Komponen Sirkuit

Ingat bahwa tutorial ini tidak lengkap dengan cara apa pun, dan bahwa semua deskripsi untuk elemen dalam bahasa SPICE didokumentasikan di sini dalam bentuk ringkas. SPICE adalah perangkat lunak yang sangat mumpuni dengan banyak opsi, dan saya hanya akan mendokumentasikan beberapa di antaranya. Semua komponen dalam file sumber SPICE terutama diidentifikasi oleh huruf pertama di setiap baris masing-masing. Karakter yang mengikuti huruf pengenal digunakan untuk membedakan satu komponen dari jenis tertentu dari yang lain dari jenis yang sama (r1, r2, r3, rload, rpullup, dll), dan tidak perlu mengikuti konvensi penamaan tertentu, selama tidak lebih dari delapan karakter digunakan baik dalam huruf pengenal komponen maupun nama pembeda. Misalnya, Anda sedang mensimulasikan rangkaian digital dengan resistor "pullup" dan "pulldown". Nama rpullup akan valid karena panjangnya tujuh karakter. Nama rpulldown , bagaimanapun, adalah sembilan karakter. Ini dapat menyebabkan masalah ketika SPICE menafsirkan daftar net. Anda benar-benar dapat lolos dengan nama komponen yang melebihi delapan karakter total jika tidak ada komponen lain yang bernama serupa di file sumber. SPICE hanya memperhatikan delapan karakter pertama dari kolom pertama di setiap baris, jadi rpulldown sebenarnya ditafsirkan sebagai rpulldow dengan "n" di akhir diabaikan. Oleh karena itu, resistor lain yang memiliki delapan karakter pertama di bidang pertamanya akan dilihat oleh SPICE sebagai resistor yang sama, didefinisikan dua kali, yang akan menyebabkan kesalahan (yaitu rpulldown1 dan rpulldown2 akan ditafsirkan sebagai nama yang sama, rpulldow ). Perlu juga dicatat bahwa SPICE mengabaikan huruf besar-kecil, jadi r1 dan R1 ditafsirkan oleh SPICE sebagai satu dan sama. SPICE memungkinkan penggunaan awalan metrik dalam menentukan nilai komponen, yang merupakan fitur yang sangat berguna. Namun, konvensi awalan yang digunakan oleh SPICE agak berbeda dari simbol metrik standar, terutama karena fakta bahwa netlist dibatasi untuk karakter ASCII standar (mengesampingkan huruf Yunani seperti untuk awalan "mikro") dan SPICE tidak peka huruf besar/kecil. , jadi "m" (yang merupakan simbol standar untuk "mili") dan "M" (yang merupakan simbol standar untuk "Mega") ditafsirkan secara identik. Berikut adalah beberapa contoh prefiks yang digunakan dalam netlist SPICE:r1 1 0 2t (Resistor R₁ , 2t =2 Tera-ohm =2 TΩ) r2 1 0 4g (Resistor R₂ , 4g =4 Giga-ohm =4 GΩ) r3 1 0 47meg (Resistor R₃ , 47meg =47 Mega-ohm =47 MΩ) r4 1 0 3.3k (Resistor R₄ , 3,3k =3,3 kilo-ohm =3,3 kΩ) r5 1 0 55m (Resistor R₅ , 55m =55 mili-ohm =55 mΩ) r6 1 0 10u (Resistor R₆ , 10u =10 mikro-ohm 10 ) r7 1 0 30n (Resistor R₇ , 30n =30 nano-ohm =30 nΩ) r8 1 0 5p (Resistor R₈ , 5p =5 pico-ohm =5 pΩ) r9 1 0 250f (Resistor R₉ , 250f =250 femto-ohm =250 fΩ) Notasi ilmiah juga diperbolehkan dalam menentukan nilai komponen. Misalnya:r10 1 0 4.7e3 (Resistor R₁₀ , 4.7e3 =4,7 x 10 ³ ohm =4,7 kilo-ohm =4,7 kΩ) r11 1 0 1e-12 (Resistor R₁₁ , 1e-12 =1 x 10 ^-12 ohm =1 pico-ohm =1 pΩ) Satuan (ohm, volt, farad, henry, dll.) secara otomatis ditentukan oleh jenis komponen yang ditentukan. SPICE “tahu” bahwa semua contoh di atas adalah “ohm” karena semuanya adalah resistor (r1, r2, r3, . . ). Jika kapasitor, nilainya akan ditafsirkan sebagai "farad", jika induktor, lalu "henrys", dll.

