PSpice Simülasyonu

PSpice Simülasyonu
Hazırlayan : Arş. Gör. Cenk DİNÇBAKIR
Ekim 2007
1. Giriş
Bilgisayarla devre simülasyonu, elektronik devrelerin ve sistemlerin tasarımında en önemli
adımlardan biridir. Devre ve tümdevre simülatörlerinin elektronik sistem tasarım
mühendisliği alanında oldukça yararlı bir araç oldukları, bilgisayarların ve simülasyon
programlarının gelişip ortaya çıkmaya başladığı yıllardan beri bilinmektedir. Bilgisayar
destekli tasarımın veya elektronik devrelerin bilgisayar ile simüle edilmesinin sağladığı en
büyük yarar, tasarımcının laboratuar ortamında elde etmesinin imkansız olduğu sonuçların
simülasyon ile kolayca görebilmesidir. Devre tasarımcısı, bilgisayar kullanarak gerçek bir
devrede ölçü probunun yaptığı gibi devreyi yüklemeksizin akım ve gerilim dalga şekillerini
ve frekans cevabını izleyebilir; doğru gerilim seviyelerini bozmadan bir geribesleme
çevrimini açabilir, bir deney plaketinin getireceği parazitik etkiler olmaksızın elektronik bir
sistemin yüksek frekanslardaki davranışını inceleyebilir. Başka bir değişle tasarımcı,
laboratuar çalışmalarına geçmeden, tasarladığı devrenin davranışını bilgisayar yardımıyla
inceleme olanağı elde etmektedir. Buradan anlaşılacağı gibi, bilgisayar ile devre simülasyonu
bir anlamda en iyi ölçü yöntemi olmaktadır.
2. SPICE Giriş Dosyasında Elemanların Tanımlanması
Spice simülasyonu için, analizi yapılacak devrenin giriş dosyası üzerinden tanımlanması
gerekir. Devrenin programa tanıtılabilmesi için düğümlerin numaralanması ve elemanların
hangi düğümlerin arasında bulunduğunun belirtilmesi gerekir. Düğüm numaraları keyfi olarak
verilebilir. Referans düğümü “0” ile gösterilmelidir.
2.1 Ölçek ve birim kısaltmaları
P=
1x10−12
N=
1x10−9
U=
1x10−6
M=
1x10−3
K=
1x103
MEG= 1x106
G=
1x109
T=
1x1012
V:
A:
Hz:
Ohm:
H:
F:
DEG:
Volt
Amper
Hertz
Ohm
Henry
Farad
Derece
2.2 Pasif Elemanlar (Direnç, Kondansatör, Endüktans)
Pasif elemanlar belirtilirken, sırasıyla elemanın türü ve ismi ya da numarası (R1, C22, L35
vb), pozitif (N+) ve negatif (N-) düğümler, en sonda da elemanın değeri belirtilir. N+ ile
gösterilen düğümün gerilimi N- ile gösterilen düğümün gerilimine göre daha yüksek kabul
edilir. Akımın N+ düğümünden N- düğümüne doğru aktığı varsayılır.
1
Direnç :
R(isim)
R1
N+ N1
0
değeri
10K
Kondansatör:
C(isim) N+ NC5
10 15
değeri
100U
Endüktans:
L(isim) N+ NL3
12 0
değeri
5M
2.3 Bağımsız Kaynaklar :
DC Kaynak
V-I(isim) N+ NV1
1
0
I2
3
4
DC
dc
dc
değeri
5v
2
AC Kaynak
V-I(isim) N+ NVac
3
6
Iac
2
8
AC
ac
ac
değeri
1v
2ma
Sinüsoidal Kaynak
V-I(isim) N+ N- SIN(Voffset
V1
1
0
SIN(0
Vpeak
5
Darbe Kaynağı
V-I(isim) N+ NV1
1
0
Vson
5
PULSE(Vilk
PULSE(0
Freq)
1khz)
Tdelay
0
Trise
1n
Tfall
1n
PW PER)
0.5m 1m)
2.4 Yarıiletken Elemanlar
Diyot
D(isim) NA NK model ismi
biçiminde tanımlanır. NA anot ucu, NK ise katod ucunun bağlandığı düğümlerdir. Diyot
modeli Spice giriş dosyasında:
.MODEL model ismi D(diyot model parametreleri)
Bipolar Transistör (BJT)
Q(isim) NC NB NE model ismi
biçiminde tanımlanır.
NC kolektör, NB baz ve NE emetör ucunun bağlandığı düğümlerdir. Transistör modeli :
.MODEL model ismi eleman tipi(NPN-PNP)(transistör model parametreleri)
2
MOS Transistör
M(isim) ND NG NS NB model ismi L=… W=…
ND drain, NG gate, NS source, NB bulk ucunun bağlandığı düğümleri gösterir. L kanal boyu,
W ise kanal genişliğidir.
.MODEL model ismi eleman tipi(NMOS-PMOS)(MOS transistör model parametreleri)
2. 5 Analiz Komutları
DC Analiz
.DC kaynak_adı başlangıç değeri son değer adım
şeklinde tanımlanır. Bu durumda giriş işareti başlangıç değerinden son değere kadar girilen
adım aralıklarıyla tarama yapar. Her bir giriş gerilim değeri için devre analiz edilip sonuçlar
kaydedilmektedir. Devrenin DC transfer karakteristiğinin çıkartılmasında kullanılır.
AC Analiz
. AC
lin
oct nokta sayısı
dec
başlangıç değeri
son değer
şeklinde tanımlanır. Analiz, frekansın belirli bir aralıkta lineer (lin) arttırılmasıyla
yapılabileceği gibi oktav’lık (oct) veya dekat’lık (dec) artımlarla da yürütülebilir. Lineer
değişimlerde toplam nokta sayısı, oktav’lık veya dekat’lık değişimlerde ise bir oktav veya
dekat boyunca alınacak nokta sayısı verilir. AC tarama ile devrenin frekans cevabı
çıkartılabilir ya da empedansın frekansla değişimi incelenebilir.
Zaman Bölgesi Analizi
.TRAN Tstep Tstop
Şeklide tanımlanır. Zaman bölgesi analizi her zaman t=0 dan başlar ve kullanıcının verdiği
adımlarla Tstop değerine yapılır. Zaman bölgesi analizi ile devrelerin sinüsoidal ya da darbe
gibi giriş sinyallerine karşılık verdiği çıkışlar incelenebilir (örn. doğrultucu, kırpıcı,
kuvvetlendirici vb.)
NOT : Spice giriş dosyası her zaman ;
.END
ifadesiyle sonlandırılır..
3
Örnek :
1)
RC Devresi_ DC simülasyon
v1 1 0 dc 5v
r1 1 2 1k
c1 2 0 100uf
.dc v1 0 10 0.5
.probe
.end
10V
5V
SEL>>
0V
V(1)
10V
5V
0V
0V
1V
2V
3V
4V
5V
6V
7V
8V
9V
10V
V(2)
v1
2)
RC Devresi_ AC simülasyon
v1 1 0 ac 1v
r1 1 2 100
c1 2 0 10uf
.ac dec 100 1hz 1meg
.probe
.end
0d
-50d
-100d
P(V(2))
1.0V
0.5V
(1.0000K,157.177m)
SEL>>
0V
1.0Hz
V(2)
10Hz
100Hz
1.0KHz
10KHz
100KHz
1.0MHz
Frequency
4
3)
RC Devresi_ TRANSIENT simülasyon
v1 1 0 sin(0 1 1khz)
r1 1 2 100
c1 2 0 10uf
.tran 1us 10ms 0 1u
.probe
.end
1.0V
0.5V
(8.4749m,157.209m)
0V
-0.5V
-1.0V
8.0ms
V(2)
8.2ms
V(1)
8.4ms
8.6ms
8.8ms
9.0ms
9.2ms
9.4ms
9.6ms
9.8ms
10.0ms
Time
3. Kaynaklar
1. M. H. Rashid,; SPICE for Circuits and Electronics Using Pspice, Prentice Hall, 1995.
2. H. Hakan Kuntman, Ali Toker, Sadri Özcan,; Sayısal Elektronik Devreler, Sistem
Yayıncılık, 1996.
3. http://bwrc.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/SPICE/
5