Pspice

PSpice Simülasyonu

Hazırlayan : Arş. Gör. Cenk DİNÇBAKIR Ekim 2007

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= 1x10−12 N= 1x10−9 U= 1x10−6 M= 1x10−3 K= 1x103 MEG= 1x106 G= 1x109 T= 1x1012

V: A: Hz: Ohm: H: F: DEG:

Volt Amper Hertz Ohm Henry Farad 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) R1

N+ N1 0

değeri 10K

Kondansatör: C(isim) N+ NC5 10 15

değeri 100U

Endüktans: L(isim) N+ NL3 12 0

değeri 5M

2.3 Bağımsız Kaynaklar : DC Kaynak V-I(isim) N+ NV1 1 0 I2 3 4

DC dc dc

değeri 5v 2

AC Kaynak V-I(isim) N+ NVac 3 6 Iac 2 8

AC ac ac

değeri 1v 2ma

Sinüsoidal Kaynak V-I(isim) N+ N- SIN(Voffset V1 1 0 SIN(0

Vpeak 5

Darbe Kaynağı V-I(isim) N+ NV1 1 0

Vson 5

PULSE(Vilk PULSE(0

Freq) 1khz) Tdelay 0

Trise 1n

Tfall 1n

PW PER) 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 kaynak_adı 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 . AC

lin oct nokta sayısı dec

başlangıç değeri

son değer

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_ DC simülasyon v1 1 0 dc 5v r1 1 2 1k c1 2 0 100uf .dc v1 0 10 0.5 .probe .end 10V

5V

SEL>> 0V V(1) 10V

5V

0V 0V

1V

2V

3V

4V

5V

6V

7V

8V

9V

10V

V(2) v1

2)

RC Devresi_ AC simülasyon v1 1 0 ac 1v r1 1 2 100 c1 2 0 10uf .ac dec 100 1hz 1meg .probe .end

0d

-50d

-100d P(V(2)) 1.0V

0.5V

(1.0000K,157.177m)

SEL>> 0V 1.0Hz V(2)

10Hz

100Hz

1.0KHz

10KHz

100KHz

1.0MHz

Frequency

4

3) RC Devresi_ TRANSIENT simülasyon v1 1 0 sin(0 1 1khz) r1 1 2 100 c1 2 0 10uf .tran 1us 10ms 0 1u .probe .end

1.0V

0.5V (8.4749m,157.209m)

0V

-0.5V

-1.0V 8.0ms V(2)

8.2ms V(1)

8.4ms

8.6ms

8.8ms

9.0ms

9.2ms

9.4ms

9.6ms

9.8ms

10.0ms

Time

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