Dominando a Sintaxe de Netlist SPICE: Nomenclatura de Componentes, Elementos Passivos e Ativos, e Definição de Fontes

Embora este guia foque no essencial, o SPICE oferece um conjunto abrangente de recursos para simulação precisa de circuitos. A visão geral a seguir condensa regras-chave de sintaxe e exemplos para ajudá-lo a escrever netlists limpas e livres de erros.

Todo elemento SPICE é introduzido por uma palavra-chave de uma letra: R para resistores, C para capacitores, L para indutores, V para fontes de tensão, I para fontes de corrente, D para diodos, Q para transistores bipolares, M para MOSFETs, J para JFETs e K para acoplamentos de transformadores. Os caracteres seguintes identificam exclusivamente cada instância de um determinado tipo. Nomes podem ser qualquer sequência de até oito caracteres alfanuméricos; maiúsculas/minúsculas são ignoradas, então r1 e R1 referem-se ao mesmo resistor. Comprimento excessivo além de oito caracteres é truncado, o que pode causar colisões de nomes. Por exemplo, rpulldown é interpretado como rpulldow, potencialmente duplicando rpulldow se aparecer em outro lugar.

O SPICE suporta prefixos métricos para simplificar a especificação de valores, embora a convenção difira ligeiramente do padrão devido a limitações do ASCII e insensibilidade a maiúsculas/minúsculas. Prefixos comuns incluem:

• t – tera (10¹²)
• g – giga (10⁹)
• meg – mega (10⁶)
• k – quilo (10³)
• m – mili (10^-3)
• u – micro (10^-6)
• n – nano (10^-9)
• p – pico (10^-12)
• f – femto (10^-15)

Notação científica também é suportada. Definições típicas de resistores:

 R1 1 0 2t ; 2 TΩ R2 1 0 4g ; 4 GΩ R3 1 0 47meg ; 47 MΩ R4 1 0 3.3k ; 3.3 kΩ R5 1 0 55m ; 55 mΩ R6 1 0 10u ; 10 µΩ R7 1 0 30n ; 30 nΩ R8 1 0 5p ; 5 pΩ R9 1 0 250f ; 250 fΩ R10 1 0 4.7e3 ; 4.7 kΩ R11 1 0 1e-12 ; 1 pΩ 

Componentes Passivos

Capacitores

 C1 12 33 10u ; 10 µF C1 12 33 10u IC=3.5 ; 10 µF com 3.5 V tensão inicial 

Condição inicial (IC) define a tensão do capacitor no início da análise DC; se omitido, o padrão é zero. Para análises transitórias, inclua o card .tran com a opção UIC para honrar valores IC.

Indutores

 L1 12 33 133m ; 133 mH L1 12 33 133m IC=12.7m ; 133 mH com 12.7 mA corrente inicial 

IC especifica a corrente do indutor em amperes no início DC. Análises transitórias requerem o card .tran com UIC para ativar valores IC.

Acoplamento de Transformador (dispositivos k)

 K1 L1 L2 0.999 ; 99.9 % acoplamento entre L1 e L2 

Fatores de acoplamento devem estar estritamente entre 0 e 1. A ordem dos indutores é irrelevante.

Resistores

 RLOAD 23 15 3.3k ; 3.3 kΩ entre nós 23 e 15 

Potências nominais de resistores não são representadas; todos os componentes são tratados como ideais a menos que modelados de outra forma.

Componentes Ativos

Todo dispositivo semicondutor deve ser definido por um card .MODEL que especifica suas características elétricas. Parâmetros omitidos assumem valores padrão internos do SPICE.

Diodos

 D1 1 2 MOD1 ; diodo usando modelo MOD1 

Exemplo de definição de modelo:

 .MODEL MOD1 D ; modelo de diodo simples .MODEL MOD2 D VJ=0.65 RS=1.3 ; diodo com tensão de junção e resistência série 

Parâmetros-chave incluem IS (corrente de saturação), RS (resistência de junção), N (coeficiente de emissão), VJ (potencial de junção) e BV (tensão de ruptura).

