1. Описание структуры и параметров элементов электрической схемы

Программа моделирования WinSpice позволяет рассчитывать электрические характеристики схем при действии различных входных сигналов, в частности, режимы по постоянному и переменному току, частотные характеристики, спектральные плотности внутренних шумов и другие характеристики аналоговых устройств, а также моделировать устройства сопряжения аналоговых и цифровых устройств и смешанные аналого-цифровые устройства.

Для моделирования в программе WinSpice необходимо составить файл на входном языке программы, который имеет расширение *.cir. Предварительно всем узлам принципиальной схемы присваивают номера – целые числа от 0 до 9990.

После именования узлов составляют описание структуры электрической схемы и параметров её элементов, которое заносится в файл. В имени файла не допускается применение кириллицы и некоторых служебных символов. В качестве расширения файла рекомендуется использовать *.CIR, которое воспринимается программой WinSpice по умолчанию.

Первая строка файла – строка комментария, которая затем выводится в виде заголовка в выходном файле. Начинать описание схемы с первой строки недопустимо, так как она воспринимается программой как комментарий.

Строки комментариев должны начинаться с символа «*» и могут распологаться в любом месте файла.

Символ «+» в первой позиции означает перенос описания с предыдущей на текущую строку.

.END – последняя строка файла.

Порядок ввода промежуточных строк значения не имеет.

Предложения входного языка программы WinSpice делятся на описания компонентов и директивы.

Описанием компонента считается любая строка, не начинающаяся с символа «.» (кроме первой строки и строк комментариев и продолжений). Описание компонента имеет следующую структуру:

<имя компонента> <номера двух подключения> <параметры компонента>

Типа компонента определяется первым символом его имени. Типы компонентов приведены в табл.1.

Таблица 1

Типы компонентов

Первый символ	Тип компонента
С	Конденсатор
D	Диод
Q	Биполярный транзистор
R	Резистор
V	Независимый источник напряжения

Номера узлов подключения компонента в схеме перечисляются в определенном порядке, установленном для каждого компонента. В качестве параметров компонента указывется его номинал или имя модели.

В программе WinSpice допускается масштабирование чисел с помощью суффиксов, приведенных в табл.2, при этом прописные и строчные буквы не различаются.

Например, сопротивление 5,1 кОм может быть задано несколькими способами: 5100, 5.1К, 5.1k, 5.1е3.

Рассмотрим описание некоторых пассивных компонентов.

Таблица 2

Масштабные коэффициенты

Суффикс	Масштабный коэффициент	Наименование
f	10–15	фемто
p	10–12	пико
n	10–9	нано
u	10–6	микро
m	10–3	милли
К	103	кило
MEG	106	мега

Резистор описываетя предложением:

Rxxx <+узел> <-узел> <значение> [(TEMP=значение)]

Здесь ххх – произвольная алфавитно-цифровая последовательность общей длиной не более 7 символов, которая пишется слитно с символом R и вместе с ним образует имя компонента.

<+узел> первый узел включения резистора (предполагается, что это узел с положительным потенциалом).

<–узел> второй узел включения резистора (предполагается, что это узел с потенциалом, меньшим чем в +узел).

Порядок записи узлов определяет направление электрического тока через компонент. Если направление тока не совпадает с описанным в файле, то в результатах расчёта он имеет отрицательное значение.

TEMP – температура корпуса компонента.

Пример описания резистора: R1 1 2 150К (TEMP=45)

Конденсатор описывается предложением:

Сххх <+ узел> <– узел> <значение>[(TEMP=значение)]

Пример описания конденсатора: С1 3 4 1500p (TEMP=26)

Независимый источник постоянного напряжения описывается предложением:

Vxxx <+узел> <–узел> DC <значение>

Пример описания источника постоянного напряжения:

Vin 2 3 DC 5.5

Полупроводниковые приборы

Описание полупроводникового прибора содержит имя компонента, номера узлов подключения и имя модели.

Диод описывается предложением:

Dxxx <узел анода> <узел катода> <имя модели> [(TEMP=значение)]

Пример описания диода: D1 2 6 D104 (TEMP=38)

Биполярный транзистор описывает предложением:

Qxxx < узел коллектора > <узел базы> <узел эмиттера> <имя модели>

+[(TEMP=значение)]

Пример описания транзистора: Q1 2 8 6 KT315V (TEMP=63)

Математические модели полупроводниковых приборов, используемые в программе WinSpice, описываются большим количеством параметров. Для элементов с разными типономиналами набор параметров отличается. Задают набор параметров с помощью директивы .MODEL:

.MODEL <имя модели> <имя типа модели>

+ (<имя параметра>= <значение>)

Здесь <имя модели> – имя модели компонента схемы, например, KT315V, D104. Тип компонента определяется <именем типа модели>. В данной работе используются следующие имена:

D –диод;

NPN – биполярный n-p-n транзистор;

PNP – биполярный p-n-p транзистор.

В директиве .MODEL в круглых скобках указывают список значений параметров модели компонента (если этот список отсутствует или не полный, то недостающие значения параметров модели назначаются по умолчанию).

Примеры директивы MODEL:

.MODEL D104 D(IS=1E-10)

.MODEL KT315V NPN(IS=1E-11 BF=50)

Перечень и смысл параметров модели подробно объясняются в [1].

Вид расчета (стационарный, частотный или динамический) задается с помощью директивы. В работе необходимо провести стационарный расчёт электрический процессов (расчет режима по постоянному току), для описания которого используют директиву .DC. Причем расчёт производят при вариации номинала входного источника постоянного напряжения.

.DC <имя переменной> <начальное значение напряжения>

+ <конечное значение напряжения> <приращение>

Пример директивы .DC:.DC Vin 0.5 5.0 0.25

Данный пример задает расчет режима по постоянному току при изменении напряжения источника Vin от 0,5 до 5,0 В с шагом 0,25 В.

Просмотр результатов моделирования. Для вывода результатов моделирования в выходной текстовый файл с расширением *.OUT используют директиву PRINT:

.PRINT DC <выходная переменная>

где <выходная переменная> – обозначение выходной переменной (характеристики). В качестве выходных переменных служат напряжения в узлах V(номер узла) и токи через источники напряжения I (имя источника).

В выходном файле каждая колонка соответствует одной переменной. В первой колонке помещается независимая переменная – постоянное напряжение входного источника (режим DC), в других колонках – значения выходных переменных.

Пример дирекивы .PRINT:

.PRINT DC V(3) V(5)

В данном случае в выходной файл выводятся значения потенциалов в узлах 3 и 5, полученные в результате расчета режима по постоянному току.