Tillæg til CMOS Integrated Circuit Simulation with LTspice IV vedrørende kursus 31001,

Transkript

1 Tillæg til CMOS Integrated Circuit Simulation with LTspice IV vedrørende kursus 31001, Elektriske Kredsløb 1 1. Oversigt over komponentudvalg i kursus 31001, Elektriske Kredsløb 1. På de følgende sider findes en oversigt over de komponenter, der benyttes i forbindelse med kursets opgaver. I tabellerne angiver LTspice-navnet det navn, som benyttes i komponentudvalget i Select Component Symbol -vinduet (se nedenstående), der åbnes vha. kommandoen Edit Components, symbol på værktøjslinjen, eller tastaturgenvej F2. (I Mac versionen af LTspice vha. Draft Components.) I komponentsymbolet for LTspice er den øverste bogstavsbetegnelse navn og nummer på komponenten, mens det nederste bogstav er værdien eller komponentspecifikationen, f.eks. reference til.model beskrivelse. Side- og figurhenvisninger er til CMOS Integrated Circuit Simulation with LTspice IV - a Tutorial Guide, First Edition, A-1

2 Betegnelse Symbol LTspice navn og specifikation Dansk Engelsk Lærebog LTspice LTspice navn Specifikation og bogstavsymbol modstand, resistans resistor, resistance res, R værdi i ohm, Ω, se side 14 kondensator, kapacitans capacitor, capacitance cap, C værdi i farad, F, jfr. specifikation af modstand, side 14 spole, selvinduktion, coil, inductor, ind, L værdi i henry, H, jfr. side 14 induktans inductance diode diode diode, D diode typenummer eller.model specifikation, se side 51 Zenerdiode Zener diode zener, D diode typenummer eller.model specifikation, se side 51 bipolær npn transistor, bipolar npn transistor npn, Q transistor typenummer eller.model specifikation, jfr. side 51 bipolær pnp transistor, bipolar pnp transistor pnp, Q transistor typenummer eller.model specifikation, jfr. side 51 afbryder, omskifter switch sw, S.model specifikation, se side 47 A-2

3 Betegnelse Symbol LTspice navn og specifikation Dansk Engelsk Lærebog LTspice LTspice navn Specifikation og bogstavsymbol uafhængig spændingskilde independent, V DC værdi i volt, V, eller tidsvarierende spænding, se side 44 uafhængig independent, I DC værdi i strømkilde ampere, A, eller tidsvarierende strøm, jfr. specifikation af spænding, se side 44 spændings- g, G værdi af styret transkonduk- strømkilde tansen G i ampere pr. g2, G volt, A/V, se side 29 spændings- e, E værdi af for- styret stærkningen spændings- E i volt pr. kilde volt, V/V, jfr. e2, E specifikation af spændingsstyret strømkilde, se side 29 A-3

4 Betegnelse Symbol LTspice navn og specifikation Dansk Engelsk Lærebog LTspice LTspice navn Specifikation og bogstavsymbol strømstyret strømkilde f, F højreklik på symbolet åbner Component Attribute Editor, jfr. fig på side 28 og fig på side 35. I Value angives navnet på en spændingskilde, hvorigennem den styrende strøm løber. I Value2 angives strømforstærkningen i A/A. strømstyret spændingskilde h, H i Component Attribute Editor angives navnet på en spændingskilde, hvorigennem den styrende strøm løber i Value, og transresistansen i V/A angives i Value2. A-4

5 Betegnelse Symbol LTspice navn og specifikation Dansk Engelsk Lærebog LTspice LTspice navn Specifikation og bogstavsymbol generel styret strømkilde arbitrary bi, B bi2, B formeludtryk for strømmen, jfr. fig på side 29 og fig på side 33. generel styret spændingskilde arbitrary bv, B formeludtryk for spændingen, f.eks. V={Av}*V(Vin) hvor {Av} er en spændingsforstærkning, eller V={Rm}*I(V1) hvor {Rm} er en transresistans og I(V1) er strømmen i en spændingskilde V1, jfr. fig på side 33. A-5

