1. Proiectare Asistata de Calculator
Curs 5
Analiza Tranzitorie

2. 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.

3. 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)

4. 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

5. sinus
Sinus modulat
dreptunghiular
exponential
definit prin puncte

6. 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

7. Definirea surselor de intrare
Exponential waveform

8. 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

9. Definirea surselor de intrare
Pulse waveform

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

11. Definirea surselor de intrare
Piecewise linear waveform

12. 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

13. Definirea surselor de intrare
Single-frequency FM waveform

14. 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.

15. Definirea surselor de intrare
Single-frequency FM waveform

16. 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

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

18. *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.

20. Raspunsul in timp Exemplu (1/4)

21. 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

22. Raspunsul in timp Exemplu(3/4)
Results:

23. Raspunsul in timp Exemplu(4/4)
******************************************************* ***********************
**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS
NAME Q_Q1
MODEL Q2N2222
IB E-06
IC E-03
VBE E-01
VBC E+00
VCE E+00
BETADC E+02
GM E-02
RPI E+03
RX E+01
RO E+04
CBE E-11
CBC E-12
CJS E+00
BETAAC E+02
CBX/CBX E+00
FT/FT E+08
Raspunsul in timp Exemplu(4/4)
Set simulation mode
**** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE = DEG C
********************************************** ********************************
NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
( IN) ( OUT) ( VCC) (N00208)
(N000790) (N000951)
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME CURRENT
V_V E+00
V_V E-03
TOTAL POWER DISSIPATION E-02 WATTS
**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = DEG C

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

25. Raspunsul in timp Exemplu(2)
Hartley oscillator

26. Raspunsul in timp Exemplu(2)
Hartley oscillator

27. Raspunsul in timp Exemplu(2)
Hartley oscillator

28. Raspunsul in timp Exemplu (2)
Hartley oscillator

29. 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:

30. Unde amplitudinea Ak si faza k sunt date de:

31. 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.

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

33. 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.

34. Analiza Fourier

35. Analiza Fourier Results
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(OUT)
DC COMPONENT = E+00
HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
E E E E E+00
E E E E E+02
E E E E E+02
E E E E E+02
E E E E E+02
E E E E E+03
E E E E E+03
E E E E E+03
E E E E E+03
E E E E E+03
TOTAL HARMONIC DISTORTION = E-01 PERCENT

36. 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.

37. **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.

38.  Probleme de convergenta:
Exista foarte putine remedii pentru aceasta problema.
O prima solutie ar fi cresterea RELTOL de la 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.

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

40. Exemplul 2: Comparator trigger schmitt