Composants de circuit

N'oubliez pas que ce didacticiel n'est en aucun cas exhaustif et que toutes les descriptions des éléments du langage SPICE sont documentées ici sous une forme condensée. SPICE est un logiciel très performant avec de nombreuses options, et je ne vais en documenter que quelques-unes. Tous les composants d'un fichier source SPICE sont principalement identifiés par la première lettre de chaque ligne respective. Les caractères suivant la lettre d'identification sont utilisés pour distinguer un composant d'un certain type d'un autre du même type (r1, r2, r3, rload, rpullup, etc.) plus de huit caractères sont utilisés à la fois dans la lettre d'identification du composant et dans le nom distinctif. Par exemple, supposons que vous simuliez un circuit numérique avec des résistances « pullup » et « pulldown ». Le nom rpullup serait valide car il comporte sept caractères. Le nom rpulldown , cependant, comporte neuf caractères. Cela peut causer des problèmes lorsque SPICE interprète la netlist. Vous pouvez en fait vous en tirer avec des noms de composants dépassant huit caractères au total s'il n'y a pas d'autres composants portant le même nom dans le fichier source. SPICE ne fait attention qu'aux huit premiers caractères du premier champ de chaque ligne, donc rpulldown est en fait interprété comme rpulldow le « n » à la fin étant ignoré. Par conséquent, toute autre résistance ayant les huit premiers caractères dans son premier champ sera vue par SPICE comme la même résistance, définie deux fois, ce qui provoquera une erreur (c'est-à-dire rpulldown1 et rpulldown2 serait interprété comme le même nom, rpulldow ). Il convient également de noter que SPICE ignore la casse des caractères, donc r1 et R1 sont interprétées par SPICE comme une seule et même chose. SPICE permet l'utilisation de préfixes métriques pour spécifier les valeurs des composants, ce qui est une fonctionnalité très pratique. Cependant, la convention de préfixe utilisée par SPICE diffère quelque peu des symboles métriques standard, principalement en raison du fait que les netlists sont limités aux caractères ASCII standard (excluant les lettres grecques telles que µ pour le préfixe « micro ») et que SPICE est insensible à la casse , donc "m" (qui est le symbole standard pour "milli") et "M" (qui est le symbole standard pour "Mega") sont interprétés de manière identique. Voici quelques exemples de préfixes utilisés dans les netlists SPICE :r1 1 0 2t (Résistance R₁ , 2t =2 Tera-ohms =2 TΩ) r2 1 0 4g (Résistance R₂ , 4g =4 Giga-ohms =4 GΩ) r3 1 0 47meg (Résistance R₃ , 47 meg =47 méga-ohms =47 MΩ) r4 1 0 3,3 k (Résistance R₄ , 3,3k =3,3 kilo-ohms =3,3 kΩ) r5 1 0 55m (Résistance R₅ , 55m =55 milliohms =55 mΩ) r6 1 0 10u (Résistance R₆ , 10u =10 micro-ohms 10 µΩ) r7 1 0 30n (Résistance R₇ , 30n =30 nano-ohms =30 nΩ) r8 1 0 5p (Résistance R₈ , 5p =5 pico-ohms =5 pΩ) r9 1 0 250f (Résistance R₉ , 250f =250 femto-ohms =250 fΩ) La notation scientifique est également autorisée dans la spécification des valeurs des composants. Par exemple :r10 1 0 4.7e3 (Résistance R₁₀ , 4,7e3 =4,7 x 10 ³ ohms =4,7 kilo-ohms =4,7 kΩ) r11 1 0 1e-12 (Résistance R₁₁ , 1e-12 =1 x 10 ^-12 ohms =1 pico-ohm =1 pΩ) L'unité (ohms, volts, farads, henrys, etc.) est automatiquement déterminée par le type de composant spécifié. SPICE « sait » que tous les exemples ci-dessus sont des « ohms » car ce sont tous des résistances (r1, r2, r3, . . . ). S'il s'agissait de condensateurs, les valeurs seraient interprétées comme des « farads », si des inducteurs, puis « henrys », etc.

Composants passifs

CONDENSATEURS

Forme générale :c[nom] [nœud1] [nœud2] [valeur] ic=[tension initiale] Exemple 1 :c1 12 33 10u Exemple 2 :c1 12 33 10u ic=3,5 

Commentaires : La « condition initiale » (ic= ) variable est la tension du condensateur en unités de volts au début de l'analyse DC. Il s'agit d'une valeur facultative, la tension de démarrage étant supposée nulle si elle n'est pas spécifiée. Les valeurs de courant de démarrage pour les condensateurs sont interprétées par SPICE uniquement si le .tran l'option d'analyse est invoquée (avec le "uic ").

