Компоненты схемы

Помните, что это руководство ни в коем случае не является исчерпывающим, и что все описания элементов на языке SPICE задокументированы здесь в сжатой форме. SPICE - очень эффективная программа с множеством опций, и я собираюсь задокументировать только некоторые из них. Все компоненты в исходном файле SPICE в первую очередь идентифицируются по первой букве в каждой соответствующей строке. Символы, следующие за идентифицирующей буквой, используются, чтобы отличить один компонент определенного типа от другого компонента того же типа (r1, r2, r3, rload, rpullup и т. Д.), И не должны следовать каким-либо конкретным соглашениям об именах, если не более как в букве, идентифицирующей компонент, так и в отличительном имени используется более восьми символов. Например, предположим, что вы моделируете цифровую схему с резисторами «подтягивания» и «подтягивания». Имя rpullup будет действительным, потому что он состоит из семи символов. Имя rpulldown однако состоит из девяти символов. Это может вызвать проблемы, когда SPICE интерпретирует список соединений. Если в исходном файле нет других компонентов с похожими именами, вы можете обойтись без общих имен компонентов, превышающих восемь символов. SPICE обращает внимание только на первые восемь символов первого поля в каждой строке, поэтому rpulldown фактически интерпретируется как rpulldow с игнорированием «n» в конце. Следовательно, любой другой резистор, имеющий первые восемь символов в своем первом поле, будет рассматриваться SPICE как тот же резистор, определенный дважды, что вызовет ошибку (т. Е. rpulldown1 и rpulldown2 будет интерпретироваться как то же имя, rpulldow ). Также следует отметить, что SPICE игнорирует регистр символов, поэтому r1 и R1 интерпретируются SPICE как одно и то же. SPICE позволяет использовать метрические префиксы при указании значений компонентов, что является очень удобной функцией. Однако префиксное соглашение, используемое SPICE, несколько отличается от стандартных метрических символов, в первую очередь из-за того, что списки соединений ограничены стандартными символами ASCII (исключая греческие буквы, такие как µ для префикса «микро»), и что SPICE нечувствителен к регистру. , поэтому «m» (стандартный символ для «милли») и «M» (стандартный символ для «Mega») интерпретируются одинаково. Вот несколько примеров префиксов, используемых в списках соединений SPICE: r1 1 0 2t (Резистор R ₁ , 2t =2 Тераом =2 ТОм) r2 1 0 4g (Резистор R ₂ , 4g =4 Giga-ohms =4 GΩ) r3 1 0 47meg (Резистор R ₃ , 47 МОм =47 МОм =47 МОм) r4 1 0 3,3 кОм (Резистор R ₄ , 3,3 кОм =3,3 кОм =3,3 кОм) r5 1 0 55 м (Резистор R ₅ , 55м =55 мОм =55 мОм) r6 1 0 10u (Резистор R ₆ , 10u =10 мкОм 10 мкОм) r7 1 0 30n (Резистор R ₇ , 30n =30 наноом =30 нОм) r8 1 0 5p (Резистор R ₈ , 5p =5 пикоом =5 pΩ) r9 1 0 250f (Резистор R ₉ , 250f =250 фемто-ом =250 фОм) При указании значений компонентов также допускается научная нотация. Например: r10 1 0 4.7e3 (Резистор R ₁₀ , 4,7e3 =4,7 x 10 ³ Ом =4,7 кОм =4,7 кОм) r11 1 0 1e-12 (Резистор R ₁₁ , 1e-12 =1 x 10 ^-12 Ом =1 пикоом =1 пОм) Единица измерения (Ом, Вольт, Фарад, Генри и т. д.) автоматически определяется типом указанного компонента. SPICE «знает», что все приведенные выше примеры являются «омами», потому что все они являются резисторами (r1, r2, r3, ...). Если бы это были конденсаторы, значения интерпретировались бы как «фарады», если бы индукторы, то «генри» и т. Д.

