spice модели что это
SPICE модели диодов
Программа моделирования схем SPICE в процессе моделирование работы схем обеспечивает и моделирование работы диодов. Модели диодов основаны на характеристиках отдельных устройств, описанных в технических описаниях на конкретные продукты, и характеристиках технологических процессов, которые не указаны в описаниях на устройства. Некоторая информация, взятая из технического описания на 1N4004, приведена на рисунке ниже.
Графики из технического описания на диод 1N4004
| Параметр | Значение | Размерность |
|---|---|---|
| Максимальный средний выпрямленный ток ID | 1 | А |
| Пиковое повторяющееся обратное напряжение VRRM | 400 | В |
| Пиковый прямой импульсный ток IFSM | 30 | А |
| Общая емкость CT | 15 | пФ |
| Прямое падение напряжения VF | 1 | В |
| Прямой ток IF | 1 | А |
| Максимальный обратный ток IR | 5 | мкА |
| Максимальное обратное напряжение VR | 400 | В |
Самый простой подход для получения SPICE модели такой же, как и для получения технического описания: посмотрите на сайте производителя. В таблице ниже приведены параметры модели для некоторых диодов. Во втором случае можно создать SPICE модель по тем параметрам, которые указаны в техническом описании. Третий случай, который здесь не рассматривается, – это измерение параметров реального устройства. Затем вычислить, сравнить и подогнать параметры SPICE модели к результатам измерений.
| Обозначение | Название | Параметр | Единицы измерения | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|---|
| IS | IS | Ток насыщения (диодное уравнение) | А | 1E-14 |
| RS | RS | Паразитное сопротивление (последовательное сопротивление) | Ом | 0 |
| n | N | Коэффициент эмиссии, от 1 до 2 | – | 1 |
| tD | TT | Время переноса заряда | с | 0 |
| CD(0) | CJO | Емкость перехода при нулевом смещении | Ф | 0 |
| φ0 | VJ | Контактная разность потенциалов перехода | В | 1 |
| m | M | Коэффициент плавности перехода | – | 0,5 |
| 0,33 для линейно леггированнного перехода | ||||
| 0,5 для лавинного перехода | ||||
| Eg | EG | Ширина запрещенной зоны | эВ | 1,11 |
| Si (кремний) | эВ | 1,11 | ||
| Ge (германий) | эВ | 0,67 | ||
| Шоттки | эВ | 0,69 | ||
| pi | XTI | Температурный экспоненциальный коэффициент тока насыщения | – | 3,0 |
| pin переход | – | 3,0 | ||
| Шоттки | – | 2,0 | ||
| kf | KF | Коэффициент фликер-шума | – | 0 |
| af | AF | Показатель степени в формуле фликер-шума | – | 1 |
| FC | FC | Коэффициент емкости обедненной области при прямом смещении | – | 0,5 |
| BV | BV | Обратное напряжение пробоя | В | ∞ |
| IBV | IBV | Обратный ток пробоя | А | 1E-3 |
Если параметры диода не указаны, как в первом примере выше, применяются параметры по умолчанию, взятые из таблиц выше и ниже. Это модели по умолчанию диодов в интегральных микросхемах. Они безусловно подходят для предварительной работы и с дискретными устройствами. Для более важной работы используйте SPICE модели, поставляемые производителем, поставщиками ПО SPICE и другими источниками.
