Das Analog-Simulationsprogramm SPICE orientiert sich sehr wesentlich am ersten Zeichen einer Eingabe-Zeile.

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Harald Brandt
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1 Elektronik 2 PSPICE Elemente Seite A-1 Beschreibung der SPICE-Elemente Das Analog-Simulationsprogramm SPICE orientiert sich sehr wesentlich am ersten Zeichen einer Eingabe-Zeile. Übersicht über die Bedeutung des ersten Zeichens in einer Zeile * Kommentarzeile + Fortsetzungszeiel. Beginn einer Modellanweisung In einer Zeile wird der Text nach ';' als Kommentar interpretiert. Beispiel: * Beispiel einer Kommentarzeile.model BC182 NPN(Is=12.03f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=37.37 Bf=290 +Ne=1.971 Ise=2.732p Ikf=.1072 Xtb=1.5 Br=4.379 Nc=2 +Isc=0 Ikr=0 Rc=2.5 Re=1.5 Cjc=5.777p Mjc= Vjc=.75 Fc=.5 Cje=8.307p Mje=.384 Vje=.75 +Tr=698.4p Tf=385.4p Itf=.17 Vtf=3 Xtf=8 Rb=10) * National pid=04 case=to P. Raemy.PROBE ; wichtig zur grafischen Darstellung In Standard-SPICE sind nur die folgenden Zeichen erlaubt: Grossbuchstaben (ohne Ä Ö Ü) Zahlen 0..9 und -. () = + PSPICE behandelt Kleinbuchstaben wie grosse. Nach dem Kennbuchstaben können noch weitere 7 Zeichen zur Unterscheidung folgen. In den folgenden Erläuterungen werden Angaben, die optional sind, in eckige Klammern gesetzt. Die Angabe [IC=I o ] bedeutet, dass die Angabe IC= gefolgt von einem Wert I o nicht zwingend notwendig ist.

2 Elektronik 2 PSPICE Elemente Seite A-2 Passive Elemente Elementanweisung des Widerstandes Rname Knoten a Knoten b Wert [TC=α [,ß]] Wo α für den linearen und ß für den quadratischen Temperaturkoeffizient angegeben werden kann. Der Widerstandwert ist damit wie folgt von der Temperatur abhängig: R T = R o (1 + α ΔT + ß ΔT 2 ) avec ΔT = T - T o T o ist die Temperatur, mit der die Schaltung simuliert wird. Diese ist normalerweise 27, resp K. Andere Temperaturen können mit der Anweisung TNOM unter.option gesetzt werden. Mit der Anweisung.TEMP kann das Verhalten der Schaltung bei weitern Temperaturen simuliert werden. Beispiel: Anweisung zur Simulation eines Thermosensors Pt 100 zwischen den Knoten 10 und 11 mit α = /K und ß= /K 2 RPT TC=3.9E-3,-0.58E-6 Ein spannungsabhängiger Widerstand (VDR) kann mit einer spannungsgesteuerten Stromquelle realisiert werden (siehe unter dem Kennbuchstaben G). Elementanweisung des Kondensators Cname Knoten a Knoten b Wert [IC=U o ] Beispiel: Bei einer Transientenanalyse (.TRAN) soll der Kondensator CELKO (100 µf) zwischen den Knoten 21 und 22 zu Beginn mit einer Spannung von 10V geladen sein. IC definiert hier den Anfangswert. Damit mit dem spezifizierten Anfangswert gerechnet wir, muss in der Zeile mit der.tran Anweisung UIC (Use Initial Condition) stehen. CELKO u IC=10.TRAN 0.1m 5m UIC An Stelle eines fixen Kapazitätswertes kann mit der Angabe POLY 1 und nachfolgenden Koeffizienten ein Polynom C n (U) n-ten Grades eingegeben werden. C n (U) = C o + C 1 U + C 2 U C n U n 1 In PSPICE wir an Stelle der Poly-Anweisung die Verwendung VALUE oder TABLE empfohlen.

3 Elektronik 2 PSPICE Elemente Seite A-3 Beispiel: CELKO POLY(1) 100u 0-10n IC=10 entspricht folgender Beziehung C(U) = 100 uf F/V 2. U 2 Elementanweisung der Induktivität Lnane Knoten a Knoten b Wert [IC=I o ] Es gelten dieselben Hinweise wie beim Kondensator ausser, dass hier als Anfangsbedingung ein Strom I o angegeben werden kann. Ebenso kann mit der Angabe POLY ein Polynom L n (I) definiert werden. L n (I) = L o + L 1 I + L 2 I L n I n Damit kann beispielsweise die Sättigung im Eisenkern einer Drossel berücksichtigt werden.

4 Elektronik 2 PSPICE Elemente Seite A-4 Quellen Spannungquelle Vname Knoten a Knoten b Kurvenform Wert Bei einem positiven Wert liegt der Plusspol am Knoten a. Stromquelle Forme de signal: DC-Quelle Iname Knoten a Konten b Kurvenform Wert Ein positiver Strom fliesst in den Knoten a. [DC] [Wert] AC-Quelle AC [A p [Phase]] Nur zur.ac Analyse. Die Frequenz wird in der.ac-anweisung eingegeben. Puls Quelle PULSE(A o A p [t d [t r [t f [tw [T]]]]]) Sinus Quelle SIN(A o A p [f [t d [alpha]]]) 0 t t d : a(t) = A o t d t : a(t) = A o + A p sin(2π f(t-t d )) e -alpha(t-td) weiter gibt es noch: Exponentialquelle Polygonquelle Frequenzmodulierte Quelle EXP PWL SFFM

5 Elektronik 2 PSPICE Elemente Seite A-5 Gesteuerte Quellen Spannungsgesteuerte Stromquelle Gname a + a - e + e - y Spannungsgesteuerte Spannungsquelle Ename a + a - e + e - v Stromgesteuerte Stromquelle Diese Quelle wird durch zwei Anweisungen definiert. Fname a + a - Vname v Vname e + e - Stromgesteuerte Spannungsquelle Diese Quelle wird durch zwei Anweisungen definiert. Hname a + a - Vname z Vname e + e - Bei gesteuerten Quellen besteht noch die Möglichkeit, an Stelle der linearen Beziehung zwischen den Ein- und Ausgangsgrössen ein Polynom anzugeben.

