proiectare asistata de calculator

30
Proiectare Asistata de Calculator Curs 5 Analiza Tranzitorie

Upload: keegan-noel

Post on 02-Jan-2016

123 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

Proiectare Asistata de Calculator. Curs 5 Analiza Tranzitorie. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Proiectare Asistata de Calculator

Proiectare Asistata de Calculator

Curs 5

Analiza Tranzitorie

Page 2: Proiectare Asistata de Calculator

Aceste analize temporale evalueaza raspunsul circuitului la diferite surse de semnal independente si variabile in timp. Analiza regimului tranzitoriu este cea mai des folosita analiza PSpice. Folosind acest tip de analiza circuitul este simulat in raport cu timpul, deci cu modificarea valorii unor variabile in timp, sau cu aparitia oscilatiilor in functie de valorile componentelor. Dar, utilizatorul trebuie sa stie ca analiza tranzitorie cauzeaza unele probleme datorita compromisurilor inevitabile intre viteza si acuratete.

Page 3: Proiectare Asistata de Calculator

Pentru a configura si rula o Analiza Tranzitorie, de exemplu, ar trebui urmati urmatorii pasi:

Specificarea unui stimul dependent de timp (Time-dependent stimulus)

Setarea raspunsului in timp (Time response)

Setarea componentelor Fourier (Fourier Components)

Selectarea optiunilor (Options)

Page 4: Proiectare Asistata de Calculator

1. Stimuli dependenti de timp

Generatoarele de semnale de intrare variabile in timp pentru circuit pot fi clasificate in doua categorii in functie de modul in care se configureaza parametrii comportarii lor tranzitorii:

• Folosind nume standard de simboluri (Standard Symbol names) in Schematics unde se pot modifica parametrii simbolurilor

• Introducand forma de unda dorita ca o functie sau ca un grafic realizat cu ajutorul Stimulus Editor

Page 5: Proiectare Asistata de Calculator

V3

FM =

VAMPL = VOFF =

FC = MOD =

V4

TD =

TF = PW = PER =

V1 =

TR =

V2 = V2

FREQ = VAMPL = VOFF =

V5

V6

TD1 =

V1 =

TD2 = TC1 =

V2 =

TC2 =

sinus Sinus modulat dreptunghiular exponential

definit prin puncte

Page 6: Proiectare Asistata de Calculator

2. Raspunsul in timp

Analiza regimului tranzitoriu permite ca raspunsul circuitului sa fie calculat din momentul initial (TIME = 0) pana la un timp specificat.Cerinte minime de proiectare a circuituluiCircuitul trebuie sa contina unul din urmatoarele elemente:

•O sursa independenta cu specificatii pentru regimul tranzitoriu (daca este un stimul de intrare) •O conditie initiala pe un element reactiv•O sursa controlata ce reprezinta o functie dependenta de timpIn timpul analizei tranzitorii, una sau toate sursele independente pot avea valori variabile in timp.

Page 7: Proiectare Asistata de Calculator

Cerinte minime de setare a programului Specificatiile unei analize tranzitorii includ:

Page 8: Proiectare Asistata de Calculator

*Punct Static de Functionare detailat: Analiza tranzitorie isi calculeaza propriul punct static de functionare folosind aceeasi tehnica prezentata la Analiza de Curent Continuu. Acest lucru este necesar deoarece valorile initiale ale surselor pot fi diferite de valorile lor in curent continuu. Daca se doreste raportarea parametrilor de semnal-mic pentru punctul static de functionare al regimului tranzitoriu, utilizatorul trebuie sa bifeze casuta de dialog Detailed Bias Point. Dar, daca se doreste numai rezultatul analizei tranzitorii, ar trebui bifata doar casuta de dialog Transient command.

Page 9: Proiectare Asistata de Calculator
Page 10: Proiectare Asistata de Calculator

• Acest tip de analiză este cel mai susceptibil de a genera probleme, datorită compromisului ce trebuie făcut între precizia simulării şi durata acesteia.

• Este posibil ca cerând o precizie a simulării foarte mare pentru circuitele în care variaţia tensiunilor şi curenţilor este foarte mare, să apară probleme de convergenţă, urmate de abandonarea simulării.

• Aceste probleme pot să apară încă din prima etapă, la calculul PSF sau pe parcursul analizei în timp.

Page 11: Proiectare Asistata de Calculator

• Cu toate că analiza este efectuată pe intervalul de timp de la 0 la <tstop>, rezultatele pot fi reprezentate pe un interval de timp dat de utilizator, de la <tstart> la <tstop>. Dacă <tstart> nu se specifică se consideră că are valoarea 0

• Parametrul <tstep> reprezintă pasul de timp utilizat pentru tipărirea sau trasarea grafică a rezultatelor cerute prin comenzile PRINT sau PLOT, în fişierul de ieşire. Mărimea acestui parametru determină cantitatea de date salvate în fişierul de ieşire, deci influenţează mărimea fişierului de ieşire.

