Componentes do circuito

Lembre-se de que este tutorial não é exaustivo de forma alguma, e que todas as descrições dos elementos na linguagem SPICE estão documentadas aqui de forma condensada. SPICE é um software muito capaz, com muitas opções, e vou documentar apenas algumas delas. Tudo os componentes em um arquivo de origem SPICE são identificados principalmente pela primeira letra em cada linha respectiva. Os caracteres após a letra de identificação são usados ​​para distinguir um componente de um certo tipo de outro do mesmo tipo (r1, r2, r3, rload, rpullup, etc.) e não precisam seguir nenhuma convenção de nomenclatura específica, desde que não mais mais de oito caracteres são usados ​​na letra de identificação do componente e no nome distintivo. Por exemplo, suponha que você esteja simulando um circuito digital com resistores “pullup” e “pulldown”. O nome rpullup seria válido porque tem sete caracteres. O nome rpulldown , no entanto, tem nove caracteres. Isso pode causar problemas quando o SPICE interpreta a netlist. Você pode realmente se safar com nomes de componentes com mais de oito caracteres no total, se não houver outros componentes com nomes semelhantes no arquivo de origem. SPICE só presta atenção aos primeiros oito caracteres do primeiro campo em cada linha, então rpulldown é realmente interpretado como rpulldow com o “n” no final sendo ignorado. Portanto, qualquer outro resistor com os primeiros oito caracteres em seu primeiro campo será visto pelo SPICE como o mesmo resistor, definido duas vezes, o que causará um erro (ou seja, rpulldown1 e rpulldown2 seria interpretado como o mesmo nome, rpulldow ) Também deve ser observado que SPICE ignora letras maiúsculas e minúsculas, então r1 e R1 são interpretados por SPICE como um e o mesmo. SPICE permite o uso de prefixos métricos na especificação de valores de componentes, o que é um recurso muito útil. No entanto, a convenção de prefixo usada por SPICE difere um pouco dos símbolos métricos padrão, principalmente devido ao fato de que as netlists são restritas a caracteres ASCII padrão (excluindo letras gregas como µ para o prefixo “micro”) e que SPICE não faz distinção entre maiúsculas e minúsculas , então “m” (que é o símbolo padrão para “mili”) e “M” (que é o símbolo padrão para “Mega”) são interpretados de forma idêntica. Aqui estão alguns exemplos de prefixos usados ​​em netlists SPICE: r1 1 0 2t (Resistor R ₁ , 2t =2 Tera-ohms =2 TΩ) r2 1 0 4g (Resistor R ₂ , 4g =4 Giga-ohms =4 GΩ) r3 1 0 47meg (Resistor R ₃ , 47meg =47 Mega-ohms =47 MΩ) r4 1 0 3,3k (Resistor R ₄ , 3,3k =3,3 kilo-ohms =3,3 kΩ) r5 1 0 55m (Resistor R ₅ , 55m =55 mili-ohms =55 mΩ) r6 1 0 10u (Resistor R ₆ , 10u =10 micro-ohms 10 µΩ) r7 1 0 30n (Resistor R ₇ , 30n =30 nano-ohms =30 nΩ) r8 1 0 5p (Resistor R ₈ , 5p =5 pico-ohms =5 pΩ) r9 1 0 250f (Resistor R ₉ , 250f =250 femto-ohms =250 fΩ) A notação científica também é permitida na especificação dos valores dos componentes. Por exemplo: r10 1 0 4.7e3 (Resistor R ₁₀ , 4,7e3 =4,7 x 10 ³ ohms =4,7 kilo-ohms =4,7 kΩ) r11 1 0 1e-12 (Resistor R ₁₁ , 1e-12 =1 x 10 ^-12 ohms =1 pico-ohm =1 pΩ) A unidade (ohms, volts, farads, henrys, etc.) é determinada automaticamente pelo tipo de componente que está sendo especificado. SPICE “sabe” que todos os exemplos acima são “ohms” porque são todos resistores (r1, r2, r3,...). Se fossem capacitores, os valores seriam interpretados como "farads", se indutores, então "henrys", etc.

