S P I C E
(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)
Laboratorio Virtuale
(Generatori di segnale, oscilloscopi dotati di più tracce capaci di mostrare anche il transitorio, amperometri,
voltmetri, dispositivi attivi e passivi lineari e non.)
È attualmente il migliore programma per la simulazione circuitale, capace di eseguire:
n
analisi in corrente continua (DC);
Ø calcola il punto di lavoro o di riposo del circuito con tutti i condensatori disconnessi (cioè aperti) e tutti gli induttori cortocircuitati.
Ø se una o più delle caratteristiche tensione-corrente dei vari componenti utilizzati sono non lineari, come nel caso dei dispositivi a semiconduttori, le equazioni risolventi sono anch'esse non lineari ed il programma, per la soluzione, utilizza un metodo iterativo.
n
analisi in transitorio (TRAN);
Ø calcola le tensioni di nodo come forma d'onda in funzione del tempo ed essendo un'analisi per "grandi segnali", non viene posto alcun limite all'ampiezza delle tensioni o delle correnti di ingresso.
n
analisi in funzione della frequenza (AC)
Ø calcola tutte le tensioni di nodo di un circuito lineare nel formato di numeri complessi, funzione della frequenza imposta dal generatore sinusoidale applicato in ingresso.
Ø nel caso dei circuiti non lineari, la soluzione è determinata
facendo uso dell'analisi per piccoli segnali.
LA SIMBOLOGIA UTILIZZATA DA - MicroSim PSPICE
Per simulare un circuito con SPICE occorre, per prima cosa, preparare un file di testo che contenga la descrizione del circuito stesso. Questo file può essere scritto usando qualunque editor o word processor in grado di generare un file ASCII puro (privo cioè dei caratteri speciali di controllo comunemente registrati insieme al testo dai vari word processor) e dovrà avere estensione
“.CIR”.
La descrizione del circuito è fatta per componenti, e per ciascun componente dovrà esserci una riga nel file. Altre righe sono utilizzate per fornire al programma diverse informazioni e comandi particolari.
Le regole di carattere generale che devono essere seguite nella stesura del file di descrizione sono:
• la prima riga del file è riservata al titolo e può contenere qualsiasi tipo di testo. Questa riga è semplicemente ignorata dal programma e serve solo a scopo di documentazione per l’utente;
• l’ultima riga del file deve essere costituita dal comando “.END”;
• nel file possono essere inserite righe di commento, che dovranno avere, nella prima colonna della riga, il carattere asterisco “*”;
• una riga molto lunga può essere suddivisa in più righe; tutte le righe di continuazione dovranno avere il carattere più “+” nella prima colonna;
• ad eccezione della prima riga (titolo) e dell’ultima riga (.END), l’ordine delle righe è del tutto arbitrario.
Ciascun componente è rappresentato nel file da una riga che ha la seguente forma:
<nome> <nodi> <valore>
La scelta del nome da assegnare a ciascun componente è arbitraria, a parte la prima lettera, che ne indica il tipo e ha una lunghezza, in genere, di 3 caratteri.
(per esempio una resistenza di nome ALIM, del valore di 2,2 Kohm, inserita fra i nodi 1 e 0, dovrà essere indicata nella forma:
RALIM 1 0 2.2K )
I componenti utilizzabili nel file di descrizione sono i seguenti:
Componenti Passivi
C Condensatore L Induttore
R Resistore T Linea di trasmissione
K Accoppiamento fra induttori
Generatori Indipendenti
I Generatore indipendente di corrente V Generatore indipendente di tensione
Generatori Controllati o Dipendenti o Comandati
E Generatore di tensione controllato in tensione. VCVS voltage controlled voltage source F Generatore di corrente controllato in corrente. CCCS current controlled current source G Generatore di corrente controllato in tensione. VCCS voltage controlled current source H Generatore di tensione controllato in corrente. CCVS current controlled voltage sourge
Dispositivi a Semiconduttore
D Diodo M Transistore MOSFET
Q Transistore Bipolare a giunzione BJT B Transistore all’arseniuro di Gallio J Transistore ad effetto di campo JFET
Interruttori Ideali
S Interruttore controllato in tensione W Interruttore controllato in corrente
Dispositivi rappresentati da Sotto Circuiti X Chiamata ad un sotto circuito definito dall’utente.
Per i diodi il primo nodo rappresenta l’anodo ed il secondo il catodo. I transistori presentano tre (eventualmente quattro) nodi; per i B.J.T. l’ordine è: Collettore, Base, Emettitore e Substrato. Per i M.O.S.F.E.T. l’ordine è Drain, Gate, Source e Body. Tanto per i B.J.T., quanto per i M.O.S.F.E.T.
allorché il quarto nodo viene omesso, viene implicitamente considerato a massa.
Per Resistenze, Condensatori ed Induttanze l’unico parametro da assegnare è il valore di resistenza (Ohm), di capacità (Faraday) e di induttanza (Henry).
A ciascun nodo del circuito deve essere assegnato un numero, anche questo arbitrario con l’eccezione del numero 0 (zero) che deve essere assegnato al nodo preso come riferimento (in genere è interpretato come nodo di terra).
I valori dei componenti possono essere indicati per esteso, in notazione scientifica, o anche usando suffissi di scala. I suffissi (cioè multipli e sottomultipli) di scala permessi sono i seguenti:
F femto 10-15 = = = unità di misura 100 = 1
P pico 10-12 K Kilo 10+3
N nano 10-9 MEG mega 10+6
U micro 10-6 G giga 10+9
M milli 10-3 T tera 10+12
Oltre alle righe che descrivono i componenti presenti nel circuito, nel file di descrizione sono presenti anche righe che indicano al programma il tipo di simulazione che si intende effettuare (nel dominio del tempo “.TRAN”, nel dominio della frequenza “.AC”, in corrente continua “.DC”, ecc.), oltre ad altre informazioni utili per la simulazione stessa. Queste linee di comando si differenziano dalle linee descrittive dei componenti per il fatto che esse iniziano con il carattere punto “.”
In ogni caso, il risultato della simulazione verrà registrato dal programma su di un file di testo, detto file di uscita; questo file ha lo stesso nome del file di descrizione del circuito ma estensione “.OUT”.
Il postprocessore grafico di PSPICE, il programma “PROBE”, consente di rappresentare i risultati della simulazione direttamente in forma grafica. I file che sono utilizzati dal programma Probe hanno estensione “.DAT”.
