أ‡ - ERASMUS vbucata/elth/ آ  h v u v آµ u ] } } v ] v آµ v ` v P U أ† u o آµ أ±...

download أ‡ - ERASMUS vbucata/elth/ آ  h v u v آµ u ] } } v ] v آµ v ` v P U أ† u o آµ أ± آµ r أ­

of 86

  • date post

    27-Dec-2019
  • Category

    Documents

  • view

    5
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of أ‡ - ERASMUS vbucata/elth/ آ  h v u v آµ u ] } } v ] v آµ v ` v P U أ† u o آµ أ±...

  • BAZELE ELECTROTEHNICII – ı̂ndrumar de laborator –

  • 1 Contents 1 Introducere în SPICE ....................................................................................................... 4

    1.1 Ce este Spice? ........................................................................................................ 4

    1.2 Tipuri de analize .................................................................................................... 4

    2 Analiza de curent continuu (DC analysis) ........................................................................ 6

    2.1 Sintaxa SPICE ......................................................................................................... 7

    2.2 Exerciții ................................................................................................................ 25

    2.3 Circuite cu surse comandate în curent continuu .................................................. 26

    2.4 Probleme cu surse comandate ............................................................................. 31

    3 Analiza de curent alternativ folosind Spice. Filtre analogice ......................................... 33

    3.1 Instrucțiuni .......................................................................................................... 33

    3.2 Circuit R-L serie .................................................................................................... 35

    3.3 Circuit R-C serie ................................................................................................... 38

    3.4 Circuit R-L-C serie ................................................................................................. 39

    3.5 Transferul maxim de putere ................................................................................. 41

    3.6 Rezonanța RLC serie ............................................................................................ 42

    3.7 Filtre pasive ......................................................................................................... 50

    3.7.1 Filtrul trece-jos și filtrul trece-sus ........................................................................ 50

    3.7.2 Filtrul trece-bandă de tip Butterworth ................................................................. 52

    3.7.3 Filtrul oprește-bandă ........................................................................................... 53

    3.8 Probleme ............................................................................................................. 55

    4 Analiza circuitelor electrice în regim variabil ................................................................ 57

    4.1 Introducere .......................................................................................................... 57

    4.2 Tipuri de surse folosite în analiza de regim tranzitoriu ......................................... 58

    4.3 Sursa PWL ............................................................................................................ 59

    4.4 Sursa SIN ............................................................................................................. 62

    4.5 Sursa EXP ............................................................................................................. 66

    4.6 Sursa PULSE ......................................................................................................... 67

    4.7 Sursa SFFM (Single Frequency Frequency Modulated Waveform) ........................ 68

    4.8 Probleme cu condiții inițiale ................................................................................ 70

    4.9 Reprezentarea rezultatelor unor analize fazoriale sub formă grafică ................... 72

  • 4.10 Diferența dintre regimul permanent și cel tranzitoriu .......................................... 74

    4.11 Filtre în regim tranzitoriu ..................................................................................... 78

    4. 11.1 Filtrul trece-sus (circuit de derivare) ................................................................. 78

    5 Exerciții și întrebări ...................................................................................................... 84

    6 Concluzii ...................................................................................................................... 85

    7 Bibliografie ................................................................................................................... 86

  • 1 Introducere în SPICE

    1.1 Ce este Spice?

    SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) este un simulator numeric de circuite electrice și electronice de uz general, open-source (codul lui este disponibil oricărui programator).

    SPICE este folosit în proiectarea circuitelor integrate, pentru a verifica corectitudinea proiectării și pentru a simula comportarea reală a circuitelor.

    Pot fi folosite diferite tipuri de analize precum: analiza de curent continuu, analiza de regim tranzitoriu, analiza în frecvență, analiza toleranțelor, analiza funcției de transfer, analiza de zgomot etc.

    SPICE folosește pentru construirea sistemului de ecuații metoda modificată a potențialelor la noduri adaptată analizei cerute. Plecând de la un fișier text “netlist” care descrie elementele de circuit și conexiunile dintre ele, SPICE generează ecuațiile (sistem de ecuații diferențiale algebrice neliniare) ce sunt rezolvate folosind metode de integrare implicită, metoda Newton și tehnici cu matrici rare.

