FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO CURSO SUPERIOR DE MATERIAIS, PROCESSOS E COMPONENTES ELETRÔNICOS

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1 FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO PAULO CURSO SUPERIOR DE MATERIAIS, PROCESSOS E COMPONENTES ELETRÔNICOS SIMULADOR PSPICE - Simulador de Circuitos Elétricos CARACTERÍSTICAS: Simulador de circuitos e Analítico Criado pela Universidade de Berkeley Modo DOS Entrada dos dados: EDIT, NE Extensão do arquivo de entrada: < nome do arquivo >.cir Saída dos dados: Gráficos, tabelas Comando: PSPICE < nome do arquivo > TIPOS DE ANÁLISE Análise DC: Ponto de operação, função de transferência, resistência de entrada, resistência de saída, etc. Análise AC: Variáveis em função da freqüência, ganho de tensão, impedância, etc. Análise transiente ( transitória ): variáveis em função do tempo,... 1

2 ARQUIVO DE ENTRADA TITLE Componentes MODELOS SAÍDA END CIRCUITO DC VEl l O 1 VE R K R K R K VI1 1 3 VI2 2 4 VI 5 6.PRINT DC I(VI) I(VI1) I(VI2).END TÍTULO: A primeira linha de comando é sempre definido como sendo do título. END: Ao término do programa deve-se colocar este comando..end COMENTÁRIOS: Os comentários eventuais no arquivo de entrada podem ser descritos. Colocando um asterisco (*) no início da linha. *Comentários CONTINUAÇÃO DE DADOS: Para continuar os dados da linha anterior, inicia-se a nova linha com o sinal (+);.Print DC V(1) V(2) + I(R1) I(R2) 2

3 RESISTOR R### N+ N- <-Valor> R## designação N+ terminal 1 N- terminal 2 <Valor> valor em Ω R CAPACITOR C### N+ N- <Valor> C### designação N+ terminal 1 N- terninal 2 <Valor> valor em F C N INDUTOR L### N+ N- <Valor> L### designação N+ terminal 1 N- terminal 2 <Valor> valor em H L U FONTES Tipos de Fontes Fontes de corrente Fontes de tensão Fontes Independentes Fontes Dependentes 3

4 FONTES INDEPENDENTES V ### N+ N- <TYPE> I ### N+ N- <TYPE> N+, N- terminais de polarização <TYPE>: DC <magnitude> TRAN <type_tran> <type_tran>: tipo de transiente AC <magnitude> <fase> V1 1 2 DC AC 3 PULSE V### n+ n- PULSE ( V; Vo TD TR TF PW PER) Vi - valor inicial. Vo - valor do pulso TD - tempo de atraso TR- tempo de subida TF - tempo de descida PW - largura do pulso PER- período. V1 1 O PULSE( N l0n) SENOIDAL V### n+ n- SIN (Vo VA FREQ TD THETA) Vo - tensão de ajuste (tensão DC) Va - amplitude da tensão FREQ - freqüência TD - tempo de atraso THETA - ângulo de defasagem V1 1 0 SIN( K 0 0 ) 4

5 EXPONENCIAL V### N+ N- EXP( VI V2 TD1 TAU1 TD2 TAU2) V1- valor inicial V2 - valor pulsado TD1- tempo de atraso de subida TAU1- constante de tempo de subida TD2 - tempo de atraso de descida TAU2 - constante de tempo de descida Exemplo V1 1 0 EXP ( N 30N 60N 40N ) V### N+N-PWL(Tl Vl T2 V2...) T1- tempo tl V1 - valor da tensão pelo tempo tl T2 - tempo t2 V1 - valor da tensão pelo tempo t2 V1 1 0 PWL(0 0 10N 5 10N 0) LINEARIZADA POR PARTES FM V### N+ N- SFFM ( VO VA FC MDI FS) VO - tensão de ajuste VA- amplitude FC - freqüência da portadora MDI - índice de modulação FS - freqüência do sinal V1 120 SFFM (0 lm 20K 5 1K) 5

6 Fontes dependentes i=g*v i=f*i v=e*v v=h*i fonte de corrente controlada por tensão fonte de corrente controlada por corrente fonte de tensão controlada por tensão fonte de tensão controlada por corrente Fonte de corrente controlada por tensão ( G ) G ### N+ N- NC+ NC- <valor> N+, N-: terminal da fonte de corrente NC+ NC-: terminal da fonte de tensão controladora Valor: valor da transcondutancia ( Ω -1 ) G M Fonte de corrente controlada por corrente ( F ) F### N+ N- NC+ NC- Vnam <valor> N+, N-: terminal da fonte de corrente Vnam: fonte de tensão pela qual passa a corrente controladora Valor: valor do ganho de corrente F1 1 0 VSEN 5 Fonte de tensão controlada por tensão ( E ) E### N+ N- NC+ NC- <valor> N+, N-: terminal da fonte de corrente NC+ NC-: terminal da fonte de tensão controladora Valor: valor do ganho de tensão E Fonte de tensão controlada por corrente (H) H###N+ N- NC+ NC- <valor> N+, N-: terminal da fonte de corrente 6