Пассивные компоненты

КОНДЕНСАТОРЫ

 Общая форма:c [имя] [узел1] [узел2] [значение] ic =[начальное напряжение] Пример 1:c1 12 33 10u Пример 2:c1 12 33 10u ic =3,5 

Комментарии: «Начальное состояние» ( ic = ) переменная - напряжение конденсатора в вольтах . в начале анализа постоянного тока. Это необязательное значение, при этом пусковое напряжение предполагается равным нулю, если не указано иное. Значения пускового тока конденсаторов интерпретируются SPICE, только если .tran вызывается опция анализа (с помощью « uic ”Вариант).

ИНДУКТОРЫ

 Общая форма:l [имя] [узел1] [узел2] [значение] ic =[начальный ток] Пример 1:l1 12 33 133 м Пример 2:l1 12 33 133 м ic =12,7 м 

Комментарии: «Начальное состояние» ( ic = ) переменная - это ток катушки индуктивности в амперах . в начале анализа постоянного тока. Это необязательное значение, пусковой ток предполагается равным нулю, если не указан. Значения пускового тока для катушек индуктивности интерпретируются SPICE, только если активирована опция анализа .tran.

ИНДУКТОРНАЯ МУФТА (трансформаторы)

 Общая форма:k [имя] l [имя] l [имя] [коэффициент связи] Пример 1:k1 l1 l2 0,999 

Комментарии: SPICE допускает только значения коэффициента связи от 0 до 1 (не включительно), где 0 означает отсутствие связи, а 1 - идеальную связь. Порядок указания связанных индукторов (l1, l2 или l2, l1) значения не имеет.

РЕЗИСТОРЫ

 Общая форма:r [имя] [узел1] [узел2] [значение] Пример:rload 23 15 3,3k 

Комментарии: Если вам интересно, в SPICE нет декларации о мощности рассеиваемой мощности резистора. Предполагается, что все компоненты неразрушимы. Если бы только реальная жизнь была такой снисходительной!

Активные компоненты

Все полупроводниковые компоненты должны иметь свои электрические характеристики, описанные в строке, начинающейся со слова « .model . ”, Который сообщает SPICE, как именно будет вести себя устройство. Какие бы параметры не были явно определены в .model card по умолчанию будет использовать значения, предварительно запрограммированные в SPICE. Однако .model карта обязательна должны быть включены и по крайней мере указать название модели и тип устройства (d, npn, pnp, njf, pjf, nmos или pmos).

ДИОДЫ

 Общий вид:d [имя] [анод] [катод] [модель] Пример:d1 1 2 mod1 

МОДЕЛИ ДИОДОВ:

 Общая форма:.model [название модели] d [parmtr1 =x] [parmtr2 =x]. . . Пример:.model mod1 d Пример:.model mod2 d vj =0,65 rs =1,3 

диодпараметр

Определения параметров: есть =ток насыщения в амперах RS =сопротивление перехода в омах n =коэффициент выбросов (без единицы измерения) tt =время доставки в секундах cjo =емкость перехода при нулевом смещении в фарадах vj =потенциал перехода в вольтах м =оценочный коэффициент (без единицы измерения) например =энергия активации в электрон-вольтах xti =показатель температуры тока насыщения (безразмерный) kf =коэффициент шума мерцания (безразмерный) af =показатель мерцания шума (без единиц измерения) fc =коэффициент обедненной емкости прямого смещения (безразмерный) bv =напряжение обратного пробоя в вольтах ibv =ток при пробивном напряжении в амперах Комментарии: Название модели обязательно начинаются с буквы, а не с цифры. Если вы планируете указать модель выпрямительного диода 1N4003, например, вы не можете использовать «1n4003» в качестве названия модели. Альтернативой может быть «m1n4003».

ТРАНЗИСТОРЫ, биполярный переход - БЮТ

 Общая форма:q [имя] [сборщик] [база] [эмиттер] [модель] Пример:q1 2 3 0 mod1 

МОДЕЛИ БЮТ-ТРАНЗИСТОРОВ:

 Общая форма:.model [название модели] [npn или pnp] [parmtr1 =x]. . . Пример:.model mod1 pnp Пример:.model mod2 npn bf =75 is =1e-14 

Приведенные выше модельные примеры очень неспецифичны. Для точного моделирования реальных транзисторов необходимо больше параметров. Возьмем эти два примера для популярных транзисторов 2N2222 и 2N2907 (« + ”) Символы представляют собой знаки продолжения строки в SPICE, когда вы хотите разбить одну строку (карточку) на две или более отдельных строк в текстовом редакторе:

 Пример:.model m2n2222 npn is =19f bf =150 vaf =100 ikf =0,18 + 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 

 Пример:.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 

Определения параметров: есть =транспортный ток насыщения в амперах bf =идеальная максимальная прямая бета (без единиц измерения) nf =коэффициент выбросов прямого тока (безразмерный) vaf =вперед Раннее напряжение в вольтах ikf =угол для прямого спада сильноточного бета-теста в амперах ise =Ток насыщения утечки B-E в амперах ne =Коэффициент выбросов утечки B-E (безразмерный) br =идеальная максимальная обратная бета-версия (без единиц измерения) nr =коэффициент эмиссии обратного тока (без единиц измерения) бар =обратное раннее напряжение в вольтах ikr ikr =угол для обратного бета-спада сильного тока в амперах isc isc =ток насыщения утечки B-C в амперах nc =Коэффициент выбросов утечки B-C (без единиц измерения) rb =сопротивление базы нулевого смещения в Ом irb =ток для среднего значения сопротивления базы в амперах rbm =минимальное сопротивление базы при больших токах в Ом re =сопротивление эмиттера в Ом rc =сопротивление коллектора в Ом cje =B-E обедненная емкость при нулевом смещении в фарадах vje =Встроенный потенциал B-E в вольтах мДж =Экспоненциальный коэффициент соединения B-E (без единиц измерения) tf =идеальное время прохождения вперед (секунды) xtf =коэффициент зависимости времени прохождения от смещения (без единиц измерения) vtf =Зависимость напряжения B-C от времени прохождения, в вольтах itf =влияние сильноточного параметра на время прохождения, в амперах ptf =избыточная фаза при f =1 / (время прохождения) (2) (pi) Гц, в градусах cjc =B-C обедненная емкость при нулевом смещении в фарадах vjc =Встроенный потенциал B-C в вольтах mjc =Экспоненциальный коэффициент соединения B-C (без единиц измерения) xjcj =Доля обедняющей емкости B-C, подключенной в базовом узле (без единиц измерения) tr =идеальное время обратного прохождения в секундах cjs =емкость коллектор-подложка при нулевом смещении в фарадах vjs =встроенный потенциал перехода подложки в вольтах mjs =экспоненциальный коэффициент соединения подложки (безразмерный) xtb =прямая / обратная экспонента бета-температуры например =энергетический зазор для влияния температуры на транспортный ток насыщения в электрон-вольтах xti =температурная экспонента для воздействия на транспортный ток насыщения (без единиц измерения) kf =коэффициент шума мерцания (безразмерный) af =показатель мерцания шума (без единиц измерения) fc =коэффициент формулы истощающей емкости прямого смещения (безразмерный) Комментарии: Как и в случае с диодами, название модели, указанное для конкретного типа транзистора, должно начинаются с буквы, а не с цифры. Вот почему приведенные выше примеры для BJT типов 2N2222 и 2N2907 названы «m2n2222» и «q2n2907» соответственно. Как видите, SPICE позволяет очень подробно определять свойства транзисторов. Многие из перечисленных выше свойств выходят далеко за рамки и интересы начинающего студента-электронщика, и они даже бесполезны, кроме знания уравнений, которые SPICE использует для моделирования транзисторов BJT. Для тех, кто хочет узнать больше о моделировании транзисторов в SPICE, обратитесь к другим книгам, таким как Книга специй Андрея Владимиреску. (ISBN 0-471-60926-9).

JFET, переходной полевой транзистор

 Общая форма:j [имя] [сток] [ворота] [источник] [модель] Пример:j1 2 3 0 mod1 

МОДЕЛИ ТРАНЗИСТОРОВ JFET:

 Общая форма:.model [название модели] [njf или pjf] [parmtr1 =x]. . . Пример:.model mod1 pjf Пример:.model mod2 njf lambda =1e-5 pb =0,75 