Componentes passivos

CAPACITORES

 Forma geral:c [nome] [nó1] [nó2] [valor] ic =[tensão inicial] Exemplo 1:c1 12 33 10u Exemplo 2:c1 12 33 10u ic =3,5 

Comentários: A “condição inicial” ( ic = ) variável é a tensão do capacitor em unidades de volts no início da análise DC. É um valor opcional, com a tensão inicial assumida como zero se não for especificada. Os valores de corrente inicial para capacitores são interpretados por SPICE apenas se o .tran opção de análise é invocada (com o “ uic ”Opção).

INDUTORES

 Forma geral:l [nome] [nó1] [nó2] [valor] ic =[corrente inicial] Exemplo 1:l1 12 33 133m Exemplo 2:l1 12 33 133m ic =12,7m 

Comentários: A “condição inicial” ( ic = ) variável é a corrente do indutor em unidades de amperes no início da análise DC. É um valor opcional, com a corrente inicial assumida como zero se não for especificada. Os valores de corrente inicial para indutores são interpretados por SPICE apenas se a opção de análise .tran for chamada.

ACOPLAMENTO DE INDUTORES (transformadores)

 Forma geral:k [nome] l [nome] l [nome] [fator de acoplamento] Exemplo 1:k1 l1 l2 0,999 

Comentários: O SPICE só permitirá valores de fator de acoplamento entre 0 e 1 (não inclusivo), com 0 representando nenhum acoplamento e 1 representando o acoplamento perfeito. A ordem de especificação de indutores acoplados (l1, l2 ou l2, l1) é irrelevante.

RESISTORES

 Forma geral:r [nome] [nó1] [nó2] [valor] Exemplo:rload 23 15 3,3k 

Comentários: Caso você esteja se perguntando, não há declaração da taxa de dissipação de potência do resistor no SPICE. Todos os componentes são considerados indestrutíveis. Se ao menos a vida real fosse tão misericordiosa!

Componentes ativos

Todos os componentes semicondutores devem ter suas características elétricas descritas em uma linha começando com a palavra “ .model ”, Que diz ao SPICE exatamente como o dispositivo se comportará. Quaisquer parâmetros não são explicitamente definidos no .model o cartão será padronizado para os valores pré-programados em SPICE. No entanto, o .model cartão deve ser incluído e, pelo menos, especificar o nome do modelo e o tipo de dispositivo (d, npn, pnp, njf, pjf, nmos ou pmos).

DIODOS

 Forma geral:d [nome] [ânodo] [cátodo] [modelo] Exemplo:d1 1 2 mod1 

MODELOS DE DIODO:

 Forma geral:.model [nome do modelo] d [parmtr1 =x] [parmtr2 =x]. . . Exemplo:.model mod1 d Exemplo:.model mod2 d vj =0,65 rs =1,3 

diodeparâmetro

Definições de parâmetros: é =corrente de saturação em amperes rs =resistência de junção em ohms n =coeficiente de emissão (sem unidade) tt =tempo de trânsito em segundos cjo =capacitância de junção de polarização zero em farads vj =potencial de junção em volts m =coeficiente de classificação (sem unidade) por exemplo =energia de ativação em elétron-volts xti =expoente da temperatura da corrente de saturação (sem unidade) kf =coeficiente de ruído de oscilação (sem unidade) af =expoente de ruído de tremulação (sem unidade) fc =coeficiente de capacitância de depleção de polarização direta (sem unidade) bv =tensão de ruptura reversa em volts ibv =corrente na tensão de ruptura em amperes Comentários: O nome do modelo deve comece com uma letra, não um número. Se você planeja especificar um modelo para um diodo retificador 1N4003, por exemplo, você não pode usar “1n4003” para o nome do modelo. Uma alternativa pode ser “m1n4003”.