Page 12: Proiectare Asistata de Calculator

• SPICE foloseşte pentru rezolvarea numerică a ecuaţiilor circuitului un pas de integrare (pas de timp intern diferit de <tstep>) a cărui valoare este modificată automat de către program pentru obţinerea preciziei dorite.

• Implicit, pasul de integrare este limitat superior de cea mai mică dintre valorile (<tstop>-<tstart>)/50 şi 2<tstep>. În majoritatea cazurilor, algoritmul SPICE de selecţie automată a pasului de integrare asigură precizia suficientă;

• există însă şi situaţii în care pentru a obţine o precizie mai bună, utilizatorul doreşte să limiteze valoarea maximă a pasului de integrare. Acest lucru se poate realiza specificând valoarea maximă a pasului de integrare prin parametrul <tmax>.

Page 13: Proiectare Asistata de Calculator

Setarea conditiilor initiale

• În cazul în care valorile iniţiale sunt specificate atât în declaraţia de element IC cât şi în comanda IC, au prioritate valorile din declaraţia de element.

• Comanda NODESET poate fi folosită pentru estimarea PSF în toate analizele

• Dacă într-un circuit sunt prezente ambele comenzi de iniţializare, NODESET şi IC, atunci ultima are prioritate pentru analiza regimului tranzitoriu.

Page 14: Proiectare Asistata de Calculator

Detailed Bias Point.

• In acest caz, în fişierul de ieşire o să fie tipărite atât valorile PSF, cât şi parametrii de semnal mic ai dispozitivelor semiconductoare.

V 1

F R E Q = 1 kV A M P L = 0 . 5V O F F = 0

R 11 k

0

R 2

1 k

C 1

1 0 0 n

Q 1

Q 2 N 2 2 2 2

R 31 0 0 k

R 42 0 k

R 55 k

V C C

o u t

V 21 2 V d c

0

V C C

V

V

in

Time

0s 5ms 10msV(OUT) V(IN)

-10V

0V

10V

Page 15: Proiectare Asistata de Calculator

**** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C************************************************************************* NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE( IN) 0.0000 ( OUT) 5.9272 ( VCC) 12.0000 (N00101) 1.2222 (N00563) 1.8718 (N00870) 0.0000 VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_V1 0.000E+00 V_V2 -1.316E-03 TOTAL POWER DISSIPATION 1.58E-02 WATTS

**** 03/29/07 15:33:55 ******* PSpice 10.3.0 (Jan 2004) ******* ID# 1111111111 ** Profile: "SCHEMATIC1-t1" [ C:\DOCUMENTS AND SETTINGS\OVI\MY DOCUMENTS\CARTE_CAD_V1\simulari\t1-PSpiceFiles\SCHEMATIC1\t1.sim ] **** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG C***************************************************************************** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORSNAME Q_Q1 MODEL Q2N2222 IB 7.69E-06 IC 1.21E-03 VBE 6.50E-01 VBC -4.06E+00 VCE 4.71E+00 BETADC 1.58E+02 GM 4.68E-02 RPI 3.72E+03 RX 1.00E+01 RO 6.43E+04 CBE 5.57E-11 CBC 3.87E-12 CJS 0.00E+00 BETAAC 1.74E+02 CBX/CBX2 0.00E+00 FT/FT2 1.25E+08

Page 16: Proiectare Asistata de Calculator

5. Componentele Fourier

Un semnal periodic poate fi reprezentat ca o serie Fourier:

)sincos()(1

021 tkbtkaatv

n

kkk

Unde a0/2 reprezinta componenta continua, ak si bk sunt coeficientii seriei Fourier care dau amplitudinea armonicii k de frecventa k. Seria Fourier este:

)cos()(1

021

k

n

kk tkAatv

Page 17: Proiectare Asistata de Calculator

Unde amplitudinea Ak si faza k sunt date de:

kakb

arctg

baA

k

2k

2kk

Page 18: Proiectare Asistata de Calculator

Realizarea unei analize Fourier este posibila doar dupa ce analiza tranzitorie sa incheiat. Aceasta se datoreaza simplului fapt ca analiza Fourier calculeaza componenta continua si coeficientii Fourier din rezultatele analizei tranzitorii. Componentele Fourier de la 1 la 9 sunt calculate implicit, dar se poate specifica sa se calculeze mai multe componente. Deci, inainte de analiza Fourier trebuie realizata o analiza tranzitorie. Intervalul de esantionare folosit de Transformata Fourier este egal cu pasul stabilit in analiza tranzitorie (print step). Cand se realizeaza analiza Fourier pe un semnal aflat in regim tranzitoriu, doar o portiune a semnalului este folosita. Folosind Probe, o Transformata Fourier Rapida (FFT) a intregului semnal poate fi calculata si spectrul semnalului afisat.