INDUCTEURS

Forme générale :l[name] [node1] [node2] [value] ic=[initial current] Exemple 1 :l1 12 33 133m Exemple 2 :l1 12 33 133m ic=12,7m 

Commentaires : La « condition initiale » (ic= ) variable est le courant de l'inducteur en unités de ampères au début de l'analyse DC. Il s'agit d'une valeur facultative, le courant de démarrage étant supposé être égal à zéro s'il n'est pas spécifié. Les valeurs de courant de démarrage pour les inducteurs sont interprétées par SPICE uniquement si l'option d'analyse .tran est invoquée.

COUPLAGE INDUCTEUR (transformateurs)

Forme générale :k[nom] l[nom] l[nom] [facteur de couplage] Exemple 1 :k1 l1 l2 0,999 

Commentaires : SPICE n'autorisera que des valeurs de facteur de couplage comprises entre 0 et 1 (non inclus), 0 représentant aucun couplage et 1 représentant un couplage parfait. L'ordre de spécification des inductances couplées (l1, l2 ou l2, l1) n'a pas d'importance.

RÉSISTANCES

Forme générale :r[name] [node1] [node2] [value] Exemple :rload 23 15 3.3k 

Commentaires : Au cas où vous vous poseriez la question, il n'y a pas de déclaration d'estimation de dissipation de puissance de résistance dans SPICE. Tous les composants sont supposés être indestructibles. Si seulement la vraie vie était aussi indulgente !

Composants actifs

Tous les composants semi-conducteurs doivent avoir leurs caractéristiques électriques décrites dans une ligne commençant par le mot « .model », qui indique à SPICE exactement comment l'appareil se comportera. Quels que soient les paramètres qui ne sont pas explicitement définis dans le .model la carte reviendra par défaut aux valeurs préprogrammées dans SPICE. Cependant, le .model carte doit être inclus, et au moins spécifier le nom du modèle et le type d'appareil (d, npn, pnp, njf, pjf, nmos ou pmos).

DIODES

Forme générale :d[nom] [anode] [cathode] [modèle] Exemple :d1 1 2 mod1 

MODÈLES DE DIODES :

Forme générale :.model [nom du modèle] d [parmtr1=x] [parmtr2=x] . . . Exemple :.model mod1 d Exemple :.model mod2 d vj=0.65 rs=1.3 

paramètre de diode

Définitions des paramètres : est =courant de saturation en ampères rs =résistance de jonction en ohms n =coefficient d'émission (sans unité) tt =temps de transit en secondes cjo =capacité de jonction à polarisation nulle en farads vj =potentiel de jonction en volts m =coefficient de classement (sans unité) ex =énergie d'activation en électron-volt xti =exposant de température du courant de saturation (sans unité) kf =coefficient de bruit de scintillement (sans unité) af =exposant de bruit de scintillement (sans unité) fc =coefficient de capacité d'épuisement de polarisation directe (sans unité) bv =tension de claquage inverse en volts ibv =courant à la tension de claquage en ampères Commentaires : Le nom du modèle doit commencer par une lettre, pas un chiffre. Si vous prévoyez de spécifier un modèle pour une diode de redressement 1N4003, par exemple, vous ne pouvez pas utiliser "1n4003" pour le nom du modèle. Une alternative pourrait être "m1n4003" à la place.

TRANSISTORS, jonction bipolaire—BJT

Forme générale :q[nom] [collecteur] [base] [émetteur] [modèle] Exemple :q1 2 3 0 mod1 

MODÈLES DE TRANSISTOR BJT :

Forme générale :.model [nom du modèle] [npn ou pnp] [parmtr1=x] . . . Exemple :.model mod1 pnp Exemple :.model mod2 npn bf=75 is=1e-14 

Les exemples de modèles présentés ci-dessus sont très peu spécifiques. Pour modéliser avec précision des transistors réels, davantage de paramètres sont nécessaires. Prenez ces deux exemples, pour les transistors populaires 2N2222 et 2N2907 (le "+ ”) représentent des marques de continuation de ligne dans SPICE, lorsque vous souhaitez diviser une seule ligne (carte) en deux ou plusieurs lignes distinctes sur votre éditeur de texte :