Komponen pasif

KAPASITOR

Bentuk umum:c[name] [node1] [node2] [nilai] ic=[tegangan awal] Contoh 1:c1 12 33 10u Contoh 2:c1 12 33 10u ic=3.5 

Komentar: “Kondisi awal” (ic= ) variabel adalah tegangan kapasitor dalam satuan volt pada awal analisis DC. Ini adalah nilai opsional, dengan tegangan awal diasumsikan nol jika tidak ditentukan. Nilai arus awal untuk kapasitor diinterpretasikan oleh SPICE hanya jika .tran opsi analisis dipanggil (dengan "uic ” pilihan).

INDUKTOR

Bentuk umum:l[name] [node1] [node2] [value] ic=[initial current] Contoh 1:l1 12 33 133m Contoh 2:l1 12 33 133m ic=12,7m 

Komentar: “Kondisi awal” (ic= ) variabel adalah arus induktor dalam satuan amp pada awal analisis DC. Ini adalah nilai opsional, dengan arus awal diasumsikan nol jika tidak ditentukan. Nilai arus awal untuk induktor ditafsirkan oleh SPICE hanya jika opsi analisis .tran dipanggil.

KOPLING INDUKTOR (transformator)

Bentuk umum:k[name] l[name] l[name] [coupling factor] Contoh 1:k1 l1 l2 0.999 

Komentar: SPICE hanya akan mengizinkan nilai faktor penggandengan antara 0 dan 1 (non-inklusif), dengan 0 menunjukkan tidak ada penyambungan dan 1 menunjukkan penyambungan sempurna. Urutan penentuan induktor berpasangan (l1, l2 atau l2, l1) tidak relevan.

RESistor

Bentuk umum:r[name] [node1] [node2] [value] Contoh:rload 23 15 3.3k 

Komentar: Jika Anda bertanya-tanya, tidak ada deklarasi peringkat disipasi daya resistor di SPICE. Semua komponen diasumsikan tidak dapat dihancurkan. Andai saja kehidupan nyata memaafkan ini!

Komponen aktif

Semua komponen semikonduktor harus memiliki karakteristik kelistrikan yang dijelaskan dalam baris yang dimulai dengan kata “.model ”, yang memberi tahu SPICE bagaimana persisnya perilaku perangkat. Parameter apa pun yang tidak didefinisikan secara eksplisit dalam .model kartu akan default ke nilai yang telah diprogram di SPICE. Namun, .model kartu harus disertakan, dan setidaknya tentukan nama model dan jenis perangkat (d, npn, pnp, njf, pjf, nmos, atau pmos).

DIODE

Bentuk umum:d[nama] [anoda] [katoda] [model] Contoh:d1 1 2 mod1 

MODEL DIODE:

Bentuk umum:.model [nama model] d [parmtr1=x] [parmtr2=x] . . . Contoh:.model mod1 d Contoh:.model mod2 d vj=0.65 rs=1.3 

diodeparameter

Definisi parameter: adalah =arus saturasi dalam amp rs =hambatan sambungan dalam ohm n =koefisien emisi (tanpa satuan) tt =waktu transit dalam detik cjo =kapasitansi sambungan bias nol dalam farad vj =potensial sambungan dalam volt m =koefisien penilaian (tanpa satuan) misalnya =energi aktivasi dalam elektron-volt xti =eksponen suhu saturasi-saat ini (tanpa unit) kf =koefisien noise kedip (tanpa unit) af =eksponen noise kedip (tanpa unit) fc =koefisien kapasitansi penipisan bias maju (tanpa unit) bv =tegangan tembus terbalik dalam volt ibv =arus pada tegangan tembus dalam amp Komentar: Nama model harus dimulai dengan huruf, bukan angka. Jika Anda berencana untuk menentukan model untuk dioda penyearah 1N4003, misalnya, Anda tidak dapat menggunakan "1n4003" untuk nama model. Alternatifnya mungkin "m1n4003".

TRANSISTOR, persimpangan bipolar—BJT

Bentuk umum:q[name] [collector] [base] [emitter] [model] Contoh:q1 2 3 0 mod1 

MODEL TRANSISTOR BJT:

Bentuk umum:.model [nama model] [npn atau pnp] [parmtr1=x] . . . Contoh:.model mod1 pnp Contoh:.model mod2 npn bf=75 is=1e-14 

Contoh model yang ditunjukkan di atas sangat tidak spesifik. Untuk memodelkan transistor kehidupan nyata secara akurat, diperlukan lebih banyak parameter. Ambil dua contoh ini, untuk transistor 2N2222 dan 2N2907 yang populer ("+ ”) karakter mewakili tanda kelanjutan baris di SPICE, ketika Anda ingin memecah satu baris (kartu) menjadi dua atau lebih baris terpisah pada editor teks Anda:

