Spice4.pdf

4. ANALIZA STANÓW

NIEUSTALONYCH

Podczas analizy stanów nieustalonych obliczana jest odpowied´ czasowa układu w

zadanym przedziale <0,T>. W programie PSpice przyj˛to arbitralnie, ˙e obliczenia zaczynaj˛

si˛ w chwili t=0[s]. Symulator wybiera w przedziale <0,T> chwile czasu {0,t 1 ,t 2 ,...,t n =T} ,dla

których równania ró˙niczkowe zwyczajne, opisuj˛ce obwód, przybli˙ane s˛ przez nieliniowe

równania ró˙nicowe. Rozwi˛zanie równan´ró˙nicowych dla chwil {0,t 1 ,t 2 ,...,t n =T} sprowadza

si˛ do rozwi˛zania ci˛gu równa´ algebraicznych (nieliniowych). Te ostatnie rozwi˛zuje si˛

dokładnie tak samo jak stałopr˛dowe równania obwodu podczas analizy .DC. Uzyskane

rozwi˛zanie stanowi przybli˙enie dokładnego rozwi˛zania równan´ró˙niczkowych w chwilach

{0,t 1 ,t 2 ,...,t n =T}. Bł˛d przybli˙enia w wybranej chwili czasowej nazywany jest bł˛dem

obci˛cia. Algorytm wybieraj˛cy chwile czasu {0,t 1 ,t 2 ,...,t n =T}, a nast˛pnie całkuj˛cy równania

obwodu (znajduj˛cy przybli˙one rozwi˛zanie równan´ró˙niczkowych) skonstruowany jest tak

aby:

Przewidywany bł˛d obci˛cia w ka˙dym kroku algorytmu pozostawał na akceptowanym

poziomie.

Całkowity czas oblicze´ był jak najmniejszy. Poszczególne kroki czasowe h n =t n -t n-1

powinny by´ jak najwi˛ksze.

Obliczenia nie uległy destabilizacji. Objawia si˛ to lawinowym narastaniem bł˛dów

całkowania, pojawieniem si˛ w rozwi˛zaniu składowych okresowych a w rezultacie

całkowitym zafałszowaniem przebiegu.

Uwzgl˛dnienie tych postulatów powoduje, ˙e obliczone przez program PSpice przebiegi

czasowe s˛ próbkowane nierównomiernie — bardzo g˛sto tam, gdzie przebieg zmienia si˛

szybko (małe stałe czasowe) i rzadko tam, gdzie przebieg zmienia si˛ wolno (du˙e stałe

czasowe lub stany ustalone). Warunki pocz˛tkowe panuj˛ce na elementach dynamicznych

obwodu obliczane s˛ przy zało˙eniu, ˙e przed chwil˛ t=0 w układzie panował stan ustalony.

Mo˙na je tak˙e narzuci´ w sposób arbitralny u˙ywaj˛c w tym celu deklaracji .IC (ang. i nititial

c o nditions — warunki pocz˛tkowe).

7 2

Analiza stanów nieustalonych

4.1. Instrukcja analizy stanów nieustalonych

Składnia instrukcji zlecaj˛cej programowi PSpice przeprowadzenie analizy stanów

nieustalonych jest nast˛puj˛ca:

.TRAN _krok _stop [_start [_tmax]] [UIC]

Przykłady:

.TRAN 1NS 100NS

.TRAN 1NS 1000NS 500NS

.TRAN 10NS 100US 50US 5NS UIC

Analiza przeprowadzana jest w przedziale czasu <0, _stop >, natomiast wyniki wy´wietlane

s˛ w przedziale < _start , _stop >. Warto´´ parametru _start nie mo˙eby´ przy tym mniejsza

ni˙ zero. Je´li parametr _start zostanie pomini˛ty, program PSpice przyjmuje dla niego

warto´´ zero. Wyniki wyprowadzane s˛ za pomoc˛ instrukcji .PRINT i instrukcji .PLOT z

krokiem czasowym okre´lonym przez parametr _krok . Warto´´ tego parametru nie mo˙eby´

ujemna. Parametr _tmax okre´la natomiast maksymaln˛ warto´´ kroku w procesie całkowania

równa´ układu. Zmieniaj˛c warto´´ tego parametru mo˙na w pewnym stopniu wpływa´ na

proces całkowania. U˙ycie słowa kluczowego UIC powoduje, ˙e program PSpice nie oblicza

warunków pocz˛tkowych na elementach dynamicznych lecz przyjmuje je tak, jak okre´la je

deklaracja .IC lub tak, jak podano po słowie kluczowym IC= w deklaracjach elementów

dynamicznych. Przy braku słowa kluczowego UIC warunki pocz˛tkowe obliczane s˛ przy

zało˙eniu, ˙e wcze´niej panował wukładzie stan ustalony.

Deklaracja .IC (ang. i nititial c onditions — warunki pocz˛tkowe) okre´la warunki

pocz˛tkowe panuj˛ce na elementach dynamicznych w obwodzie. Jej składnia jest nast˛puj˛ca:

.IC V(n_w1)=_war1 V(n_w2)=_war2 ...

Przykład:

.IC V(1)=0V V(2)=2.1V V(5)=11.69V

Interpretacja deklaracji przez program PSpice zmienia si˛ w zale˙no´ci od tego czy w

instrukcji .TRAN pojawiłosi˛ słowo kluczowe UIC , czy te˙ nie.

Je˙eli w instrukcji .TRAN pojawiło si˛ słowo kluczowe UIC , to wyszczególnione w

deklaracji .IC warto´ci potencjałóww˛złowych zostan˛ u˙yte do obliczenia warunków

pocz˛tkowych panuj˛cych na kondensatorach, cewkach, pojemno´ciach diod itd.

