Componentes del circuito

Recuerde que este tutorial no es exhaustivo de ninguna manera, y que todas las descripciones de los elementos en el lenguaje SPICE están documentadas aquí en forma condensada. SPICE es un software muy capaz con muchas opciones, y solo voy a documentar algunas de ellas. Todos Los componentes de un archivo fuente SPICE se identifican principalmente por la primera letra de cada línea respectiva. Los caracteres que siguen a la letra de identificación se utilizan para distinguir un componente de un cierto tipo de otro del mismo tipo (r1, r2, r3, rload, rpullup, etc.), y no es necesario que sigan ninguna convención de nomenclatura en particular, siempre que no haya más Se utilizan más de ocho caracteres tanto en la letra de identificación del componente como en el nombre distintivo. Por ejemplo, suponga que está simulando un circuito digital con resistencias "pullup" y "pulldown". El nombre rpullup sería válido porque tiene siete caracteres. El nombre rpulldown , sin embargo, tiene nueve caracteres. Esto puede causar problemas cuando SPICE interpreta la lista de conexiones. De hecho, puede salirse con la suya con nombres de componentes que superen los ocho caracteres en total si no hay otros componentes con nombres similares en el archivo de origen. SPICE solo presta atención a los primeros ocho caracteres del primer campo en cada línea, por lo que rpulldown en realidad se interpreta como rpulldow con la “n” al final ignorada. Por lo tanto, SPICE verá cualquier otra resistencia que tenga los primeros ocho caracteres en su primer campo como la misma resistencia, definida dos veces, lo que provocará un error (es decir, rpulldown1 y rpulldown2 se interpretaría como el mismo nombre, rpulldow ). También debe tenerse en cuenta que SPICE ignora el uso de mayúsculas y minúsculas, por lo que r1 y R1 SPICE los interpreta como uno y el mismo. SPICE permite el uso de prefijos métricos al especificar valores de componentes, lo cual es una característica muy útil. Sin embargo, la convención de prefijos utilizada por SPICE difiere algo de los símbolos métricos estándar, principalmente debido al hecho de que las listas de red están restringidas a caracteres ASCII estándar (descartando letras griegas como µ para el prefijo "micro") y que SPICE no distingue entre mayúsculas y minúsculas , por lo que “m” (que es el símbolo estándar de “milli”) y “M” (que es el símbolo estándar de “Mega”) se interpretan de manera idéntica. A continuación, se muestran algunos ejemplos de prefijos utilizados en las listas de red SPICE: r1 1 0 2t (Resistencia R ₁ , 2t =2 Tera-ohmios =2 TΩ) r2 1 0 4g (Resistencia R ₂ , 4g =4 Giga-ohmios =4 GΩ) r3 1 0 47meg (Resistencia R ₃ , 47 megaohmios =47 megaohmios =47 MΩ) r4 1 0 3.3k (Resistencia R ₄ , 3,3 k =3,3 kiloohmios =3,3 kΩ) r5 1 0 55m (Resistencia R ₅ , 55 m =55 miliohmios =55 mΩ) r6 1 0 10u (Resistencia R ₆ , 10u =10 microohmios 10 µΩ) r7 1 0 30n (Resistencia R ₇ , 30n =30 nano-ohmios =30 nΩ) r8 1 0 5p (Resistencia R ₈ , 5p =5 picoohmios =5 pΩ) r9 1 0 250f (Resistencia R ₉ , 250f =250 femtoohmios =250 fΩ) También se permite la notación científica al especificar los valores de los componentes. Por ejemplo: r10 1 0 4.7e3 (Resistencia R ₁₀ , 4.7e3 =4.7 x 10 ³ ohmios =4,7 kiloohmios =4,7 kΩ) r11 1 0 1e-12 (Resistencia R ₁₁ , 1e-12 =1 x 10 ^-12 ohmios =1 pico-ohmio =1 pΩ) La unidad (ohmios, voltios, faradios, henrys, etc.) se determina automáticamente por el tipo de componente que se especifica. SPICE "sabe" que todos los ejemplos anteriores son "ohmios" porque todos son resistencias (r1, r2, r3,...). Si fueran condensadores, los valores se interpretarían como "faradios", si fueran inductores, luego "henrys", etc.

