Proiectare Asistata de Calculator Curs 5 Analiza Tranzitorie

Analiza tranzitorie evalueaza raspunsul circuitului la diferite surse de semnal independente si variabile in timp. Analiza tranzitorie este cea mai des folosita analiza PSpice. Analiza tranzitorie cauzeaza unele probleme datorita compromisurilor inevitabile intre viteza si acuratete.

Pentru a configura si rula o Analiza Tranzitorie, de exemplu, ar trebui urmati urmatorii pasi: Specificarea unui stimul dependent de timp (Time-dependent stimulus) Setarea raspunsului in timp (Time response) Setarea componentelor Fourier (Fourier Components) Selectarea optiunilor (Options)

Stimuli dependenti de timp Generatoarele de semnale de intrare variabile in timp : Folosind nume standard de simboluri (Standard Symbol names) Introducand forma de unda dorita ca o functie sau ca un grafic realizat cu ajutorul Stimulus Editor

sinus Sinus modulat dreptunghiular exponential definit prin puncte

Definirea surselor de intrare Exponential waveform   Parameters Default value Units <v1> Initial voltage none volt <v2> Peak voltage <td1> Ride delay time sec <tau1> Rise time constant TSTEP <td2> Fall delay time <td1>+TSTEP <tau2> Fall time constant

Definirea surselor de intrare Exponential waveform

Definirea surselor de intrare Pulse waveform   Parameters Default value Units <v1> Initial voltage none volt <v2> Pulsed voltage <td> Delay time sec <tr> Rise time TSTEP <tf> Fall time <pw> Pulse width TSTOP <per> Period

Definirea surselor de intrare Pulse waveform

Definirea surselor de intrare Piecewise linear waveform   Parameters Default value Units <vn> Time at corner none sec Voltage at corner volt

Definirea surselor de intrare Piecewise linear waveform

Definirea surselor de intrare Single-frequency FM waveform     Parameters Default value Units <vo> Offset voltage none volt <va> Peak amplitude of voltage <fc> Carrier frequency 1/TSTOP hertz <mdi> Modulation index <fm> Signal frequency TSTOP

Definirea surselor de intrare Single-frequency FM waveform

Definirea surselor de intrare Sinusoidal waveform     Parameters Default value Units <vo> Offset voltage none volt <va> Peak amplitude of voltage <freq> Frequency 1/TSTOP hertz <td> Delay sec <df> Damping factor sec-1 <phase> phase degree The SIN waveform is for transient analysis only. It does not have any effect during AC analysis. To give a voltage a value during AC analysis use AC specification.

Definirea surselor de intrare Single-frequency FM waveform

2. Raspunsul in timp Analiza regimului tranzitoriu permite ca raspunsul circuitului sa fie calculat din momentul initial (TIME = 0) pana la un timp specificat. Cerinte minime de proiectare a circuitului Circuitul trebuie sa contina unul din urmatoarele elemente: O sursa independenta cu specificatii pentru regimul tranzitoriu (daca este un stimul de intrare) – vezi pasul anterior O conditie initiala pe un element reactiv O sursa controlata ce reprezinta o functie dependenta de timp

Cerinte minime de setare a programului Specificatiile unei analize tranzitorii includ:

*Punct Static de Functionare detailat: Analiza tranzitorie isi calculeaza propriul punct static de functionare folosind aceeasi tehnica prezentata la Analiza de Curent Continuu. Acest lucru este necesar deoarece valorile initiale ale surselor pot fi diferite de valorile lor in curent continuu. Daca se doreste raportarea parametrilor de semnal-mic pentru punctul static de functionare al regimului tranzitoriu, utilizatorul trebuie sa bifeze casuta de dialog Detailed Bias Point. Dar, daca se doreste numai rezultatul analizei tranzitorii, ar trebui bifata doar casuta de dialog Transient command.

Raspunsul in timp Exemplu (1/4)

Raspunsul in timp Exemplu(2/4) Set simulation mode To perform a time domain simulation: From the main menu: PSpice -> New Simulation Enter a name for your simulation (e.g.: sim_transient) Hit “create” Select “Time Domain (Transient)” as the Analysis Type Specify “Run to time” (TSTOP – the stop time of the .TRAN analysis), optionally “Start saving data after” and “Maximum step size” (by default, the simulator will determine the final results using 50 steps for calculation) and optionally, determine the OP -> “Output File Options -> check box “Include detailed bias point information for nonlinear controlled sources and semiconductors (/OP)” Hit “Ok” To simulate: from the main menu: PSpice -> Run The results can be found as a graphical representation: a new PSpice window will open and add traces and also can be found in the output file: PSpice-> View Output File

Raspunsul in timp Exemplu(3/4) Results:

Raspunsul in timp Exemplu(4/4) ******************************************************* *********************** **** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS NAME Q_Q1 MODEL Q2N2222 IB 7.69E-06 IC 1.21E-03 VBE 6.50E-01 VBC -4.06E+00 VCE 4.71E+00 BETADC 1.58E+02 GM 4.68E-02 RPI 3.72E+03 RX 1.00E+01 RO 6.43E+04 CBE 5.57E-11 CBC 3.87E-12 CJS 0.00E+00 BETAAC 1.74E+02 CBX/CBX2 0.00E+00 FT/FT2 1.25E+08 Raspunsul in timp Exemplu(4/4) Set simulation mode **** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C ********************************************** ******************************** NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE ( IN) 0.0000 ( OUT) 5.9272 ( VCC) 12.0000 (N00208) 1.8718 (N000790) 1.2222 (N000951) 0.0000 VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_V1 0.000E+00 V_V2 -1.316E-03 TOTAL POWER DISSIPATION 1.58E-02 WATTS **** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG C

Raspunsul in timp Exemplu(1) Capacitor: IC calculated by the OP A simple BJT Switching circuit Capacitor: IC=1

Raspunsul in timp Exemplu(2) Hartley oscillator

Raspunsul in timp Exemplu(2) Hartley oscillator

Raspunsul in timp Exemplu(2) Hartley oscillator

Raspunsul in timp Exemplu (2) Hartley oscillator

5. Analiza Fourier Un semnal periodic poate fi reprezentat ca o serie Fourier: Unde a0/2 reprezinta componenta continua, ak si bk sunt coeficientii seriei Fourier care dau amplitudinea armonicii k de frecventa k. Seria Fourier este:

Unde amplitudinea Ak si faza k sunt date de:

Realizarea unei analize Fourier este posibila doar dupa ce analiza tranzitorie sa incheiat. Aceasta se datoreaza simplului fapt ca analiza Fourier calculeaza componenta continua si coeficientii Fourier din rezultatele analizei tranzitorii. Componentele Fourier de la 1 la 9 sunt calculate implicit, dar se poate specifica sa se calculeze mai multe componente. Deci, inainte de analiza Fourier trebuie realizata o analiza tranzitorie. Intervalul de esantionare folosit de Transformata Fourier este egal cu pasul stabilit in analiza tranzitorie (print step). Cand se realizeaza analiza Fourier pe un semnal aflat in regim tranzitoriu, doar o portiune egala cu o perioada a semnalului este folosita.

Configurarea analizei Fourier este realizata in fereastra de dialog Transient dialog box. Specificatiile includ:

Programul calculeaza THD (Factorul Total de Distorsiune Armonica): Rezultatele analizei Fourier sunt disponibile doar in fisierul de iesire (.out) Ele nu pot fi vizualizate cu Probe.

Analiza Fourier

Analiza Fourier Results FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(OUT) DC COMPONENT = 5.938979E+00 HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) 1 1.000E+03 2.261E+00 1.000E+00 -1.744E+02 0.000E+00 2 2.000E+03 4.349E-03 1.923E-03 8.392E+01 4.327E+02 3 3.000E+03 3.562E-04 1.575E-04 -2.513E+01 4.980E+02 4 4.000E+03 7.093E-04 3.137E-04 -4.261E+00 6.933E+02 5 5.000E+03 5.538E-04 2.449E-04 2.523E+00 8.744E+02 6 6.000E+03 4.514E-04 1.996E-04 2.138E+00 1.048E+03 7 7.000E+03 3.874E-04 1.713E-04 2.208E+00 1.223E+03 8 8.000E+03 3.403E-04 1.505E-04 2.221E+00 1.397E+03 9 9.000E+03 3.016E-04 1.334E-04 1.865E+00 1.571E+03 10 1.000E+04 2.712E-04 1.199E-04 2.398E+00 1.746E+03   TOTAL HARMONIC DISTORTION = 2.001663E-01 PERCENT

Analiza Fourier a unui semnal poate fi realizată şi din meniul de afişare a rezultatelor simularii (PROBE), apăsând butonul FFT, aşa cum se observa în figura de mai jos. Diferenţa între cele două moduri de realizare a analizei Fourier constă în locul unde se afişează rezultatele analizei, în acest caz ele fiind tipărite pe ecran. În această situaţie nu se calculează nici factorul total de distorsiuni armonice.

**Pentru aceste optiuni zero inseamna infinit. 7. Optiuni  Sunt folosite pentru configurarea tuturor optiunilor, limitelor si parametrilor de control ai simulatorului.  *Aceste optiuni sunt disponibile pentru modificare in Pspice, dar este recomandat sa se foloseasca valorile implicite ale programului. **Pentru aceste optiuni zero inseamna infinit.

 Probleme de convergenta: Exista foarte putine remedii pentru aceasta problema. O prima solutie ar fi cresterea RELTOL de la 0.001 la 0.01. Apoi setarea ITL4=40 intr-o comanda OPTIONS. Acest lucru incetineste simularea deci nu este recomadat pentru circuite care nu au o problema de convergenta. Cand se foloseste PSpice pentru tensiuni sau curenti mari, ar trebui crescut VNTOL de la 1uV la 1mV si ABSTOL de la 1pA la 1nA.

Exemplul 1: Un simplu circuit in comutatie realizat cu tranzistor bipolar

Exemplul 2: Comparator trigger schmitt