 Contoh:.model m2n2222 npn is=19f bf=150 vaf=100 ikf=.18 + ise=50p ne=2.5 br=7.5 var=6.4 ikr=12m + isc=8.7p nc=1.2 rb=50 re =0,4 rc=0,4 cje=26p + tf=0,5n cjc=11p tr=7n xtb=1,5 kf=0,032f af=1 

Contoh:.model m2n2907 pnp is=1.1p bf=200 nf=1.2 vaf=50 + ikf=0.1 ise=13p ne=1.9 br=6 rc=0.6 cje=23p + vje=0.85 mje=1.25 tf=0.5n cjc=19p vjc=0.5 + mjc=0.2 tr=34n xtb=1.5 

Definisi parameter: adalah =transpor arus saturasi dalam amp bf =Beta maju maksimum yang ideal (tanpa unit) nf =koefisien emisi arus maju (tanpa unit) vaf =maju Tegangan awal dalam volt ikf =sudut untuk rolloff arus tinggi Beta maju di amp ise =B-E kebocoran arus saturasi dalam amp ne =Koefisien emisi kebocoran B-E (tanpa unit) br =Beta terbalik maksimum yang ideal (tanpa unit) nr =koefisien emisi arus balik (tanpa unit) bar =terbalik Tegangan awal dalam volt ikr ikr =sudut untuk rolloff arus tinggi Beta terbalik di amp isc isc =Arus saturasi kebocoran B-C dalam amp nc =Koefisien emisi kebocoran B-C (tanpa unit) rb =tahanan basis bias nol dalam ohm irb =arus untuk nilai setengah jalan resistansi basis dalam amp rbm =resistansi dasar minimum pada arus tinggi dalam ohm re =resistansi emitor dalam ohm rc =tahanan kolektor dalam ohm cje =B-E kapasitansi penipisan bias nol dalam farad vje =Potensial bawaan B-E dalam volt mje =Faktor eksponensial persimpangan B-E (tanpa satuan) tf =waktu transit maju yang ideal (detik) xtf =koefisien ketergantungan bias waktu transit (tanpa unit) vtf =Ketergantungan tegangan B-C pada waktu transit, dalam volt itf =efek parameter arus tinggi pada waktu transit, dalam amp ptf =fase berlebih pada f=1/(waktu transit)(2)(pi) Hz, dalam derajat cjc =kapasitansi penipisan bias nol B-C dalam farad vjc =Potensial bawaan B-C dalam volt mjc =Faktor eksponensial persimpangan B-C (tanpa satuan) xjcj =Fraksi kapasitansi deplesi B-C terhubung di node dasar (tanpa unit) tr =waktu transit terbalik yang ideal dalam hitungan detik cjs =kapasitansi kolektor-substrat bias nol dalam farad vjs =potensial built-in sambungan substrat dalam volt mjs =faktor eksponensial sambungan substrat (tanpa unit) xtb =maju/mundur Eksponen suhu Beta misalnya =celah energi untuk pengaruh suhu terhadap arus saturasi transpor dalam elektron-volt xti =eksponen suhu untuk efek pada arus saturasi transpor (tanpa unit) kf =koefisien noise kedip (tanpa unit) af =eksponen noise kedip (tanpa unit) fc =koefisien rumus kapasitansi deplesi bias maju (tanpa unit) Komentar: Sama seperti dioda, nama model yang diberikan untuk jenis transistor tertentu harus dimulai dengan huruf, bukan angka. Itulah mengapa contoh yang diberikan di atas untuk tipe BJT 2N2222 dan 2N2907 masing-masing diberi nama “m2n2222” dan “q2n2907”. Seperti yang Anda lihat, SPICE memungkinkan spesifikasi yang sangat rinci dari sifat transistor. Banyak properti yang tercantum di atas jauh di luar jangkauan dan minat siswa elektronika pemula, dan bahkan tidak berguna selain mengetahui persamaan yang digunakan SPICE untuk memodelkan transistor BJT. Bagi mereka yang tertarik untuk mempelajari lebih lanjut tentang pemodelan transistor di SPICE, lihat buku lain, seperti Buku Rempah Andrei Vladimirescu (ISBN 0-471-60926-9).

