Zastosowania komputerów w elektronice

Zastosowania komputerów Rozrywka Programu biurowe, graficzne Systemy informacyjne Internet (poczta, WWW, aplikacje sieciowe) Bazy danych CAM - Computer Aided Manufacturing CAD - Computer Aided Design ...

Oprogramowanie CAD w elektronice PSPCE – komputerowa symulacja układów elektronicznych (analogowych i cyfrowych) ORCAD – projektowanie płyt drukowanych MATLAB – uniwersalnym środowisko integrujące algorytmy matematyki stosowanej (metody numeryczne, cyfrowe przetwarzanie sygnałów, telekomunikacja, ...) Inne Korzystanie z oprogramowania CAD wymaga: dobrej znajomości zagadnień projektowania układów elektronicznych, dobrej znajomości stosowanych przez program sposobów opisu i analizy układów elektronicznych.

ORCAD (Cadence) Program do projektowania płyt drukowanych Kilka lat temu ORCAD przejął PSPICE

PSPICE SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) SPICE 2G.6 powstał na Uniwersytecie Berkeley w 1984 roku – ostatnia wersja z kodem programu w języku FORTRAN SPICE 3 – kod w języku C PSPICE – nazwa handlowa wersji SPICE zgodnego ze SPICE 2G.6, produkowanego przez firmę MicroSim Początkowo wejściem i wyjściem programu były tylko pliki tekstowe Z czasem dodano do programu PSPICE postprocesor graficzny PROBE, który umożliwia prezentację wyników analizy w formie graficznej Współcześnie plik danych zawierający opis obwodu i parametry analizy można przygotować w programie graficznym

Dostępne liniowe elementy obwodu el. Źródła sygnałów sinusoidalne (zespolone), zdefiniowane w dziedzinie czasu (sinusoidalne, prostokątne, modulowane, odcinkami proste itp.) Elementy liniowe RLC Filtry Linie transmisyjne Transformatory 4 źródła sterowane

Dostępne elementy elektroniczne diody, tranzystory bipolarne, tranzystory unipolarne JFET i MOSFET, tranzystory GaAsFET, tyrystory, transformatory nieliniowe, wzmacniacze operacyjne, komparatory, inne układy scalone, makromodele różnych elementów, np. lamp elektronicznych

Dostępne analizy Analiza stałoprądowa – .DC Analiza dynamiczna liniowa – .AC Analiza szumów – .NOISE Analiza dynamiczna nieliniowa – .TRAN Analiza parametryczna – .PARAM Analiza wrażliwości – .SENS Analizy statystyczne – .MC, .WCASE Analiza Fouriera (FFT) – .FOUR Optymalizacja

Analiza stałoprądowa – DC Sweep Zmienną niezależną może być: napięcie źródła napięciowego prąd źródła prądowego temperatura parametr modelu elementu (np. beta tranzystora) parametr globalny (rezystancja, stosunek rezystancji, ...) Układ elektroniczny opisany jest układem równań nieliniowych o rzeczywistych współczynnikach Układ równań jest rozwiązywany metodą Newtona Raphsona Wynikiem analizy są stałe prądy i napięcia w obwodzie Analiza może być zagnieżdżona

Przykład analizy stałoprądowej pomiar charakterystyk wyjściowych tranzystora Mierzony jest prąd kolektora tranzystora Q1 Zmienną niezależną jest napięcie kolektor emiter tranzystora Napięcie zmienia się od 0 do 40V z krokiem 10mV Pomiar jest wykonywany dla prądów bazy równych 0, 50μA, 100 μA, 150 μA, 200μA, 250μA, 300μA Schemat układu do pomiaru charakterystyk tranzystora

Charakterystyki wyjściowe tranzystora 2N3904 i hiperbola strat 300mW

Analiza dynamiczna liniowa – AC Zmienną niezależną jest częstotliwość (analiza w dziedzinie częstotliwości) Układ elektroniczny opisany jest układem równań liniowych o zespolonych współczynnikach Elementy nieliniowe są zastąpione małosygnałowymi liniowymi modelami W układzie musi wystąpić co najmniej jedno źródło sygnału sinusoidalnego (prądowe lub napięciowe) Wynikiem analizy są zespolone prądy i napięcia w obwodzie Dostępne charakterystyki: Amplitudowa Fazowa Część rzeczywista, urojona Opóźnienie grupowe

Parametry analizy AC Dla wszystkich źródeł sygnałów sinusoidalnych należy podać amplitudę i fazę (domyślna amplituda wynosi 1, faza 0) Dla analizy należy podać typ skali: liniowa, oktawowa, dekadowa zakres badanych częstotliwości (początek, koniec) i gęstość punktów pomiarowych Wynikami są zespolone napięcia i prądy, gdy wymuszenie ma wartość domyślną (amplituda 1, faza 0), to wartości napięć i prądów są wartościami funkcji przenoszenia Analiza jest liniowa i amplituda sygnałów nie wpływa na funkcje przenoszenia, dlatego np. we wzmacniaczu o napięciu zasilania 10V amplituda napięcia wyjściowego może wynieść 100V

Analiza dynamiczna nieliniowa Transient (TRAN) Zmienną niezależną jest czas (analiza w dziedzinie czasu) Układ elektroniczny opisany jest układem równań różniczkowych (liniowych lub nieliniowych) Rozwiązywane jest zagadnienie początkowe (układ równań różniczkowych plus warunek początkowy) W obwodzie może wystąpić dowolna liczba źródeł sygnałów o b. różnych przebiegach (sinusoidalne, prostokątne, modulowane, odcinkami proste itp.) Wynikiem analizy są rzeczywiste przebiegi prądów i napięć w obwodzie Analiza stosowana do Analizy stanów przejściowych Analizy zniekształceń harmonicznych wzmacniaczy – dostarcza danych dla analizy FFT Analizy generatorów Analizy układów nieliniowych: modulatorów i demodulatorów, mieszaczy.

Analiza parametryczna Analizy DC, AC, TRAN mogą być wykonane wielokrotnie dla różnych wartości wybranego parametru np. rezystancji, pojemności czy bety tranzystora W wyniku analizy parametrycznej uzyskuje się rodzinę charakterystyk – po jednej charakterystyce dla jednej wartości parametru Na podstawie obserwacji rodziny charakterystyk można określić optymalną wartość parametru projektowanego układu

Analiza Fouriera (FFT) Analizie FFT można poddać wynik analizy AC i TRAN Analizy dokonuje się w postprocesorze graficznym PROBE Podstawowe zastosowania to analiza Fouriera przebiegów czasowych napięć i prądów (wyników analizy w dziedzinie czasu): badanie widma sygnałów wyjściowych układów nieliniowych – mieszaczy, modulatorów i demodulatorów, badanie zniekształceń harmonicznych wzmacniaczy, analiza widmowa generatorów. Analiza zniekształceń harmonicznych jest częścią analizy TRAN – wyniki w formie tekstowej są dostępne w pliku wyjściowym

Schemat wzmacniacza WE