Description des éléments SPICE

Electronique 2
Eléments PSPICE
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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.
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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
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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.
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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
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Source à modulation de fréquence
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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.
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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.
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A-6
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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
*
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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.)
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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)
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.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