6 Elektronik 2 PSPICE Elemente Seite A-6 Anweisung für die Analyseart Frequenzanalyse lineare Frequenzachse.AC LIN anz_punkte f start f stop logarithmische Achse.AC DEC Punkte_pro_Dekade f start f stop logarithmische Achse.AC OCT Punkte_pro_Oktave f start f stop Transientenanalyse.TRAN t step t stop [t start [max_step]] [UIC] Temperaturanalyse.TEMP T 1 [ T 2 [ T 3 [ etc. ]]] DC-Analyse.DC quellenbez start stop step [quellenbez start stop step] weitere Analysearten: DC-Arbeitspunkt.OP Tranferanalyse.TF Empfindlichkeitanalyse.SENS Kennlinie.DC Klirrfaktoranalyse.DISTO 2 Fourieranalyse.FOUR Rauschanalyse.NOISE Monte Carlo Analyse.MC 2.DISTO wird von PSPICE nicht unterstützt.

7 Elektronik 2 PSPICE Elemente Seite A-7 Halbleitermodelle Diode Dname kn p kn n model_name [Fläche] [OFF] [IC=U o ].MODEL model_name D(IS=.. RS=.. etc.) Beachte: Pro Diodentyp ist nur eine einzige.model Anweisung erforderlich. Die folgenden 14 Parameter können in der.model Anweisung spezifiziert werden: Nr. Bez. Parameter Default Fläche 1 IS Sperrsättigungsstrom I S in A * 2 RS Bahnwiderstand R B in Ohm 0 * 3 N Emissionskoeffizient m 1 4 TT Minoritätsträgerlebensdauer τ in s 0 5 CJ0 Null-Sperrschichtkapazität C j0 in F 0 * 6 VJ Diffusionsspannung U D in V 1 7 M Exponent von C j EG Bandabstand E G in ev XTI Temperexponent von I S 3 10 KF Funkelrauschkoeffiezient Flicker-noise k F 0 11 AF Funkelrauschexponent Flicker-noise a F 1 12 FC C j Koeffiezient im Durchlassbereich f C BV Sperrdurchbruchspannung U RB in V infini 14 IBV Strom bei U RB in A 10-3 Beispiel: D1 4 5 DIODE D2 5 6 DIODE.MODEL DIODE D * verwendet Ersatzwert insbesondere RS=0

8 Elektronik 2 PSPICE Elemente Seite A-8 Bipolartransistor Qname c b e [substr] model_name [Fläche] [OFF] [IC=U BE,U CE ].MODEL model_name NPN(IS=.. BF=.. NF=.. etc.) oder.model model_name PNP(IS=.. BF=.. NF=.. etc.)

9 Elektronik 2 PSPICE Elemente Seite A-9 Bibliothek In Bibliotheken finden wir die Modell-Angaben von vielen Bauteilen bereits vordefiniert. Inzwischen gibt es von einigen Firmen SPICE-Modelle ihrer Halbleiterbauteile. So z.b. gibt es von und von MOTOROLA Modelle ihrer Transistoren TEXAS INSTRUMENTS, NATIONAL SEMICONDUCTOR, PMI, Analog Device, etc. die Modelle von Operationsverstärkern und anderen linearen Elementen. Der bekannte Operationsverstärker 741 besteht aus mehr als 20 Transistoren und könnte deshalb nicht mehr mit der PSPICE Demoversion simuliert werden. Zudem würde die Simulationszeit recht gross. Aus diesem Grunde sind in den Bibliotheken sogenannte Makromodelle enthalten, in welchen normalerweise nur die Eingangs- und gelegentlich die Ausgangstransistoren vorhanden sind. Die eigentlichen Funktionen werden mit gesteuerten Quellen nachgebildet. Die Bibliothek der Demoversion heisst NOM.LIB (resp. EVAL.LIB für die Version 5.1). Der Operationsverstärker µa 741 ist darin wie folgt definiert: * connections: non-inverting input * inverting input * positive power supply * negative power supply * output *.subckt ua c E-12 c E-12 dc 5 53 dx de 54 5 dx dlp dx dln dx dp 4 3 dx egnd 99 0 poly(2) (3,0) (4,0) fb 7 99 poly(5) vb vc ve vlp vln E6-10E6 10E6 10E6-10E6 ga E-6 gcm E-9 iee 10 4 dc 15.16E-6 hlim 90 0 vlim 1K q qx q qx r E3 rc E3 rc E3 re E3 re E3 ree E6 ro ro rp E3 vb 9 0 dc 0 vc 3 53 dc 1 ve 54 4 dc 1 vlim 7 8 dc 0

10 Elektronik 2 PSPICE Elemente Seite A-10 vlp 91 0 dc 40 vln 0 92 dc 40.model dx D(Is=800.0E-18 Rs=1).model qx NPN(Is=800.0E-18 Bf=93.75).ends In einer Netzliste wird ein Bauteil au seiner Bibliothek wie folgt aufgerufen: Xnom kn 1 kn 2... kn n subct_name [Parameter].LIB G:\UTIL\PSPICE\NOM.LIB Beispiel: VP 12 0 DC 15 VN 11 0 DC X ua741.lib G:\UTIL\PSPICE\NOM.LIB

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