (nejčasější yp úlohy). modifikované pomocí.ic, IC modifikované pomocí.nodeset II. - Řešení přechodných dějů se známými PP v obvodech, keré obsahují např. IO s nasaveným ss pracovním bodem. III. - Hledání pracovních bodů, keré leží blízko zadaných počáečních podmínek, a časová analýza vycházející z ěcho bodů. PP výpoče pracovního bodu zakáza IV. - Rozběh osciláorů a generáorů kmiů. - Analýza pasivních obvodů s nulovými počáečními savy. - Hledání sejnosměrných pracovních bodů u obvodů, kde klasický výpoče selhává. V. - Usálené kmiy auonomních obvodů. - Sar analýzy z přesně definovaných savů obvodu. - Řešení přechodných dějů v obvodech s nenulovými počáečními podmínkami. - Posupný přechod obvodu do usáleného savu sledem opakovaných analyzačních běhů. VI. - Nemá smysl. Jak vygenerova časové průběhy: - použiím zdrojů signálů, j. nezávislých a závislých (řízených) zdrojů napěí a proudů - použiím STIMULUS EDITORU Nezávislý zdroj napěí a proudu - mají sejnou synaxi, zdroj napěí dává napěí orienované od svorky + do svorky -, zdroj proudu poskyuje proud, kerý eče vniřkem zdroje od svorky + do svorky -. Specifikace vlasnosí zdroje: V <jméno zdroje> <+ uzel> <- uzel> [specifikace vlasnosí] I <jméno zdroje> <+ uzel> <- uzel> [specifikace vlasnosí] [[DC] <hodnoa>][ac <ampliuda> [<fáze>]] [simulus=<jméno simulu>][<definice čas. průběhu>] specifikace časového průběhu jen pro analýzu Transien podrobnosi viz manuál ampliuda a faze signálu pro analýzu AC V nebo I konsanního signálu nebo hodnoa pro výpoče DC pracovního bodu Definice časového průběhu: PULSE(<seznam paramerů>) SIN(<seznam paramerů>) EXP(<seznam paramerů>) PWL(<seznam paramerů>) SFFM (<seznam paramerů>) impulzní průběhy harmonický signal (zobecněný) exponenciální průběhy po čásech lineární signál (graf ve varu lomené čáry) kmiočově modulovaný signál Podrobnosi viz manuál. Proměnné Tsop (max. čas analýzy) a Tsep (časový krok) jsou definovány příkazem.tran. Je řeba zada alespoň první dva paramery. Chybějící se nasaví z přednasavených hodno. Závorky nejsou povinné.

6 PULSE(<v1> <v2> <d> <r> <f> <pw> <per>) formá aribuy časový průběh PULSE název popis jednoka přednas. v1 (i1) poč. hodnoa V (A) - v2 (i2) výška impulzu V (A) - v2 d zpoždění s r doba náběhu s Tsep f doba doběhu s Tsep pw šířka impulzu s Tsop v1 per perioda s Tsop d per r pw f Příklady: VTTL 1 DC 1 PULSE( 5 1n 1n 1u 2u) ; obdélníkový průběh se sřídou prakicky 1:1 ISAW in ou PULSE( 1 1m.1m 1.1m) ; piloviý průběh SIN(<v> <va> <freq> <d> <df> <phase> ) SIN název popis jednoka přednas. v (i) posunuí V (A) - va (ia) ampliuda V (A) - freq kmioče Hz 1/Tsop d zpoždění s df lumicí fakor 1/s phase poč. fáze supně df = 1/časová konsana lumení, může bý i záporná nulová poč. fáze znamená sinusový signál. v d va Příklady: VSINUS 1 SIN( 1) Ix 3 4 SIN 1 1 1k 1k 9 ; sinusoida o ampliudě 1V; v simulačním čase se vykreslí 1 perioda ; kosinusovka se ss složkou 1V, kmiočem 1kHz a lumicí časovou +konsanou 1ms EXP(<v1> <v2> <d1> <c1> <d2> <c2>) EXP název popis jednoka přednas. v1 (i1) poč. hodnoa V (A) - v2 (i2) špičk. hodnoa V (A) - d1 začáek náběhu Hz c1 τ náběhu s Tsep d2 konec náběhu s d1+tsep c2 τ doběhu s Tsep v2 v1 d1 c1 d2 c2 Vrc ou EXP 1 1m 1m ; simulace nabíjení kapaciou přes rezisor na napěí 1V z V, +s časovou konsanou 1ms; v čase 1ms se kapacior vybije +s časovou konsanou Tsep

7 PWL PWL(1,v1) (2,v2). Časový průběh signálu je vořen lomenou čarou, kerá spojuje body o zadaných souřadnicích. Signál vlevo od prvního bodu a vpravo od posledního bodu na časové ose je prodloužením verikálních souřadnic krajních bodů. 1,v1 3,v3 2,v2 4,v4 5,v5 Čárky ani závorky nejsou povinné. Další (značné) možnosi ohoo formáu viz manuál. Vroj ou PWL (,) (1m,1) (2m,) ; rojúhelníkový impulz rvající 2ms. SFFM(<v> <va> <freq> <mi> <fm>) SFFM název popis jednoka přednas. v (i) posunuí V (A) - va (ia) ampliuda V (A) - freq kmioče nosné Hz 1/Tsop mi index FM= F/fm - fm modulační kmi. Hz 1/Tsop F je kmiočový zdvih. va v Vsirena 1 SFFM 1 1k 2 1 ; napěí předsavující zvuk sirény o základním kmioču 1kHz, +kerý je rozmíán nahoru a dolů o 2Hz periodicky +jedenkrá za sekundu. Závislé (řízené) zdroje Ke generaci signálů jsou vhodné zejména řízené zdroje, jejichž napěí, resp. proud lze definova vzorcem, v němž figuruje proměnná TIME (simulační čas). EGPSK 1 value={ sin(2* *1k*ime+v(2))} ; napěí z moduláoru PSK, kde počáeční +fáze je modulována napěím uzlu 2

8 Lieraura [1] BIOLEK,Z. Úvod do SPICE pomocí programu MicroCap. Učební exy SPŠE v Rožnově p.r. SENSIT HOLDING s.r.o., 24, 34 s. [2] BIOLEK, D. Řešíme elekronické obvody aneb kniha o jejich analýze. BEN echnická lieraura, 24, 52 s. [3] LÁNÍČEK, R. Simulační programy pro elekroniku. BEN echnická lieraura, 2, 113 s.