IsSpiceIsSpice

電路模擬教學電路模擬教學

虛擬電子電路實驗室虛擬電子電路實驗室

電子繪圖 取代麵包板或 PCB 組裝之電路 儀器設備 1. 交直流電源供應器

2. 信號產生器

3. N 通道數位儲存式示波器4. 電壓電流功率測試棒5. FFT 分析儀6. 交流頻率響應分析儀

7. 電子式負載8. 邏輯分析儀

Free of Charge

免費成立虛擬電路實驗室

IsSpiceIsSpice 虛擬電路實驗室虛擬電路實驗室

Demo CDDemo CD

2

Vout

Rload100

7

Vac

5

1N4001 1

4

Id

Vsec

110/12

110V,60Hz

Vd

Rs

Iin

6. 分析 Vac 投入時為最大值 (cos) ，分析 Iin

2159K-29.7M<x>1.00MEG-55.7<x> 120K50K100K200K500K1MEGWFM.1 VDB(VOUT) vs. FREQUENCY in Hz10.00-10.00-30.0-50.0-70.0VDB(VOUT) in dB (Volts)18090.00-90.0-180PHASE(VOUT) in Degx = 841K y = -55.7

1. 求輸出之直流電壓值 2. 求漣波因數3. 說明加上濾波電容對 Vdc 、 Vr 與 Id 之影響4. 說明加上抗流電感對 Vdc 、 Vr 與 Id 之影響

5. 分析 Iin 之諧波成分，

整流與濾波電路整流與濾波電路

2159K-29.7M<x>1.00MEG-55.7<x> 120K50K100K200K500K1MEGWFM.1 VDB(VOUT) vs. FREQUENCY in Hz10.00-10.00-30.0-50.0-70.0VDB(VOUT) in dB (Volts)18090.00-90.0-180PHASE(VOUT) in Degx = 841K y = -55.7

1. 直流電壓值 Vdc = 9.7874V

2. 求漣波因數 r = Vrrms / Vdc = 5.132 / 9.7874 = 0.5244

漣波因數太大，不適用於電源供應器

加一濾波電容看看

整流電路 整流電路 - - VdcVdc 與 與 rr

2159K-29.7M<x>1.00MEG-55.7<x> 120K50K100K200K500K1MEGWFM.1 VDB(VOUT) vs. FREQUENCY in Hz10.00-10.00-30.0-50.0-70.0VDB(VOUT) in dB (Volts)18090.00-90.0-180PHASE(VOUT) in Degx = 841K y = -55.7

2

Vout

2

Rload100

2 22

C247u

2 27

Vac

5 2

1N4001 1 5

4 4

5

4

2

4

4

4

4

Id

4 4

5 5

5

4

Vsec

110/12

110V,60Hz

5 5

44

5

Vd

7 1

Rs

Iin

C Vdc Vr r Id

濾波電容對整流電路之影響濾波電容對整流電路之影響

測 試性能測試

故障分析

妥善率測試

測試程序

裁決 量 產重新設計

實物測試

試製樣品

• 節省開發成本 免庫存零件，電路分析結果符合規範再做樣品。

模擬可預知可能之錯誤，避免設計不良的產品上線。

• 縮短開發時間 以電腦模擬比做電路板快多了。

• 量所不能量 實際電路無法量測，或僅是想像與數學概念的電路 應用模擬技術可辦到。

• 安 全 錯誤的設計或是高電壓、大電流電路具有危險性， 模擬則發現電路功能不對。

為什麼要應用模擬軟體為什麼要應用模擬軟體

SPICE (Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis)

60’ 開始發展電路模擬軟體。 70’SPICE2G.6 逐漸為工業界接受，並持續發展。 80’SPICE 3 發展成功 ， SPICE 已進入新的領域。

SPICE 3A.7 - March 1986 - SPICE3 第一個版本SPICE 3E.2 - April 1991 - 第一個取代 2G.6 的版本SPICE 3F.5 - Oct. 1992 - 最新版本XSPICE - 1992

SPICESPICE 發展史發展史

所有電子電路之應用：線性與非線性 電路之時域、頻率響應、雜訊、溫度、傅立葉、失真與設計妥善性分析。

IC 設計 ( Bsim3v3 、 Bsim4 )

電力電子與電源供應器電路之應用濾波器與高頻電路設計混合信號 (類比、數位 )之應用混合技術 (機電整合 )之應用

IsSpiceIsSpice 能做什麼能做什麼 ??

