Πηγές Τάσης και Ρεύματος

Ανεξάρτητες πηγές (Independent Sources)

Γενική μορφή :

VXXXXXXX N+ N- <DC<> DC/TRAN VALUE> <AC <ACMAG <ACPHASE>>>

<DISTOF1 <F1MAG <F1PHASE>>> <DISTOF2 <F2MAG <F2PHASE>>>

IYYYYYYY N+ N- <<DC> DC/TRAN VALUE> <AC <ACMAG <ACPHASE>>>

<DISTOF1 <F1MAG <F1PHASE>>> <DISTOF2 <F2MAG <F2PHASE>>>

Παραδείγματα :

VCC 10 0 DC 6

VIN 13 2 0.001 AC 1 SIN(0 1 1MEG)

ISRC 23 21 AC 0.333 45.0 SFFM(0 1 10K 5 1K)

VMEAS 12 9

VCARRIER 1 0 DISTOF1 0.1 -90.0

VMODULATOR 2 0 DISTOF2 0.01

IIN1 1 5 AC 1 DISTOF1 DISTOF2 0.001

Τα Ν+ και Ν- είναι οι θετικοί και αρνητικοί κόμβοι αντίστοιχα. Σημειώνουμε ότι οι πηγές τάσεις δεν χρειάζεται να γειωθούν. Υποθέτουμε ότι το θετικό ρεύμα ρέει από τον θετικό κόμβο, μέσω της πηγής, στον αρνητικό κόμβο. Μία θετική πηγή ρεύματος ωθεί το ρεύμα να ρέει έξω από τον Ν+ κόμβο, μέσω της πηγής, στον Ν- κόμβο. Οι πηγές τάσεις που χρησιμοποιούνται για διέγερση κυκλώματος, είναι τα 'ammeters' για το SPICE, τα οποία είναι πηγές μηδενικής τάσης που μπορεί να εισαχθούν στο κύκλωμα με σκοπό την μέτρηση της έντασης του ρεύματος. Φυσικά δεν έχουν καμία επίδραση στην λειτουργία του κυκλώματος από την στιγμή που αναπαριστούν short-circuits.

DC/TRAN είναι η τιμή της dc και transient ανάλυσης της πηγής. Αν η τιμή και για την dc και για την transient ανάλυση είναι μηδέν, αυτή η τιμή μπορεί να παραληφθεί. Αν η τιμή της πηγής είναι χρονικά αμετάβλητη (π.χ. παροχή ισχύος) , τότε η τιμή μπορεί προαιρετικά να προηγηθεί με τα γράμματα DC.

ACMAG είναι το ac magnitude (πλάτος) και ACPHASE είναι η ac φάση. Η πηγή παίρνει αυτήν την τιμή στην ac ανάλυση. Αν το ACMAG παραλείπεται ακολουθούμενο από τη λέξη κλειδί AC, τότε θεωρείται ότι παίρνει την τιμή της μονάδας. Αν το ACPHASE παραλείπεται, θεωρείται ότι παίρνει μηδενική τιμή. Αν η πηγή δεν είναι μία ac small-signal είσοδος, η λέξη κλειδί AC και οι ac τιμές παραλείπονται.

DISTOF1 και DISTOF2 είναι οι λέξεις κλειδιά που καθορίζουν ότι η ανεξάρτητη πηγή έχει εισόδους παραμόρφωσης στις συχνότητες F1 και F2 αντίστοιχα (μπορούμε να δούμε την περιγραφή της .DIST0 control line). Οι λέξεις κλειδιά μπορεί να ακολουθούνται από ένα προαιρετικό πλάτος (magnitude) και φάση. Οι εξ ορισμού τιμές για το πλάτος και την φάση είναι 1.0 και 0.0 αντίστοιχα.

Σε κάθε ανεξάρτητη πηγή μπορεί να ορισθεί μια χρονικά εξαρτώμενη τιμή (time-dependent value) για την transient ανάλυση. Αν σε μία πηγή έχει ορισθεί μία time-dependent τιμή, η time-zero τιμή χρησιμοποιείται για την dc ανάλυση. Υπάρχουν πέντε ανεξάρτητες λειτουργίες της πηγής : παλμός (pulse), εκθετική (exponantial), ημιτονοειδής (sinusoidal), piece-wise linear και single-frequency FM. Αν κάποιες τιμές των παραμέτρων της πηγής έχουν παραληφθεί ή έχουν τιμή μηδέν, θεωρείται ότι παίρνουν τις εξ ορισμού τιμές που εμφανίζονται. (TSTEP είναι η αύξηση εκτύπωσης (printing increment) και TSTOP είναι ο τελικό χρόνος (για εξηγήσεις κοιτάμε στην .TRAN control line)).