Определения параметров: vto =пороговое напряжение в вольтах beta =параметр крутизны в амперах / вольтах ² лямбда =параметр модуляции длины канала в единицах 1 / вольт rd =сопротивление стока в Ом RS =сопротивление источника в Ом cgs =емкость перехода G-S при нулевом смещении в фарадах cgd =емкость G-D перехода при нулевом смещении в фарадах pb =потенциал соединения затвора в вольтах составляет =ток насыщения затворного перехода в амперах kf =коэффициент шума мерцания (безразмерный) af =показатель мерцания шума (без единиц измерения) fc =коэффициент обедняющей емкости прямого смещения (безразмерный)

МОП-транзистор, транзистор

 Общая форма:m [имя] [сток] [ворота] [источник] [подложка] [модель] Пример:m1 2 3 0 0 mod1 

МОДЕЛИ МОП-ТРАНЗИСТОРОВ:

 Общая форма:.model [название модели] [nmos или pmos] [parmtr1 =x]. . . Пример:.model mod1 pmos Пример:.model mod2 nmos level =2 phi =0.65 rd =1.5 Пример:.model mod3 nmos vto =-1 (истощение) Пример:.model mod4 nmos vto =1 (улучшение) Пример:.model mod5 pmos vto =1 (истощение) Пример:.model mod6 pmos vto =-1 (улучшение) 

Комментарии: Чтобы различать транзисторы с режимом улучшения и режимом истощения (также известный как режим улучшения-истощения), параметр модели « vto ”(Пороговое напряжение нулевого смещения) должно быть указано. Его значение по умолчанию равно нулю, но положительное значение (например, +1 вольт) на P-канальном транзисторе или отрицательное значение (-1 вольт) на N-канальном транзисторе будет указывать на то, что этот транзистор является истощенным. (также известное как улучшение истощения ) режим устройство. И наоборот, отрицательное значение на P-канальном транзисторе или положительное значение на N-канальном транзисторе будет указывать, что этот транзистор будет улучшенным режимом устройство. Помните, что транзисторы режима улучшения обычно выключены и должны быть включены подачей напряжения затвора. Транзисторы в режиме истощения обычно «включены», но могут быть «отсечены», а также увеличены до более высоких уровней тока стока за счет приложенного напряжения затвора, отсюда и альтернативное обозначение полевых МОП-транзисторов с «улучшением истощения». « vto Параметр определяет пороговое напряжение затвора для проводимости полевого МОП-транзистора.

Источники

ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ СИНЕВОЛНОВОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (при использовании карты .ac для указания частоты):

 Общая форма:v [имя] [+ узел] [-узел] ac [напряжение] [фаза] sin Пример 1:v1 1 0 ac 12 sin Пример 2:v1 1 0 ac 12 240 sin (12 В ∠ 240 
 о 
 ) 

Комментарии: Этот метод определения источников переменного напряжения хорошо работает, если вы используете несколько источников с разными фазовыми углами друг относительно друга, но все на одной и той же частоте. Если вам нужно указать источники на разных частотах в одной цепи, вы должны использовать следующий метод! ИСТОЧНИКИ СИГНАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (когда НЕ используется карта .ac для указания частоты):

 Общая форма:v [имя] [+ узел] [-узел] sin ([смещение] [напряжение] + [частота] [задержка] [коэффициент демпфирования]) Пример 1:v1 1 0 sin (0 12 60 0 0) 

Определения параметров: смещение =Напряжение смещения постоянного тока, смещающее форму волны переменного тока на заданное напряжение. напряжение =пиковое или пиковое значение переменного напряжения для формы сигнала. частота =частота в герцах. задержка =временная задержка или сдвиг фазы сигнала в секундах. коэффициент демпфирования =фигура, используемая для создания осциллограмм с затухающей амплитудой. Комментарии: Этот метод определения источников переменного напряжения хорошо работает, если вы используете несколько источников на разных частотах друг от друга. Однако представить фазовый сдвиг сложно, поэтому необходимо использовать задержку фактор. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (при использовании карты .dc для указания напряжения):

 Общая форма:v [имя] [+ узел] [-узел] dc Пример 1:v1 1 0 dc 

Комментарии: Если вы хотите, чтобы выходные напряжения SPICE не применительно к узлу 0 вы должны использовать .dc вариант анализа, и чтобы использовать эту опцию, вы должны указать по крайней мере один из ваших источников постоянного тока таким образом. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (если для указания напряжения НЕ используется карта .dc):

