Elektroniksimulation mit PSPICE

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1 Bernhard Beetz Elektroniksimulation mit PSPICE Analoge und digitale Schaltungen mit ausführlichen Simulationsanleitungen Mit 379 Abbildungen und 60 Tabellen Viewegs Fachbücher der Technik Vieweg

2 VII Inhaltsverzeichnis 1. Bevor Sie beginnen 1.1 Lernziele und Konzeption des Buches 1.2 Installation der PSPICE Demoversion 9.1 Teil l 2 Schneller Einstieg in CAPTURE und PSPICE 2.1 Mit CAPTURE die Schaltung eingeben 2.2 Die Analyseart festlegen 2.3 Die Schaltung simulieren und in PROBE darstellen 2.4 Mit mehreren Simulationsprofilen arbeiten 2.5 Die Ausgabedatei von PSPICE (Output-File) 2.6 Zusammenfassung der wichtigsten Befehle 3 Die Quellen in PSPICE kurz und bündig 3.1 Quellen für analoge Schaltungen Gleichspannungsquellen Einfache Wechselspannungsquelle VAC Sinusquelle VSIN Quellen mit frequenzmoduliertem Signalverlauf Impulsförmige Quelle VPULSE Quellen mit stückweise linearem Verlauf Quellen mit exponentiellem Signalverlauf 3.2 Quellen für digitale Schaltungen Digitale Signalquelle für 1 Bit Digitale Signalquelle für 4 und mehr Bits Digitale Taktquelle DigClock Digitale Signalverläufe in einer Datei 3.3 Stimulus-Quellen Analoge Stimulus-Quelle VSTIM Digitale Stimulus-Quelle DigStim 4 Kompaktkurs Analysearten 4.1 Arbeitspunktanalysen (Bias Point) Bias-Point-Detail-Analyse Transfer-Function-Analyse (Kleinsignal-Übertragungsfunktion) DC-Sensitivity-Analyse (Empfindlichkeitsanalyse) 4.2 DC-Sweep-Analyse Parametric-Sweep (Parameter-Analyse) 4.3 Analyse im Zeitbereich, Transienten-Analyse 4.4 Analysen im Frequenzbereich

3 VIII Inhaltsverzeichnis Fourier-Analyse (Spektralanalyse) Wechselstromanalyse und Frequenzgang (AC-Sweep) Rauschanalyse 4.5 Weitere Analysen Statistische Analyse (Monte-Carlo-Analyse) Worst-Case-Analyse Temperaturanalyse Teil 2 5 Analoge Schaltungen mit PSPICE simulieren Statisches und dynamisches Verhalten von Dioden Durchlass-Kennlinie einer Diode Emissionskoeffizient und Bahnwiderstand einer Diode Temperatureinfluss auf die Kennlinie einer Diode Simulation des Umschaltverhaltens einer Diode Einweggleichrichterschaltung ohne Ladekondensator Einweggleichrichterschaltung mit Ladekondensator Zweiweggleichrichterschaltung ohne und mit Ladekondensator 5.2 Statisches und dynamisches Verhalten von Z-Dioden Durchlass- und Sperrkennlinie einer Z-Diode Spannungsstabilisierung mit Z-Diode Spannungsstabilisierung mit Z-Diode bei veränderlicher Last Spannungsbegrenzung Begrenzerschaltung mit zwei Z-Dioden Sollspannungsmesser 5.3 Statisches und dynamisches Verhalten von Transistoren Kennlinien eines Transistors Kleinsignalverstärker in Emitterschaltung Klirrfaktor eines Kleinsignalverstärkers in Emitterschaltung Amplituden- und Phasengang eines Kleinsignalverstärkers Rauschanalyse an einem Kleinsignalverstärker Konstantstromquelle Kollektorschaltung Impedanzwandler mit Kollektorschaltung Indikator für Widerstandsänderung Blinkgeber für 24 V Wechselspannung Schaltung eines einfachen Operationsverstärkers Komplementäre Ausgangsstufe 5.4 Statisches und dynamisches Verhalten von Feldeffekttransistoren Kennlinien eines Feldeffekttransistors Kleinsignalverstärker in Source-Schaltung Amplituden- und Phasengang eines Kleinsignalverstärkers FET in Drain-Schaltung FET als steuerbarer Widerstand Mehrstufiger Verstärker in Source-Schaltung MOSFET als Schalter S

