PSpice Simülasyonu Hazırlayan : Arş. Gör. Cenk DİNÇBAKIR Ekim 2005
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 N= 1x10 U= 1x10 M= 1x10 K= 1 x10 MEG= 1 x10 G= 1 x10 T= 1 x10 12 9 6 3 3 6 9 12 V: Volt A: Amper Hz: Hertz Ohm: Ohm H: Henry F: Farad DEG: 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) N+ N- değeri R1 1 0 10K Kondansatör: C(isim) N+ N- değeri C5 10 15 100U Endüktans: L(isim) N+ N- değeri L3 12 0 5M 2.3 Bağımsız Kaynaklar : DC Kaynak V-I(isim) N+ N- DC değeri V1 1 0 dc 5v I2 3 4 dc 2 AC Kaynak V-I(isim) N+ N- AC değeri Vac 3 6 ac 1v Iac 2 8 ac 2ma Sinüsoidal Kaynak V-I(isim) N+ N- SIN(V offset V peak Freq) V1 1 0 SIN(0 5 1khz) Darbe Kaynağı V-I(isim) N+ N- PULSE(V ilk V son T delay Trise Tfall PW PER) V1 1 0 PULSE(0 5 0 1n 1n 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 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 lin. AC oct nokta sayısı başlangıç değeri son değer dec 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 v1 1 0 dc 5v r1 1 2 1k c1 2 0 100uf.dc v1 0 10 0.5.end 2) rc devresi v1 1 0 ac 1v r1 1 2 100 c1 2 0 10uf.ac dec 100 1hz 1meg.end 4
3) rc devresi v1 1 0 sin(0 5 1khz) r1 1 2 100 c1 2 0 10uf.tran 1us 10ms.end 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