TRANSISTORES, junção bipolar — BJT

 Forma geral:q [nome] [coletor] [base] [emissor] [modelo] Exemplo:q1 2 3 0 mod1 

MODELOS DE TRANSISTOR BJT:

 Forma geral:.model [nome do modelo] [npn ou pnp] [parmtr1 =x]. . . Exemplo:.model mod1 pnp Exemplo:.model mod2 npn bf =75 is =1e-14 

Os exemplos do modelo mostrados acima são muito inespecíficos. Para modelar transistores da vida real com precisão, mais parâmetros são necessários. Veja estes dois exemplos, para os transistores 2N2222 e 2N2907 populares (o “ + ”) Os caracteres representam marcas de continuação de linha em SPICE, quando você deseja quebrar uma única linha (cartão) em duas ou mais linhas separadas em seu editor de texto:

 Exemplo:.modelo m2n2222 npn é =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 

 Exemplo:.modelo m2n2907 pnp é =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 

Definições de parâmetros: é =corrente de saturação de transporte em amperes bf =Beta direto máximo ideal (sem unidade) nf =coeficiente de emissão de corrente direta (sem unidade) vaf =tensão inicial direta em volts ikf =canto para rolloff de alta corrente beta para frente em amps ise =Corrente de saturação de fuga B-E em amperes ne =Coeficiente de emissão de vazamento B-E (sem unidade) br =Beta reverso máximo ideal (sem unidade) nr =coeficiente de emissão de corrente reversa (sem unidade) bar =tensão inicial reversa em volts ikr ikr =canto para rolloff beta reverso de alta corrente em amperes isc isc =corrente de saturação de fuga B-C em amperes nc =Coeficiente de emissão de vazamento B-C (sem unidade) rb =resistência de base de polarização zero em ohms irb =corrente para o valor médio da resistência de base em amperes rbm =resistência de base mínima em altas correntes em ohms re =resistência do emissor em ohms rc =resistência do coletor em ohms cje =Capacitância de depleção de polarização zero B-E em farads vje =Potencial integrado B-E em volts mje =Fator exponencial da junção B-E (sem unidade) tf =tempo de trânsito de encaminhamento ideal (segundos) xtf =coeficiente de dependência de polarização do tempo de trânsito (sem unidade) vtf =Dependência da tensão B-C no tempo de trânsito, em volts itf =efeito do parâmetro de alta corrente no tempo de trânsito, em amperes ptf =fase em excesso em f =1 / (tempo de trânsito) (2) (pi) Hz, em graus cjc =Capacitância de depleção de polarização zero B-C em farads vjc =Potencial integrado B-C em volts mjc =Fator exponencial da junção B-C (sem unidade) xjcj =Fração de capacitância de depleção B-C conectada no nó de base (sem unidade) tr =tempo de trânsito reverso ideal em segundos cjs =capacitância coletor-substrato de polarização zero em farads vjs =potencial integrado de junção de substrato em volts mjs =fator exponencial de junção de substrato (sem unidade) xtb =expoente de temperatura beta direta / reversa por exemplo =lacuna de energia para efeito de temperatura na corrente de saturação de transporte em elétron-volts xti =expoente de temperatura para efeito na corrente de saturação de transporte (sem unidade) kf =coeficiente de ruído de oscilação (sem unidade) af =expoente de ruído de tremulação (sem unidade) fc =coeficiente de fórmula de capacitância de depleção de polarização direta (sem unidade) Comentários: Assim como com diodos, o nome do modelo dado para um tipo particular de transistor deve comece com uma letra, não um número. É por isso que os exemplos dados acima para os tipos 2N2222 e 2N2907 de BJTs são chamados de "m2n2222" e "q2n2907", respectivamente. Como você pode ver, o SPICE permite especificações muito detalhadas das propriedades do transistor. Muitas das propriedades listadas acima estão bem além do escopo e do interesse do estudante iniciante de eletrônica e nem mesmo são úteis além de conhecer as equações que SPICE usa para modelar transistores BJT. Para aqueles interessados ​​em aprender mais sobre modelagem de transistor no SPICE, consulte outros livros, como o The Spice Book de Andrei Vladimirescu (ISBN 0-471-60926-9).