7 Vnam: fonte de tensão pela qual passa- a corrente controladora Valor: valor da transresistência ( Q ) H1 l O VZ O.5K Diodo D### N+ N- Mname <Área> <OFF> <IC=Vd> D### designação N+ terminal 1 N- terminal 2 Mnarne Modelo do diodo: D### <Área > Fator de área <OFF> Condição inicial para ánalise DC <IC =Vd> Condição inicial de tensão D1 1 0 DIODO IC=0.2 Modelo.MODEL <Mname > D IS RS N 17 CJO VJ M EG D modelo do diodo - IS Corrente de saturação RS resistência ahinica N coeficiente de emissão TT tempo ide transito CJO capacitância de junção sem polarização VJ potencial da junção M coeficiente de gradiente EG energia de ativação 7

8 TRANSISTOR BIPOLAR Q### NC NB NE NS <Mname> <área> <OFF> <IC=Vbe,Vce> NC terminal de coletor. NB terminal de base NE terminal de emissor NS terminal de substrato Mname modelo do transistor: Q### área é o fator de área OFF condição inicial do dispositivo para análise DC. <IC> condição inicial de Vbe e Vce Exemplo Q QMOD IC=0.6,5.0 Modelo.MODEL <Mname> <TYPE> IS BF NF VAF IKF ISE NE BR NR VAR IKR + ISC NC RB IRB RBM RE RC CJE VJE MJE TF XIF VTF ITF PTF C:JC +VJC MJC XCJC TR CJS VJS MJS XTB EG XTI KF AF FC Mname TYPE IS ISE ISC BF BR RE RC VAF VAR IKR IRB NC NE nome.do modelo tipo de transistor bipolar:npn/pnp corrente de saturação corrente de saturação de fuga B-E corrente de saturação de fuga e.m B-C beta máximo direto ideal beta máximo reverso ideal resistência de emissor resistência de coletor tensão de Early direta tensão de Early IKF - linear de alta injeção direta linear de alta injeção limiar de corrente de alta injeção para RB coeficiente de baixa injeção reversa coeficiente de baixa injeção direta 8

9 NF NR RB RBM CJE CJC coeficiente de erosão direta coeficiente de emissão reversa resistência de base sem polarização ohms resistência de base em alta injeção capacitância E-B sem polarização capacitância C-B sem polarização CJS VJE VJC VJS MJC MJS TF TR XTF ITF PTF XCJC XTB EG XTI KF AF FC capacitância C-S sem polarização potencial da junção E-B potencial da junção C-B potencial da junção C-S MJE - fator exponencia1 de E-B fator exponencial de C-B fator exponencial de C-S tempo de transito direto tempo de transito reverso coeficiente de TF para tensão B-C coeficiente de TF para alta injeção excesso de fase a freqüência 1/(TF*2*π) fração da capacitância de depleção B-C expoente de temperatura para corrente de saturação degrau de energia para a temperatura expoente de temperatura para IS coeficiente de ruído flicker expoente de ruído coeficiente de capacitância de depleção 9

10 TRANSISTOR DE JUNÇÃO J### ND NG NS <Mname> <Área<OFE;> <IC=vds,vgs> J### ND NG NS Mname Área <OFF> IC=vds,vgs Designação do transistor JFET Terminal de dreno Terminal de gate Terminal de source Modelo do transistor: J### Fator de área indica condição inicial para análise DC do dispositivo J JM1 OFF Modelo.MODEL <Mname> <TYPE> VTO BETA LAMBDA RD RS CGS CGD PB IS KF AF FC Mname nome do modelo TYPE tipo de transistor de junção: PJFET/NJFET VTO tensão de limiar BETA parâmetro de transcondutancia LAMBDA parâmetro de modulação de canal RD resistência de dreno RS resistência de source COS capacitância da junção G-S sem polarização CGD capacitância da junção G-D sem polarização PB potencial de junção de gate IS corrente.de saturação da junção KF coeficiente de ruído flicker AF expoente de ruído flicker FC coeficiente da formula da capacitância da camada de depleção diretamente polarizada 10

