Exemples de circuits et de listes d'interconnexions
Les circuits suivants sont des netlists pré-testés pour SPICE 2g6, accompagnés de brèves descriptions si nécessaire. (Voir la simulation informatique des circuits électriques du chapitre 2 pour plus d'informations sur les netlists dans SPICE.)
N'hésitez pas à « copier » et « coller » l'une des listes d'interconnexions dans votre propre fichier source SPICE pour analyse et/ou modification. Mon objectif ici est double :donner des exemples pratiques de conception de listes d'interconnexions SPICE pour mieux comprendre la syntaxe des listes d'interconnexions SPICE et montrer à quel point les listes d'interconnexions SPICE peuvent être simples et compactes pour analyser des circuits simples.
Toutes les listes de sortie pour ces exemples ont été « rognées » d'informations superflues, vous donnant la présentation la plus succincte possible de la sortie SPICE. Je fais cela principalement pour économiser de l'espace dans ce document.
Les sorties typiques de SPICE contiennent de nombreux en-têtes et informations récapitulatives qui ne sont pas nécessairement liées à la tâche à accomplir. Ne soyez donc pas surpris lorsque vous exécutez une simulation par vous-même et constatez que la sortie n'est pas exactement ressemble à ce que j'ai montré ici !
Exemple de circuit de réseau de résistances CC à sources multiples, partie 1
Sans .dc carte et un .print ou .plot carte, la sortie de cette netlist n'affichera que les tensions pour les nœuds 1, 2 et 3 (en référence au nœud 0, bien sûr).
Netlist :
Plusieurs sources dc v1 1 0 dc 24 v2 3 0 dc 15 r1 1 2 10k r2 2 3 8.1k r3 2 0 4.7k .end
Résultat :
tension de nœud tension de nœud tension de nœud ( 1) 24.0000 ( 2) 9.7470 ( 3) 15.0000
courants de source de tension nom courant v1 -1.425E-03 v2 -6.485E-04
dissipation de puissance totale 4,39E-02 watts
Exemple de circuit de réseau de résistances CC à sources multiples, partie 2
En ajoutant un .dc carte d'analyse et spécifiant la source V1 de 24 volts à 24 volts en 1 pas (c'est-à-dire 24 volts en continu), on peut utiliser le .print analyse de la carte pour imprimer les tensions entre deux points que nous désirons.
Curieusement, lorsque le fichier .dc l'option d'analyse est invoquée, les impressions de tension par défaut pour chaque nœud (à la terre) disparaissent, nous finissons donc par devoir les spécifier explicitement dans le .print carte pour les voir du tout.
Netlist :
Plusieurs sources dc v1 1 0 v2 3 0 15 r1 1 2 10k r2 2 3 8.1k r3 2 0 4.7k .dc v1 24 24 1 .print dc v(1) v(2) v(3) v( 1,2) v(2,3) .end
Résultat :
Exemple de circuit RC à constante de temps
Pour l'analyse en courant continu, les conditions initiales de tout composant réactif (C ou L) doivent être spécifiées (tension pour les condensateurs, courant pour les inductances). Ceci est fourni par le dernier champ de données de chaque carte condensateur (ic=0 ).
Pour effectuer une analyse DC, le .tran ("transitoire ") L'option d'analyse doit être spécifiée, avec le premier champ de données spécifiant l'incrément de temps en secondes, le second spécifiant la durée totale d'analyse en secondes, et le "uic " en lui disant d'"utiliser les conditions initiales" lors de l'analyse.
Netlist :
Circuit de temporisation RC v1 1 0 dc 10 c1 1 2 47u ic=0 c2 1 2 22u ic=0 r1 2 0 3.3k .tran .05 1 uic .print tran v(1,2) .end
Résultat :
Tracé et analyse d'un simple circuit de tension sinusoïdale CA
Cet exercice montre la configuration appropriée pour tracer les valeurs instantanées d'une source de tension sinusoïdale avec le .plot fonction (en tant que transitoire Analyse). Sans surprise, l'analyse de Fourier dans ce jeu nécessite également le .tran option d'analyse (transitoire) à spécifier sur une plage de temps appropriée.
La plage de temps dans ce pont particulier permet une analyse de Fourier avec une précision plutôt médiocre. Plus il y a de cycles de la fréquence fondamentale sur lesquels l'analyse transitoire est effectuée, plus l'analyse de Fourier sera précise. Ce n'est pas une bizarrerie de SPICE, mais plutôt un principe de base des formes d'onde.