 Exemple :.model m2n2222 npn is=19f bf=150 vaf=100 ikf=.18 + ise=50p ne=2.5 br=7.5 var=6.4 ikr=12m + isc=8.7p nc=1,2 rb=50 re =0.4 rc=0.4 cje=26p + tf=0.5n cjc=11p tr=7n xtb=1.5 kf=0.032f af=1 

Exemple :.model m2n2907 pnp is=1.1p bf=200 nf=1.2 vaf=50 + ikf=0.1 ise=13p ne=1.9 br=6 rc=0.6 cje=23p + vje=0.85 mje=1.25 tf=0.5n cjc=19p vjc=0.5 + mjc=0.2 tr=34n xtb=1.5 

Définitions des paramètres : est =courant de saturation de transport en ampères bf =Bêta avant maximum idéal (sans unité) nf =coefficient d'émission de courant direct (sans unité) vaf =avant Tension initiale en volts ikf =coin pour la baisse de courant bêta avant en ampères ise =courant de saturation de fuite B-E en ampères ne =Coefficient d'émission de fuite B-E (sans unité) br =Bêta inverse maximal idéal (sans unité) nr =coefficient d'émission de courant inverse (sans unité) bar =inverse Tension précoce en volts ikr ikr =coin pour la baisse de courant bêta inverse en ampères isc isc =courant de saturation de fuite B-C en ampères nc =Coefficient d'émission de fuite B-C (sans unité) rb =résistance de base de polarisation nulle en ohms irb =courant pour la valeur à mi-chemin de la résistance de base en ampères rbm =résistance de base minimale à des courants élevés en ohms re =résistance de l'émetteur en ohms rc =résistance collecteur en ohms cje =Capacité d'épuisement à polarisation nulle B-E en farads vje =potentiel intégré B-E en volts mje =facteur exponentiel de jonction B-E (sans unité) tf =temps de transit avant idéal (secondes) xtf =coefficient de dépendance au biais du temps de transit (sans unité) vtf =Dépendance de la tension B-C au temps de transit, en volts itf =effet du paramètre de courant élevé sur le temps de transit, en ampères ptf =excès de phase à f=1/(temps de transit)(2)(pi) Hz, en degrés cjc =Capacité d'épuisement de polarisation nulle B-C en farads vjc =potentiel intégré B-C en volts mjc =facteur exponentiel de jonction B-C (sans unité) xjcj =Fraction de capacité d'épuisement B-C connectée au nœud de base (sans unité) tr =temps de transit inverse idéal en secondes cjs =capacité collecteur-substrat à polarisation nulle en farads vjs =potentiel intégré de la jonction du substrat en volts mjs =facteur exponentiel de jonction de substrat (sans unité) xtb =exposant de température bêta avant/arrière eg =écart énergétique pour l'effet de la température sur le courant de saturation du transport en électron-volt xti =exposant de température pour effet sur le courant de saturation de transport (sans unité) kf =coefficient de bruit de scintillement (sans unité) af =exposant de bruit de scintillement (sans unité) fc =coefficient de formule de capacité d'épuisement de polarisation directe (sans unité) Commentaires : Tout comme pour les diodes, le nom de modèle donné pour un type de transistor particulier doit commencer par une lettre, pas un chiffre. C'est pourquoi les exemples donnés ci-dessus pour les types de BJT 2N2222 et 2N2907 sont nommés respectivement « m2n2222 » et « q2n2907 ». Comme vous pouvez le voir, SPICE permet une spécification très détaillée des propriétés des transistors. La plupart des propriétés énumérées ci-dessus dépassent de loin la portée et l'intérêt de l'étudiant débutant en électronique, et ne sont même pas utiles en dehors de la connaissance des équations utilisées par SPICE pour modéliser les transistors BJT. Pour ceux qui souhaitent en savoir plus sur la modélisation des transistors dans SPICE, consultez d'autres livres, tels que The Spice Book d'Andrei Vladimirescu. (ISBN 0-471-60926-9).

