Electronique 2 Eléments PSPICE page A-1 Description des éléments SPICE Le programme de simulation analogique SPICE réagit en fonction du premier caractère d’une ligne d’entrée (commande). Signification des premiers caractères de lignes : * Ligne de commentaire. + Ligne de continuation. . Début d’un model ou instruction de contrôle. Dans une ligne, le texte après le signe ';' sera interprété comme commentaire. Exemple: * Exemple d’une ligne de commentaire .model BC182 NPN(Is=12.03f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=37.37 Bf=290 +Ne=1.971 Ise=2.732p Ikf=.1072 Xtb=1.5 Br=4.379 Nc=2 +Isc=0 Ikr=0 Rc=2.5 Re=1.5 Cjc=5.777p Mjc=.3199 +Vjc=.75 Fc=.5 Cje=8.307p Mje=.384 Vje=.75 +Tr=698.4p Tf=385.4p Itf=.17 Vtf=3 Xtf=8 Rb=10) * National pid=04 case=TO92 26.12.92 P. Raemy .PROBE ; important pour la tâche graphique Dans SPICE standard, seuls les paramètres suivants sont agréés: Lettres majuscules (pas Ä Ö Ü) Chiffres 0..9 et - . () = + PSPICE accepte les lettres majuscules et minuscules. En plus des lettres connues, 7 autres caractères distinctifs peuvent encore suivre. Dans les explications suivantes, les données optionnelles sont insérées dans les crochets. [IC=Io] signifie que la donnée IC=I o n’esp pas impérativement nécessaire. Electronique 2 Eléments PSPICE page A-2 Eléments passifs Instructions pour une résistance Rnom Noeuda Noeudb Valeur [TC=α [,ß]] Où α pour la linéarité et ß pour le facteur de température quadratique peuvent être insérés. La résistance devient donc: R T = R o (1 + α . dT + ß . dT 2 ) avec dT = T - T o T o est la température nominale pour laquelle le circuit est simulé. Elle s’élève normalement à 27°, respectivement 300.15 K, mais une autre valeur peut lui être assignée avec l’instruction TNOM sous .OPTION. Avec l’instruction .TEMP, le comportement du circuit à d’autres températures peut être estimé. Exemple: Instruction pour une sonde de température Pt 100 entre les nœuds 10 et 11 avec α = 3.9 10 -3 /K et ß= -0.58 10 -6 /K 2 RPT100 10 11 105.09 TC=3.9E-3,-0.58E-6 Une résistance dépendante au voltage (VDR) peut être simulée par une source de courant commandée par tension (voir caractéristique de base G). Instructions pour un condensateur Cnom Noeuda Noeudb Valeur [IC=Uo] Exemple: Lors d’une analyse d’oscillation (.TRAN), le condensateur CELKO (100 µF) entre les noeuds 21 et 22 doit être chargé avec une tension de 10V. IC correspond à la condition initiale. Afin de pouvoir calculer avec la tension initiale spécifique, UIC (Use Initial Condition) doit figurer dans la ligne avec l’instruction .TRAN. CELKO 21 22 100u IC=10 .TRAN 0.1m 5m UIC A la place d’une valeur de capacité fixe, un polynôme C n (U) à n degrés peut être utilisé avec l’instruction POLY 1 et les coefficients. C n (U) = C o + C 1 U + C 2 U 2 + ... + C n U n 1 Sous PSPICE, il est préférable d’utiliser VALUE ou TABLE au lieu de l’instruction Poly Electronique 2 Eléments PSPICE page A-3 Exemple: CELKO 21 22 POLY(1) 100u 0 -10n IC=10 correspond à l’équation suivante C(U) = 100 uF + 0 - 10 . 10 -9 F/V 2 . U 2 Instructions pour une inductivité Lnom Noeuda Noeudb Valeur [IC=Io] On retrouve les mêmes instructions que pour le condensateur, à la différence que la condition de départ est le courant I o . Il est également possible de déclarer un polynôme L n (I)avec l’instruction POLY. L n (I) = L o + L 1 I + L 2 I 2 + ...+ L n I n Ainsi, on peut prendre par exemple en considération la saturation dans un noyau de fer d’une bobine. Electronique 2 Eléments PSPICE page A-4 Sources Source de tension Vnom Noeuda Noeudb (forme du signal voir plus bas) Lors d’une valeur de tension positive, le pôle PLUS se trouve au nœud a. Source de courant Nom Noeuda Noeudb (forme du signal voir plus bas) Un courant positif passe dans le nœud a. Forme de signal: Source DC [DC] [valeur] Source AC AC [Ap [phase]] seulement pour l’analyse l’instruction .AC. Impulsion .AC. La fréquence PULSE(Ao Ap [td [tr [tf [tw [T]]]]]) Source sinusoïdale SIN(Ao Ap [f [td [alpha]]]) 0 ≤ t ≤ t d : a(t) = A o td ≤ t : a(t) = A o + A p sin(2π f(t-t d )) e -alph a(t-td ) il existe encore: Source exponentielle EXP Source polygonale PWL est donnée dans Electronique 2 Eléments PSPICE Source à modulation de fréquence page A-5 SFFM Sources commandées Source de courant commandée par