JFET, transistor efek medan sambungan

Bentuk umum:j[name] [drain] [gate] [source] [model] Contoh:j1 2 3 0 mod1 

MODEL TRANSISTOR JFET:

Bentuk umum:.model [nama model] [njf atau pjf] [parmtr1=x] . . . Contoh:.model mod1 pjf Contoh:.model mod2 njf lambda=1e-5 pb=0,75 

Definisi parameter: vto =tegangan ambang dalam volt beta =parameter transkonduktansi dalam amp/volt ² lambda =parameter modulasi panjang saluran dalam satuan 1/volt rd =tahanan pengurasan dalam ohm rs =resistansi sumber dalam ohm cgs =kapasitansi sambungan G-S bias nol dalam farad cgd =kapasitansi sambungan G-D bias nol dalam farad pb =potensial sambungan gerbang dalam volt adalah =arus saturasi sambungan gerbang dalam amp kf =koefisien noise kedip (tanpa unit) af =eksponen noise kedip (tanpa unit) fc =koefisien kapasitansi penipisan bias maju (tanpa unit)

MOSFET, transistor

Bentuk umum:m[name] [drain] [gate] [source] [substrate] [model] Contoh:m1 2 3 0 0 mod1 

MOSFET TRANSISTOR MOSFET:

Bentuk umum:.model [nama model] [nmos atau pmos] [parmtr1=x] . . . Contoh:.model mod1 pmos Contoh:.model mod2 nmos level=2 phi=0.65 rd=1.5 Contoh:.model mod3 nmos vto=-1 (depletion) Contoh:.model mod4 nmos vto=1 (enhancement) Contoh:.model mod5 pmos vto=1 (penipisan) Contoh:.model mod6 pmos vto=-1 (peningkatan) 

Komentar: Untuk membedakan antara transistor mode peningkatan dan mode penipisan (juga dikenal sebagai mode peningkatan penipisan), parameter model “vto ” (tegangan ambang bias nol) harus ditentukan. Nilai default-nya adalah nol, tetapi nilai positif (+1 volt, misalnya) pada transistor saluran-P atau nilai negatif (-1 volt) pada transistor saluran-N akan menentukan transistor tersebut sebagai penipisan (atau dikenal sebagai peningkatan penipisan ) modus perangkat. Sebaliknya, nilai negatif pada transistor saluran-P atau nilai positif pada transistor saluran-N akan menentukan transistor tersebut sebagai mode peningkatan perangkat. Ingat bahwa transistor mode peningkatan biasanya perangkat mati, dan harus dihidupkan dengan penerapan tegangan gerbang. Transistor mode penipisan biasanya "aktif", tetapi dapat "dimatikan" serta ditingkatkan ke tingkat arus pembuangan yang lebih besar dengan tegangan gerbang yang diterapkan, oleh karena itu penunjukan alternatif MOSFET "peningkatan penipisan". “vto Parameter ” menentukan tegangan gerbang ambang untuk konduksi MOSFET.

Sumber

SUMBER TEGANGAN SINEWAVE AC (saat menggunakan kartu .ac untuk menentukan frekuensi):

Bentuk umum:v[nama] [+simpul] [-simpul] ac [tegangan] [fase] sin Contoh 1:v1 1 0 ac 12 sin Contoh 2:v1 1 0 ac 12 240 sin (12 V 240 
o
 ) 

Komentar: Metode menentukan sumber tegangan AC ini berfungsi dengan baik jika Anda menggunakan banyak sumber pada sudut fase yang berbeda satu sama lain, tetapi semuanya pada frekuensi yang sama. Jika Anda perlu menentukan sumber pada frekuensi yang berbeda di sirkuit yang sama, Anda harus menggunakan metode berikutnya! SUMBER TEGANGAN SINEWAVE AC (bila TIDAK menggunakan kartu .ac untuk menentukan frekuensi):

Bentuk umum:v[name] [+node] [-node] sin([offset] [voltage] + [freq] [delay] [faktor redaman]) Contoh 1:v1 1 0 sin(0 12 60 0 0) 

Definisi parameter:offset =Tegangan bias DC, mengimbangi bentuk gelombang AC dengan tegangan tertentu. tegangan =puncak, atau puncak, nilai tegangan AC untuk bentuk gelombang. frekuensi =frekuensi dalam Hertz. tunda =waktu tunda, atau offset fase untuk bentuk gelombang, dalam detik. faktor redaman =angka yang digunakan untuk membuat bentuk gelombang dengan amplitudo yang menurun. Komentar: Metode menentukan sumber tegangan AC ini berfungsi dengan baik jika Anda menggunakan banyak sumber pada frekuensi yang berbeda satu sama lain. Mewakili pergeseran fase itu rumit, memerlukan penggunaan penundaan faktor. SUMBER TEGANGAN DC (saat menggunakan kartu .dc untuk menentukan tegangan):