    SPICE poate simula cu precizie ridicată circuite care acoperă o gamă variată de aplicații: de la surse în comutație până la celule de memorie, oscilatoare și amplificatoare.

    Prima versiune comercială a SPICE a fost ISPICE iar cele mai importante de-a lungul timpului au fost HSPICE și PSPICE. În prezent există mai multe grupuri care continuă să dezvolte SPICE precum ADICE (de la Analog Devices), LTspice (de la Linear Technology, disponibil gratuit pentru public) și TINA (de la DesignSoft). În această carte am folosit pentru simularea circuitelor versiunea gratuită PSpice Student 9.1.

    Circuitele analizate cu SPICE pot conține rezistoare, condensatoare, bobine, bobine cuplate, surse de tensiune și de curent independente, surse de tensiune și de curent dependente (comandate), linii de transmisiune și cele mai uzuale dispozitive semiconductoare, diode, tranzistoare bipolare – TB, tranzistoare cu efect de câmp cu grilă- joncțiune – TECJ, tranzistoare cu efect de câmp metal-oxid-semiconductor (MOS) – TECMOS, tranzistoare cu efect de câmp metal-semiconductor – TECMES etc.

    1.2 Tipuri de analize

  • Analiza de curent continuu (DC analysis) calculează PSF-ul (Punctul Static de Funcționare – OP=”Operating Point”) în condițiile în care condensatoarele sunt deconectate și bobinele scurtcircuitate. Sunt rezolvate iterativ ecuațiile neliniare care descriu circuitul, neliniaritățile provenind în principal din caracteristicile dispozitivelor semiconductoare.

    Punctul static de funcționare reprezintă soluția de curent continuu în jurul căreia funcționează circuitul de semnal mic, adică circuitul cu variații suficient de mici astfel încât acesta să fie considerat liniar (neliniaritățile dispozitivelor semiconductoare fiind considerate liniare pe porțiuni) fără a se genera erori prea mari.

    Analiza de curent alternativ (AC analysis) calculează valoarea complexă a potențialelor nodurilor unui circuit liniar în funcție de frecvența semnalului sinusoidal aplicat la intrare. Pentru circuitele neliniare, cum ar fi de exemplu circuitele cu tranzistoare, acest tip de analiza presupune realizarea condiției de semnal mic. Aceasta înseamna că amplitudinea tensiunii sursei de excitație se presupune mică față de tensiunea termică (Vth=kT/q=25.8mV la 27ºC). Numai în cazul respectării acestei condiții, circuitele neliniare pot fi înlocuite, pentru variații în jurul punctului static de funcționare, prin echivalentul lor liniarizat.

    În cazul analizei tranzitorii (TRANSient analysis) se calculează pentru fiecare nod al circuitului formele de undă în funcție de timp. Este o analiza de semnal mare, aceasta însemnând că asupra amplitudinii semnalului de intrare nu se impune nicio restricție.

    SPICE construiește și apoi rezolvă ecuațiile corespunzătoare circuitului analizat utilizând metoda potențialelor la noduri în același fel în care un operator uman scrie mai intâi teoremele Kirchhoff I și II pentru circuitul considerat și relațiile constitutive ale elementelor din laturi iar apoi rezolvă sistemul de ecuații rezultat. Din această cauză, cea mai bună cale de a înțelege cum funcționează SPICE este de a rezolva manual un circuit luat ca exemplu.

  • 2 Analiza de curent continuu (DC analysis) Se consideră rețeaua rezistivă din Fig. 1 .

    Fig. 1 Circuitul considerat (circuit în T podit)

    Regimul de curent continuu va fi determinat inițial manual iar apoi folosind SPICE.

    Se cer potențialele nodurilor circuitului rezistiv in T podit din Fig. 1 și să se determine curentul furnizat de sursa de polarizare Vpolarizare.

    Valorile sunt: Vpolarizare=12V, R1=10Ω, R2=10Ω, R3=5Ω, R4=5Ω.

    Nodurile sunt numerotate 0,1,2,3.

    Soluție:

    Potențialul nodului 1 este egal cu Vpolarizare , adică 12V. Poten