 Общая форма:v [имя] [+ узел] [-узел] dc [напряжение] Пример 1:v1 1 0 dc 12 

Комментарии: Здесь ничего примечательного! ИСТОЧНИКИ ИМПУЛЬСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

 Общая форма:v [имя] [+ узел] [-узел] импульс ([i] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

Определения параметров: я ​​ =начальное значение p =значение импульса td =время задержки (все временные параметры в секундах) tr =время нарастания tf =время падения pw =ширина импульса pd =период

 Пример 1:v1 1 0 импульс (-3 3 0 0 0 10 м 20 м) 

Комментарии: Пример 1 представляет собой идеальную прямоугольную волну, колеблющуюся между -3 и +3 вольт, с нулевым временем нарастания и спада, периодом 20 миллисекунд и 50-процентным рабочим циклом (+3 вольта в течение 10 мс, затем -3 вольт в течение 10 мс). . ИСТОЧНИКИ ТОКА СИНОВОЙ ВОЛНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (при использовании карты .ac для указания частоты):

 Общая форма:i [имя] [+ узел] [-узел] ac [ток] [фаза] sin Пример 1:i1 1 0 ac 3 sin (3 ампера) Пример 2:i1 1 0 ac 1m 240 sin ( 1 мА ∠ 240 
 o 
 ) 

Комментарии: Здесь (и в следующем примере) применимы те же комментарии, что и для источников переменного напряжения. ИСТОЧНИКИ ТОКА СИНОВОЙ ВОЛНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (когда НЕ используется карта .ac для указания частоты):

 Общая форма:i [имя] [+ узел] [-узел] sin ([смещение] + [текущая] [частота] 0 0) Пример 1:i1 1 0 sin (0 1.5 60 0 0) 

ИСТОЧНИКИ ТОКА ПОСТОЯННОГО ТОКА (при использовании карты .dc для указания тока):

 Общая форма:i [имя] [+ узел] [-узел] dc Пример 1:i1 1 0 dc 

ИСТОЧНИКИ ТОКА ПОСТОЯННОГО ТОКА (когда НЕ используется карта .dc для указания тока):

 Общая форма:i [имя] [+ узел] [-узел] dc [текущий] Пример 1:i1 1 0 dc 12 

Комментарии: Несмотря на то, что во всех книгах говорится, что первый узел, указанный для источника постоянного тока, является положительным узлом, на практике я обнаружил, что это не так. На самом деле, источник постоянного тока в SPICE проталкивает ток в том же направлении, что и источник напряжения (батарея) со своим отрицательным узел указан первым. ИСТОЧНИКИ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА

 Общая форма:i [имя] [+ узел] [-узел] импульс ([i] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

Определения параметров: я ​​ =начальное значение p =значение импульса td =время задержки tr =время нарастания tf =время падения pw =ширина импульса pd =период

 Пример 1:i1 1 0 импульс (-3м 3м 0 0 0 17м 34м) 

Комментарии: Пример 1 представляет собой совершенную прямоугольную волну, колеблющуюся между -3 мА и +3 мА, с нулевым временем нарастания и спада, периодом 34 миллисекунды и рабочим циклом 50 процентов (+3 мА в течение 17 мс, затем -3 мА в течение 17 мс. ). ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ (зависимые):

 Общая форма:e [имя] [out + node] [out-node] [in + node] [in-node] + [gain] Пример 1:e1 2 0 1 2 999 тыс. 

Комментарии: Зависимые источники напряжения отлично подходят для моделирования операционных усилителей. Пример 1 показывает, как такой источник может быть настроен для использования в качестве повторителя напряжения, инвертирующего входа, подключенного к выходу (узел 2) для отрицательной обратной связи, и неинвертирующего входа, поступающего на узел 1. Коэффициент усиления был установлен на произвольно высокое значение. из 999,000. Однако одно предостережение:SPICE не распознает вход зависимого источника как нагрузку, поэтому источник напряжения, привязанный только к входу независимого источника напряжения, будет интерпретироваться как «открытый». Подробнее об этом см. В примерах схем операционного усилителя. ТЕКУЩИЕ ИСТОЧНИКИ (зависимые):