Παλμός (Pulse)

Γενική μορφή :

PULSE ( V1 V2 TD TR TF PW PER )

Παράδειγμα :

VIN 3 0 PULSE (-1 1 2NS 2NS 2NS 50NS 100NS)

Ένας απλός παλμός με αυτόν τον τρόπο ορισμένος, περιγράφεται από τον παρακάτω πίνακα :

Τα ενδιάμεσα σημεία καθορίζονται από την γραμμική παρεμβολή (linear interpolation).

Ημιτονοειδής (Sinusoidal)

Γενική μορφή :

SIN (VO VA FREQ TD THETA)

Παράδειγμα :

VIN 3 0 SIN (0 1 100MEG 1NS 1E10)

Το σχήμα της κυματομορφής περιγράφεται από τον παρακάτω πίνακα :

time	value
0 to TD	VO
TD to TSTOP

Εκθετική (Exponential)

Γενική μορφή :

EXP (V1 V2 TD1 TAU1 TD2 TAU2)

Παράδειγμα :

VIN 3 0 EXP(-4 -1 2NS 30NS 60NS 40NS)

Tο σχήμα της κυματομορφής περιγράφεται από τον παρακάτω πίνακα :

time	value
0 to TD1	V1
TD1 to TD2
TD2 to TSTOP

Piece - Wise Linear

Γενική μορφή :

PWL (T1 V1 T2 V2 T3 V3 T4 V4 … >)

Παράδειγμα :

VCLOCK 7 5 PWL ( 0 -7 10NS -7 11NS -3 17NS -3 18NS -7 50NS -7 )

Κάθε ζευγάρι τιμών (Ti, Vi) καθορίζει ότι η τιμή της πηγής είναι Vi (σε Volts ή Amps) στο χρόνο time = Ti. Η τιμή της πηγής στις ενδιάμεσες τιμές χρόνου είναι καθορισμένη από την γραμμική παρεμβολή (linear interpolation) από τις τιμές εισόδου.

Single - Frequency FM

Γενική μορφή :

SFFM ( VO VA FC MDI FS )

Παράδειγμα : V1 12 0 SFFM ( 0 1M 20K 5 1K )

Το σχήμα της κυματομορφής περιγράφεται από την ακόλουθη εξίσωση :

V (t) = VO + VA sin ( 2πFCt + MDI sin (2πFSt))

Γραμμικές εξαρτημένες πηγές (Linear Dependent Sources)

Το SPICE επιτρέπει να περιέχονται στα κυκλώματα γραμμικές εξαρτημένες πηγές, οι οποίες χαρακτηρίζονται με κάποια από τις παρακάτω τέσσερις εξισώσεις :

Όπου g, e, f και h είναι σταθερές που αντιπροσωπεύουν αγωγιμότητα (transconductance), κέρδος τάσης (voltage gain), κέρδος έντασης (current gain) και transresistance, αντίστοιχα.

Γραμμικές πηγές ρεύματος ελεγχόμενες από τάση (Linear Voltage-Controlled Current Sources)

Γενική μορφή :

GXXXXXXX N+ N- NC+ NC- VALUE

Παράδειγμα :

G1 2 0 5 0 0.1MMHO

N+ και N- είναι οι θετικοί και αρνητικοί κόμβοι, αντίστοιχα. Το ρεύμα ρέει από τον θετικό κόμβο, μέσω της πηγής, στον αρνητικό κόμβο. NC+ και NC- είναι οι θετικοί και αρνητικοί κόμβοι ελέγχου, αντίστοιχα. VALUE είναι η αγωγιμότητα (transconductance) σε mho.

Γραμμικές πηγές τάσης ελεγχόμενες από τάση (Linear Voltage-Controlled Voltage Sources)

Γενική μορφή :

EXXXXXXX N+ N- NC+ NC- VALUE

Παράδειγμα :

E1 2 3 14 1 2.0

Ν+ είναι ο θετικός κόμβος και Ν- είναι ο αρνητικός κόμβος. NC+ και NC- είναι οι θετικοί και αρνητικοί κόμβοι ελέγχου, αντίστοιχα. VALUE είναι το κέρδος τάσης.

Γραμμικές πηγές ρεύματος ελεγχόμενες από ρεύμα (Linear Current-Controlled Current Sources)

Γενική μορφή :

FXXXXXXX N+ N- VNAM VALUE

Παράδειγμα :

F1 13 5 VSENS 5

Ν+ και Ν- είναι οι θετικοί και αρνητικοί κόμβοι, αντίστοιχα. Το ρεύμα ρέει από το θετικό κόμβο, μέσω της πηγής, στον αρνητικό κόμβο. VNAM είναι το όνομα μίας πηγής τάσης, μέσω της οποίας ρέει το ρεύμα ελέγχου. Η διεύθυνση ροής του θετικού ρεύματος ελέγχου είναι από τον θετικό κόμβο, μέσω της πηγής, στον αρνητικό κόμβο του VNAM. VALUE είναι το κέρδος έντασης του ρεύματος.