| Элемент | IS | RS | N | TT | CJO | M | VJ | EG | XTI | BV | IBV |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| По умолчанию | 1E-14 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0.5 | 1 | 1.11 | 3 | ∞ | 1m |
| 1N5711 sk | 315n | 2.8 | 2.03 | 1.44n | 2.00p | 0.333 | — | 0.69 | 2 | 70 | 10u |
| 1N5712 sk | 680p | 12 | 1.003 | 50p | 1.0p | 0.5 | 0.6 | 0.69 | 2 | 20 | — |
| 1N34 Ge | 200p | 84m | 2.19 | 144n | 4.82p | 0.333 | 0.75 | 0.67 | — | 60 | 15u |
| 1N4148 | 35p | 64m | 1.24 | 5.0n | 4.0p | 0.285 | 0.6 | — | — | 75 | — |
| 1N3891 | 63n | 9.6m | 2 | 110n | 114p | 0.255 | 0.6 | — | — | 250 | — |
| 10A04 10A | 844n | 2.06m | 2.06 | 4.32u | 277p | 0.333 | — | — | — | 400 | 10u |
| 1N4004 1A | 76.9n | 42.2m | 1.45 | 4.32u | 39.8p | 0.333 | — | — | — | 400 | 5u |
| 1N4004 тех.описание | 18.8n | — | 2 | — | 30p | 0.333 | — | — | — | 400 | 5u |
В противном случае введите некоторые из параметров, приведенных в техническом описании. Сначала выберите значение для SPICE параметра N между 1 и 2. Это необходимо для диодного уравнения (n). Массобрио в книге “Semiconductor Device Modeling with SPICE” рекомендует «. n, коэффициент эмиссии обычно равен примерно 2». В таблице выше мы видим, что силовые выпрямительные диоды 1N3891 (12 А) и 10A04 (10 А) используют примерно 2. Первые четыре строки в таблице не актуальны, поскольку они представляют собой диод Шоттки, диод Шоттки, германиевый диод и кремниевый диод для малых сигналов, соответственно. Ток насыщения, IS, выводится из диодного уравнения, значения (VD, ID) на графике выше, и N=2 (n в диодном уравнении).
VT = 26 мВ (при температуре 25°C)
VD = 0,925 В (при 1 А на графике)
1 А = IS (e (0,925 В)/(2)(26 мВ) – 1)
Числовые значения IS=18.8n и N=2 приведены в последней строке таблицы выше для сравнения с моделью производителя 1N4004, что значительно отличается. По умолчанию RS установлено в значение 0. Это будет оценено позже. N, IS и RS являются важными статическими параметрами по постоянному току.
Рашид в книге “SPICE for Power Electronics and Electric Power” предлагает, чтобы TT, tD, время перехода, было аппроксимировано из восстанавливаемого заряда QRR, параметра из технического описания (в нашем случае недоступного) и IF, прямого тока.
Мы принимаем TT=0 из-за отсутствия QRR. Хотя было бы разумно взять TT, как у аналогичного выпрямительного диода 10A04, 4.32u. TT диода 1N3891 не подходит, так как выпрямителем с быстрым восстановлением. CJO, емкость перехода при нулевом смещении оценивается по графику зависимости CJ от VR, который приведен выше. Емкость при ближайшем на графике к нулю напряжении составляет 30 пФ при 1 В. Если моделировать отклик на высокоскоростные переходы, как в импульсных источниках питания, то в модели должны быть учтены параметры TT и CJO.
Коэффициент плавности перехода M связан с профилем легирования перехода. Он не содержится в техническом описании устройств. Мы выбираем M = 0.333, что соответствует линейной плавности перехода. Мощные выпрямительные диоды в таблице выше используют более низкие значения M.
Мы берем значения по умолчанию для VJ и EG. Многие другие диоды используют VJ=0.6, что показано в таблице выше. Однако выпрямительный диод 10A04 использует значение по умолчанию, которое мы будем использовать для нашей модели 1N4004 (1N4001 тех. описание в таблице выше). Используйте значение по умолчанию EG=1.11 для кремниевых и выпрямительных диодов. В таблице выше приведены значения для диодов Шоттки и германия. Возьмите XTI=3, стандартный температурный коэффициент IS для кремниевых устройств. Для XTI диодов Шоттки смотрите таблицу выше.
Выдержка из технического описания, показанная на рисунке выше, приводит IR = 5 мкА и VR = 400 В, соответствующие IBV=5u и BV=400, соответственно. Параметры SPICE модели 1n4004, полученные из технического описания, перечислены в последней строке таблицы выше для сравнения с моделью производителя, указанной выше. BV необходим только в том случае, если моделирование производится при обратном напряжении, превышающем обратное напряжение пробоя диода, как в случае со стабилитронами. IBV, обратный ток пробоя, часто опускается, но может быть введен, если приведен и BV.
