회로 구성요소

이 튜토리얼은 어떤 식으로든 완전하지 않으며 SPICE 언어의 요소에 대한 모든 설명이 요약된 형식으로 여기에 문서화되어 있음을 기억하십시오. SPICE는 많은 옵션이 있는 매우 유능한 소프트웨어이며 그 중 몇 가지만 문서화하겠습니다. 전체 SPICE 소스 파일의 구성 요소는 주로 각 줄의 첫 글자로 식별됩니다. 식별 문자 뒤에 오는 문자는 특정 유형의 한 구성 요소를 동일한 유형의 다른 구성 요소(r1, r2, r3, rload, rpullup 등)와 구별하는 데 사용되며 더 이상 사용하지 않는 한 특정 명명 규칙을 따를 필요가 없습니다. 구성 요소 식별 문자와 식별 이름 모두에 8자 이상이 사용됩니다. 예를 들어, "풀업" 및 "풀다운" 저항을 사용하여 디지털 회로를 시뮬레이션한다고 가정합니다. 이름 rpullup 길이가 7자이므로 유효합니다. 이름 rpulldown 그러나 길이는 9자입니다. SPICE가 넷리스트를 해석할 때 문제가 발생할 수 있습니다. 소스 파일에 비슷한 이름의 다른 구성 요소가 없으면 실제로 총 8자를 초과하는 구성 요소 이름을 사용할 수 있습니다. SPICE는 각 줄의 첫 번째 필드의 처음 8자에만 주의를 기울이므로 rpulldown 실제로는 rpuldow로 해석됩니다. 끝에 "n"은 무시됩니다. 따라서 첫 번째 필드에 처음 8개의 문자가 있는 다른 저항은 SPICE에서 동일한 저항으로 표시되며 두 번 정의되어 오류가 발생합니다(예:rpulldown1 및 rpulldown2 같은 이름으로 해석됩니다. rpuldow ). SPICE는 대소문자를 무시하므로 r1 및 R1 SPICE는 하나의 동일한 것으로 해석합니다. SPICE를 사용하면 구성 요소 값을 지정할 때 메트릭 접두어를 사용할 수 있으며 이는 매우 편리한 기능입니다. 그러나 SPICE에서 사용하는 접두사 규칙은 주로 넷리스트가 표준 ASCII 문자(접두사 "micro"에 대해 µ와 같은 그리스 문자 제외)로 제한되고 SPICE가 대소문자를 구분하지 않는다는 사실 때문에 표준 미터법 기호와 다소 다릅니다. , 따라서 "m"("milli"의 표준 기호)과 "M"("Mega"의 표준 기호)은 동일하게 해석됩니다. 다음은 SPICE 넷리스트에 사용되는 접두사의 몇 가지 예입니다. r1 1 0 2t (저항 R₁ , 2t =2테라옴 =2TΩ) r2 1 0 4g (저항 R₂ , 4g =4기가옴 =4GΩ) r3 1 0 47meg (저항 R₃ , 47meg =47메가옴 =47MΩ) r4 1 0 3.3k (저항 R₄ , 3.3k =3.3킬로옴 =3.3kΩ) r5 1 0 55m (저항 R₅ , 55m =55밀리옴 =55mΩ) r6 1 0 10u (저항 R₆ , 10u =10마이크로옴 10μΩ) r7 1 0 30n (저항 R₇ , 30n =30나노옴 =30nΩ) r8 1 0 5p (저항 R₈ , 5p =5피코옴 =5pΩ) r9 1 0 250f (저항 R₉ , 250f =250 femto-ohms =250 fΩ) 구성 요소 값을 지정할 때 과학적 표기법도 사용할 수 있습니다. 예:r10 1 0 4.7e3 (저항 R₁₀ , 4.7e3 =4.7 x 10 ³ 옴 =4.7킬로옴 =4.7kΩ) r11 1 0 1e-12 (저항 R₁₁ , 1e-12 =1 x 10 ^-12 ohms =1 pico-ohm =1 pΩ) 단위(ohms, volts, farads, henrys 등)는 지정되는 구성 요소 유형에 따라 자동으로 결정됩니다. SPICE는 위의 모든 예가 모두 저항(r1, r2, r3, ...)이기 때문에 "옴"임을 "알고 있습니다". 커패시터인 경우 값은 "패럿"으로, 인덕터인 경우에는 "헨리" 등으로 해석됩니다.