Γραμμικές πηγές τάσης ελεγχόμενες από ρεύμα (Linear Current-Controlled Voltage Sources)

Γενική μορφή :

HXXXXXXX N+ N- VNAM VALUE

Παράδειγμα :

HX 5 17 VZ 0.5K

Ν+ και Ν- είναι οι θετικοί και αρνητικοί κόμβοι, αντίστοιχα. VNAM είναι το όνομα μίας πηγής τάσης, μέσω της οποίας ρέει το ρεύμα ελέγχου. Η διεύθυνση ροής του θετικού ρεύματος ελέγχου είναι από τον θετικό κόμβο, μέσω της πηγής, στον αρνητικό κόμβο του VNAM. VALUE είναι η transresistance σε ohms.

Μη γραμμικές εξαρτημένες πηγές (Non-Linear Dependent Sources)

Γενική μορφή :

BXXXXXXX N+ N- <I=EXPR> <V=EXPR>

Παραδείγματα :

B1 0 1 I=cos(v(1))+sin(v(2))

B1 0 1 V=ln(cos(log(v(1,2)^2)))-v(3)^4+v(2)^v(1)

B1 3 4 I=17

B1 3 4 V=exp(pi^I(vdd))

N+ είναι ο θετικός κόμβος και Ν- είναι ο αρνητικός κόμβος. Οι τιμές των παραμέτρων V και I καθορίζουν τις τάσεις και τα ρεύματα μέσα στο εξάρτημα. Αν το Ι δίνεται τότε το εξάρτημα είναι πηγή ρεύματος, ενώ αν δίνεται το V, το εξάρτημα είναι πηγή τάσης. Μόνο μία από αυτές τις παραμέτρους πρέπει να δίνεται.

Η συμπεριφορά του μικρού AC σήματος της μη-γραμμικής πηγής είναι μία γραμμική εξαρτημένη πηγή (ή πηγές) με μία σταθερά αναλογίας ίση με την παράγωγο της πηγής στο DC σημείο λειτουργίας.

Η function "u" είναι η μοναδιαία βηματική (unit step) function, με τιμή ένα για ορίσματα μεγαλύτερα της μονάδας και τιμή μηδέν για ορίσματα μικρότερα του μηδέν. Η function "uramp" είναι το ολοκλήρωμα της βηματικής μονάδας : για μία είσοδο χ, η τιμή της είναι μηδέν αν το χ είναι μικρότερο του μηδέν ή αν το χ είναι μεγαλύτερο του μηδέν, η τιμή της είναι χ. Αυτές οι δύο functions είναι χρήσιμες στην σύνθεση piece-wise μη-γραμμικών λειτουργιών, αν και η σύγκλιση μπορεί να επιδράσει δυσμενώς.

Οι παρακάτω στάνταρ τελεστές ορίζονται :

( + ) , ( - ) , ( * ) , ( / ) , ( ^ ) , ( unary )

Αν το όρισμα του log, ln ή sqrt γίνει μικρότερο του μηδενός, χρησιμοποιείται η απόλυτη τιμή του ορίσματος. Αν ένας διαιρέτης γίνει μηδέν ή το όρισμα του log ή του ln γίνει μηδέν, τότε θα προκληθεί ένα σφάλμα. Άλλα προβλήματα μπορεί να προκληθούν όταν το όρισμα για μία function σε μία μερική παράγωγο μπαίνει σε μία περιοχή όπου η function δεν είναι ορισμένη.

Για να πάρουμε χρόνο σε μία έκφραση (expression), μπορούμε να ολοκληρώσουμε την ένταση του ρεύματος από μία σταθερή πηγή ρεύματος με ένα πυκνωτή και χρησιμοποιήσουμε την απορρέουσα τάση (δεν ξεχνάμε να θέσουμε την αρχική τάση στον πυκνωτή). Μη-γραμμικές αντιστάσεις, πυκνωτές και επαγωγείς μπορούν να συνθετηθούν με την μη-γραμμική εξαρτημένη πηγή. Μη-γραμμικές αντιστάσεις είναι προφανής. Μη-γραμμικοί πυκνωτές και επαγωγείς εφαρμόζονται με τα γραμμικά τους αντίστοιχα , με μία αλλαγή των μεταβλητών που εφαρμόζονται με την μη-γραμμική εξαρτημένη πηγή. Το παρακάτω υποκύκλωμα είναι για ένα μη-γραμμικό πυκνωτή :

.Subckt nlcap pos neg

* Bx : calclulate f (input voltage)

Bx 1 0 v = f (v(pos,neg))

* Cx : linear capacitance

Cx 2 0 1

* Vx : Ammeter to measure current into the capacitor

Vx 2 1 DC 0Volts

*Drive the current through Cx back into the circuit

Fx pos neg Vx 1

.ends

 

Επιστροφή στο Στοιχεία Κυκλώματος και Μοντέλα