JFET, transistor à effet de champ à jonction

Forme générale :j[nom] [drain] [porte] [source] [modèle] Exemple :j1 2 3 0 mod1 

MODÈLES DE TRANSISTOR JFET :

Forme générale :.model [nom du modèle] [njf ou pjf] [parmtr1=x] . . . Exemple :.model mod1 pjf Exemple :.model mod2 njf lambda=1e-5 pb=0.75 

Définitions des paramètres : vto =tension de seuil en volts beta =paramètre de transconductance en ampères/volts ² lambda =paramètre de modulation de longueur de canal en unités de 1/volts rd =résistance de drain en ohms rs =résistance de la source en ohms cgs =capacité de jonction G-S à polarisation nulle en farads cgd =capacité de jonction G-D à polarisation nulle en farads pb =potentiel de jonction de grille en volts est =courant de saturation de la jonction de grille en ampères kf =coefficient de bruit de scintillement (sans unité) af =exposant de bruit de scintillement (sans unité) fc =coefficient de capacité d'épuisement de polarisation directe (sans unité)

MOSFET, transistor

Forme générale :m[nom] [drain] [porte] [source] [substrat] [modèle] Exemple :m1 2 3 0 0 mod1 

MODÈLES À TRANSISTOR MOSFET :

Forme générale :.model [nom du modèle] [nmos ou pmos] [parmtr1=x] . . . Exemple :.model mod1 pmos Exemple :.model mod2 nmos level=2 phi=0.65 rd=1.5 Exemple :.model mod3 nmos vto=-1 (épuisement) Exemple :.model mod4 nmos vto=1 (amélioration) Exemple :.model mod5 pmos vto=1 (épuisement) Exemple :.model mod6 pmos vto=-1 (amélioration) 

Commentaires : Afin de faire la distinction entre les transistors en mode d'enrichissement et en mode d'épuisement (également appelé mode d'amélioration d'épuisement), le paramètre de modèle « vto ” (tension de seuil de polarisation nulle) doit être spécifié. Sa valeur par défaut est zéro, mais une valeur positive (+1 volts, par exemple) sur un transistor à canal P ou une valeur négative (-1 volts) sur un transistor à canal N spécifiera que ce transistor est un épuisement (autrement connu sous le nom de depletion-enhancement ) mode appareil. Inversement, une valeur négative sur un transistor à canal P ou une valeur positive sur un transistor à canal N spécifiera que ce transistor est un mode d'amélioration appareil. N'oubliez pas que les transistors en mode d'enrichissement sont des dispositifs normalement désactivés et doivent être activés par l'application d'une tension de grille. Les transistors en mode d'épuisement sont normalement « activés », mais peuvent être « pincés » ainsi que améliorés à des niveaux plus élevés de courant de drain par la tension de grille appliquée, d'où la désignation alternative de MOSFET « d'amélioration de l'épuisement ». Le « vto Le paramètre " spécifie la tension de grille de seuil pour la conduction MOSFET.

Sources

SOURCES DE TENSION AC SINOWAVE (lors de l'utilisation d'une carte .ac pour spécifier la fréquence) :

Forme générale :v[name] [+node] [-node] ac [voltage] [phase] sin Exemple 1 :v1 1 0 ac 12 sin Exemple 2 :v1 1 0 ac 12 240 sin (12 V 240 
o
 ) 

Commentaires : Cette méthode de spécification des sources de tension alternative fonctionne bien si vous utilisez plusieurs sources à des angles de phase différents les unes des autres, mais toutes à la même fréquence. Si vous devez spécifier des sources à différentes fréquences dans le même circuit, vous devez utiliser la méthode suivante ! SOURCES DE TENSION AC SINOWAVE (lorsque vous n'utilisez PAS la carte .ac pour spécifier la fréquence) :

Forme générale :v[name] [+node] [-node] sin([offset] [voltage] + [freq] [delay] [amortissement factor]) Exemple 1 :v1 1 0 sin(0 12 60 0 0) 

Définitions des paramètres :offset =Tension de polarisation CC, décalant la forme d'onde CA d'une tension spécifiée. tension =crête, ou crête, valeur de tension alternative pour la forme d'onde. freq =fréquence en Hertz. retard =délai, ou décalage de phase pour la forme d'onde, en secondes. facteur d'amortissement =un chiffre utilisé pour créer des formes d'onde d'amplitude décroissante. Commentaires : Cette méthode de spécification des sources de tension alternative fonctionne bien si vous utilisez plusieurs sources à des fréquences différentes les unes des autres. Représenter le déphasage est cependant délicat, nécessitant l'utilisation du retard facteur. SOURCES DE TENSION CC (lors de l'utilisation d'une carte .dc pour spécifier la tension) :