Componentes pasivos

CONDENSADORES

 Forma general:c [nombre] [nodo1] [nodo2] [valor] ic =[voltaje inicial] Ejemplo 1:c1 12 33 10u Ejemplo 2:c1 12 33 10u ic =3.5 

Comentarios: La "condición inicial" ( ic = ) variable es el voltaje del capacitor en unidades de voltios al inicio del análisis DC. Es un valor opcional, y se supone que el voltaje de arranque es cero si no se especifica. SPICE interpreta los valores de corriente inicial para los condensadores solo si .tran se invoca la opción de análisis (con el " uic ”Opción).

INDUCTORES

 Forma general:l [nombre] [nodo1] [nodo2] [valor] ic =[corriente inicial] Ejemplo 1:l1 12 33 133m Ejemplo 2:l1 12 33 133m ic =12,7m 

Comentarios: La "condición inicial" ( ic = ) variable es la corriente del inductor en unidades de amperios al inicio del análisis DC. Es un valor opcional, y se supone que la corriente de arranque es cero si no se especifica. SPICE interpreta los valores actuales iniciales para los inductores solo si se invoca la opción de análisis .tran.

ACOPLAMIENTO DEL INDUCTOR (transformadores)

 Forma general:k [nombre] l [nombre] l [nombre] [factor de acoplamiento] Ejemplo 1:k1 l1 l2 0,999 

Comentarios: SPICE solo permitirá valores de factor de acoplamiento entre 0 y 1 (no incluidos), donde 0 representa ningún acoplamiento y 1 representa un acoplamiento perfecto. El orden de especificar inductores acoplados (l1, l2 o l2, l1) es irrelevante.

RESISTENCIAS

 Forma general:r [nombre] [nodo1] [nodo2] [valor] Ejemplo:rload 23 15 3.3k 

Comentarios: En caso de que se lo pregunte, no hay una declaración de clasificación de disipación de potencia de la resistencia en SPICE. Se supone que todos los componentes son indestructibles. ¡Si tan solo la vida real fuera tan indulgente!

Componentes activos

Todos los componentes semiconductores deben tener sus características eléctricas descritas en una línea que comience con la palabra “ .model ”, Que le dice a SPICE exactamente cómo se comportará el dispositivo. Cualquier parámetro que no esté definido explícitamente en .model la tarjeta se establecerá de forma predeterminada en los valores preprogramados en SPICE. Sin embargo, el .model tarjeta debe incluirse y, al menos, especificar el nombre del modelo y el tipo de dispositivo (d, npn, pnp, njf, pjf, nmos o pmos).

DIODOS

 Forma general:d [nombre] [ánodo] [cátodo] [modelo] Ejemplo:d1 1 2 mod1 

MODELOS DE DIODO:

 Forma general:.model [nombre del modelo] d [parmtr1 =x] [parmtr2 =x]. . . Ejemplo:.model mod1 d Ejemplo:.model mod2 d vj =0.65 rs =1.3 

parámetro diodo

Definiciones de parámetros: es =corriente de saturación en amperios rs =resistencia de la unión en ohmios n =coeficiente de emisión (sin unidades) tt =tiempo de tránsito en segundos cjo =capacitancia de unión de polarización cero en faradios vj =potencial de unión en voltios m =coeficiente de calificación (sin unidades) p. ej. =energía de activación en electronvoltios xti =exponente de temperatura de corriente de saturación (sin unidades) kf =coeficiente de ruido de parpadeo (sin unidades) af =exponente de ruido de parpadeo (sin unidades) fc =coeficiente de capacitancia de agotamiento de polarización directa (sin unidades) bv =voltaje de ruptura inversa en voltios ibv =corriente a voltaje de ruptura en amperios Comentarios: El nombre del modelo debe comience con una letra, no con un número. Si planea especificar un modelo para un diodo rectificador 1N4003, por ejemplo, no puede usar “1n4003” para el nombre del modelo. Una alternativa podría ser "m1n4003" en su lugar.

TRANSISTORES, unión bipolar:BJT

 Forma general:q [nombre] [colector] [base] [emisor] [modelo] Ejemplo:q1 2 3 0 mod1 

MODELOS DE TRANSISTOR BJT:

 Forma general:.model [nombre del modelo] [npn o pnp] [parmtr1 =x]. . . Ejemplo:.model mod1 pnp Ejemplo:.model mod2 npn bf =75 is =1e-14 

Los ejemplos de modelos que se muestran arriba son muy inespecíficos. Para modelar con precisión transistores de la vida real, se necesitan más parámetros. Tome estos dos ejemplos, para los populares transistores 2N2222 y 2N2907 (el " + ”) Los caracteres representan marcas de continuación de línea en SPICE, cuando desea dividir una sola línea (tarjeta) en dos o más líneas separadas en su editor de texto:

 Ejemplo:.modelo 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 

 Ejemplo:.modelo 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 

Definiciones de parámetros: es =corriente de saturación de transporte en amperios bf =Beta máximo adelantado ideal (sin unidades) nf =coeficiente de emisión de corriente directa (sin unidades) vaf =avance Tensión temprana en voltios ikf =esquina para la reducción progresiva de alta corriente Beta en amperios ise =Corriente de saturación de fuga B-E en amperios ne =Coeficiente de emisión de fugas B-E (sin unidades) br =Beta inversa máxima ideal (sin unidades) nr =coeficiente de emisión de corriente inversa (sin unidades) bar =voltaje inicial inverso en voltios ikr ikr =esquina para atenuación de alta corriente Beta inversa en amperios isc isc =Corriente de saturación de fuga B-C en amperios nc =Coeficiente de emisión de fugas B-C (sin unidades) rb =resistencia de base de polarización cero en ohmios irb =corriente para el valor medio de la resistencia base en amperios rbm =resistencia mínima de base a altas corrientes en ohmios re =resistencia del emisor en ohmios rc =resistencia del colector en ohmios cje =Capacitancia de agotamiento de polarización cero B-E en faradios vje =B-E potencial incorporado en voltios mje =Factor exponencial de unión B-E (sin unidades) tf =tiempo de tránsito hacia adelante ideal (segundos) xtf =coeficiente de dependencia del sesgo del tiempo de tránsito (sin unidades) vtf =Dependencia del voltaje B-C del tiempo de tránsito, en voltios itf =efecto del parámetro de alta corriente en el tiempo de tránsito, en amperios ptf =exceso de fase en f =1 / (tiempo de tránsito) (2) (pi) Hz, en grados cjc =Capacitancia de agotamiento de polarización cero de B-C en faradios vjc =Potencial incorporado B-C en voltios mjc =Factor exponencial de unión B-C (sin unidades) xjcj =Fracción de capacitancia de agotamiento de B-C conectada en el nodo base (sin unidades) tr =tiempo de tránsito inverso ideal en segundos cjs =capacitancia colector-sustrato de polarización cero en faradios vjs =potencial incorporado de la unión del sustrato en voltios mjs =factor exponencial de unión de sustrato (sin unidades) xtb =exponente de temperatura Beta hacia adelante / hacia atrás p. ej. =brecha de energía para el efecto de la temperatura en el transporte de la corriente de saturación en electronvoltios xti =exponente de temperatura para el efecto sobre la corriente de saturación del transporte (sin unidades) kf =coeficiente de ruido de parpadeo (sin unidades) af =exponente de ruido de parpadeo (sin unidades) fc =coeficiente de fórmula de capacitancia de agotamiento de polarización directa (sin unidades) Comentarios: Al igual que con los diodos, el nombre del modelo dado para un tipo de transistor en particular debe comience con una letra, no con un número. Es por eso que los ejemplos dados anteriormente para los tipos 2N2222 y 2N2907 de BJT se denominan "m2n2222" y "q2n2907" respectivamente. Como puede ver, SPICE permite una especificación muy detallada de las propiedades del transistor. Muchas de las propiedades enumeradas anteriormente están mucho más allá del alcance e interés del estudiante principiante de electrónica, y ni siquiera son útiles aparte de conocer las ecuaciones que SPICE usa para modelar transistores BJT. Para aquellos interesados ​​en aprender más sobre el modelado de transistores en SPICE, consulte otros libros, como The Spice Book de Andrei Vladimirescu. (ISBN 0-471-60926-9).

JFET, transistor de efecto de campo de unión

 Forma general:j [nombre] [drenaje] [puerta] [fuente] [modelo] Ejemplo:j1 2 3 0 mod1 

MODELOS DE TRANSISTOR JFET:

 Forma general:.model [nombre del modelo] [njf o pjf] [parmtr1 =x]. . . Ejemplo:.model mod1 pjf Ejemplo:.model mod2 njf lambda =1e-5 pb =0.75 

Definiciones de parámetros: vto =voltaje de umbral en voltios beta =parámetro de transconductancia en amperios / voltios ² lambda =parámetro de modulación de la longitud del canal en unidades de 1 / voltios rd =resistencia al drenaje en ohmios rs =resistencia de la fuente en ohmios cgs =capacitancia de unión G-S de polarización cero en faradios cgd =capacitancia de unión G-D de polarización cero en faradios pb =potencial de unión de la puerta en voltios es =corriente de saturación de la unión de la puerta en amperios kf =coeficiente de ruido de parpadeo (sin unidades) af =exponente de ruido de parpadeo (sin unidades) fc =coeficiente de capacitancia de agotamiento de polarización directa (sin unidades)