tension Gnom a+ a- e+ e- y Source de tension commandée par tension Enom a+ a- e+ e- v Source de courant commandée par courant Cette source est définie par deux instructions Fnom a+ a- Vnom v Vnom e+ e- Source de tension commandée par courant Cette source est définie par deux instructions Hnom a+ a- Vnom z Vnom e+ e- Avec les sources commandées, il y a encore la possibilité d’introduire des polynômes à la place de la relation linéaire entre les valeurs d’entrée et de sortie. Electronique 2 Eléments PSPICE Instruction pour les types d’analyse Analyse de fréquence Axe de fréquence linéaire .AC LIN pt.affiché fstart fstop Axe logarithmique .AC DEC pt.par_décade fstart fstop Axe logarithmique .AC OCT pt.par_octave fstart fstop Analyse de transistion .TRAN tstep tstop [tstart [max_step]] [UIC] Analyse thermique .TEMP T1 [ T2 [ T3 [ etc. ]]] Analyse DC .DC description start stop step [description start stop step] Autres types d’analyse: Point de travail DC .OP Analyse de transfert .TF Analyse de sensibilité .SENS Caractéristique .DC Analyse de distorsion .DISTO 2 Analyse de Fourier .FOUR Analyse du bruit .NOISE Analyse de Monte Carlo .MC 2 .DISTO ne fait pas partie de PSPICE. page A-6 Electronique 2 Eléments PSPICE page A-7 Modèles de semi-conducteurs Diode Dnom kn p kn n model_name [Fläche] [OFF] [IC=Uo] .MODEL model_name D(IS=.. RS=.. etc.) Attention: Il faut une seule instruction .MODEL par type de diode. Les 14 paramètres ci-dessous peuvent être spécifiés dans l’instruction .MODEL: Nr. Desc. Paramètre Defaut Plage 1 IS Courant de saturation inverse I S en A 10 - 1 4 * 2 RS Résistance de ligne R B en Ohm 0 * 3 N Coefficient d’émission m 1 4 TT Durée du porteur de charge minoritaire. τ 5 CJ0 Capacité de recouvrement nulle C j 0 en F 0 6 VJ Tension de diffusion U D en V 1 7 M Exposent de C j 0 0.5 8 EG Ecart de couche E G en eV 1.11. 9 XTI Exposant de température pour I S 3 10 KF Coefficient du ’Flicker-noise’ k F 0 11 AF Exposent du ’Flicker-noise’ a F 1 12 FC Coefficient C j en mode passant. f C 0.5 13 BV Tension limite de cassure U R B en V infini 14 IBV Courant à U R B en A 10 - 3 Exemple: in s D1 4 5 DIODE D2 5 6 DIODE .MODEL DIODE D * valeur de remplacement utilisée RS=0 0 * Electronique 2 Eléments PSPICE page Transistor bipolaire Qnom c b e [substr] model_name [plage] [OFF] [IC=U BE ,UCE] .MODEL model_name NPN(IS=.. BF=.. NF=.. etc.) ou .MODEL model_name PNP(IS=.. BF=.. NF=.. etc.) A-8 Electronique 2 Eléments PSPICE page A-9 Bibliothèque Dans les bibliothèques, nous trouvons les modèles de beaucoup d’éléments prédéfinis. De plus, certaines entreprises proposent des modèles SPICE pour leurs semi-conducteurs. Comme par exemple : MOTOROLA Modèles de vos transistors Et de TEXAS INSTRUMENTS, NATIONAL SEMICONDUCTOR, PMI, Analog Device, etc. L’ampli-OP 741 se compose de plus de 20 transistors et ne peut donc pas être simulé avec la version démo de SPICE. De plus, le temps de simulation devient très grand. Pour ces raisons, des macro-modèles dans lesquelles sont stockées dans des bibliothèques. Les fonctions réelles seront reproduites avec des sources commandées. La bibliothèque de démonstration se nomme NOM.LIB (resp. EVAL.LIB pour la version 5.1). L’ampli-OP µA 741 est défini comme suit: * connections: non-inverting input * | inverting input * | | positive power supply * | | | negative power supply * | | | | output * | | | | | .subckt uA741 1 2 3 4 5 c1 11 12 8.661E-12 c2 6 7 30.00E-12 dc 5 53 dx de 54 5 dx dlp 90 91 dx dln 92 90 dx dp 4 3 dx egnd 99 0 poly(2) (3,0) (4,0) 0 .5 .5 fb 7 99 poly(5) vb vc ve vlp vln 0 10.61E6 -10E6 10E6 10E6 -10E6 ga 6 0 11 12 188.5E-6 gcm 0 6 10 99 5.961E-9 iee 10 4 dc 15.16E-6 hlim 90 0 vlim 1K q1 11 2 13 qx q2 12 1 14 qx r2 6 9 100.0E3 rc1 3 11 5.305E3 rc2 3 12 5.305E3 re1 13 10 1.836E3 re2 14 10 1.836E3 ree 10 99 13.19E6 ro1 8 5 50 ro2 7 99 100 rp 3 4 18.16E3 vb 9 0 dc 0 vc 3 53 dc 1 ve 54 4 dc 1 vlim 7 8 dc 0 vlp 91 0 dc 40 vln 0 92 dc 40 .model dx D(Is=800.0E-18 Rs=1) Electronique 2 Eléments PSPICE page A-10 .model qx NPN(Is=800.0E-18 Bf=93.75) .ends Dans un circuit, un composant provenant d’une bibliothèque est appelé comme suit: Xnom kn1 kn2 . . . knn subct_name [Paramètre] .LIB G:\UTIL\PSPICE\NOM.LIB Exemple: VP 12 0 DC 15 VN 11 0 DC -15 . . X1 0 2 12 11 5 uA741 .LIB G:\UTIL\PSPICE\NOM.LIB