Bentuk umum:v[name] [+node] [-node] dc Contoh 1:v1 1 0 dc 

Komentar: Jika Anda ingin memiliki tegangan keluaran SPICE tidak mengacu pada simpul 0, Anda harus menggunakan .dc opsi analisis, dan untuk menggunakan opsi ini Anda harus menentukan setidaknya satu dari sumber DC Anda dengan cara ini. SUMBER TEGANGAN DC (bila TIDAK menggunakan kartu .dc untuk menentukan tegangan):

Bentuk umum:v[nama] [+simpul] [-simpul] dc [tegangan] Contoh 1:v1 1 0 dc 12 

Komentar: Tidak ada yang perlu diperhatikan di sini! SUMBER TEGANGAN PULSA

Bentuk umum:v[name] [+node] [-node] pulsa ([ i ] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

Definisi parameter: aku =nilai awal p =nilai pulsa td =waktu tunda (semua parameter waktu dalam satuan detik) tr =waktu naik tf =waktu jatuh pw =lebar pulsa pd =titik

Contoh 1:v1 1 0 pulsa (-3 3 0 0 0 10m 20m) 

Komentar: Contoh 1 adalah gelombang persegi sempurna yang berosilasi antara -3 dan +3 volt, dengan waktu naik dan turun nol, periode 20 milidetik, dan siklus kerja 50 persen (+3 volt selama 10 ms, lalu -3 volt selama 10 ms) . SUMBER ARUS SINEWAVE AC (saat menggunakan kartu .ac untuk menentukan frekuensi):

Bentuk umum:i[nama] [+simpul] [-simpul] ac [arus] [fase] sin Contoh 1:i1 1 0 ac 3 sin (3 amp) Contoh 2:i1 1 0 ac 1m 240 sin ( 1 mA 240
o
 ) 

Komentar: Komentar yang sama berlaku di sini (dan dalam contoh berikutnya) untuk sumber tegangan AC. SUMBER ARUS AC SINEWAVE (bila TIDAK menggunakan kartu .ac untuk menentukan frekuensi):

Bentuk umum:i[name] [+node] [-node] sin([offset] + [current] [freq] 0 0) Contoh 1:i1 1 0 sin(0 1.5 60 0 0) 

SUMBER ARUS DC (saat menggunakan kartu .dc untuk menentukan arus):

Bentuk umum:i[name] [+node] [-node] dc Contoh 1:i1 1 0 dc 

SUMBER ARUS DC (bila TIDAK menggunakan kartu .dc untuk menentukan arus):

Bentuk umum:i[name] [+node] [-node] dc [current] Contoh 1:i1 1 0 dc 12 

Komentar: Meskipun semua buku mengatakan bahwa simpul pertama yang diberikan untuk sumber arus DC adalah simpul positif, bukan itu yang saya temukan dalam praktiknya. Pada kenyataannya, sumber arus DC di SPICE mendorong arus ke arah yang sama dengan sumber tegangan (baterai) dengan negatif node yang ditentukan terlebih dahulu. SUMBER ARUS PULSA

Bentuk umum:i[name] [+node] [-node] pulsa ([i] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

Definisi parameter: aku =nilai awal p =nilai pulsa td =waktu tunda tr =waktu naik tf =waktu jatuh pw =lebar pulsa pd =titik

Contoh 1:i1 1 0 pulsa (-3m 3m 0 0 0 17m 34m) 

Komentar: Contoh 1 adalah gelombang persegi sempurna yang berosilasi antara -3 mA dan +3 mA, dengan waktu naik dan turun nol, periode 34 milidetik, dan siklus kerja 50 persen (+3 mA selama 17 md, lalu -3 mA selama 17 mdtk ). SUMBER TEGANGAN (tergantung):

Bentuk umum:e[name] [out+node] [out-node] [in+node] [in-node] + [gain] Contoh 1:e1 2 0 1 2 999k 

Komentar: Sumber tegangan dependen sangat bagus digunakan untuk mensimulasikan penguat operasional. Contoh 1 menunjukkan bagaimana sumber semacam itu akan dikonfigurasi untuk digunakan sebagai pengikut tegangan, input pembalik terhubung ke output (simpul 2) untuk umpan balik negatif, dan input non-pembalik yang masuk pada simpul 1. Penguatan telah diatur ke nilai tinggi yang sewenang-wenang dari 999.000. Namun, satu kata peringatan:SPICE tidak mengenali input dari sumber dependen sebagai beban, jadi sumber tegangan yang terikat hanya pada input dari sumber tegangan independen akan ditafsirkan sebagai "terbuka." Lihat contoh rangkaian op-amp untuk detail lebih lanjut tentang ini. SUMBER SAAT INI (tergantung):