Page 19: Proiectare Asistata de Calculator

Configurarea analizei Fourier este realizata in fereastra de dialog Transient dialog box. Specificatiile includ:

Page 20: Proiectare Asistata de Calculator
Page 21: Proiectare Asistata de Calculator

Programul calculeaza THD (Factorul Total de Distorsiune Armonica):

%100A

A....AA[%]THD

1

2n

23

22

Rezultatele analizei Fourier sunt disponibile doar in fisierul de iesire (.out) Ele nu pot fi vizualizate cu Probe.

Page 22: Proiectare Asistata de Calculator

• Analiza Fourier a unui semnal poate fi realizată şi din meniul de afişare a rezultatelor simularii (PROBE), apăsând butonul FFT, aşa cum se observa în figura de mai jos. Diferenţa între cele două moduri de realizare a analizei Fourier constă în locul unde se afişează rezultatele analizei, în acest caz ele fiind tipărite pe ecran. În această situaţie nu se calculează nici factorul total de distorsiuni armonice.

Frequency

0Hz 0.5KHz 1.0KHz 1.5KHz 2.0KHzV(OUT)

0V

5V

10V

Page 23: Proiectare Asistata de Calculator

7. Optiuni  Sunt folosite pentru configurarea tuturor optiunilor, limitelor si parametrilor de control ai simulatorului.

 *Aceste optiuni sunt disponibile pentru modificare in Pspice, dar este recomandat sa se foloseasca valorile implicite ale programului.

**Pentru aceste optiuni zero inseamna infinit.

Page 24: Proiectare Asistata de Calculator

 Probleme de convergenta: Exista foarte putine remedii pentru aceasta problema.O prima solutie ar fi cresterea RELTOL de la 0.001 la 0.01. Apoi setarea ITL4=40 intr-o comanda OPTIONS. Acest lucru incetineste simularea deci nu este recomadat pentru circuite care nu au o problema de convergenta.Cand se foloseste PSpice pentru tensiuni sau curenti mari, ar trebui crescut VNTOL de la 1uV la 1mV si ABSTOL de la 1pA la 1nA.

Page 25: Proiectare Asistata de Calculator

Exemplul 1: Un simplu circuit in comutatie realizat cu tranzistor bipolar

00

V C C _ C I R C L E V C C _ C I R C L E

0Q 1

Q 2 N 6 9 6

R 1

1 k

R 2

2 . 2 k

V 11 0 V

V in

Comutator cu BJT

Time

0s 0.2s 0.4s 0.6s 0.8s 1.0sV(Vin:+)

0V

2.5V

5.0V

SEL>>(9.1603m,76.675p)

V(Q1:c)0V

5V

10V

(377.099m,81.685m)(38.168m,146.230m)

Page 26: Proiectare Asistata de Calculator

Exemplul 2: Comparator trigger schmitt

+15 -15

0 0

+15

-15 0

0

out

V2 -15V

V1 15V

U1

uA741

3

2

7

4

6

1

5 +

-

V+

V- OUT

OS1

OS2

R3

500k

R4

100k VI

.PARAM RP=500k

Time

0s 100ms 200ms 300ms 400ms 500ms 600msV(out)

-20V

0V

20V

RP=1MEG

RP=500k

RP=200k

V(VI:+)

-15V -10V -5V 0V 5V 10V 15VV(out)

-20V

0V

20V

Page 27: Proiectare Asistata de Calculator

Exemplul 3: Circuit astabil cu AO

0

0 0 0

+15

-15 +15 -15

C1 0.01u

R3

500k

R2

100k

R1

500k

U1

uA741

3

2

7

4

6

1

5 +

-

V+

V- OUT

OS1

OS2

V1 15V

V2 -15V

Astabil

Time

0s 5ms 10ms 15ms 20msV(R1:2) V(C1:2)

-20V

0V

20V

IC dat de PSF

Page 28: Proiectare Asistata de Calculator

IC=1V

Time

0s 5ms 10ms 15ms 20msV(R1:2) V(C1:2)

-20V

0V

20V

Page 29: Proiectare Asistata de Calculator

Exemplul 4: Oscilator Hartley

00

0

0

0

0

0

J 1B F 2 5 6 B

J 2

B F 2 5 6 B

C 1

1 0 0 n

C 2

1 0 0 nC 3

1 0 0 p

C 4

2 5 pC 5

1 n

C 61 0 p

R 12 . 2 k

R 25 6 k

R 3

1 k

R 41 k

R 5

5 6 k

L 1

1 6 u H

L 2

4 u H

V 15 V

I C =0

0

+

Page 30: Proiectare Asistata de Calculator

Time

0s 2us 4us 6us 8us 10usV(J1:s)

-5.0V

0V

5.0V

Time

18.0us 18.4us 18.8us 19.2us 19.6us 20.0usV(J1:s)

-5.0V

0V

5.0V