SPICE схема для сравнения модели производителя (D1), модели (D2), рассчитанной по техническому описанию, и модели по умолчанию (D3).
Параметры списка соединений SPICE: (D1) DI1N4004 модель производителя, (D2) Da1N40004 модель, полученная из технического описания, (D3) модель по умолчанию:
Мы сравниваем три модели на рисунке ниже и данные графиков в таблице ниже. VD – это напряжение, подаваемое на диод для сравнения токов модели производителя, нашей расчетной модели и модели диода по умолчанию. Последний столбец «1N4004 график» – это данные из вольт-амперной характеристики из технического описания, которая приведена на рисунке выше, и с которой наши результаты должны совпадать. Сравнение токов трех моделей с последним столбцом показывает, что модель по умолчанию хороша при низких токах; модель производителя хороша при больших токах; а наша рассчитанная по техническому описанию модель лучше всего при токах до 1 А. Точка на 1 А почти идеальна, поскольку расчет IS основан на напряжении диода при 1 А. Наша модель сильно завышает значения тока выше 1 А.
Первое испытание модели производителя, модели по техническому описанию и модели диода по умолчанию
| Индекс | VD | Модель производителя | Модель по тех. описанию | Модель по умолчанию | 1N4004 график |
|---|---|---|---|---|---|
| 3500 | 7.000000e-01 | 1.612924e+00 | 1.416211e-02 | 5.674683e-03 | 0.01 |
| 4001 | 8.002000e-01 | 3.346832e+00 | 9.825960e-02 | 2.731709e-01 | 0.13 |
| 4500 | 9.000000e-01 | 5.310740e+00 | 6.764928e-01 | 1.294824e+01 | 0.7 |
| 4625 | 9.250000e-01 | 5.823654e+00 | 1.096870e+00 | 3.404037e+01 | 1.0 |
| 5000 | 1.000000e-00 | 7.395953e+00 | 4.675526e+00 | 6.185078e+02 | 2.0 |
| 5500 | 1.100000e+00 | 9.548779e+00 | 3.231452e+01 | 2.954471e+04 | 3.3 |
| 6000 | 1.200000e+00 | 1.174489e+01 | 2.233392e+02 | 1.411283e+06 | 5.3 |
| 6500 | 1.300000e+00 | 1.397087e+01 | 1.543591e+03 | 6.741379e+07 | 8.0 |
| 7000 | 1.400000e+00 | 1.621861e+01 | 1.066840e+04 | 3.220203e+09 | 12. |
Решение заключается в том, чтобы увеличить RS со значения по умолчанию, которое равно RS=0. Изменение RS от 0 до 8m в модели по техническому описанию приводит к тому, что кривая пересекает 10 А (здесь не показано) при том же напряжении, что и модель производителя. Увеличение RS до 28.6m смещает кривую дальше вправо, как показано на рисунке ниже. Это приводит к более точному соответствию нашей модели с графиком из технического описания (рисунок выше). В таблице ниже показано, что ток 1.224470e+01 А соответствует графику при 12 А. Однако ток при 0.925 В ухудшился с 1.096870e+00 до 7.318536e-01.
Второе испытание для улучшения рассчитаной по техническому описанию модели по сравнению с моделью производителя и моделью по умолчанию
| Индекс | VD | Модель производителя | Модель по тех. описанию | 1N4004 график |
|---|---|---|---|---|
| 3505 | 7.010000e-01 | 1.628276e+00 | 1.432463e-02 | 0.01 |
| 4000 | 8.000000e-01 | 3.343072e+00 | 9.297594e-02 | 0.13 |
| 4500 | 9.000000e-01 | 5.310740e+00 | 5.102139e-01 | 0.7 |
| 4625 | 9.250000e-01 | 5.823654e+00 | 7.318536e-01 | 1.0 |
| 5000 | 1.000000e-00 | 7.395953e+00 | 1.763520e+00 | 2.0 |
| 5500 | 1.100000e+00 | 9.548779e+00 | 3.848553e+00 | 3.3 |
| 6000 | 1.200000e+00 | 1.174489e+01 | 6.419621e+00 | 5.3 |
| 6500 | 1.300000e+00 | 1.397087e+01 | 9.254581e+00 | 8.0 |
| 7000 | 1.400000e+00 | 1.621861e+01 | 1.224470e+01 | 12. |
Предлагаемое упражнение для читателя: уменьшить N так, чтобы ток при VD = 0,925 В был восстановлен до 1 А. Это может увеличить ток (12,2 А) при VD = 1,4 В, требуя увеличения RS для уменьшения тока до 12 А.
