łączenie elementów (Wire) zerowy potencjał (Ground) etykieta węzła (Label Net) pozostałe elementy (Component) przesuwanie elementów (Move)

Transkrypt

1 Okno główne programu Na rys. 1 przedstawiono górny fragment głównego okna programu. Poniżej paska menu znajduje się pasek ikon, którymi uruchamia się podstawowe funkcje programu. Na rysunku dodano objaśnienia tych ikon, które nie są typowe dla wielu innych programów. start symulacji (Run) panel opcji programu (Control Panel) nowy schemat (New Schematic) łączenie elementów (Wire) zerowy potencjał (Ground) etykieta węzła (Label Net) podstawowe elementy, od lewej: rezystor, kondensator, cewka, dioda pozostałe elementy (Component) przesuwanie elementów (Move) przesuwanie elementów z zachowaniem połączeń (Drag) obrót elementu (Rotate) lustrzane odbicie elementu (Mirror) wprowadzenie tekstu komentarza (Text) wprowadzenie instrukcji symulatora (SPICE Directive) Wykonywanie operacji na elementach schematu odbywa się inaczej niż w innych tego typu programach. W pierwszej kolejności wybiera się operację, następnie określa się element lub obszar schematu, na którym ma być ta operacja przeprowadzona. Przykładowo, w celu usunięcia elementu schematu należy wybrać polecenie Delete z menu Edit (alternatywnie: klawisz F5 lub ikona Cut z symbolem nożyczek), następnie kliknąć lewym klawiszem myszki element do usunięcia. Polecenie usuwania będzie nadal aktywne do kliknięcia prawym klawiszem myszki, naciśnięcia klawisza ESC lub wyboru innego polecenia. Można zatem usuwać następne elementy. Można również zaznaczyć obszar schematu poprzez przeciągnięcie myszką z naciśniętym lewym klawiszem. Wszystkie elementy mieszczące się w tym obszarze zostaną usunięte. W podobny sposób działają polecenia kopiowania (wywołanie: menu Edit Duplicate, klawisz F6, ikona Copy), przesuwania elementów (wywołanie: menu Edit Move, klawisz F7, ikona Move), przeciągania elementów z zachowaniem połączeń (wywołanie: menu Edit Drag, klawisz F8, ikona Drag). Edytor schematu Edytor schematu uaktywnia się po otwarciu pliku ze schematem obwodu (plik z rozszerzeniem.asc) lub zainicjowaniu tworzenia nowego schematu - służy do tego komenda New Schematic z menu File,

2 ikona New Schematic lub kombinacja klawiszy Ctrl-N. Po ich użyciu otwiera się okno zawierające obszar schematu, na którym umieszcza się elementy i połączenia tworzące obwód. obszar schematu Umieszczanie elementów na schemacie Element pobiera się za pomocą myszki z paska ikon, z menu Edit lub z biblioteki (ikona Component) i przenosi na schemat w odpowiednie miejsce, po czym ustala się jego pozycję klikając lewym klawiszem myszki. Przed ustaleniem pozycji można element obrócić kombinacją klawiszy Ctrl-R, lub uzyskać jego lustrzane odbicie kombinacja klawiszy Ctrl-E. Za pomocą kolejnych kliknięć lewego klawisza myszki na schemacie można umieszczać następne egzemplarze danego elementu. Zmiana typu wstawianego elementu następuje po wybraniu innego elementu. Wyjście z trybu umieszczania elementów na schemacie następuje po kliknięciu prawego klawisza myszki lub po naciśnięciu klawisza Esc. Analiza obwodu nie będzie możliwa, jeżeli nie określi się w nim punktu o zerowym potencjale. Jest nim punkt (węzeł) oznaczony cyfrą 0. Nadanie zerowego potencjału odbywa się przez umieszczenie na schemacie symbolu uziemienia (Ground), który powinien zostać połączony z obwodem w tym punkcie. Dostęp do symbolu uziemienia uzyskuje się z menu Edit komenda Place GND, naciskając klawisz G lub wybierając ikonę Ground. Uziemienie można umieści w obwodzie w kilku punktach będą traktowane tak, jakby były ze sobą połączone. Łączenie elementów Aby uruchomić tryb łączenia elementów należy wybrać polecenie Draw Wire z menu Edit albo nacisnąć klawisz F3 lub kliknąć ikonę Wire. Kursor myszki przyjmuje postać dwóch prostopadłych do siebie linii przerywanych (prowadnic), biegnących przez całą szerokość i wysokość obszaru schematu. Rozpoczęcie rysowania linii łączącej następuje po kliknięciu lewym klawiszem myszki - początek połączenia przypada w miejscu skrzyżowania prowadnic. Połączenie jest rysowane w ślad za przesuwanym kursorem muszki. Punkty załamania linii łączącej lub punkty połączenia z elementami zaznacza się kolejnymi kliknięciami lewego klawisza myszki kliknięcie końcówki elementu w trakcie tworzenia połączenia kończy linię łączącą w tym punkcie (segment połączenia). Kontynuowanie tworzenia połączeń następuje po kolejnym kliknięciu lewego klawisza myszki w punkcie, który jest początkiem nowego segmentu linii łączącej. Kliknięcie prawego klawisza myszki powoduje skasowanie aktualnie tworzonego segmentu połączenia. Powtórne naciśnięcie tego klawisza kończy tryb łączenia elementów. Zakończenie trybu łączenia następuje również po naciśnięciu klawisza Esc.

3 Położenie linii łączących i ich charakterystycznych punktów jest wyznaczone przez punkty siatki obszaru schematu. Wprowadzanie parametrów elementów Parametry elementów obwodu można wprowadzić trzema sposobami: 1. W oknie edycji parametru. 2. W oknie edycji grupy parametrów. 3. W oknie edycji modelu. Sposób pierwszy polega na edycji parametru widocznego na schemacie obwodu. Należy ustawić kursor myszki na widocznym parametrze i kliknąć prawym klawiszem. Otworzy się okno edycji, które umożliwia wprowadzenie lub zmianę dotychczasowej wartości parametru. W sposobie drugim ustawia się kursor myszki na symbolu elementu. Gdy kursor zmieni postać na dłoń należy kliknąć prawym klawiszem. Otworzy się okno dialogowe dające dostęp do większej liczby parametrów elementu oraz do biblioteki modeli elementów danego rodzaju stosowanych w praktyce. Okno edycji modelu daje możliwość wprowadzenia wszystkich parametrów modelu bibliotecznego LTspice a. Wywołuje się je ustawiając kursor myszki na symbolu elementu i klikając prawym klawiszem z jednocześnie naciśniętym klawiszem Ctrl. W tym oknie można nie tylko wprowadzić odpowiednie ciągi znaków reprezentujące dany parametr, ale również określić, czy mają być widoczne na schemacie. Widoczność parametru uzyskuje się wprowadzając znak X w linii parametru, w kolumnie Vis.

4 Elementy bierne Podstawowe parametry definiowane dla najczęściej wykorzystywanych elementów biernych zestawiono w tabeli poniżej. Element Nazwa Nazwa Podstawowy Symbol Jednostka biblioteczna parametr parametru rezystor Resistor res rezystancja R Ω cewka Inductor ind indukcyjność L H kondensator Capacitor cap pojemność C F Elementy czynne Źródła pobiera się z biblioteki (Component). Podstawowe parametry definiowane dla źródeł niezależnych są następujące: Element Nazwa Nazwa Podstawowy Symbol Jednostka biblioteczna parametr parametru niezależne źródło Voltage source voltage napięcie (stałe) V V napięciowe niezależne źródło prądowe Current source current prąd (stały) I A Parametry podstawowe wprowadza się po kliknięciu prawym klawiszem myszki na widocznym na schemacie parametrze. W tym przypadku otwiera się okno dialogowe umożliwiające wprowadzenie lub zmianę tego parametru traktowanego jako wartość napięcia (prądu) stałego. Jeśli źródło ma być zmienne w czasie, należy kliknąć symbol źródła prawym klawiszem myszki. Otwierające się okno dialogowe także pozwala na wprowadzenie tylko parametru podstawowego, ale zawiera również przycisk Advanced. Jego użycie otwiera nowe okno dialogowe, w którym definiuje się różne charakterystyki czasowe źródła.

5 Można w nim określić parametry źródła dla analizy stałoprądowej, zmiennoprądowej i przejściowej. Dla analizy stałoprądowej definiuje się podstawowy parametr źródła (DC value). Dla analizy zmiennoprądowej definiuje się amplitudę (AC amplitude) i fazę początkową (AC phase) źródła sinusoidalnego. Dla analizy przejściowej dostępne przebiegi czasowe są następujące: Nazwa funkcji Charakterystyka przebiegu Parametry (źródło napięciowe) PULSE okresowy, trapezowy lub prostokątny V1 napięcie w stanie niskim, V2 napięcie w stanie wysokim,tdelay opóźnienie pierwszego impulsu, Trise czas narastania impulsu, Tfall czas opadania impulsu, Ton czas trwania impulsu, SINE EXP sinusoidalny z możliwością tłumienia amplitudy narastający i malejący wykładniczo Period okres przebiegu, Ncycles liczba okresów Voffset składowa stała, Vamp amplituda, Freq częstotliwość, Td opóźnienie przebiegu, Theta współczynnik tłumienia, Phi faza początkowa, Ncycles liczba okresów V1 napięcie początkowe, V2 napięcie nasycenia, Td1 opóźnienie przebiegu, Tau1 - stała czasowa pierwszego segmentu, Td2 czas trwania pierwszego segmentu, Tau2 stała czasowa drugiego segmentu SFFM sinusoidalny z modulacją częstotliwości Voff składowa stała, Vamp amplituda, Fcar częstotliwość nośna, MDI indeks modulacji, Fsig częstotliwość modulacji PWL odcinkowo-liniowy t1, v1, t2, v2, - punkty załamania przebiegu Ponadto można określić, dla której analizy parametry są widoczne na schemacie. W tym celu należy zaznaczyć opcję Make this information visible on schematic dla odpowiedniej analizy. Wśród źródeł zasilających w bibliotece dostępne są również źródła sterowane: Symbol źródła E F Nazwa Voltage Dependent Voltage Source Current Dependent Current Source Nazwa biblioteczna e f Opis Źródło napięciowe sterowane napięciem Źródło prądowe sterowane prądem

6 G H Voltage Dependent Current Source Current Dependent Voltage Source g h Źródło prądowe sterowane napięciem Źródło napięciowe sterowane prądem Łączniki Do dyspozycji są dwa modele łączników: Symbol Nazwa Nazwa łącznika biblioteczna Opis S Voltage Controlled Switch sw Łącznik sterowany napięciem W Current Controlled Switch csw Łącznik sterowany prądem Każdy łącznik ma zaciski główne i zaciski sterujące, do których doprowadza się sygnał sterujący w najprostszym przypadku ze źródła niezależnego o odpowiednio określonym przebiegu. Oprócz tego funkcjonowanie łącznika musi być zdefiniowane w odpowiedniej instrukcji.model. Określa się w niej następujące parametry łącznika: Parametr Opis Jednostka Łącznik sterowany napięciem Ron rezystancję między stykami w stanie otwartym Ω Roff rezystancję między stykami w stanie zamkniętym Ω Vt napięcie przełączania V Vh napięcie określające rozpiętość histerezy w charakterystyce przełączania V Lser szeregowa indukcyjność H Vser szeregowe napięcie V Ilimit ograniczenie prądowe A Łącznik sterowany prądem Ron rezystancję między stykami w stanie otwartym Ω Roff rezystancję między stykami w stanie zamkniętym Ω It prąd przełączania A Ih prąd określający rozpiętość histerezy w charakterystyce przełączania A Formaty liczb Wartości liczbowe parametrów można podawać w notacji tradycyjnej (np. 2.5, 4700), naukowej (np. 4.7e3, co oznacza 4, ) lub z przyrostkami oznaczającymi mnożenie przez liczbę 10 w odpowiedniej potędze (np. 4.7k, co oznacza 4700). Zestawienie rozpoznawanych przyrostków podano w tabeli poniżej f p n u m k meg g t Wielkości liter nie są rozróżniane. Przyrostek musi występować bezpośrednio po liczbie, bez odstępu. Bezpośrednio po liczbie lub po przyrostku można podać symbol jednostki fizycznej. Jednak jest on podczas symulacji ignorowany. Separatorem części ułamkowej liczby jest kropka.

7 Instrukcje dla symulatora Instrukcje dla symulatora są umieszczane bezpośrednio na schemacie. Służy do tego komenda SPICE Directive wywoływana z menu Edit albo przez naciśnięcie klawisza S lub za pomocą ikony SPICE Directive. Wywołanie komendy powoduje otwarcie okna przeznaczonego do wprowadzenia odpowiedniego tekstu, który składa się z nazwy instrukcji oraz jej parametrów. Instrukcje definiują, jakiego typu analiza ma być przeprowadzona przez symulator. Dostępne są m. in. następujące analizy: stałoprądowa (DC Sweep Analysis), zmiennoprądowa (Small Signal AC Analysis), przejściowa (Transient Analysis) parametryczna (Step Analysis). Oprócz tego w zestawie jest wiele innych instrukcji sterujących pracą symulatora, np. instrukcja.model dająca możliwość zmiany parametrów modelu danego obiektu dla wszystkich jego wystąpień w symulowanym układzie. Nazwy wszystkich instrukcji zaczynają się od kropki. Poniżej znajduje się krótki opis wybranych instrukcji symulatora. Parametry instrukcji ujęto w nawiasy, które oznaczają: < > - parametr wymagany [ ] parametr opcjonalny Parametry w linii instrukcji oddziela się spacjami. Analiza stałoprądowa.dc <nazwa1> <start1> <stop1> <krok1> [<nazwa2> <start2> <stop2><krok2>] <nazwa1> - nazwa źródła niezależnego nr 1 <start1> - wartość początkowa dla źródła nr 1 <stop1> - wartość końcowa dla źródła nr 1 <nazwa2> - nazwa źródła niezależnego nr 2 <start2> - wartość początkowa dla źródła nr 2 <stop2> - wartość końcowa dla źródła nr 2 Analiza polega na wielokrotnym rozwiązaniu obwodu w stanie ustalonym, zasilanego przez źródła stałe (DC), dla zmieniającego się parametru podstawowego jednego ze źródeł niezależnych o nazwie <nazwa1> przedziale od <start1> do <stop1> z krokiem <krok1>. Wyniki otrzymuje się w postaci charakterystyk będących funkcjami tego parametru. Jeżeli występuje zestaw parametrów opcjonalnych, źródło o nazwie <nazwa2> zmienia swój parametr podstawowy w przedziale od <start2> do <stop2> z krokiem <krok2> dla każdej wartości źródła <nazwa1>. Jest to zagnieżdżenie pętli zmieniającej parametr źródła <nazwa2> w pętli zmieniającej parametr źródła <nazwa1>. Analiza zmiennoprądowa.ac <skala> <n> <fp> <fk> <n> - liczba punktów obliczeniowych <fp> - częstotliwość początkowa <fk> - częstotliwość końcowa <skala> - rodzaj skali częstotliwości; przyjmuje atrybuty: oct, dec, lin; oct skala logarytmiczna; zawiera <n> punktów na oktawę w przedziale <fp>, <fk> dec skala logarytmiczna; zawiera <n> punktów na dekadę