Netlist :
v1 1 0 sin(0 15 60 0 0) rload 1 0 10k * remplacez la carte tran par la suivante pour une meilleure précision de Fourier * .tran 1m 30m .01m et incluez la carte .options :* .options itl5=30000 .tran 1m 30m .plot tran v(1) .four 60 v(1) .end
Résultat :
Exemple de circuit résistance-condensateur CA simple
Le .ac La carte spécifie les points d'analyse ca de 60 Hz à 60 Hz, en un seul point. Cette carte, bien sûr, est un peu plus utile pour l'analyse multifréquence, où une gamme de fréquences peut être analysée par étapes. Le .print la carte émet la tension alternative entre les nœuds 1 et 2, et la tension alternative entre le nœud 2 et la terre.
Netlist :
Démo d'un circuit alternatif simple v1 1 0 ac 12 sin r1 1 2 30 c1 2 0 100u .ac lin 1 60 60 .print ac v(1,2) v(2) .end
Résultat :
freq v(1,2) v(2) 6.000E+01 8.990E+00 7.949E+00
Exemple de circuit de filtre passe-bas
Ce filtre passe-bas bloque le courant alternatif et transmet le courant continu à la charge R résistance. Typique d'un filtre utilisé pour supprimer l'ondulation d'un circuit redresseur, il a en fait une fréquence de résonance, ce qui en fait techniquement un filtre passe-bande.
Cependant, cela fonctionne bien de toute façon pour laisser passer le courant continu et bloquer les harmoniques haute fréquence générées par le processus de redressement CA-à-CC. Ses performances sont mesurées avec une source AC balayant de 500 Hz à 15 kHz. Si vous le souhaitez, le .print la carte peut être remplacée ou complétée par un .plot carte pour afficher graphiquement la tension alternative au nœud 4.
Netlist :
Filtre passe-bas v1 2 1 ac 24 sin v2 1 0 dc 24 rload 4 0 1k l1 2 3 100m l2 3 4 250m c1 3 0 100u .ac lin 30 500 15k .print ac v(4) .plot ac v( 4) .end
Exemple de circuit de réseau CA à sources multiples
L'une des particularités de SPICE est son incapacité à gérer une boucle dans un circuit exclusivement composé de sources de tension en série et d'inductances. Par conséquent, la "boucle" de V1 -L1 -L2 -V2 -V1 est inacceptable.
Pour contourner ce problème, j'ai dû insérer un low -résistance de résistance quelque part dans cette boucle pour la briser. Ainsi, nous avons Rfaux entre 3 et 4 (avec 1 pico-ohm de résistance), et V2 entre 4 et 0. Le circuit ci-dessus est la conception originale, tandis que le circuit ci-dessous a Rfaux inséré pour éviter l'erreur SPICE.
Netlist :
Source ca multiple v1 1 0 ac 55 0 sin v2 4 0 ac 43 25 sin l1 1 2 450m c1 2 0 330u l2 2 3 150m rbogus 3 4 1e-12 .ac lin 1 30 30 .print ac v(2 ) .end
Résultat :
freq v(2) 3.000E+01 1.413E+02
Exemple de circuit de démonstration de déphasage CA
Les courants à travers chaque branche sont indiqués par les chutes de tension à travers chaque résistance shunt respective (1 amp =1 volt à 1 Ω), sortie par le v(1,2) et v(1,3) termes du .print carte. La phase des courants à travers chaque branche est indiquée par la phase des chutes de tension à travers chaque résistance shunt respective, sortie par le vp(1,2) et vp(1,3) termes dans le .print carte.
Netlist :
Résultat :
Exemple de circuit de transformateur
SPICE comprend les transformateurs comme un ensemble d'inductances couplées mutuellement. Ainsi, pour simuler un transformateur dans SPICE, vous devez spécifier les enroulements primaire et secondaire en tant qu'inducteurs séparés, puis demander à SPICE de les lier avec un « k " carte spécifiant la constante de couplage.
Pour une simulation de transformateur idéale, la constante de couplage serait l'unité (1). Cependant, SPICE ne peut pas gérer cette valeur, nous utilisons donc quelque chose comme 0,999 comme facteur de couplage. Notez que tous les paires d'inductances de bobinage doivent être couplées avec leur propre k cartes pour que la simulation fonctionne correctement. Pour un transformateur à deux enroulements, un seul k carte suffira.