4 Inhaltsverzeichnis Sample- and Hold-Schaltung CMOS-Inverter Konstantstromquelle mit JFET 5.5 Statisches und dynamisches Verhalten von Operationsverstärkern Übertragungskennlinie, Offsetspannung und Eingangsströme Frequenzgang eines Operationsverstärkers Invertierender Verstärker Nichtinvertierender Verstärker Frequenzkennlinien des nichtinvertierenden Verstärkers Subtrahierer Addierer Integrator Differenzierer Hochpass erster Ordnung Tiefpass erster Ordnung Bandpass Fensterkomparator 6 Digitale Schaltungen mit PSPICE simulieren 6.1 Statisches und dynamisches Verhalten von Schaltnetzen Simulation aller mit zwei Variablen möglichen Funktionen Simulation eines einfachen Schaltnetzes Distributives Gesetz Das Gesetz von De Morgan Ringoszillator Hazards Bit-Vergleicher Bit-Vergleicher Bit-Addierer Bit-Multiplizierer Digitaler Schmitt-Trigger Pegelumsetzer analog zu digital 6.2 Statisches und dynamisches Verhalten von Kippschaltungen RS-Flipflops Zustandsgesteuertes RS-Flipflop Taktflankengesteuertes RS-Flipflop D-Flipflop JK-Flipflop Synchroner Schalter für Taktsignal Synchrones Monoflop Synchronisation von Impulsen Synchroner Änderungsdetektor Bewegungsrichtungs-Diskriminator 6.3 Statisches und dynamisches Verhalten von Zählern Synchroner mod-5-vorwärtszähler Synchroner mod-5-vorwärts-/rückwärtszähler Synchroner mod-8-rückwärtszähler IX

5 X Inhaltsverzeichnis Synchroner mod-12-vorwärtszähler Synchroner BCD-Vorwärtszähler im Kode Synchroner BCD-Rückwärtszähler im Aiken-Kode Synchroner 4-Bit-Vorwahlzähler Synchroner 8-Bit-Vorwärtszähler Asynchroner mod-5-vorwärtszähler im Dualkode Asynchroner mod-8-vorwärtszähler im Dualkode Statisches und dynamisches Verhalten von Schieberegistern Bit-Parallel-Serien-Umsetzer Bit-Serien-Parallel-Umsetzer Bit-Universal-Schieberegister Bit-Serien-Parallel-Umsetzer Bit-Schieberegister Bit-FIFO Bit-Umlaufregister Bit-Umlaufregister mit zwei verschiedenen Schrittweiten Bit-Johnson-Zähler Mod-8-Zähler mit einem 3-Bit-Schieberegister Bit-Schieberegister als Zufallsgenerator Verschlüsselungsschaltung mit Zufallsgenerator Schaltungen mit Halbleiterspeichern ROM mit vier logischen Funktionen ROM für 4x4-Bit-Multiplikation Signalgenerator für Sinus und Dreieck Bit-Vorwärts-/Rückwärtszähler im BCD-Kode Schaltwerke Gesteuerter Oszillator Automat zum Testen auf gerade oder ungerade Parität Teil 3 7 Wie man neue Modelle in CAPTURE einbindet Modelle von neuen Bauteilen einbinden Typen von Modellbeschreibungen Einbinden eines neuen Bauteils mit vorhandenem Modell Integration eines neuen Transistors Integration eines Modells für eine rote Leuchtdiode Einbindung eines Bauteils mit zwei Einheiten im Gehäuse Erstellen einer neuen Schaltzeichenbibliothek Ein Bauteil in eine Bibliothek kopieren Eigene Modelle erstellen Modell einer Frequenzweiche eines Lautsprechers Erstellen der Modellbibliothek für die Frequenzweiche Herstellen des Symbols der Frequenzweiche Test des neuen Bauteils Modelle von logischen Schaltkreisen erstellen Modelle mit dem Modell-Editor erstellen

6 Inhaltsverzeichnis XI 7.5 Aufgaben 8 OrCAD Demoversion Installation der OrCAD Demoversion Veränderungen in der Demoversion 10.0 Anhang A. 1 Überblick über die verwendeten Analysearten, Bauteile und Quellen A.2 Antworten aufhäufig gestellte Fragen Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis