دورة سبايس: تحليل اكتساح العاصمة
[ad_1]
يعد تحليل اكتساح التيار المستمر في سبايس ميزة تسمح بمحاكاة دائرة إلكترونية تتغير فيها قيمة الجهد أو التيار للمولد تدريجيًا. يتيح هذا الإجراء الحصول ، في رسم بياني واحد ، على اتجاه قيمة واحدة أو أكثر من القيم المرغوبة. مع هذا النوع من المحاكاة ، لا يمثل المحور السيني الوقت بل يمثل قيمة الجهد المتغير ، بينما يمثل المحور الصادي أي كمية أخرى يطلبها المصمم.
توجيه DC
يتيح هذا التوجيه إمكانية التغيير التدريجي لقيمة الجهد أو التيار للمولد أثناء محاكاة الدائرة ، مما يسمح بتقييم تأثيرها على سلوك الدائرة. يستخدم تحليل توجيه .DC لمجموعة متنوعة من الأغراض ، بما في ذلك تقييم خصائص تشغيل الدائرة ، وتحديد نقاط التشغيل المثلى وتحسين التصميم. التركيب العام لاستخدامه هو كما يلي:
.DC srcnam Vstart Vstop Vincr
أين:
- srcnam هو اسم جهد مستقل أو مصدر تيار.
- يحدد Vstart القيمة الأولية للمعلمة المراد تغييرها.
- يحدد Vstop القيمة النهائية للمعامل المراد تغييره.
- يحدد Vincr الزيادة التي سيتم تطبيقها على المعلمة المراد تغييرها ، لكل تكرار.
على سبيل المثال ، إذا كنت تريد إجراء تحليل مسح لجهد الدخل من 0 فولت إلى 5 فولت مع زيادة 1 فولت ، فيمكنك استخدام الأمر التالي في ملف وصف الدائرة:
.DC VIN 0V 5V 1V
في هذا النوع من المحاكاة ، تعتبر المكثفات مفتوحة والمحثات مختصرة. بمجرد تحديد معلمات الدائرة والمسح ، يقوم سبايس بتشغيل المحاكاة وإنشاء مجموعة بيانات تمثل استجابة الدائرة لكل قيمة جهد أو تيار في النطاق المحدد. يمكن استخدام هذه البيانات لإنشاء الرسوم البيانية وتحليل سلوك الدائرة وتقييم أداء المكونات الإلكترونية. إنه مفيد أيضًا في رسم المنحنيات المميزة للترانزستور أو اختبار مستويات جهد الإمداد المختلفة.
مثال أول بسيط للغاية مع LTspice
ضع في اعتبارك دائرة كهربائية (انظر الشكل 1) تتكون من المكونين التاليين:
- V1 هو مولد جهد مثالي.
- R1 هو المقاوم بزاوية 330 وبتشتت قدرة قصوى قدره 15 وات.
إذا تبدد المقاوم أكثر من 15 وات ، فإنه يتلف. يريد المصمم معرفة الحد الأقصى للجهد الذي يمكنه تطبيقه على المكون دون احتراقه. يمكن حل المشكلة بقانون أوم أو بمحاكاة عابرة عادية (مع توجيه TRAN) ، ولكن في هذه الحالة ، سيكون من الضروري اختبار قيم الجهد المختلفة للمولد حتى أقصى قيمة تبديد ، أي ما يعادل 15 واط ، تم الوصول إليه. باستخدام توجيه .DC ، أصبح كل شيء أبسط وأسرع بكثير. فحص العناصر المختلفة للدائرة:
- الخط “الساخن” للدائرة يسمى “R.”
- يتم إجراء المحاكاة بفضل وجود التوجيه “.dc V1 0100 1”. يقوم بإعداد محاكاة تختلف فيها قيمة المولد V1 من 0 فولت إلى 100 فولت بزيادات 1 فولت.
يُظهر بدء المحاكاة قيمة الطاقة التي يبددها المقاوم ، والتي ، كما هو مذكور أدناه ، تساوي:
أين ص هل تبددت القوة ، الخامس هو الجهد الموجود في نهايات المكون و أنا هو التيار المتدفق خلال المكون.
نظرًا لأن الجهد المطبق على المكون ليس له قيمة ثابتة ولكنه يتبع زيادة خطية من قيمة دنيا إلى قيمة قصوى ، يمكن ملاحظة رسم بياني مع اتجاه تربيعي للطاقة المشتتة بواسطة المقاوم في الشكل 2. فيه ، سرعان ما اكتشف أن القيمة القصوى لجهد المولد ، بحيث لا تتجاوز الطاقة المشتتة بواسطة المقاوم 15 واط ، هي 70.356236 فولت. تؤدي قيم الجهد العالي إلى تدمير المقاوم.
نفس المثال مع ngspice
في برنامج ngspice ، كما رأينا في الأقساط السابقة من الدورة ، يكون الإجراء أكثر تعقيدًا ولكنه لا يزال فعالًا. بالنسبة إلى نفس الدائرة الموضحة أعلاه ، من الضروري كتابة مصدر SPICE التالي في ملف نصي بامتداد “.CIR”:
* توجيه DC
V1 R 0 12
R1 R 0330
.يتحكم
تيار مستمر V1 0100 1
قطعة أرض V (R) * (V (R) / 330)
.endc
.نهاية
لاحظ أن الجهد 12 فولت المخصص لـ V1 غير ذي صلة لغرض المحاكاة نفسها ، ولكن نظرًا لأنه معلمة إلزامية ، يجب تحديدها على أي حال. ينتج عن تنفيذ البرنامج النصي ، باستخدام الأمر التالي ، الرسم البياني في الشكل 3:
المصدر sweep01.cir
في البرنامج النصي ، يتم حساب القيمة الحالية بشكل غير مباشر عن طريق قسمة الجهد على المقاومة ، حيث لا يمكن حسابها مباشرة بطريقة بسيطة. يتم الحصول على نفس النتيجة باستخدام التوجيه:
المؤامرة v (R) * – i (v1)
أو:
قطعة أرض -v1 # فرع * v (R)
يوصى بشدة بمراجعة دليل ngspice الرسمي. كما يمكن رؤيته ، فإن المنحنيين متماثلان تمامًا ، ويمثل المحور x مرة أخرى قيمة الجهد وليس القيمة الزمنية.
المثال الثاني: الاستقطاب الصحيح للترانزستور
المثال الثاني مثير للاهتمام لأنه يسمح لنا باكتشاف الاستقطاب الصحيح لقاعدة الترانزستور بحيث يكون هناك جهد يساوي VCC / 2 على المجمع. عادة ، تظل الفولتية الأساسية والمجمع ثابتة وتتنوع المقاومة الأساسية ، ولكن في هذه الحالة ، فإن جهد المولد الذي يزود قاعدة الترانزستور هو في الحقيقة غير معروف. تم توضيح مخطط الدائرة الرئيسية في الشكل 4 وهو مكبر باعث مشترك كلاسيكي بدون تعويض درجة الحرارة. العناصر التي تتكون منها الدائرة هي كما يلي:
- V1 هو الجهد الذي يمد حمل المجمع للدائرة.
- V2 هو الجهد (غير المعروف) الذي يغذي قاعدة الترانزستور ، من خلال المقاوم R1.
- V3 هي الإشارة المراد تضخيمها ، من النوع الجيبي 2 مللي فولت و 100 هرتز.
- C1 هو المكثف الذي يفصل إشارة الدخل عن باقي الدائرة.
- R1 هو المقاوم الثابت بقدرة 220 كيلو أوم والذي يتحيز لقاعدة الترانزستور.
- R2 هو المقاوم الثابت 2.2 كيلو أوم الذي يمثل حمل الدائرة.
- Q1 هو نموذج الترانزستور NPN 2N2222.
يحتوي الرسم البياني على توجيه SPICE التالي ، والذي يهدف إلى إجراء محاكاة اكتساح DC:
.dc V2 0 12 0.1
يمكن قراءة ما يلي في التوجيه:
- .dc هو التوجيه الفعلي.
- V2 هو المولد الذي يتم فيه تغيير الجهد.
- 0 هي القيمة الأولية لـ V2.
- 12 هي القيمة النهائية لـ V2.
- 0.1 هي خطوة الزيادة لقيمة V2 ، وهي 100 mV.
كما ذكرنا سابقًا ، فإن الغرض من المحاكاة هو العثور على جهد الاستقطاب الصحيح لمولد V2 بحيث يكون جهد الخرج للدائرة v (خارج) مساويًا لـ VCC / 2 ؛ أي يساوي 6 فولت. يؤدي تشغيل المحاكاة إلى إنشاء الرسم البياني الذي يمكن ملاحظته في الشكل 5 ، حيث يمكن ملاحظة أن المولد V2 يجب أن يكون بجهد 3.5537632 فولت ليكون جهد الخرج 6 فولت بالضبط. يحتوي الرسم البياني على ما يلي معلومة:
- يُظهر المحور x قيمة معلمة المسح المحددة في التوجيه “.dc” ، أي قيمة V2 بين 0 V و 12 V. وبالتالي ، فإن الرسم البياني ليس في النطاق الزمني.
- يُظهر المحور y قيمة خرج مكبر الصوت v (خارج) مع تغير جهد الاستقطاب الأساسي للترانزستور.
ينشئ تصدير NETLIST SPICE الخاص بـ LTspice المستند النصي التالي:
* الاستقطاب الصحيح للترانزستور
V1 N001 0 12V
R1 N002 N004 220 ك
Q1 خارج N004 0 0 2N2222
R2 N001 خارج 2.2 كيلو
V2 N002 0 12
V3 N003 0 SINE (0 2mV 100)
C1 N004 N003 47 درجة فهرنهايت
.model NPN NPN
.model PNP PNP
.lib C: \ Users \ calim \ Documents \ LTspiceXVII \ lib \ cmp \ standard.bjt
.dc V2 0 12 0.1
*؟
.backanno
.نهاية
نفس المثال مع ngspice
في ngspice ، الإجراء مشابه تمامًا. NETLIST متطابقة فيما يتعلق بالمكونات. تتعلق بعض الاختلافات مع LTspice بتعريف نموذج الترانزستور والأوامر التشغيلية لعرض الرسوم البيانية. البرنامج النصي المراد إدراجه في البرنامج هو كما يلي:
* الاستقطاب الصحيح للترانزستور
V1 N001 0 12V
R1 N002 N004 220 ك
Q1 خارج N004 0 0 2N2222
R2 N001 خارج 2.2 كيلو
V2 N002 0 12
V3 N003 0 SINE (0 2mV 100)
C1 N004 N003 47 درجة فهرنهايت
.model 2N2222 NPN (هو = 1e-14 vaf = 100 bf = 200 ikf = 0.3 xtb = 1.5 br = 3 cjc = 8e-12 cje = 25e-12 tr = 100e-9 tf = 400e-12 itf = 1 vtf = 2 xtf = 3 rb = 10 rc = .3 re = .2)
.يتحكم
تيار مستمر V2 0 12 0.1
مؤامرة الخامس (خارج)
.endc
.نهاية
يؤدي بدء محاكاة الدائرة إلى إنشاء رسم بياني مطابق تقريبًا للرسم السابق ، والذي يمكن ملاحظته في الشكل 6. حيث يمكن قراءة جهد الاستقطاب الصحيح بالنقر فوق النقطة المطلوبة بالضبط على الرسم البياني. يشهد نفس التقرير أن المحاكاة أنتجت 121 سطرًا من البيانات داخليًا للبرنامج. عدد الخطوات بين 0 فولت و 12 فولت ، بحجم خطوة 0.1 فولت ، هو بالضبط 121 ، بما في ذلك الصفر الأولي.
للحصول على هذه النقاط حرفيًا وإدخالها في جدول بيانات ، ما عليك سوى كتابة التوجيه التالي ، وبالتالي الحصول على قائمة البيانات الموضحة في الشكل 7:
طباعة v (خارج)
يحدد العمود الأول فيه الجهد V2 ، والذي يتبع زيادة خطية ثابتة. يحدد العمود الثاني جهد الخرج للدائرة.
من خلال تشغيل محاكاة عابرة لإشارة الخرج ، في كل من LTspice و ngspice ، مع ضبط الجهد V2 على 3.5537632 V ، يمكن ملاحظة أن إشارة الخرج الجيبية تقع تمامًا في المنتصف بين GND و VCC ، كما هو موضح بوضوح في مخطط الذبذبات في الشكل 8 تم إنشاؤه باستخدام LTspice و ngspice.
سيتم تغطية المزيد حول هذا الموضوع في الدفعة التالية من هذه السلسلة.
دليل محاكاة التوابل لتحليل وتصميم الدوائر – دورة
[ad_2]