6 2. Oversigt over simuleringskommandoer til kursus 31001, Elektriske Kredsløb 1. I kursus beskæftiger vi os med DC signaler og tidsvarierende signaler. LTspice simuleringskommandoerne svarende hertil er DC op pnt, DC sweep og Transient, jfr. side 16. I Windows udgaven af LTspice indsættes kommandoerne vha. Simulate Edit Simulation Cmd, der åbner et vindue med hjælp til at specificere simuleringskommandoen, se fig. 1.5 på side 18. I Mac udgaven åbnes hjælpevinduet i fig. 1.5 med Draft SPICE Directives og et højreklik i ruden til indtastning af kommandoen. I kombination med simuleringskommandoerne er LTspice kommandoen.step (Parameter Sweep) særdeles nyttig til bestemmelse af et kredsløbs egenskaber, når en komponentværdi eller komponentparameter varieres over et bestemt område. DC op pnt: Denne kommando beregner DC strømme og spændinger i et kredsløb, idet kondensatorer betragtes som afbrydelser, og spoler (selvinduktioner) betragtes som kortslutninger. Syntax:.op I Windows udgaven af LTspice resulterer simuleringen i en udgangsfil indeholdende alle knudepunktsspændinger og strømme i komponenter i kredsløbet. I Mac udgaven resulterer simuleringen i et plot-vindue, hvor spændinger og strømme kan vises. Spændinger og strømme kan udvælges ved at pege på knudepunkter eller komponenter i diagrammet, jfr. side 23. Alternativt kan spændinger og strømme vises i en fil vha. View Spice Error Log eller tastaturgenvej L. Kommandoen kræver, at DC spændingen er veldefineret i alle knudepunkter. Hvis der til et knudepunkt kun er forbundet kondensatorer eller indgange til ideelle spændingsstyrede kilder, er spændingen i dette knudepunkt ikke veldefineret, og kommandoen giver ikke altid et rigtigt resultat. Man kan snyde programmet ved i stedet at anvende en Transient simulering med specifikation af en begyndelsesværdi af den udefinerede spænding, se side 55. DC sweep: Denne kommando beregner DC strømme og spændinger over et område af værdier for én, to eller tre uafhængige strøm- eller spændingskilder. Syntax:.dc <srcnam> <Vstart> <Vstop> <Vincr> Her betegner <srcname> navnet på en uafhængig strøm- eller spændingskilde, <Vstart> begyndelsesværdien og <Vstop> slutværdien for det område, kilden skal varieres over, mens <Vincr> betegner størrelsen af step mellem hver simulering. Kommandoen er velegnet til at finde f.eks. en udgangsspænding som funktion af en indgangsspænding i et forstærkerkredsløb. Simuleringen resulterer i et plot-vindue, hvor spændinger og strømme kan vises som funktion af den (første) kilde, der er angivet i kommandoen. Spændinger og strømme kan udvælges ved at pege på knudepunkter eller komponenter i diagrammet, jfr. side 23. A-6

7 Transient: Denne kommando beregner strømme og spændinger som funktion af tiden i et kredsløb, hvor én eller flere kilder er specificeret som tidsvariende kilder, jfr. side 44. Syntax:.tran <Tstop> Her betegner <Tstop> stoptidspunktet for simuleringen. Kommandoen er velegnet til at finde f.eks. opladnings- og afladningsforløb af kondensatorer eller tidsvariende udgangssignaler som funktion af tidsvariende indgangssignaler i kredsløb med forstærkere, kondensatorer og/eller spoler. Kommandoen kræver, at spændingen til tiden t = 0 er veldefineret i alle knudepunkter. Hvis der til et knudepunkt kun er forbundet kondensatorer eller indgange til ideelle spændingsstyrede kilder, er begyndelsesspændingen i dette knudepunkt ikke veldefineret, og det kan være nødvendigt at definere spændingen med en.ic kommando, jfr. f.eks. fig på side 55. Tilsvarende kan begyndelsesstrømmen i en spole (induktans) defineres med en.ic kommando, jfr. f.eks. fig på side 57. En.ic kommando er også særdeles nyttig i forbindelse med analyse af opladnings/opmagnetiseringsog afladnings/afmagnetiseringsforløb, jfr. eksempel 2.5 på side 57. Simuleringen resulterer i et plot-vindue, hvor spændinger og strømme kan vises som funktion af tiden. Spændinger og strømme kan udvælges ved at pege på knudepunkter eller komponenter i diagrammet, jfr. side 23. Ved transient kommandoen er det muligt at angive en modifier [startup] efter <Tstop>. Denne modifier bevirker, at DC kilder i kredsløbet rampes linært op til den angivne DC værdi i løbet af 20 µs. Undgå brug af denne modifier. Benyt i stedet en.ic specifikation som i eksempel 2.5 (side 57) eller en tidsvarierende spænding/strøm, jfr. side 44. DC Transfer: Denne kommando beregner småsignal indgangsmodstand, udgangsmodstand og overføringsfunktion fra en indgangssignalkilde til en udgang ved frekvensen 0 Hz. Syntax:.tf <V(vout)> <srcname> Her betegner <V(vout)> knudepunktsspændingen i et knudepunkt med betegnelsen (Net Name) vout og <srcname> navnet på en uafhængig strøm- eller spændingskilde, der fungerer som indgangssignal. I Windows udgaven af LTspice resulterer simuleringen i en udgangsfil indeholdende overføringsfunktion, indgangsmodstand og udgangsmodstand, jfr. fig på side 32. I Mac udgaven resulterer simuleringen i et plot-vindue, hvor overføringsfunktion, indgangsmodstand og udgangsmodstand kan vælges med kommandoen Add Traces. Ligesom.op kommandoen kræver.tf kommandoen, at DC spændingen er veldefineret i alle knudepunkter. A-7

8 Parameter Sweep: I kombination med ovenstående simuleringer kan LTspice kommandoen.step benyttes til bestemmelse af et kredsløbs egenskaber, når en komponentværdi eller komponentparameter varieres over et bestemt område. Syntax:.step <Param> <Vstart> <Vstop> <Vincr> Her betegner <Param> navnet på den parameter, der ønskes varieret, <Vstart> begyndelsesværdien af variationsområdet og <Vstop> slutværdien af variationsområdet, mens <Vincr> betegner størrelsen af step mellem hver værdi af parameteren. I komponentspecifikationen angives en parameter ved en bogstavbetegnelse med krøllede paranteser, f.eks. {R1}, jfr. fig på side 26. En simulering med et parameter sweep resulterer i et plot-vindue. For en.op simulering er x-aksen den parameter, som sweepes. For.dc og.tran simuleringer er x-aksen hhv. den uafhængige kilde og tiden, og der vises separate kurver for hver værdi af den sweepede parameter. Spændinger og strømme kan udvælges ved at pege på knudepunkter eller komponenter i diagrammet, jfr. side 23. A-8