Transistores de Junção Bipolar (BJT)

 Q1 2 3 0 MOD1 ; BJT usando modelo MOD1 

Exemplo de modelo BJT (2N2222, NPN):

 .MODEL M2N2222 NPN IS=19f BF=150 VAF=100 IKR=.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 

Para um transistor PNP (2N2907):

 .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 

Nomes de modelos devem começar com uma letra. Listas extensas de parâmetros estão disponíveis em The Spice Book de Andrei Vladimirescu (ISBN 0‑471‑60926‑9).

Transistores de Efeito de Campo de Junção (JFET)

 J1 2 3 0 MOD1 ; JFET usando modelo MOD1 

Exemplo de modelo JFET:

 .MODEL MOD2 NJF LAMBDA=1e-5 PB=0.75 

Parâmetros incluem VTO (tensão de limiar), BETA (transcondutância), LAMBDA (modulação de comprimento de canal) e capacitâncias CGS, CGD.

MOSFETs

 M1 2 3 0 0 MOD1 ; MOSFET usando modelo MOD1 

Sintaxe do modelo:

 .MODEL MOD1 PMOS .MODEL MOD2 NMOS LEVEL=2 PHI=0.65 RD=1.5 .MODEL MOD3 NMOS VTO=-1 ; N-canal modo depleção .MODEL MOD4 NMOS VTO=1 ; N-canal modo realce .MODEL MOD5 PMOS VTO=1 ; P-canal modo depleção .MODEL MOD6 PMOS VTO=-1 ; P-canal modo realce 

O parâmetro VTO distingue modo depleção de modo realce. Um VTO positivo em um canal P (ou negativo em um canal N) indica modo depleção; um valor negativo (ou positivo) indica modo realce.

Fontes de Tensão e Corrente

Fontes de Tensão AC Senoidais (usando .AC)

 V1 1 0 AC 12 SIN V1 1 0 AC 12 240 SIN ; 12 V a 240° de fase 

Use esta forma quando todas as fontes compartilham a mesma frequência mas podem diferir em fase. Para múltiplas frequências, use a sintaxe alternativa.

Fontes de Tensão AC Senoidais (sem .AC)

 V1 1 0 SIN(0 12 60 0 0) 

Parâmetros: offset (polarização DC), voltage (pico), freq (Hz), delay (fase em segundos), damping (decimento).

Fontes de Tensão DC

 V1 1 0 DC ; fonte DC definida pelo card .DC V1 1 0 DC 12 ; 12 V DC explícito 

Ao usar o card de análise .dc, as fontes devem ser declaradas com a palavra-chave DC. Caso contrário, especifique o valor de tensão diretamente.

Fontes de Tensão de Pulso

 V1 1 0 PULSE(-3 3 0 0 0 10m 20m) 

Isso gera uma onda quadrada oscilando entre –3 V e +3 V, com tempos de subida/descida zero, período de 20 ms e ciclo de trabalho 50%.

Fontes de Corrente AC Senoidais (usando .AC)

 I1 1 0 AC 3 SIN I1 1 0 AC 1m 240 SIN ; 1 mA a 240° de fase 

Fontes de Corrente AC Senoidais (sem .AC)

 I1 1 0 SIN(0 1.5 60 0 0) 

Fontes de Corrente DC

 I1 1 0 DC ; definida pelo card .DC I1 1 0 DC 12 ; 12 A DC explícito 

Nota: No SPICE, o primeiro nó especificado é o nó negativo; a corrente flui do negativo para o nó positivo.

Fontes de Corrente de Pulso

 I1 1 0 PULSE(-3m 3m 0 0 0 17m 34m) 

Produz uma onda quadrada entre –3 mA e +3 mA, com período de 34 ms e ciclo de trabalho 50%.

Fontes de Tensão Dependentes

 E1 2 0 1 2 999k 

Cria um seguidor de tensão com ganho alto de 999 k. Fontes dependentes não carregam o nó de entrada; devem ser usadas com cuidado em redes de realimentação.