11 TRANSISTOR MOS M### ND NG NS NB Mname L W AD AS PD PS NRD NRS OFF IC=Vds,Vgs,Vbs M### designação do transistor MOS ND terminal de dreno NG terminal de porta NS terminal de fonte NB terminal de substrato Mname modelo do transistor: M### L comprimento de canal W largura de canal AD área de difusão do dreno AS área de difusão da fonte PD perímetro da junção do dreno PS perímetro da junção da fonte NRD designam o número de quadrados equivalentes da difusão de dreno NRS designam o número de quadrados equivalentes da difusão de Fonte OFF indica uma condição inicial para a análise DC do dispositivo IC Vds, Vgs, Vbs condições iniciais M MODM L=5U W=2U Modelo.MODEL <Mname> <TYPE> Level VTO KP Gamma Phi Lambda Rd Rs Cbd + Cbs Is Pb Cgso Cgdo Cgbo Rsh C; Mj Cjsw Mjsw Js Tox Nsub Nss Nfs Tpg + Xj Ld Uo Ucript <Mname> nome do modelo <Type> tipo do transistor MOS: PMOS/NMOS Level índice do modelo VTO tensão de limiar sem polarização TOX espessura de óxido NSUB dopagem do substrato NSS densidade de estados de superfície NFS TPG UO RD densidade de estados de superfície rápida tipo de material de porta +1: oposto ao substrato -1: o mesmo do substrato 0 : todos mobilidade de superfície resistência de dreno 11

12 RS CBD CBS IS CGSO CGDO CGBO RSH CJ MJ CJSW MJSW JS XJ LD UCRIPT UEXP UTRA VMAX KP BB GAMMA PHI LAMBDA NEFF XQF KF AF FC DELTA THETA ETA KAPPA resistência da fonte capacitância da junção dreno- substrato sem polarização capacitância da junção fonte- substrato sem polarização corrente de saturação das junções de substrato capacitaria de sobreposição porta- fonte p/ metro de largura de canal. capacitância de sobreposição porta-dreno p/ metro de largura de canal capacitância de sobreposição porta- substrato p/ metro de largura de canal resistência da camada de difusão de dreno e fonte capacitância de junção inferior de substrato gradiente da junção inferior de substrato capacitância da junção lateral de substrato p/ metro de perímetro da junção gradiente da junção lateral de substrato corrente de saturação da junção de substrato p/ metro quadrado profundidade metal da junção difusão lateral campo crítico de degradação de mobilidade expoente de campo critico na degradação da mobilidade coeficiente de campo transverso velocidade máxima de portadores parâmetro da transcondutancia potencial das junções de substrato limiar de condução p/ substrato potencial de substrato modulação de comprimento de canal coeficiente de carga total do canal indicador do modelo de capacitância do óxido fino e coeficiente de distribuição das cargas de canal relativas ao dreno coeficiente de ruído flicker expoente de ruído flicker coeficiente para polarização direta da forma da capacitância de depleção efeito de largura na tensão de limiar modulação da mobilidade realimentação estática fator de saturação de campo 12

13 ANÁLISE DC Controle ANÁLISE AC ANÁLISE TRANSIENTE ANÁLISE DC.DC Scrnam Vstart Vstop Vincr + Scrnam2 Vstart2 Vstop2 Yiner2 - Scrnam: nome da fonte independente - Vstart : tensão ou corrente inicial - Vstop : tensão ou corrente final - Vincr : incremento.dc Vin DC Vd O Vg O 5 1 ANÁLISE AC.AC <Type> ND Fstart Fstop - <Type >: DEC variação por década OCT variação por oitava LIN variação linear - ND : no. de pontos - Fstart : freqüência inicial - Fstop : freqüência final Exemplo :.AC DEC 10 1 look.tran Tstep Tstop Tstart - Tstep: incremento de tempo - Tstop: tempo final - Tstart: tempo inicial ANÁLISE TRANSIENTE 13

14 .TRAN lns loons.tran lns loons 50NS Temperatura.TEMP T1 T2 T3... T1, T2, T3: temperatura nas quais o circuito dever ser simulado.temp PRINT PLOT.PROBE SAÍDAS PRINT Mostra uma tabela de pontos no arquivo de saída do arquivo simulado..print PRTYPE OV1 OV2 OV3 PRTYPE: tipo de analise < DC, AC, TRAN> OV1, OV2..: variáveis a serem listadas.print TRAN V(4) VIN.PRINT DC V(5,3) I(VIN) PLOT Mostra um gráfico de símbolos no arquivo de saída do arquivo simulado..plot PRTYPE OV1 OV2 OV3 PRTYPE: tipo de analise < DC, AC, TRAN> OV1, OV2..: variáveis a serem listadas.plot TRAN V(4) VIN.PLOT DC V(5,3) I(VIN).PROBE 14

15 Filtro RC Objetivo - Filtro Passa- Baixa: Saída sobre C2 - Filtro Passa- Alta : Saída sobre R1 Procedimento - Variar a freqüência de lohz a 3kHz a tensão de entrada Vin com 4Vpp. 16

16 Programa CIRCUITO - FILTRO RC VIN 2 0 AC 4 R1 2 1 l000 C U.AC LIN K.PRINT AC V(2,0) V(l,O) V(2,1).PLOT AC V(2,O) V(l,O) V(2,1).PROBE.END 17