SAMPLE CIRCUIT.controlshowmod q.endc.AC DEC 10 1 1G.TRAN 1N 100N.PRINT TRAN V(4) I(V3) V(7) V(8) V1 1 0 AC 1 PULSE 0 1 0 0 0 50NC1 1 2 .01UQ1 3 7 0 QN2222D1 11 9 DLASERR6 11 3 750V4 11 0 5.MODEL QN2222 NPN(IS=1.9E-14 BF=150 + NE=2.5 BR=7.5 VAR=6.38 IKR=.012) .MODEL DLASER D N=2.END

電路拓撲

控制指令

標題

模型

ICL 控制區段

IsSpiceIsSpice 最佳最佳 Netlist Netlist 結構結構 IsSpiceIsSpice 最佳最佳 Netlist Netlist 結構結構

激勵信號

電壓源

ICAP/4ICAP/4 系統軟體系統軟體

SpiceNet 電路圖輸入軟體PreSpice 模型資料庫IsSpice 電路模擬器IntuScope 波形分析處理軟體IsEd 文字編輯器Symbol Editor 符號編輯軟體

模擬指示AC, DC, Tran, etc.

組合不同的階層電路成為某一種結構之電路

7 8

C1

11

R4 390

Y8 12

Q22N2222 16

Q32N2222

R5 470

13

17

Q42N2222

VCC

18

X4HL7801E

R61k

R9470

R1027

R11330

vpd

vq4e.01u

Sample Circuit

1

R7 820

VCC

VEE

20

19

X5LM741N

VCC

VEE

21

R3 10k

C3.01u

R12 10k

R135k

R14100

C2 .01u

Vin

vin

vq3e

Vcc5

Vee-5

VEE

1

32

Layer #

Netlist量測指示Prop delay,

Max, Min etc.

描述電路

ICL 指令SPICE 指令

設計電路之要素：元件值、公差、激勵信號與故障模式

4

Configuration 1組合 Layer 1 與 3

完整的分析模式 多種電路結構、激勵信號與分析模式 故障模式、測試與量測群組

多層結構電路多層結構電路

I(V4)IC

I(V5)IA

I(V6)IB V(22)

VB

V(55)VC

V(23)VA

PHASE 120

PHASE 0

PHASE -120

NEUTRAL

V(54)VHI

R22200

R24200

R25200

R26200

R27200

R28200

I(V7)IT1

I(V8)IT3

I(V9)IT5

I(V10)IT2

I(V11)IT4

I(V12)IT6

V(57)VLO

I(V13)I1

I(V17)I2 I(V18)

IOUT

VOUT 100 V/DIV FFT 1KHZ/DIV

VA, VB, VC 100 VOLTS/DIV

IA, IB, IC 2 AMPS/DIV

L11H

R29100

23

2

31

22

36

54

57

15 29 27

44

16 55

18

20

1142 37 35

263234

25 43 19

4750 52

58

66

• 廣泛應用之電力電子元件模型 • 完整的波形分析、 FFT 、 溫度響應研究

應用範例 應用範例 - - 三相全可控轉換器三相全可控轉換器

X1PWMXFM

R122

C10.01U

D1 DSWIT

D2DSWIT

R20.067

C26800U

R30.036

C31127.5U

R41

C44.7U

RL1

D3 DSWITR6 1

V1170

C5250U

C7 0.001U R7 27K C8 220P

R8 180K

C90.01U

R9 15K

C100.01U

R10 2.2K

R1117.746K

R128.25K

R134.7K

R14 562 C110.0047U

R15261

V(15)HISV6

Comp

E/A

5V

Ref.Osc.

-

+

X3SG1524

V(15)Tran

5.06

4.79500U0 time

4-16-9412:44:41

V(25)Tran

1.62

1.53500U0 time

4-16-9412:45:17

V(12)Tran

498M

328M500U0 time

4-16-9412:44:47

HISV2Tran

169

169500U0 time

4-16-9412:44:58

169 5.92

0

369M

5.92

5.00

0

5.00 5.00 5.00

170170

0

2.77 2.77 1.59

0

1.59

1.59

5.00

1.595.00

369M

10.00

5.00

7 2

17

12

1

15

6

3 8 9

1011

14

5 16 19

18

25

20

4

2221

13

26

27

應用範例 應用範例 - - 直流電源供應器直流電源供應器

SpiceNetSpiceNet

電腦繪圖實務電腦繪圖實務

ICAP/4ICAP/4

PreSpice

波形分析

最 佳 化 掃 描電路圖輸入法SpiceNet

交談式模擬

IntuScope

交談式修改元件值與即時波形顯示

自動產生 Netlist 波形處理與分析

模型資料庫

即時波形顯示交談式指令語言

IsSpice4

IsSpiceIsSpice 軟體執行程序軟體執行程序

元件模型

練習練習 11 ：： IsSpiceIsSpice 模擬初體驗模擬初體驗1. 進入 SpiceNet 開啟 Sample3.dwg

2. 執行 IsSpice 模擬，以 IntuScope 顯示波形3. 虛擬實驗室示波器即時波形顯示

想像你在實驗室中，應用示波器量測相關波形

練習練習 22 ：電路相關波形顯示與分析：電路相關波形顯示與分析

1. Shift + Probe

2. 量測節點電壓波形3. 量測分支電流波形4. 量測元件消散功率波形

已送電的麵包板或樣品電路

現在，你面前的電腦就是個人專用電子電路實驗室

• 畫面縮放 - 功能鍵 - 滑鼠右鍵 • 畫面位移

• 置放元件• 移動 / 選取元件 - 滑鼠左鍵• 屬性對話欄 - 於元件按滑鼠左鍵二次

• 接線 - 選 按住滑鼠左鍵移動滑鼠 - 注意跳線與斜線畫法

滑鼠之應用滑鼠之應用

1. 正確的電路結構

2. 正確的激勵信號與電源

3. 正確的 SPICE 屬性

4. 適當的分析指令

5. 輸出指令

輸入電路圖的必備要素輸入電路圖的必備要素

繪製電路圖應用繪製電路圖應用

• 置放元件 輸入關鍵字 (R, L, C)

由元件瀏覽視窗選取

• 接線與編輯• 屬性對話欄 - 於元件按滑鼠左鍵二次

輸入電路圖的必備要素 :

1) 正確的電路結構2) 正確的激勵信號與電源3) 正確的 SPICE 屬性4) 適當的分析指令5) 輸出指令

輸入關鍵字 (R, L, C) 或元件編號輕易繪製電路圖

Type "R L C" to getType "R L C" to get

BACKBACK

以關鍵字繪製電路圖以關鍵字繪製電路圖

由元件瀏覽視窗選取

Parts Browser Parts Browser 元件資料庫元件資料庫

BACKBACK

設定元件屬性設定元件屬性• SPICE 屬性對話欄 -

• 元件值• 激勵源 (pulse, sin

....)

繪圖步驟：1) 正確的電路 netlist 2) 正確的激勵源與電源3) 正確的 SPICE 屬性

設定弦波信號範例設定弦波信號範例

漂移電位 : 0V 振福 : 0.1V 頻率 : 1KHz

輸入電路圖的必備要素 :

1) 正確的電路結構2) 正確的激勵信號與電源3) 正確的 SPICE 屬性4) 適當的分析指令5) 輸出指令

主動元件主動元件屬性屬性• 屬性對話欄

• 元件數值• 模型編號 ( 自動置放 )• 標籤置放• 波形顯示

T 1E12

G 1E9

MEG 1E6

K 1E3

M 1E-3

MIL 25.4E-6

U 1E-6

F 1E-15

P 1E-12

N 1E-9

數值文字代碼數值文字代碼

輸入電路圖的必備要素 :

1) 正確的電路結構2) 正確的激勵信號與電源3) 正確的 SPICE 屬性4) 適當的分析指令

分析指令之設定分析指令之設定 • 分析指令告知模擬器要做何種分析

• 對話欄輸入法，多層結構設定• 任何 ICL 語法• 分析與收斂精靈

NEXTNEXT

暫 態 響 應 分 析暫 態 響 應 分 析

記錄資料時間由 0 到 2ms

每 10us 取一筆資料

?

SIN SOURCE TEST CIRCUIT V1 1 0 SIN 0 1 1KHZ

.TRAN 0.5ms 2ms .TRAN 0.25ms 2ms

.TRAN 0.125ms 2ms .TRAN 0.01ms 2ms

Tstep Tstep 資料點數之影響資料點數之影響

BACKBACK

.TRAN 控制指令格式： .TRAN tstep tstop [tstart [tmax]] [UIC]

範例： .TRAN 50ns 1us .TRAN 50ns 10us 9us 200ns

語法： tstep - 依 tstep 值印出波形

tstop - 分析終止時間 tstart - 儲存資料起始時間 tmax - 計算響應之最大測試點時間 UIC - 選用初值條件

分 析 控 制 指 令分 析 控 制 指 令

Test PointTest Point 輸出指令輸出指令• Test Point 置放位置 • 測試點符號對話視窗

• 更改 Name • 注意正負節點編號

• Real Time 顯示刻度調整

繪圖步驟：1) 正確的電路 netlist 2) 正確的激勵源與電源3) 正確的 SPICE 屬性4) SPICE 分析指令5) 輸出指令 (print)

應用 PULSE 指令描述 10KHz +/-10V 方波信號

方波信號產生器模擬方波信號產生器模擬

1

V1

1

Y1volts

範 例： VIN 1 0 DC 15 PULSE 0 1 ( 混合分析 )

VCC 5 0 5V ( 電源供應器 )

VM1 2 3 ( 電流表 )

VCC 5 0 AC 1 ( 頻率掃描、波德圖 )

VM1 2 3 SIN 0 1 1KHz ( 時域分析 )

並非用於交流分析

電源與信號產生器電源與信號產生器

PULSE v1 v2 td tr tf pw per

Parameterv1 初值v2 最大值td 延遲時間tr 上升時間tf 下降時間pw 脈衝寬度per 週期

td

tr

per

tf

pw

PulsePulse 信號產生器信號產生器

善用 phase delay ，其單位為角度

請應用 PULSE 指令描述下列信號：1KHz 0~10V 三角波信號

練習練習 33 ：建立：建立三角波信號源三角波信號源

SIN vo va freq td Kd

Parameter

vo 漂移va 振幅freq 頻率td 延遲時間kd 衰減係數

vo

va

td

v = vo + va x EXP((td - t) x Kd) x SIN(2 x x freq x (t - td))

SinSin 信號產生器信號產生器

善用 phase delay ，其單位為角度

請應用 SIN 指令描述下列信號：1KHz 10Vp_p 正弦波信號

練習練習 44 ：： 建立 建立 sinsin 信號源信號源

請應用 SIN 指令描述下列信號：10KHz 5Vp_p COS 信號

練習練習 55 ：： 建立 建立 cos cos 信號源信號源

t1,v1t2,v2

t3,v3tn,vn

PWL t1 v1 t2 v2 ..… tn vn

應用各點之間的直線，產生片斷線性波形。

tn vn 對應時間 tn 時之電壓 vn

PWLPWL 信號產生器信號產生器

請應用 PWL 指令描述如下任意波形信號

練習練習 66 ：： PWLPWL 實務應用實務應用

t2,v20,0

1ms,0v

7ms,10v 10ms,10v

15ms,5v

17ms,7v

直流分析 交流分析.DC 直流分析 .AC 交流分析.OP 操作點 .NOISE 雜訊分析.TF 轉移函數 .DISTO 失真分析.NODESET 節點電壓初值 .SENS 靈敏度分析.SENS 靈敏度分析 .PZ 極靈點分析

暫態分析 輸出控制.TRAN 暫態分析 .PRINT 列印控制.IC 初值 (UIC) .FOUR 傅立葉分析.VIEW 及時波形顯示

IsSpice IsSpice 分析指令與格式分析指令與格式

電路圖測試波形顯示電路圖測試波形顯示 • 需求 :

• IsSpice 必需在執行狀態• 選取 AC, DC, Tran 或 OP 與電壓 / 電流或消散

功率 點選節點 - 觀察電壓波形點選元件 - 觀察電流波形

自動顯示節點電壓

ICAP/4ICAP/4

波形分析與應用波形分析與應用 IntInt

uScopeuScope