Proiectare Asistata de Calculator

1. Proiectare Asistata de Calculator Curs 5 Analiza Tranzitorie

2. 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.

3. 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)

4. 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

5. sinus Sinus modulat dreptunghiular exponential definit prin puncte

6. 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 circuitului • Circuitul 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 timp • In timpul analizei tranzitorii, una sau toate sursele independente pot avea valori variabile in timp.

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

8. *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.

10. 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.

11. 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.

12. 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>.

13. 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.

14. 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.

15. **** 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 TRANSISTORS NAME 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

16. 5. Componentele Fourier Un semnal periodic poate fi reprezentat ca o serie Fourier: Unde a0/2 reprezinta componenta continua, ak si bk sunt coeficientii seriei Fourier care dau amplitudinea armonicii k de frecventa k. Seria Fourier este:

17. Unde amplitudinea Ak si faza k sunt date de:

18. 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.

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

21. Programul calculeaza THD (Factorul Total de Distorsiune Armonica): Rezultatele analizei Fourier sunt disponibile doar in fisierul de iesire (.out) Ele nu pot fi vizualizate cu Probe.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

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

26. Exemplul 2: Comparator trigger schmitt

27. Exemplul 3: Circuit astabil cu AO IC dat de PSF

28. IC=1V

29. Exemplul 4: Oscilator Hartley