8 w przedziale <fp>, <fk> oct skala liniowa; zawiera <n> punktów w przedziale <fp>, <fk> Analiza polega na wielokrotnym rozwiązaniu obwodu w stanie ustalonym, zasilanego przez źródła sinusoidalne (AC), dla częstotliwości tych źródeł zmieniającej się od <fp> do <fk> w skali logarytmicznej lub liniowej. W rezultacie otrzymuje się charakterystyki częstotliwościowe. Do obliczeń jest wykorzystywana metoda amplitud zespolonych i w takiej postaci dostępne są ich wyniki. Analiza przejściowa.tran [krokd] <stop> [start [krokm]] [wp] <krokd> - krok drukowania wyników <stop> - czas końcowy symulacji <start> - czas rozpoczęcia rejestracji wyników <krokm> - maksymalny krok obliczeniowy [wp] - sposób określania warunków początkowych; przyjmuje atrybut uic Analiza polega na rozwiązaniu obwodu w stanie przejściowym, w przedziale czasu od zera do <stop>. Krok obliczeniowy jest dobierany automatycznie przez symulator. Wartość kroku obliczeniowego może być ograniczona od góry do wartości [krokm]. Wynikiem są przebiegi w funkcji czasu. Pominięcie polecenia uic powoduje przyjęcie do obliczeń wartości początkowych obliczonych przez symulator. Wprowadzenie polecenia uic powoduje przyjęcie do obliczeń wartości początkowych określonych przez użytkownika w parametrach IC, które występują w modelu cewki i kondensatora. Jeżeli [start] i [krokm] są pominięte, można pominąć również [krokd]. Parametr [krokd] może mieć wartość zero. Jeżeli podaje się [krokm], nie można pominąć czasu [start], ale może on mieć wartość zero. Analiza parametryczna.step [skala] < start > <stop> <krok> - parametr modelu, parametr globalny, źródło niezależne [skala] - rodzaj skali; atrybuty: oct, dec, lin jak w analizie ac. <start> - początkowa wartość parametru <stop> - końcowa wartość parametru <krok> - przyrost wartości parametru Analiza pozwala na wielokrotne wykonywanie wyżej wymienionych pozostałych analiz dla wybranego parametru jednego z modeli występujących w układzie zmieniającego się od wartości określonej przez <start> do wartości określonej przez <stop> z krokiem określonym przez <krok>. Zmiana parametrów modelu.model <nazwa> <typ> [(<lista>)] <nazwa> - nazwa modelu stworzonego przez użytkownika dla danego elementu lub grupy elementów <typ> - typ elementu (dioda, tranzystor, łącznik, linia długa) <lista> - lista parametrów modelu z nadanymi wartościami Lista dostępnych parametrów zależy od typu elementu. Nie trzeba nadawać wartości wszystkim parametrom - <lista> może zawierać tylko wybrane spośród wszystkich dostępnych. Pozostałe parametry przyjmują wartości domyślne.

9 Określanie warunków początkowych.ic [v(<nw>)=<pot>] [i(<nc>)=<pr>] <nw> - nazwa węzła <pot> - wartość potencjału <nc> - nazwa cewki <pr> - wartość prądu W tej instrukcji określa się dla chwili t=0 wartości potencjałów w węzłach oraz wartości prądów cewek. Wartość początkową napięcia kondensatora należy zatem określić poprzez nadanie wartości potencjałom węzłów, między którymi jest włączony kondensator. Warunki początkowe dla cewki (prąd) i kondensatora (napięcie) można również wprowadzić ustawiając wartość parametru IC w modelach tych elementów. Wymaga to dodatkowo włączenia opcji Skip initial operating point solution w parametrach analizy przejściowej, co odpowiada wprowadzeniu atrybutu uic w instrukcji.tran. Warunki początkowe wprowadzone tą metodą przedefiniowują warunki początkowe określone w instrukcji.ic. Ustawienie parametrów analizy stałoprądowej, zmiennoprądowej, przejściowej jest możliwe w oknie dialogowym Edit Simulation Commad, do którego dostęp można uzyskać następująco: z menu Simulate polecenie Edit Simulation Cmd, klikając prawym klawiszem myszki w pusty obszar schematu i wybierając z pojawiającego się menu polecenie Edit Simulation Cmd. Ponadto okno to pojawia się automatycznie po uruchomieniu symulatora w sytuacji, gdy żadna analiza nie została wybrana do wykonania. Okno Edit Simulation Commad zawiera zakładki dotyczące poszczególnych analiz: przejściowej (zakładka Transient), zmiennoprądowej (zakładka AC Analysis), stałoprądowej (zakładka DC sweep) i inne. Można w nich ustawić parametry wybranej analizy wpisując je w odpowiednie pola edycyjne lub edytując całą linię instrukcji. Uruchamianie symulacji Symulator uruchamia się poleceniem Run z menu Simulate lub za pomocą ikony Run. Jeżeli nie została wcześniej określona analiza do wykonania, otwiera się okno Edit Simulation Command w celu wybrania analizy i określeniu jej parametrów. Symulacja rozpoczyna się po zamknięciu tego okna. Następne uruchomienia symulatora odbywają się już bez otwierania tego okna, dopóki instrukcja wykonania bieżącej analizy nie zostanie usunięta z opisu układu lub wyłączona. Po zakończeniu obliczeń program otwiera okno do wizualizacji wyników. Wizualizacja wyników symulacji Jeśli symulacja przebiegła bez błędów, zostaje otwarte okno przeznaczone do prezentacji wyników w postaci funkcji czasu, częstotliwości lub innej wielkości, co zależy od typu wykonanej analizy. Wyboru Wielkości do przedstawienia na wykresie dokonuje się na schemacie. W celu wykreślenia potencjału określonego punktu w układzie należy umieści kursor myszki na tym punkcie (na węźle lub połączeniu) i kliknąć lewym klawiszem gdy kursor zmieni postać z krzyżyka na czerwony próbnik. Wykres prądu w płynącego przez dwójnik otrzymuje się umieszczając kursor myszki na tym elemencie i klikając lewym klawiszem gdy kursor zmieni postać z krzyżyka na amperomierz cęgowy. Widoczna w nim czerwona strzałka wskazuje dodatni kierunek prądu. W podobny sposób można wykonać wykres

10 prądu płynącego w linii łączącej elementy obwodu. Różnica polega na tym, że kursor myszki umieszcza się na tej linii przy naciśniętym klawiszu Alt. W nagłówku wykresu umieszczane są etykiety opisujące to, jakie wielkości są przedstawione przez poszczególne krzywe. Kolor etykiety odpowiada kolorowi krzywej. Funkcję z wykresu można usunąć wybierając polecenie Delete w sytuacji, gdy okno wykresu jest aktywne. Kursor myszki zmienia się w żółte nożyczki. W celu usunięcia funkcji należy kliknąć lewym klawiszem myszki na etykietę tej funkcji. Kursory śledzące Kursor śledzący służy do odczytywania wartości funkcji bezpośrednio z wykresu. Ma postać dwóch wzajemnie prostopadłych linii biegnących przez całą szerokość i wysokość obszaru wykresu. Punkt przecięcia linii jest miejscem wskazywanym przez kursor. Włączenie kursora i przypisanie go do konkretnej krzywej uzyskuje się przez kliknięcie etykiety danej funkcji lewym klawiszem myszki. Do dyspozycji są dwa kursory, które włącza się w taki sam sposób. Po włączeniu kursora zostaje otwarte okno raportujące położenie kursora lub obu kursorów w osi x i w osi y oraz różnicę ich położeń w obu osiach. Aby przesunąć kursor należy na danym kursorze śledzącym ustawić kursor myszki, i gdy zmieni się on na numer kursora śledzącego (1 lub 2), przeciągnąć myszkę z naciśniętym lewym klawiszem w żądanym kierunku.