수동 구성 요소

캐패시터

일반 형식:c[이름] [노드1] [노드2] [값] ic=[초기 전압] 예 1:c1 12 33 10u 예 2:c1 12 33 10u ic=3.5 

댓글: "초기 조건"(ic= ) 변수는 볼트 단위의 커패시터 전압입니다. DC 분석 시작 시. 지정되지 않은 경우 시작 전압이 0으로 가정되는 선택적 값입니다. 커패시터의 시작 전류 값은 .tran인 경우에만 SPICE에 의해 해석됩니다. 분석 옵션이 호출됩니다("uic " 옵션).

인덕터

일반 형식:l[이름] [노드1] [노드2] [값] ic=[초기 전류] 예 1:l1 12 33 133m 예 2:l1 12 33 133m ic=12.7m 

댓글: "초기 조건"(ic= ) 변수는 amps 단위의 인덕터 전류입니다. DC 분석 시작 시. 지정되지 않은 경우 시작 전류가 0으로 가정되는 선택적 값입니다. 인덕터의 시작 전류 값은 .tran 분석 옵션이 호출된 경우에만 SPICE에 의해 해석됩니다.

인덕터 커플링(변압기)

일반 형식:k[이름] l[이름] l[이름] [커플링 계수] 예 1:k1 l1 l2 0.999 

댓글: SPICE는 0과 1(비포함) 사이의 결합 계수 값만 허용하며, 0은 결합 없음을 나타내고 1은 완전한 결합을 나타냅니다. 커플링된 인덕터(l1, l2 또는 l2, l1)를 지정하는 순서는 관련이 없습니다.

저항기

일반 형식:r[이름] [노드1] [노드2] [값] 예:rload 23 15 3.3k 

댓글: SPICE에는 저항 전력 손실 등급에 대한 선언이 없습니다. 모든 구성 요소는 파괴할 수 없는 것으로 간주됩니다. 현실의 삶이 이렇게 관대했다면!

활성 구성요소

모든 반도체 구성 요소는 ".model이라는 단어로 시작하는 줄에 설명된 전기적 특성을 가져야 합니다. "는 SPICE에 장치가 어떻게 작동할지 정확히 알려줍니다. .model에 명시적으로 정의되지 않은 매개변수 카드는 SPICE에 사전 프로그래밍된 값으로 기본 설정됩니다. 그러나 .model 카드 반드시 포함되어야 하며 최소한 모델 이름과 장치 유형(d, npn, pnp, njf, pjf, nmos 또는 pmos)을 지정해야 합니다.

다이오드

일반 형식:d[이름] [양극] [음극] [모델] 예:d1 1 2 mod1 

다이오드 모델:

일반 형식:.model [모델 이름] d [parmtr1=x] [parmtr2=x] . . . 예:.model mod1 d 예:.model mod2 d vj=0.65 rs=1.3 

다이오드 매개변수

매개변수 정의: 이다 =암페어 rs의 포화 전류 =옴 단위의 접합 저항 n =방출 계수(단위 없음) tt =이동 시간(초) cjo =패럿 단위의 제로 바이어스 접합 커패시턴스 vj =접합 전위(볼트 m) =등급 계수(단위 없음) 예 =전자볼트 단위의 활성화 에너지 xti =포화 전류 온도 지수(단위 없음) kf =플리커 노이즈 계수(단위 없음) af =플리커 노이즈 지수(단위 없음) fc =순방향 바이어스 공핍 커패시턴스 계수(단위 없음) bv =역 항복 전압(볼트) ibv =암페어 단위의 항복 전압에서의 전류 설명: 모델 이름은 반드시 숫자가 아닌 문자로 시작합니다. 예를 들어 1N4003 정류 다이오드의 모델을 지정하려는 경우 모델 이름에 "1n4003"을 사용할 수 없습니다. 대신 "m1n4003"이 대안이 될 수 있습니다.

트랜지스터, 바이폴라 접합 - BJT

일반 형식:q[이름] [수집기] [베이스] [이미터] [모델] 예:q1 2 3 0 mod1 

BJT 트랜지스터 모델:

일반 형식:.model [모델 이름] [npn 또는 pnp] [parmtr1=x] . . . 예:.model mod1 pnp 예:.model mod2 npn bf=75 is=1e-14 

위에 표시된 모델 예는 매우 비특이적입니다. 실제 트랜지스터를 정확하게 모델링하려면 더 많은 매개변수가 필요합니다. 널리 사용되는 2N2222 및 2N2907 트랜지스터("+ ”) 문자는 SPICE에서 줄 연속 표시를 나타내며, 텍스트 편집기에서 한 줄(카드)을 두 개 이상의 별도 줄로 나누기를 원할 때:

 예:.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=50re =0.4 rc=0.4 cje=26p + tf=0.5n cjc=11p tr=7n xtb=1.5 kf=0.032f af=1 

예:.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 0.5n cjc=19p vjc=0.5 + mjc=0.2 tr=34n xtb=1.5 

매개변수 정의: 이다 =암페어 단위의 전송 포화 전류 bf =이상적인 최대 앞으로 베타(단위 없음) nf =순방향 전류 방출 계수(단위 없음) vaf =순방향 초기 전압(볼트) ikf =암페어 ise 단위의 순방향 베타 고전류 롤오프 코너 =암페어 ne 단위의 BE 누설 포화 전류 =B-E 누출 방출 계수(단위 없음) br =이상적인 최대 역 베타(단위 없음) nr =역전류 방출 계수(단위 없음) bar =역 초기 전압(볼트) ikr ikr =역 베타 고전류 롤오프를 위한 코너(암페어 isc) isc =암페어 단위의 B-C 누설 포화 전류 nc =B-C 누출 방출 계수(단위 없음) rb =옴의 제로 바이어스 베이스 저항 irb =암페어 rbm 단위의 베이스 저항 중간값에 대한 전류 =옴 단위의 고전류에서 최소 기본 저항 re =이미터 저항(옴 단위) rc =옴 cje 단위의 컬렉터 저항 =패럿 단위의 BE 제로 바이어스 공핍 커패시턴스 vje =BE 내장 전위(볼트 mje) =BE 접합 지수 계수(단위 없음) tf =이상적인 앞으로 이동 시간(초) xtf =운송 시간의 편향 의존성 계수(단위 없음) vtf =이동 시간에 대한 B-C 전압 의존성, 볼트 itf =전송 시간에 대한 고전류 매개변수 효과, 암페어 ptf =f=1/(전송 시간)(2)(pi) Hz에서의 초과 위상, 각도 cjc =패럿 단위의 B-C 제로 바이어스 공핍 커패시턴스 vjc =볼트로 표시된 B-C 내장 전위 mjc =B-C 접합 지수 인자(단위 없음) xjcj =베이스 노드에 연결된 B-C 공핍 커패시턴스 비율(단위 없음) tr =이상적인 역방향 통과 시간(초) cjs =패럿 단위의 제로 바이어스 컬렉터-기판 커패시턴스 vjs =기판 접합 내장 전위(볼트 mjs) =기판 접합 지수 인자(단위 없음) xtb =정방향/역방향 베타 온도 지수 예 =전자-볼트 단위의 수송 포화 전류에 대한 온도 효과에 대한 에너지 갭 xti =수송 포화 전류에 대한 영향에 대한 온도 지수(단위 없음) kf =플리커 노이즈 계수(단위 없음) af =플리커 노이즈 지수(단위 없음) fc =순방향 바이어스 공핍 커패시턴스 공식 계수(단위 없음) 설명: 다이오드와 마찬가지로 특정 트랜지스터 유형에 지정된 모델 이름은 반드시 숫자가 아닌 문자로 시작합니다. 이것이 2N2222 및 2N2907 유형의 BJT에 대해 위에 제공된 예를 각각 "m2n2222" 및 "q2n2907"로 명명한 이유입니다. 보시다시피, SPICE는 트랜지스터 속성의 매우 상세한 사양을 허용합니다. 위에 나열된 속성 중 상당수는 전자공학을 처음 배우는 학생의 범위와 관심을 훨씬 뛰어넘으며 SPICE가 BJT 트랜지스터를 모델링하는 데 사용하는 방정식을 아는 것 외에는 유용하지 않습니다. SPICE의 트랜지스터 모델링에 대해 자세히 알아보려면 Andrei Vladimirescu의 The Spice Book과 같은 다른 책을 참조하십시오. (ISBN 0-471-60926-9).

JFET, 접합 전계 효과 트랜지스터

일반 형식:j[이름] [드레인] [게이트] [소스] [모델] 예:j1 2 3 0 mod1 

JFET 트랜지스터 모델:

일반 형식:.model [모델 이름] [njf 또는 pjf] [parmtr1=x] . . . 예:.model mod1 pjf 예:.model mod2 njf lambda=1e-5 pb=0.75 

매개변수 정의: vto =볼트의 임계값 전압 베타 =암페어/볼트 단위의 트랜스컨덕턴스 매개변수 ² 람다 =1/볼트 단위의 채널 길이 변조 매개변수 rd =옴 단위의 드레인 저항 rs =옴 단위의 소스 저항 cgs =패럿 단위의 제로 바이어스 G-S 접합 커패시턴스 cgd =패럿 단위의 제로 바이어스 G-D 접합 커패시턴스 pb =게이트 접합 전위(볼트) is =암페어 단위의 게이트 접합 포화 전류 kf =플리커 노이즈 계수(단위 없음) af =플리커 노이즈 지수(단위 없음) fc =순방향 바이어스 공핍 커패시턴스 계수(단위 없음)

MOSFET, 트랜지스터

일반 형식:m[이름] [드레인] [게이트] [소스] [기판] [모델] 예:m1 2 3 0 0 mod1 

MOSFET 트랜지스터 모델:

일반 형식:.model [모델 이름] [nmos 또는 pmos] [parmtr1=x] . . . 예:.model mod1 pmos 예:.model mod2 nmos level=2 phi=0.65 rd=1.5 예:.model mod3 nmos vto=-1(고갈) 예:.model mod4 nmos vto=1(향상) 예:.model mod5 pmos vto=1(고갈) 예:.model mod6 pmos vto=-1(향상) 

댓글: 향상 모드와 공핍 모드(공핍 향상 모드라고도 함) 트랜지스터를 구별하기 위해 모델 매개변수 "vto "(제로 바이어스 임계값 전압)을 지정해야 합니다. 기본값은 0이지만 P-채널 트랜지스터의 양수 값(예:+1볼트) 또는 N-채널 트랜지스터의 음수 값(-1볼트)은 해당 트랜지스터가 고갈되도록 지정합니다. (또는 고갈 향상이라고도 함 ) 모드 장치. 반대로 P-채널 트랜지스터의 음수 값 또는 N-채널 트랜지스터의 양수 값은 해당 트랜지스터를 향상 모드로 지정합니다. 장치. 향상 모드 트랜지스터는 일반적으로 꺼진 장치이며 게이트 전압을 인가하여 켜야 합니다. 공핍 모드 트랜지스터는 일반적으로 "켜짐"이지만 "핀치 오프"될 수 있을 뿐만 아니라 적용된 게이트 전압에 의해 더 큰 수준의 드레인 전류로 향상될 수 있으므로 "공핍 향상" MOSFET의 대체 명칭입니다. "vto " 매개변수는 MOSFET 전도에 대한 임계값 게이트 전압을 지정합니다.

출처

AC SINEWAVE VOLTAGE SOURCES(.ac 카드를 사용하여 주파수 지정 시):

일반 형식:v[이름] [+노드] [-노드] ac [전압] [위상] sin 예 1:v1 1 0 ac 12 sin 예 2:v1 1 0 ac 12 240 sin (12 V ∠ 240 
오
 ) 

댓글: AC 전압 소스를 지정하는 이 방법은 서로 다른 위상 각도에서 여러 소스를 사용하지만 모두 동일한 주파수에서 사용하는 경우 잘 작동합니다. 동일한 회로에서 다른 주파수의 소스를 지정해야 하는 경우 다음 방법을 사용해야 합니다! AC SINEWAVE VOLTAGE SOURCES(.ac 카드를 사용하여 주파수를 지정하지 않는 경우):

일반 형식:v[이름] [+노드] [-노드] sin([오프셋] [전압] + [주파수] [지연] [감쇠 인자]) 예 1:v1 1 0 sin(0 12 60 0 0) 

매개변수 정의:오프셋 =DC 바이어스 전압, AC 파형을 지정된 전압만큼 오프셋. 전압 =파형에 대한 피크 또는 파고, AC 전압 값. 빈도 =헤르츠 단위의 주파수. 지연 =시간 지연 또는 파형에 대한 위상 오프셋(초). 감쇠 계수 =감쇠 진폭의 파형을 생성하는 데 사용되는 그림. 댓글: AC 전압 소스를 지정하는 이 방법은 서로 다른 주파수에서 여러 소스를 사용하는 경우 잘 작동합니다. 위상 변이를 나타내는 것은 까다롭기 때문에 지연을 사용해야 합니다. 요인. DC 전압 소스(.dc 카드를 사용하여 전압을 지정하는 경우):

일반 형식:v[이름] [+노드] [-노드] dc 예 1:v1 1 0 dc 

댓글: SPICE 출력 전압을 원하지 않도록 노드 0과 관련하여 .dc를 사용해야 합니다. 분석 옵션을 사용하고 이 옵션을 사용하려면 이 방식으로 DC 소스 중 하나 이상을 지정해야 합니다. DC 전압 소스(.dc 카드를 사용하여 전압을 지정하지 않는 경우):

일반 형식:v[이름] [+노드] [-노드] dc [전압] 예 1:v1 1 0 dc 12 

댓글: 여기서 주목할만한 것은 없습니다! 펄스 전압 소스

일반 형식:v[이름] [+노드] [-노드] 펄스 ([ i ] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

매개변수 정의: 나 =초기값 p =펄스 값 td =지연 시간(초 단위의 모든 시간 매개변수) tr =상승 시간 tf =하강 시간 pw =펄스 폭 pd =마침표

예시 1:v1 1 0 펄스(-3 3 0 0 0 10m 20m) 

댓글: 예 1은 상승 및 하강 시간이 0이고 20밀리초 주기, 50% 듀티 사이클(10ms 동안 +3볼트, 10ms 동안 -3볼트)을 사용하여 -3볼트와 +3볼트 사이에서 진동하는 완벽한 구형파입니다. . AC SINEWAVE CURRENT SOURCES(.ac 카드를 사용하여 주파수를 지정하는 경우):

일반 형식:i[이름] [+노드] [-노드] ac [전류] [위상] sin 예 1:i1 1 0 ac 3 sin (3 amps) 예 2:i1 1 0 ac 1m 240 sin ( 1mA ∠ 240
o
 ) 

댓글: AC 전압 소스와 동일한 설명이 여기(및 다음 예에서)에 적용됩니다. AC SINEWAVE CURRENT SOURCES(.ac 카드를 사용하여 주파수를 지정하지 않는 경우):

일반 형식:i[이름] [+노드] [-노드] sin([오프셋] + [현재] [주파수] 0 0) 예 1:i1 1 0 sin(0 1.5 60 0 0) 

DC 전류 소스(.dc 카드를 사용하여 전류 지정 시):

일반 형식:i[이름] [+노드] [-노드] dc 예 1:i1 1 0 dc 

DC 전류 소스(.dc 카드를 사용하여 전류를 지정하지 않는 경우):

일반 형식:i[이름] [+노드] [-노드] dc [현재] 예 1:i1 1 0 dc 12 

댓글: 모든 책에서 DC 전류 소스에 대해 제공된 첫 번째 노드가 양의 노드라고 말하지만 실제로는 그렇지 않습니다. 실제로 SPICE의 DC 전류 소스는 전압 소스(배터리)가 음수를 사용하는 것과 같은 방향으로 전류를 밀어냅니다. 노드가 먼저 지정됩니다. 펄스 전류 소스

일반 형식:i[이름] [+노드] [-노드] 펄스 ([i] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd]) 

매개변수 정의: 나 =초기값 p =펄스 값 td =지연 시간 tr =상승 시간 tf =하강 시간 pw =펄스 폭 pd =마침표

예시 1:i1 1 0 펄스(-3m 3m 0 0 17m 34m) 

댓글: 예 1은 상승 및 하강 시간이 0이고 34밀리초 주기, 50% 듀티 사이클(17ms 동안 +3mA, 17ms 동안 -3mA)로 -3mA와 +3mA 사이에서 진동하는 완벽한 구형파입니다. ). 전압 소스(종속):

일반 형식:e[name] [out+node] [out-node] [in+node] [in-node] + [gain] 예 1:e1 2 0 1 2 999k 

댓글: 종속 전압 소스는 연산 증폭기를 시뮬레이션하는 데 유용합니다. 예 1은 이러한 소스가 전압 팔로워, 음의 피드백을 위해 출력(노드 2)에 연결된 반전 입력, 노드 1에서 들어오는 비반전 입력으로 사용하도록 구성되는 방법을 보여줍니다. 이득이 임의로 높은 값으로 설정되었습니다. 999,000 단, SPICE는 종속 소스의 입력을 부하로 인식하지 않으므로 독립 전압 소스의 입력에만 연결된 전압 소스는 "개방"으로 해석됩니다. 이에 대한 자세한 내용은 연산 증폭기 회로 예를 참조하십시오. 현재 소스(종속):