Proiectarea circuitelor electronice cu ajutorul programului Spice

O proiectare moderna a unui circuit electronic nu se poate concepe fara

utilizarea unui program CAD pentru electronica. Cele mai cunoscute programe folosite in acest scop sunt programele de tip SPICE si ORCAD. Desi nu sunt programe destinate sintezei de circuit (exista si astfel de programe, dar sunt mai putin raspandite), utilizarea lor in proiectare devine aproape indispensabila atunci cand se doreste optimizarea unei solutii initiale prin repetari succesive, cu ajutorul calculatorului. De fapt procesul de proiectare poate fi considerat ca un proces repetativ de analiza si imbunatatire a unei solutii, care se termina atunci cand se indeplinesc

toate cerintele impuse prin tema de proiectare.

SPICE este un program de simulare si analiza cu ajutorul calculatorului a circuitelor si sistemelor electronice. El permite proiectantului sa decida ce schimbari sunt necesare in circuit pentru a-i optimiza performantele, fara a realiza fizic circuitul si da posibilitatea de a verifica daca circuitul electric proiectat functioneaza corect.

Initialele SPICE provin de la Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis, ceea ce inseamna program de simulare destinat pentru simularea circuitelor integrate. Programul original SPICE a fost dezvoltat in Laboratorul de Cercetari Electronice de la Universitatea Berkeley din California si pus la dispozitia publicului in anul 1975 (SPICE 2).

Programul SPICE despre care vom discuta este Design Center, un mediu integrat sub Windows, produs de firma americana MicroSim Corporation. Acest mediu contine subprograme de editare, analiza si prezentare a rezultatelor obtinute. Cea mai importanta parte a programului de simulare o reprezinta subprogramul de analiza, care executa analizele de circuit specificate in fisierul editat, iesirile din acest subprogram furnizand date pentru a fi utilizate ulterior de subprogramul de prezentare

a rezultatelor, care materializeaza rezultatele sub forma de grafice si texte.

Subprogramul de analiza contine procedeele numerice ale reprezentarii matematice a circuitului. Pentru a trece de la circuitul propriu-zis la un sistem matematic de ecuatii, elementele de circuit utilizate in SPICE (rezistoare, condensatoare, surse, diode, tranzistoare, amplificatoare operationale, etc.) sunt reprezentate prin modele matematice. Sistemul de ecuatii care descrie intregul circuit este determinat de ecuatiile modelului fiecarui element si relatiile topologice care sunt date de interconectarea elementelor. Relatiile topologice au la baza legile lui Kirchhoff iar comportarea generala a circuitului este descrisa printr-un sistem de ecuatii

diferentiale, ale carui solutii se obtin prin analiza circuitului, pentru diferite cazuri particulare de abordare: analiza de curent continuu (.DC), analiza de curent alternativ (.AC), analiza regimurilor tranzitorii (.TRAN) si altele. Aceste analize se realizeaza pe baza unor metode numerice, care presupun formularea ecuatiilor, rezolvarea ecuatiilor liniare, a ecuatiilor neliniare si integrarea numerica. Simulatorul SPICE contine si alte posibilitati de analiza (analiza Fourier, analiza functiei de transfer,

analiza zgomotului , a distorsiunilor, etc.).

Elementele de circuit SPICE se impart in trei categorii:

- elemente cu 2 terminale;

- elemente cu mai multe terminale;

- dispozitive semiconductoare.

Elemente de circuit cu doua terminale

In SPICE sunt disponibile urmatoarele elemente de circuit cu doua terminale:

- Rezistoare (liniare)

- Condensatoare (liniare si neliniare)

- Bobine (liniare si neliniare)

- Surse de tensiune independente (liniare)

- Surse de curent independente (liniare)

- Diode (neliniare)

Elemente de circuit cu mai mult de doua terminale

Programele SPICE accepta urmatoarele tipuri de elemente de circuit care au mai mult de 2 terminale:

- SPICE2, SPICE3 si PSpice

- Bobine cuplate (liniare si neliniare)

- Surse comandate (liniare si neliniare

- Linii de transmisiune

- Tranzistoare bipolare si cu efect de camp (neliniare)

- SPICE3 si PSpice

- Comutatoare

- Linii de transmisiune cu pierderi

Dispozitive semiconductoare

In SPICE 2 sunt disponibile patru modele diferite de dispozitive semiconductoare:

- Diode - numele dispozitivului incepe cu D;

- Tranzistoare bipolare (TB) - Q;

- Tranzistoare cu efect de camp cu grila-jonctiune (TECJ) - J;

- Tranzistoare cu efect de camp metal-oxid-semiconductor (TECMOS) - M.

In plus fata de aceste elemente, in SPICE 3 si PSpice mai exista:

Marian T., SPICE , Editura Teora, Bucuresti

Campeanu A., Jivet I., ORCAD , Editura Teora, Bucuresti,