Forme générale :v[name] [+node] [-node] dc Exemple 1 :v1 1 0 dc 

Commentaires : Si vous souhaitez avoir des tensions de sortie SPICE pas en référence au nœud 0, vous devez utiliser le .dc option d'analyse, et pour utiliser cette option, vous devez spécifier au moins une de vos sources DC de cette manière. SOURCES DE TENSION CC (lorsque vous n'utilisez PAS la carte .dc pour spécifier la tension) :

Forme générale :v[name] [+node] [-node] dc [voltage] Exemple 1 :v1 1 0 dc 12 

Commentaires : Rien de notable ici ! SOURCES DE TENSION D'IMPULSION

Forme générale :v[name] [+node] [-node] pulse ([ i ] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

Définitions des paramètres : je =valeur initiale p =valeur d'impulsion td =temps de retard (tous les paramètres de temps en unités de secondes) tr =temps de montée tf =temps de chute pw =largeur d'impulsion pd =point

Exemple 1 :v1 1 0 impulsion (-3 3 0 0 0 10m 20m) 

Commentaires : L'exemple 1 est une onde carrée parfaite oscillant entre -3 et +3 volts, avec des temps de montée et de descente nuls, une période de 20 millisecondes et un cycle de service de 50 % (+3 volts pendant 10 ms, puis -3 volts pendant 10 ms) . SOURCES DE COURANT AC SINOWAVE (lors de l'utilisation d'une carte .ac pour spécifier la fréquence) :

Forme générale :i[name] [+node] [-node] ac [current] [phase] sin Exemple 1 :i1 1 0 ac 3 sin (3 amps) Exemple 2 :i1 1 0 ac 1m 240 sin ( 1 mA ∠ 240
o
 ) 

Commentaires : Les mêmes commentaires s'appliquent ici (et dans l'exemple suivant) que pour les sources de tension alternative. SOURCES DE COURANT AC SINOWAVE (lorsque vous n'utilisez PAS la carte .ac pour spécifier la fréquence) :

Forme générale :i[name] [+node] [-node] sin([offset] + [current] [freq] 0 0) Exemple 1 :i1 1 0 sin(0 1.5 60 0 0) 

SOURCES DE COURANT CC (lors de l'utilisation d'une carte .dc pour spécifier le courant) :

Forme générale :i[name] [+node] [-node] dc Exemple 1 :i1 1 0 dc 

SOURCES DE COURANT CC (lorsque vous n'utilisez PAS la carte .dc pour spécifier le courant) :

Forme générale :i[name] [+node] [-node] dc [current] Exemple 1 :i1 1 0 dc 12 

Commentaires : Même si les livres disent tous que le premier nœud donné pour la source de courant continu est le nœud positif, ce n'est pas ce que j'ai trouvé dans la pratique. En réalité, une source de courant continu dans SPICE pousse le courant dans le même sens qu'une source de tension (batterie) le ferait avec son négatif nœud spécifié en premier. SOURCES DE COURANT D'IMPULSION

Forme générale :i[name] [+node] [-node] pulse ([i] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

Définitions des paramètres : je =valeur initiale p =valeur d'impulsion td =temps de retard tr =temps de montée tf =temps de chute pw =largeur d'impulsion pd =point

Exemple 1 :i1 1 0 impulsion (-3m 3m 0 0 0 17m 34m) 

Commentaires : L'exemple 1 est une onde carrée parfaite oscillant entre -3 mA et +3 mA, avec des temps de montée et de descente nuls, une période de 34 millisecondes et un cycle de service de 50 % (+3 mA pendant 17 ms, puis -3 mA pendant 17 ms ). SOURCES DE TENSION (dépendantes) :

Forme générale :e[name] [out+node] [out-node] [in+node] [in-node] + [gain] Exemple 1 :e1 2 0 1 2 999k 

Commentaires : Les sources de tension dépendantes sont idéales pour simuler des amplificateurs opérationnels. L'exemple 1 montre comment une telle source serait configurée pour être utilisée comme suiveur de tension, l'entrée inverseuse connectée à la sortie (nœud 2) pour une rétroaction négative et l'entrée non inverseuse entrant sur le nœud 1. Le gain a été réglé sur une valeur arbitrairement élevée de 999 000. Un mot d'avertissement, cependant :SPICE ne reconnaît pas l'entrée d'une source dépendante comme étant une charge, donc une source de tension liée uniquement à l'entrée d'une source de tension indépendante sera interprétée comme « ouverte ». Voir les exemples de circuits d'ampli-op pour plus de détails à ce sujet. SOURCES ACTUELLES (dépendantes) :