Стабилитрон. Существует два подхода к моделированию стабилитрона: установка в инструкции модели параметра BV на напряжение стабилитрона или моделирование стабилитрона с подсхемой, содержащей диодный фиксатор уровня, установленный на напряжение стабилитрона. Пример первого подхода устанавливает напряжение пробоя BV в значение 15 для модели стабилитрона 1n4469 на 15 В (IBV необязательно):
Второй подход моделирует стабилитрон с подсхемой. Фиксатор уровня D1 и VZ на рисунке ниже моделируют напряжение обратного пробоя 15 В стабилитрона 1N4477A. Диод DR учитывает в подсхеме проводимость стабилитрона при прямом смещении.
Подсхема стабилитрона использует фиксатор уровня (D1 и VZ) в модели стабилитрона
Туннельный диод. Туннельный диод может быть смоделирован с помощью SPICE подсхемы и пары полевых (JFET) транзисторов.
Диод Ганна. Диод Ганна также может быть смоделирован парой полевых транзисторов.
Компьютерное моделирование электрических схем
Компьютеры могут быть мощным инструментом при правильном использовании, особенно в области науки и техники. Существует программное обеспечение для моделирования электрических схем, и эти программы могут быть очень полезны, помогая разработчикам проверять идеи перед сборкой реальных схем, экономя много времени и денег.
Эти же программы могут быть фантастическими помощниками для начинающих студентов-электронщиков, позволяя быстро и легко исследовать идеи без необходимости сборки реальных схем. Конечно, ничто не заменит сборку и тестирование реальных схем, но компьютерное моделирование определенно помогает в процессе обучения, позволяя студенту экспериментировать с изменениями значений и видеть их влияние на схему. В этой книге я буду часто использовать распечатки схем моделирования, чтобы проиллюстрировать важные концепции. Наблюдая за результатами компьютерного моделирования, учащийся может получить интуитивное представление о поведении схемы без пугающего абстрактного математического анализа.
Моделирование схем с помощью SPICE
Чтобы смоделировать схемы на компьютере, я использую специальную программу под названием SPICE, которая работает, описывая схему для компьютера с помощью текстового списка. По сути, этот список сам по себе является своего рода компьютерной программой и должен соответствовать синтаксическим правилам языка SPICE. Затем компьютер используется для обработки или «запуска» программы SPICE, которая интерпретирует текстовый список, описывающий схему, и выводит результаты его подробного математического анализа, также в текстовой форме. Если кому-то нужна дополнительная информация, то многие детали использования SPICE описаны в томе 5 «Справочная информация» этой серии книг. Здесь я просто представлю основные концепции, а затем мы применим SPICE для анализа этих простых схем, о которых читали.
Во-первых, нам нужно установить SPICE на нашем компьютере. Как бесплатная программа, она обычно доступна для загрузки в Интернете в форматах, подходящих для многих различных операционных систем. В этой книге я использую одну из более ранних версий SPICE (версию 2G6) из-за простоты использования. Далее нам понадобится схема для анализа SPICE. Давайте попробуем одну из схем, показанных ранее в данной главе. Вот эта принципиальная схема:
Рисунок 1 – Принципиальная схема
Эта простая схема состоит из батареи и резистора, соединенных напрямую вместе. Нам известно напряжение батареи (10 В) и сопротивление резистора (5 Ом), но больше ничего неизвестно о схеме. Если мы опишем эту схему для SPICE, она сможет сказать нам (по крайней мере), какой ток у нас будет в цепи, используя закон Ома (I=E/R).
SPICE – это программа, использующая текст
SPICE не может напрямую понять диаграмму схемы или любую другую форму графического описания. SPICE – это компьютерная программа, использующая текст, которая требует, чтобы схема была описана относительно ее составляющих компонентов и точек соединений. Каждая уникальная точка соединения в цепи описывается для SPICE номером «узла». Точки, которые являются электрически общими друг для друга в моделируемой цепи, обозначаются одним номером. Возможно, будет полезно думать об этих числах как о номерах «проводов», а не как о номерах «узлов», следуя определению, данному в предыдущем разделе. Так компьютер узнает, что с чем связано: через общие номера проводов или узлов. В схеме из нашего примера есть только два «узла»: верхний провод и нижний провод. SPICE требует, чтобы где-то в цепи был узел 0, поэтому мы обозначим наши провода 0 и 1:
Рисунок 2 – Обозначение узлов на схеме
На приведенной выше иллюстрации я показал несколько меток «1» и «0» вокруг каждого провода, чтобы подчеркнуть концепцию общих точек, имеющих общие номера узлов; но всё же это графическое изображение, а не текстовое описание. Прежде чем можно будет продолжить анализ, SPICE должен получить значения компонентов и номера узлов в текстовой форме.
Использование текстового редактора для создания файлов SPICE
Создание текстового файла на компьютере включает использование программы, называемой текстовым редактором. В текстовых редакторах отсутствует возможность форматирования текстовых процессоров (без курсивных, полужирных или подчеркнутых символов), и это хорошо, поскольку такие программы, как SPICE, не знают, что делать с этой дополнительной информацией. Если мы хотим создать простой текстовый файл, в котором абсолютно ничего не записано, кроме символов клавиатуры, мы выбираем, текстовый редактор.
При использовании операционной системы Microsoft, такой как DOS или Windows, с системой идут несколько текстовых редакторов. В DOS есть старая программа редактирования текста Edit, которую можно вызвать, набрав edit в командной строке. В Windows стандартным выбором будет текстовый редактор Notepad. Доступно множество и других программ для редактирования текста. Я использую бесплатный текстовый редактор под названием Vim и запускаю его в операционных системах Windows 95 и Linux. Неважно, какой редактор вы используете, поэтому не беспокойтесь, если скриншоты в этом разделе не похожи на ваши; здесь важна информация о том, что вы вводите, а не о том, какой редактор вы используете.
Примечание: возможно, вам будет удобно использовать редактор Notepad++, для которого есть плагин для подсветки синтаксиса SPICE.
Чтобы описать для SPICE эту простую схему из двух компонентов, я начну с вызова моей программы текстового редактора и ввода строки «названия» для схемы:
Рисунок 3 – Текстовый редактор. Название схемы
Мы можем описать батарею, набрав строку текста, начинающуюся с буквы «v» (означает «voltage source», источник напряжения), указав, к какому проводу подключается каждая клемма батареи (номера узлов), и напряжение батареи, например:
Рисунок 4 – Текстовый редактор. Описание батареи на схеме
Данная строка сообщает SPICE, что у нас есть источник напряжения, подключенный между узлами 1 и 0, являющийся источником постоянного напряжения (DC), с напряжением 10 вольт. Это всё, что нужно знать компьютеру о батарее.
Теперь обратимся к резистору: SPICE требует, чтобы резисторы были описаны буквой «r», номерами двух узлов (точек соединения) и сопротивлением в омах. Поскольку это компьютерное моделирование, указывать номинальную мощность резистора не нужно. В «виртуальных» компонентах есть одна хорошая черта: им не могут повредить чрезмерное напряжение или ток!
Рисунок 5 – Текстовый редактор. Описание резистора, подключенного между узлами
Теперь SPICE будет знать, что между узлами 1 и 0 подключен резистор со значением 5 Ом. Эта очень короткая строка текста сообщает компьютеру, что у нас есть резистор («r»), подключенный между теми же двумя узлами, что и батарея (1 и 0), со значением сопротивления 5 Ом.
Рисунок 6 – Текстовый редактор. Список соединений (netlist) схемы для SPICE
Перемещение текстовых файлов в SPICE
После того, как мы закончили вводить все необходимые команды SPICE, нам нужно «сохранить» их в файл на жестком диске компьютера, чтобы SPICE мог ссылаться на него при запуске. Поскольку это мой первый список соединений SPICE, я сохраню его под именем « circuit1.cir » (фактическое имя произвольно). Вы можете назвать свой первый список соединений SPICE совершенно другим именем, при условии, что вы не нарушаете никаких правил именования файлов своей операционной системы, например, используя не более 8 + 3 символов (восемь символов в имени и три символа в расширении: 12345678.123) в DOS.
Чтобы вызвать SPICE (указать ему, что необходимо обработать содержимое файла списка соединений circuit1.cir ), мы должны выйти из текстового редактора и получить доступ к командной строке, где мы можем ввести текстовые команды для операционной системы компьютера. Этот «примитивный» способ вызова программы может показаться архаичным пользователям компьютеров, привыкшим к графической среде «укажи и щелкни», но это очень мощный и гибкий способ решения задач. Помните, что то, что вы делаете здесь, используя SPICE, является простой формой компьютерного программирования, и чем больше вы будете привыкать давать компьютеру команды в текстовой форме (в отличие от простого щелчка мышью по иконкам), тем большее мастерство в управлении компьютером вы приобретете.
В командной строке введите следующую команду, а затем нажмите клавишу Enter (в этом примере используется имя файла circuit1.cir ; если вы выбрали другое имя файла для файла списка соединений, замените его):
Вот как это выглядит на моем компьютере (под управлением операционной системы Linux) непосредственно перед нажатием клавиши Enter :
Рисунок 7 – Запуск SPICE
Как только вы нажмете клавишу Enter для выполнения этой команды, на экране компьютера должен будет напечататься текст из вывода SPICE. Ниже приведен скриншот, показывающий, что SPICE вывел на моем компьютере (я увеличил окно «терминала», чтобы показать вам полный текст; в терминале обычного размера текст легко превышает длину одной страницы):
Рисунок 8 – Вывод SPICE в терминале
Одним из преимуществ использования «примитивной», использующей текст программы, такой как SPICE, является то, что текстовые файлы, с которыми мы имеем дело, чрезвычайно малы по сравнению с другими форматами файлов, особенно графическими форматами, используемыми в другом программном обеспечении для моделирования схем. Кроме того, тот факт, что вывод SPICE представляет собой обычный текст, означает, что вы можете направить вывод SPICE в другой текстовый файл, где он может быть обработан. Для этого мы повторно отправляем команду операционной системе компьютера, чтобы запустить SPICE, на этот раз перенаправляя вывод в файл, который я назову « output.txt »:
Рисунок 9 – Запуск SPICE с выводом результатов в текстовый файл
Рисунок 10 – Вывод SPICE в текстовом файле
Теперь я могу свободно редактировать этот файл, удаляя любой посторонний текст (например, «баннеры», показывающие дату и время), оставляя только текст, который, как мне кажется, имеет отношение к анализу моей схемы:
Рисунок 11 – Отредактированный вывод SPICE в текстовом файле
После соответствующего редактирования и повторного сохранения под тем же именем файла (в этом примере output.txt ) текст может быть вставлен в любой документ, причем «простой текст» является универсальным форматом файла почти для всех компьютерных систем. Я даже могу включить его прямо в текст этой книги, вместо графического изображения «скриншота», например:
Кстати, этот формат для вывода текста из моделирования SPICE в этой серии книг является предпочтительным: в виде текста, а не в виде картинок скриншотов.
Изменение значений в SPICE
Чтобы изменить значение компонента в моделировании, нам нужно открыть файл списка соединений ( circuit1.cir ) и внести необходимые изменения в текстовое описание схемы, затем сохранить эти изменения в файле с тем же именем и повторно запустить SPICE через командную строку. Этот процесс редактирования и обработки текстового файла знаком каждому программисту. Одна из причин, по которой мне нравится преподавать SPICE, заключается в том, что он подготавливает студента к тому, чтобы думать и работать как программист, и это хорошо, потому что программирование – это важная область работы, связанная с передовой электроникой.
Ранее мы исследовали последствия изменения одной из трех переменных в электрической цепи (напряжения, тока или сопротивления), используя закон Ома, чтобы математически предсказать, что произойдет. Теперь давайте попробуем сделать то же самое с помощью SPICE, чтобы он выполнил вычисления за нас.
Если бы мы утроили напряжение в схеме из нашего последнего примера с 10 до 30 вольт и оставили сопротивление цепи неизменным, мы бы ожидали, что ток также утроится. Давайте попробуем выполнить это, изменив имя нашего файла списка соединений, чтобы не перезаписывать первый файл. Таким образом, оба варианта моделирования схемы будут храниться на жестком диске нашего компьютера для будущего использования. Результатом работы SPICE для этого измененного списка соединений будет следующий текстовый список:
Как мы и ожидали, ток утроился с увеличением напряжения. Раньше ток составлял 2 ампера, но теперь он увеличился до 6 ампер (-6,000 x 10 0 ). Также обратите внимание, как увеличилась общая рассеиваемая мощность в цепи. Раньше она составлял 20 Вт, а сейчас 180 Вт (1,8 x 10 2 ). Если вспомнить, что мощность пропорциональна квадрату напряжения (закон Джоуля: P=E 2 /R), то этого можно было ожидать. Если мы утроим напряжение в цепи, мощность должна увеличиться в девять раз (3 2 = 9). Результат произведения 9 и 20 действительно равен 180, поэтому выходные данные SPICE действительно коррелируют с тем, что мы знаем о мощности в электрических цепях.
Создание комментариев в SPICE
Команды печати и вывода графиков
В обоих выходных форматах левый столбец чисел представляет напряжение батареи на каждом этапе, и по нему видно, что оно увеличивается от 0 до 100 вольт, по 5 вольт за раз. Числа в правом столбце указывают силу тока в цепи для каждого из этих напряжений. Посмотрите внимательно на эти числа, и вы увидите пропорциональную связь в каждой паре значений: закон Ома (I=E/R) верен в каждом случае, каждое значение силы тока составляет 1/5 соответствующего значения напряжения, потому что сопротивление цепи составляет ровно 5 Ом. Опять же, отрицательные числа для силы тока в данном анализе SPICE – это скорее причуда, чем что-либо еще. Просто обращайте внимание на абсолютное значение каждого числа, если не указано иное.
Программы для интерпретации и преобразования данных SPICE
Существуют даже некоторые программы, способные интерпретировать и преобразовывать неграфические данные, выводимые SPICE, в графические диаграммы. Одна из этих программ называется Nutmeg, и ее выходные данные выглядят примерно так:
Рисунок 12 – Результат преобразования выходных данных SPICE программой Nutmeg
Обратите внимание, как Nutmeg выводит график напряжения на резисторе v(1) (напряжение между узлом 1 и предполагаемой опорной точкой узла 0) в виде линии с положительным наклоном (от нижнего левого к верхнему правому углу). Станете ли вы когда-нибудь опытным в использовании SPICE, не имеет отношения к его применению в данной книге. Важно только то, чтобы вы поняли, что означают числа в отчете, созданном SPICE. В следующих примерах я приложу все усилия, чтобы аннотировать численные результаты SPICE, чтобы устранить любую путаницу и раскрыть всю мощь этого удивительного инструмента, который поможет вам понять поведение электрических цепей.
Программный пакет LTspice
В качестве альтернативы консольному симулятору SPICE можно рассмотреть использование программного обеспечения LTspice от Analog Devices. LTspice представляет собой мощный программный пакет, включающий в себя SPICE-симулятор, редактор принципиальных схем и средство просмотра осциллограмм с улучшениями и моделями, позволяющими упростить моделирование аналоговых схем.
Основы работы с LTspice представлены в следующих статьях:
А ниже показаны скриншоты примера схемы и ее анализа.
Рисунок 13 – Пример схемы в LTspice 
Рисунок 14 – Пример анализа схемы в LTspice