MOSFET, transistor

 Forma general:m [nombre] [drenaje] [puerta] [fuente] [sustrato] [modelo] Ejemplo:m1 2 3 0 0 mod1 

MODELOS DE TRANSISTOR MOSFET:

 Forma general:.model [nombre del modelo] [nmos o pmos] [parmtr1 =x]. . . Ejemplo:.model mod1 pmos Ejemplo:.model mod2 nmos level =2 phi =0.65 rd =1.5 Ejemplo:.model mod3 nmos vto =-1 (agotamiento) Ejemplo:.model mod4 nmos vto =1 (mejora) Ejemplo:.model mod5 pmos vto =1 (agotamiento) Ejemplo:.model mod6 pmos vto =-1 (mejora) 

Comentarios: Para distinguir entre los transistores de modo de mejora y de modo de reducción (también conocido como modo de mejora de reducción), el parámetro de modelo " vto ”(Voltaje de umbral de polarización cero) debe especificarse. Su valor predeterminado es cero, pero un valor positivo (+1 voltios, por ejemplo) en un transistor de canal P o un valor negativo (-1 voltios) en un transistor de canal N especificará que el transistor será un agotamiento (también conocido como mejora de agotamiento ) modo dispositivo. Por el contrario, un valor negativo en un transistor de canal P o un valor positivo en un transistor de canal N especificará que ese transistor será un modo de mejora dispositivo. Recuerde que los transistores de modo de mejora son dispositivos normalmente apagados y deben encenderse mediante la aplicación de voltaje de puerta. Los transistores de modo de agotamiento normalmente están "encendidos", pero se pueden "pellizcar" y mejorar a niveles más altos de corriente de drenaje mediante el voltaje de compuerta aplicado, de ahí la designación alternativa de MOSFET de "mejora de agotamiento". El " vto ”El parámetro especifica el voltaje de puerta de umbral para la conducción del MOSFET.

Fuentes

FUENTES DE VOLTAJE DE ONDA SINusoidal CA (cuando se usa la tarjeta .ac para especificar la frecuencia):

 Forma general:v [nombre] [+ nodo] [-nodo] ac [voltaje] [fase] sin Ejemplo 1:v1 1 0 ac 12 sin Ejemplo 2:v1 1 0 ac 12 240 sin (12 V ∠ 240 
 o 
 ) 

Comentarios: Este método de especificar fuentes de voltaje de CA funciona bien si está utilizando varias fuentes en diferentes ángulos de fase entre sí, pero todas a la misma frecuencia. Si necesita especificar fuentes a diferentes frecuencias en el mismo circuito, ¡debe usar el siguiente método! FUENTES DE VOLTAJE DE ONDA SINusoidal CA (cuando NO se usa la tarjeta .ac para especificar la frecuencia):

 Forma general:v [nombre] [+ nodo] [-nodo] sin ([compensación] [voltaje] + [frecuencia] [retardo] [factor de amortiguación]) Ejemplo 1:v1 1 0 sin (0 12 60 0 0) 

Definiciones de parámetros: offset =Voltaje de polarización de CC, compensando la forma de onda de CA por un voltaje especificado. voltaje =pico, o cresta, valor de voltaje de CA para la forma de onda. frecuencia =frecuencia en hercios. retraso =retardo de tiempo, o desfase de fase para la forma de onda, en segundos. factor de amortiguación =una figura utilizada para crear formas de onda de amplitud decreciente. Comentarios: Este método de especificar fuentes de voltaje de CA funciona bien si está utilizando varias fuentes a diferentes frecuencias entre sí. Sin embargo, representar el cambio de fase es complicado, ya que requiere el uso del retraso factor. FUENTES DE VOLTAJE DE CC (cuando se usa una tarjeta .dc para especificar el voltaje):

 Forma general:v [nombre] [+ nodo] [-nodo] dc Ejemplo 1:v1 1 0 dc 

Comentarios: Si desea tener voltajes de salida SPICE no en referencia al nodo 0, debe usar el .dc opción de análisis, y para utilizar esta opción debe especificar al menos una de sus fuentes de DC de esta manera. FUENTES DE VOLTAJE CC (cuando NO se usa la tarjeta .dc para especificar el voltaje):