JFET, transistor de efeito de campo de junção

 Forma geral:j [nome] [dreno] [portão] [fonte] [modelo] Exemplo:j1 2 3 0 mod1 

MODELOS DE TRANSISTOR JFET:

 Forma geral:.model [nome do modelo] [njf ou pjf] [parmtr1 =x]. . . Exemplo:.model mod1 pjf Exemplo:.model mod2 njf lambda =1e-5 pb =0,75 

Definições de parâmetros: vto =tensão limite em volts beta =parâmetro de transcondutância em amperes / volts ² lambda =parâmetro de modulação do comprimento do canal em unidades de 1 / volts rd =resistência de drenagem em ohms rs =resistência da fonte em ohms cgs =capacitância de junção G-S de polarização zero em farads cgd =capacitância de junção G-D de polarização zero em farads pb =potencial de junção de porta em volts é =corrente de saturação da junção da porta em amps kf =coeficiente de ruído de oscilação (sem unidade) af =expoente de ruído de tremulação (sem unidade) fc =coeficiente de capacitância de depleção de polarização direta (sem unidade)

MOSFET, transistor

 Forma geral:m [nome] [dreno] [portão] [fonte] [substrato] [modelo] Exemplo:m1 2 3 0 0 mod1 

MODELOS DE TRANSISTOR DE MOSFET:

 Forma geral:.model [nome do modelo] [nmos ou pmos] [parmtr1 =x]. . . Exemplo:.model mod1 pmos Exemplo:.model mod2 nmos level =2 phi =0,65 rd =1.5 Exemplo:.model mod3 nmos vto =-1 (esgotamento) Exemplo:.model mod4 nmos vto =1 (realce) Exemplo:.model mod5 pmos vto =1 (esgotamento) Exemplo:.model mod6 pmos vto =-1 (aprimoramento) 

Comentários: Para distinguir entre os transistores de modo de aprimoramento e modo de depleção (também conhecido como modo de aprimoramento de depleção), o parâmetro do modelo “ vto ”(Tensão de limite de polarização zero) deve ser especificada. Seu valor padrão é zero, mas um valor positivo (+1 volts, por exemplo) em um transistor de canal P ou um valor negativo (-1 volts) em um transistor de canal N irá especificar que o transistor está com um esgotamento (também conhecido como intensificação de esgotamento ) modo dispositivo. Por outro lado, um valor negativo em um transistor de canal P ou um valor positivo em um transistor de canal N irá especificar que o transistor seja um modo de aprimoramento dispositivo. Lembre-se de que os transistores de modo de realce são dispositivos normalmente desligados e devem ser ligados pela aplicação de tensão de porta. Os transistores de modo de esgotamento estão normalmente "ligados", mas podem ser "eliminados", bem como aprimorados para níveis maiores de corrente de drenagem pela tensão de porta aplicada, daí a designação alternativa de MOSFETs de "aumento de depleção". O “ vto O parâmetro ”especifica a tensão da porta limite para a condução do MOSFET.

Fontes

FONTES DE TENSÃO AC SINEWAVE (ao usar cartão .ac para especificar a frequência):

 Forma geral:v [nome] [+ nó] [-nó] ac [tensão] [fase] sin Exemplo 1:v1 1 0 ac 12 sin Exemplo 2:v1 1 0 ac 12 240 sin (12 V ∠ 240 
 o 
 ) 

Comentários: Este método de especificação de fontes de tensão CA funciona bem se você estiver usando várias fontes em diferentes ângulos de fase umas das outras, mas todas na mesma frequência. Se você precisa especificar fontes em frequências diferentes no mesmo circuito, você deve usar o próximo método! FONTES DE TENSÃO AC SINEWAVE (quando NÃO estiver usando o cartão .ac para especificar a frequência):

 Forma geral:v [nome] [+ nó] [-nodo] sin ([deslocamento] [tensão] + [freq] [atraso] [fator de amortecimento]) Exemplo 1:v1 1 0 sin (0 12 60 0 0) 

Definições de parâmetros: deslocamento =Tensão de polarização CC, compensando a forma de onda CA por uma tensão especificada. voltagem =pico ou crista, valor de tensão CA para a forma de onda. freq =frequência em Hertz. atraso =atraso de tempo, ou deslocamento de fase para a forma de onda, em segundos. fator de amortecimento =uma figura usada para criar formas de onda de amplitude decrescente. Comentários: Este método de especificação de fontes de tensão CA funciona bem se você estiver usando várias fontes em frequências diferentes umas das outras. Representar a mudança de fase é complicado, porém, exigindo o uso do atraso fator. FONTES DE TENSÃO DC (ao usar cartão .dc para especificar a tensão):