Pour un transformateur à trois enroulements, trois k les cartes doivent être spécifiées (pour lier L1 avec L2 , L2 avec L3 , et L1 avec L3 ). Le L1 /L2 Le rapport d'inductance de 100:1 fournit un rapport de transformation de tension abaisseur de 10:1. Avec 120 volts, nous devrions voir 12 volts sur le L2 enroulement. Le L1 /L3 le rapport d'inductance de 100:25 (4:1) fournit un rapport de transformation de tension abaisseur de 2:1, ce qui devrait nous donner 60 volts sur L3 enroulement avec 120 volts in.
Netlist :
Résultat :
freq v(1) v(2) v(3) 6.000E+01 1.200E+02 1.199E+01 5.993E+01
Dans cet exemple, Rbogus0 est une résistance de très faible valeur, servant à rompre la boucle source/inductance de V1 /L1 . Rfaux1 et Rfaux2 sont des résistances de très haute valeur nécessaires pour fournir des chemins CC à une terre sur chacun des circuits isolés. Notez également qu'un côté du circuit primaire est directement mis à la terre. Sans ces références au sol, SPICE produira des erreurs !
Exemple de circuit redresseur en pont pleine onde
Les diodes, comme tous les composants semi-conducteurs de SPICE, doivent être modélisées de manière à ce que SPICE connaisse tous les détails de leur fonctionnement. Heureusement, SPICE est livré avec quelques modèles génériques, et la diode est la plus basique. Remarquez le .model carte qui précise simplement « d " comme modèle de diode générique pour mod1 .
Encore une fois, puisque nous traçons les formes d'onde ici, nous devons spécifier tous les paramètres de la source CA dans une seule carte et imprimer/tracer toutes les valeurs en utilisant le .tran option.
Netlist :
Résultat :
Exemple de circuit amplificateur à transistor BJT à base commune
Cette analyse balaie la tension d'entrée (Vin) de 0 à 5 volts par incréments de 0,1 volt, puis imprime la tension entre les conducteurs collecteur et émetteur du transistor v(2,3). Le transistor (Q1) est un NPN avec un bêta avant de 50.
Netlist :
Amplificateur BJT à base commune vsupply 1 0 dc 24 vin 0 4 dc rc 1 2 800 re 3 4 100 q1 2 0 3 mod1 .model mod1 npn bf=50 .dc vin 0 5 0.1 .print dc v(2, 3) .plot dc v(2,3) .end
Résultat :
Exemple de circuit amplificateur JFET à source commune avec auto-polarisation
Netlist :
source commune jfet amplificateur vin 1 0 sin(0 1 60 0 0) vdd 3 0 dc 20 rdrain 3 2 10k rsource 4 0 1k j1 2 1 4 mod1 .model mod1 njf .tran 1m 30m .plot tran v(2 ,0) v(1,0) .end
Résultat :
Exemple de circuit d'amplificateur opérationnel inverseur
Pour simuler un amplificateur opérationnel idéal dans SPICE, nous utilisons une source de tension dépendante de la tension comme amplificateur différentiel avec un gain extrêmement élevé. Le « e La carte ” configure la source de tension dépendante avec quatre nœuds, 3 et 0 pour la sortie de tension et 1 et 0 pour l'entrée de tension. Aucune alimentation n'est nécessaire pour la source de tension dépendante, contrairement à un véritable amplificateur opérationnel. Le gain de tension est fixé à 999 000 dans ce cas. La source de tension d'entrée (V1 ) balaie de 0 à 3,5 volts par pas de 0,05 volt. Netlist :
Inverser opamp v1 2 0 dc e 3 0 0 1 999k r1 3 1 3.29k r2 1 2 1.18k .dc v1 0 3.5 0.05 .print dc v(3,0) .end
Résultat :
Exemple de circuit d'amplificateur opérationnel non inverseur
Autre exemple de bizarrerie SPICE :puisque la source de tension dépendante « e " n'est pas considéré comme une charge vers la source de tension V1 , SPICE interprète V1 être en circuit ouvert et refusera de l'analyser. Le correctif consiste à connecter Rfaux en parallèle avec V1 pour agir comme une charge CC.
Être directement connecté à travers V1 , la résistance de Rfaux n'est pas crucial pour le fonctionnement du circuit, donc 10 kΩ fonctionneront bien. J'ai décidé de ne pas balayer le V1 tension d'entrée du tout dans ce circuit afin de garder la liste d'interconnexions et la liste de sortie simples.
Netlist :
ampli op non inverseur v1 2 0 dc 5 rbogus 2 0 10k e 3 0 2 1 999k r1 3 1 20k r2 1 0 10k .end
Résultat :
tension de nœud tension de nœud tension de nœud ( 1) 5.0000 ( 2) 5.0000 ( 3) 15.0000
Exemple de circuit d'amplificateur d'instrumentation
A noter la très haute résistance Rbogus1 et Rfaux2 résistances dans la liste d'interconnexions (non illustrées dans le schéma par souci de concision) sur chaque source de tension d'entrée, pour empêcher SPICE de penser à V1 et V2 étaient en circuit ouvert, tout comme les autres exemples de circuits d'amplificateurs opérationnels.
Netlist :
Résultat :
Exemple de circuit intégrateur d'amplificateur opérationnel avec entrée sinusoïdale
Netlist :
Intégrateur avec entrée sinusoïdale vin 1 0 sin (0 15 60 0 0) r1 1 2 10k c1 2 3 150u ic=0 e 3 0 0 2 999k .tran 1m 30m uic .plot tran v(1,0) v (3,0) .end
Résultat :
Exemple de circuit intégrateur d'amplificateur opérationnel avec entrée carrée
Netlist :
Intégrateur avec entrée carré vin 1 0 pulse (-1 1 0 0 0 10m 20m) r1 1 2 1k c1 2 3 150u ic=0 e 3 0 0 2 999k .tran 1m 50m uic .plot tran v(1, 0) v(3,0) .end
Résultat : <(1) + :v(3) temps v(1) (*)————-1.000E+00 -5.000E-01 0.000E+00 5.000E-01 1.000E+00 (+)——— —-1.000E-01 -5.000E-02 0.000E+00 5.000E-02 1.000E-01 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0,000E+00 -1.000E+00 * . + . . 1.000E-03 1.000E+00 . . + . * 2.000E-03 1.000E+00 . . + . . * 3.000E-03 1.000E+00 . . + . . * 4.000E-03 1.000E+00 . . + . . * 5.000E-03 1.000E+00 . . + . . * 6.000E-03 1.000E+00 . . + . . * 7.000E-03 1.000E+00 . . + . . * 8.000E-03 1.000E+00 . .+ . . * 9.000E-03 1.000E+00 . +. . . * 1.000E-02 1.000E+00 . + . . . * 1.100E-02 1.000E+00 . + . . . * 1.200E-02 -1.000E+00 * + . . . . 1.300E-02 -1.000E+00 * + . . . . 1.400E-02 -1.000E+00 * +. . . . 1.500E-02 -1.000E+00 * .+ . . . 1.600E-02 -1.000E+00 * . + . . . 1.700E-02 -1.000E+00 * . + . . . 1.800E-02 -1.000E+00 * . + . . . 1.900E-02 -1.000E+00 * . + . . . 2.000E-02 -1.000E+00 * . + . . . 2.100E-02 1.000E+00 . . + . . * 2.200E-02 1.000E+00 . . + . . * 2.300E-02 1.000E+00 . . + . . * 2.400E-02 1.000E+00 . . + . . * 2.500E-02 1.000E+00 . . + . . * 2.600E-02 1.000E+00 . .+ . . * 2.700E-02 1.000E+00 . +. . . * 2.800E-02 1.000E+00 . + . . . * 2.900E-02 1.000E+00 . + . . . * 3.000E-02 1.000E+00 . + . . . * 3.100E-02 1.000E+00 . + . . . * 3.200E-02 -1.000E+00 * + . . . . 3.300E-02 -1.000E+00 * + . . . . 3.400E-02 -1.000E+00 * + . . . . 3.500E-02 -1.000E+00 * + . . . . 3.600E-02 -1.000E+00 * +. . . . 3.700E-02 -1.000E+00 * .+ . . . 3.800E-02 -1.000E+00 * . + . . . 3.900E-02 -1.000E+00 * . + . . . 4.000E-02 -1.000E+00 * . + . . . 4.100E-02 1.000E+00 . . + . . * 4.200E-02 1.000E+00 . . + . . * 4.300E-02 1.000E+00 . . + . . * 4.400E-02 1.000E+00 . .+ . . * 4.500E-02 1.000E+00 . +. . . * 4.600E-02 1.000E+00 . + . . . * 4.700E-02 1.000E+00 . + . . . * 4.800E-02 1.000E+00 . + . . . * 4.900E-02 1.000E+00 . + . . . * 5.000E-02 1.000E+00 + . . . * - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
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