 Forma general:v [nombre] [+ nodo] [-nodo] dc [voltaje] Ejemplo 1:v1 1 0 dc 12 

Comentarios: ¡Nada digno de mención aquí! FUENTES DE VOLTAJE DE PULSO

 Forma general:v [nombre] [+ nodo] [-nodo] pulso ([i] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

Definiciones de parámetros: yo =valor inicial p =valor de pulso td =tiempo de retardo (todos los parámetros de tiempo en unidades de segundos) tr =tiempo de subida tf =tiempo de caída pw =ancho de pulso pd =punto

 Ejemplo 1:pulso v1 1 0 (-3 3 0 0 0 10m 20m) 

Comentarios: El ejemplo 1 es una onda cuadrada perfecta que oscila entre -3 y +3 voltios, con tiempos de subida y bajada cero, un período de 20 milisegundos y un ciclo de trabajo del 50 por ciento (+3 voltios durante 10 ms, luego -3 voltios durante 10 ms) . FUENTES DE CORRIENTE DE ONDA SINusoidal de CA (cuando se usa la tarjeta .ac para especificar la frecuencia):

 Forma general:i [nombre] [+ nodo] [-nodo] ac [corriente] [fase] sin Ejemplo 1:i1 1 0 ac 3 sin (3 amperios) Ejemplo 2:i1 1 0 ac 1m 240 sin ( 1 mA ∠ 240 
 o 
 ) 

Comentarios: Los mismos comentarios se aplican aquí (y en el siguiente ejemplo) que para las fuentes de voltaje CA. FUENTES DE CORRIENTE DE ONDA SINusoidal AC (cuando NO se usa la tarjeta .ac para especificar la frecuencia):

 Forma general:i [nombre] [+ nodo] [-nodo] sin ([desplazamiento] + [actual] [frecuencia] 0 0) Ejemplo 1:i1 1 0 sin (0 1.5 60 0 0) 

FUENTES DE CORRIENTE DE CC (cuando se usa la tarjeta .dc para especificar la corriente):

 Forma general:i [nombre] [+ nodo] [-nodo] dc Ejemplo 1:i1 1 0 dc 

FUENTES DE CORRIENTE DE CC (cuando NO se usa la tarjeta .dc para especificar la corriente):

 Forma general:i [nombre] [+ nodo] [-nodo] dc [actual] Ejemplo 1:i1 1 0 dc 12 

Comentarios: Aunque todos los libros dicen que el primer nodo dado para la fuente de corriente CC es el nodo positivo, eso no es lo que he descubierto en la práctica. En realidad, una fuente de corriente CC en SPICE empuja la corriente en la misma dirección que lo haría una fuente de voltaje (batería) con su negativo nodo especificado primero. FUENTES DE PULSO ACTUAL

 Forma general:i [nombre] [+ nodo] [-nodo] pulso ([i] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

Definiciones de parámetros: yo =valor inicial p =valor de pulso td =tiempo de retraso tr =tiempo de subida tf =tiempo de caída pw =ancho de pulso pd =punto

 Ejemplo 1:pulso i1 1 0 (-3 m 3 m 0 0 0 17 m 34 m) 

Comentarios: El ejemplo 1 es una onda cuadrada perfecta que oscila entre -3 mA y +3 mA, con tiempos de subida y bajada cero, un período de 34 milisegundos y un ciclo de trabajo del 50 por ciento (+3 mA durante 17 ms, luego -3 mA durante 17 ms ). FUENTES DE VOLTAJE (dependientes):

 Forma general:e [nombre] [fuera + nodo] [fuera-nodo] [en + nodo] [en-nodo] + [ganancia] Ejemplo 1:e1 2 0 1 2 999k 

Comentarios: Las fuentes de voltaje dependientes son ideales para simular amplificadores operacionales. El ejemplo 1 muestra cómo se configuraría una fuente de este tipo para su uso como seguidor de voltaje, la entrada inversora conectada a la salida (nodo 2) para retroalimentación negativa y la entrada no inversora que ingresa al nodo 1. La ganancia se ha establecido en un valor arbitrariamente alto de 999.000. Sin embargo, una advertencia:SPICE no reconoce la entrada de una fuente dependiente como una carga, por lo que una fuente de voltaje atada solo a la entrada de una fuente de voltaje independiente se interpretará como "abierta". Consulte los ejemplos de circuitos de amplificador operacional para obtener más detalles sobre esto. FUENTES ACTUALES (dependientes):