 Forma geral:v [nome] [+ nó] [-nó] dc Exemplo 1:v1 1 0 dc 

Comentários: Se você deseja ter tensões de saída SPICE não em referência ao nó 0, você deve usar o .dc opção de análise, e para usar esta opção você deve especificar pelo menos uma de suas fontes DC desta maneira. FONTES DE TENSÃO DC (quando NÃO estiver usando cartão .dc para especificar a tensão):

 Forma geral:v [nome] [+ nó] [-nó] dc [tensão] Exemplo 1:v1 1 0 dc 12 

Comentários: Nada digno de nota aqui! FONTES DE TENSÃO DE PULSO

 Forma geral:v [nome] [+ nó] [-nó] pulso ([i] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

Definições de parâmetros: i =valor inicial p =valor de pulso td =tempo de atraso (todos os parâmetros de tempo em unidades de segundos) tr =tempo de subida tf =tempo de queda pw =largura de pulso pd =período

 Exemplo 1:v1 1 0 pulso (-3 3 0 0 0 10m 20m) 

Comentários: O Exemplo 1 é uma onda quadrada perfeita oscilando entre -3 e +3 volts, com tempos de subida e descida zero, um período de 20 milissegundos e um ciclo de trabalho de 50 por cento (+3 volts para 10 ms, então -3 volts para 10 ms) . FONTES DE CORRENTE DE AC SINEWAVE (ao usar cartão .ac para especificar a frequência):

 Forma geral:i [nome] [+ nó] [-nó] ac [corrente] [fase] sin Exemplo 1:i1 1 0 ac 3 sin (3 amps) Exemplo 2:i1 1 0 ac 1m 240 sin ( 1 mA ∠ 240 
 o 
 ) 

Comentários: Os mesmos comentários se aplicam aqui (e no próximo exemplo) como para fontes de tensão CA. FONTES DE CORRENTE DE AC SINEWAVE (quando NÃO estiver usando o cartão .ac para especificar a frequência):

 Forma geral:i [nome] [+ nó] [-nó] sin ([deslocamento] + [corrente] [frequência] 0 0) Exemplo 1:i1 1 0 sin (0 1,5 60 0 0) 

FONTES DE CORRENTE DC (ao usar cartão .dc para especificar a corrente):

 Forma geral:i [nome] [+ nó] [-nó] dc Exemplo 1:i1 1 0 dc 

FONTES DE CORRENTE DC (quando NÃO estiver usando cartão .dc para especificar a corrente):

 Forma geral:i [nome] [+ nó] [-nó] dc [atual] Exemplo 1:i1 1 0 dc 12 

Comentários: Mesmo que todos os livros digam que o primeiro nó fornecido para a fonte de corrente DC é o nó positivo, não é o que descobri ser na prática. In actuality, a DC current source in SPICE pushes current in the same direction as a voltage source (battery) would with its negative node specified first. PULSE CURRENT SOURCES

General form:i[name] [+node] [-node] pulse ([i] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

Parameter definitions: i =initial value p =pulse value td =delay time tr =rise time tf =fall time pw =pulse width pd =period

Example 1:i1 1 0 pulse (-3m 3m 0 0 0 17m 34m) 

Comments: Example 1 is a perfect square wave oscillating between -3 mA and +3 mA, with zero rise and fall times, a 34 millisecond period, and a 50 percent duty cycle (+3 mA for 17 ms, then -3 mA for 17 ms). VOLTAGE SOURCES (dependent):

General form:e[name] [out+node] [out-node] [in+node] [in-node] + [gain] Example 1:e1 2 0 1 2 999k 

Comments: Dependent voltage sources are great to use for simulating operational amplifiers. Example 1 shows how such a source would be configured for use as a voltage follower, inverting input connected to output (node 2) for negative feedback, and the noninverting input coming in on node 1. The gain has been set to an arbitrarily high value of 999,000. One word of caution, though:SPICE does not recognize the input of a dependent source as being a load, so a voltage source tied only to the input of an independent voltage source will be interpreted as “open.” See op-amp circuit examples for more details on this. CURRENT SOURCES (dependent):