Nale˙y przy tym zwróci´ uwag˛,˙e deklaracja .IC ma „mniejszy priorytet” ni˙ słowo

kluczowe IC= pojawiaj˛ce si˛ w deklaracjach poszczególnych elementów dynamicz-

nych. Program PSpice przed przyst˛pieniem do analizy stanów nieustalonych nie

oblicza statycznego punktu pracy układu (stanu ustalonego).

Je˙eli w instrukcji .TRAN nie pojawiło si˛ słowo kluczowe UIC , to program PSpice

oblicza warunki pocz˛tkowe na elementach dynamicznych zakładaj˛c, ˙ewukładzie

panuje stan ustalony i warto´ci potencjałóww˛złowych podane w deklaracji .IC s˛

Analiza stanów nieustalonych

ustalone.

Nie nale˙y myli´ deklaracji .NODESET (strona 27) z deklaracj˛ .IC. Deklaracja

.NODESET jest u˙ywana podczas obliczania statycznego punktu pracy układu. Pomaga ona

w sytuacji, gdy trudno jest uzyska´ zbie˙no´´ oblicze´ 1 . W przeciwie´ stwie do deklaracji .IC

deklaracja .NODESET nie zmienia rozwi˛zania.

4.1.1. Wymuszenia

Sposób deklarowania w strukturze obwodu wymusze´ przedstawiony został ju˙ na stronie

9. Nie przedstawiono tam jednak sposobu deklarowania przebiegu czasowego warto´ci

wymuszenia. W programie PSpice przewidziano, ˙e wymuszenie mo˙e zmienia´ si˛ w sposób

skokowy, sinusoidalny, ekspotencjalny, mo˙eby´ sinusoid˛ o modulowanej cz˛stotliwo´ci lub

przebiegiem odcinkowo–liniowym. Deklaracja przebiegu czasowego wymuszenia ma posta´

pola wyst˛puj˛cego na ko´cu linii deklaracji omówionej na stronie 9. Przedstawiono to

poni˙ej:

VXXXXXXX n+ n- [_parametry_DC/AC] [_przebieg_czasowy]

IXXXXXXX n+ n- [_parametry_DC/AC] [_przebieg_czasowy]

W polu _przebieg_czasowy mog˛ znale´´ si˛ deklaracje wymienione poni˙ej.

Impuls

PULSE( _v1 _v2 _tn _to _tt _TT)

Tablica IV Parametry przebiegu impulsowego ( PULSE ).

Parametr

Komentarz

Warto´´

Jednostki

domy´lna

_v1

pocz˛tkowa warto´´ wymuszenia

[V],[A]

_v2

warto´´ wymuszenia "po skoku"

[V],[A]

_tz

czas zwłoki do zbocza narastaj˛cego

0.0

[s]

_tn

czas narastania

TSTEP

[s]

_to

czas opadania

TSTEP

[s]

_długo´´

czas trwania impulsu

TSTOP

[s]

_okres

okres z jakim impuls jest powtarzany TSTOP

[s]

Przykład:

IIN 3 0 PULSE(-0.1 0.1 2NS 2NS 2NS 50NS 100NS)

Punkt pocz˛tkowy iteracji mo˙na ustali´ bli˙ej wła´ciwego rozwi˛zania tak, ˙e algorytm

Newtona-Raphsona staje si˛ zbie˙ny.

7 4

Analiza stanów nieustalonych

Rys.37. Przebieg impulsowy (typu PULSE ).

Tablica IV okre´la znaczenie poszczególnych parametrów w deklaracji. Słowo TSTEP

oznacza aktualn˛ warto´´ kroku czasowego z jakim całkowane s˛ równania obwodu. Słowo

TSTOP to całkowity czas symulacji. Przebieg czasowy sygnału ilustruje Rys. 37.

Tablica V Parametry przebiegu czasowego typu SIN .

Parametr

Komentarz

Warto´´ domy´lna Jednostki

_vn

warto´´ "niezrównowa˙enia"

[V],[A]

_va

amplituda

[V],[A]

_freq

cz˛stotliwo´´ sinusoidy

1/TSTOP

[Hz]

_tz

czas zwłoki

0.0

[s]

_tłumienie

tłumienie przebiegu

0.0

[1/s]

Sinusoida

SIN( _vn _va _freq _tz _tau)

Przykład:

VIN30DC1VSIN(1 1 100MEG 1NS 1E10)

Analiza stanów nieustalonych

Rys.38. Przebieg czasowy typu SIN .

Tablica V podaje znaczenie poszczególnych parametrów deklaracji. Przebieg czasowy

wymuszenia ilustruje Rys. 38. Je˙eli warto´´ parametru _tau zadeklarowana zostanie równa

zeru to przebieg czasowy jest „czyst˛”, nietłumion˛ sinusoid˛.

Eksponenta

EXP( _v1 _v2 _tz1 _tau1 _tz2 _tau2)

Tablica VI Parametry przebiegu typu EXP .

Parametr

Komentarz

Warto´´ domy´lna

Jednostki

_v1

warto´´ pocz˛tkowa

[V],[A]

_v2

warto´´ "po skoku"

[V],[A]

_tz1

czas zwłoki do zbocza narastaj˛cego

0.0

[s]

_tau1

stała czasowa zbocza narastaj˛cego

TSTEP

[s]

_tz2

czas zwłoki do zbocza opadaj˛cego _tz1+TSTEP

[s]

_tau2

stała czasowa zbocza opadaj˛cego

TSTEP

[s]

Przykład:

VIN 2 34 DC 1V AC 1 EXP(1 4 2NS 30NS 60NS 40NS)

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: