Simulazione elettronica Simulazione elettronica analogica e digitale con SPICE analogica e digitale con SPICE

e progettazione del Layoute progettazione del Layout

Caratteristiche generali del simulatoreCaratteristiche generali del simulatore Tipologie di analisi possibili con Spice:Tipologie di analisi possibili con Spice:

DC Operating PointDC Operating Point AC AnalysisAC Analysis Transient AnalysisTransient Analysis Temperature SweepTemperature Sweep DC SweepDC Sweep Paramiter SweepParamiter Sweep

Progetti sviluppati con il simulatore: Progetti sviluppati con il simulatore: Analisi del Filtro RC - CRAnalisi del Filtro RC - CR Analisi del Circuito Risonante RLC Analisi del Circuito Risonante RLC FasoriFasori Analisi di un Trasformatore Analisi di un Trasformatore Curve caratteristiche del diodo e del transistorCurve caratteristiche del diodo e del transistor

Progetto finale:Progetto finale: Amplificatore controreazionato Amplificatore controreazionato Alimentatore SwitchingAlimentatore Switching

I programmi di simulazione circuitale I programmi di simulazione circuitale costituiscono uno strumento di estrema costituiscono uno strumento di estrema utilità per chi si occupa di progettazione di utilità per chi si occupa di progettazione di circuiti elettronicicircuiti elettronici

Essi rendendo semplici le verifiche Essi rendendo semplici le verifiche funzionali di un progettofunzionali di un progetto

Il simulatore SPICE “Simulation program Il simulatore SPICE “Simulation program With Integrated circuit Emphasis” è With Integrated circuit Emphasis” è utilizzato universalmente per la utilizzato universalmente per la simulazione di circuiti elettronici analogici simulazione di circuiti elettronici analogici e digitalie digitali

Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro “in regime continuo” di un circuito elettrico“in regime continuo” di un circuito elettrico

È usata per determinare le condizioni di È usata per determinare le condizioni di

lavoro di uno o più dispositivi elettronicilavoro di uno o più dispositivi elettronici Per osservare le funzioni di trasferimento dei Per osservare le funzioni di trasferimento dei

elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS).elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS). Per determinare le condizioni iniziali degli Per determinare le condizioni iniziali degli

elementi reattivi nel dominio del tempoelementi reattivi nel dominio del tempo

Questo tipo di analisi, elabora la risposta Questo tipo di analisi, elabora la risposta in frequenza di un circuito elettrico, in frequenza di un circuito elettrico, costituiti da elementi lineari (es: costituiti da elementi lineari (es: resistenza, induttanza, capacità, resistenza, induttanza, capacità, trasformatore, generatore di tensione e trasformatore, generatore di tensione e di corrente)di corrente)

Esso Esso ipotizzaipotizza le sorgenti del segnale le sorgenti del segnale sinusoidale la cui frequenza è la variabile sinusoidale la cui frequenza è la variabile indipendenteindipendente

Questa analisi elabora la risposta nel Questa analisi elabora la risposta nel dominio del tempo, essendo una variabile dominio del tempo, essendo una variabile indipendente, di un circuito elettricoindipendente, di un circuito elettrico

L’analisi del transitorio permette di L’analisi del transitorio permette di valutare il comportamento di una circuito valutare il comportamento di una circuito elettrico, come lo si farebbe con uno elettrico, come lo si farebbe con uno oscilloscopio su un realistico circuitooscilloscopio su un realistico circuito

Questa analisi ha come parametro Questa analisi ha come parametro variabile la temperatura a cui si trova il variabile la temperatura a cui si trova il circuitocircuito

Per ciò che riguarda i modelli di molti Per ciò che riguarda i modelli di molti comportamenti, si riproducono diversi comportamenti, si riproducono diversi fenomeni legati alla temperaturafenomeni legati alla temperatura

Questo tipo di analisi, esegue ripetute Questo tipo di analisi, esegue ripetute interazioni DC (corrente continua) interazioni DC (corrente continua) sequenziali, considerando in ciascuna un sequenziali, considerando in ciascuna un valore per una o più sorgenti DC presenti valore per una o più sorgenti DC presenti nel circuito elettriconel circuito elettrico

Permette di tracciare le funzioni di Permette di tracciare le funzioni di trasferimento in DC di un dispositivo attivotrasferimento in DC di un dispositivo attivo

Questo tipo di analisi parametrica, in un Questo tipo di analisi parametrica, in un circuito elettronico, permette di variare le circuito elettronico, permette di variare le sorgenti di tensione e corrente, modelli, sorgenti di tensione e corrente, modelli, parametri globali e temperature.parametri globali e temperature.

I parametri del tipo di analisi si I parametri del tipo di analisi si cambiano nel pannello di controllo cambiano nel pannello di controllo “Simulations profile” “Simulations profile”

Si definisce Banda Passante la frequenza in Si definisce Banda Passante la frequenza in cui l’ampiezza del segnale si attenua di -3dBcui l’ampiezza del segnale si attenua di -3dB

Il circuito RC, noto come Passa – Basso, è Il circuito RC, noto come Passa – Basso, è una tipologia di filtro che ha la caratteristica una tipologia di filtro che ha la caratteristica di attenuare le frequenze altedi attenuare le frequenze alte

Il circuito CR, noto come Passa – Alto, ha la Il circuito CR, noto come Passa – Alto, ha la caratteristica di far passare solo le alte caratteristica di far passare solo le alte frequenze attenuando le bassefrequenze attenuando le basse

Studio della variazione d’ impedenza Studio della variazione d’ impedenza in funzione della frequenzain funzione della frequenza

Simulazioni del modulo e della fase Simulazioni del modulo e della fase Definizione di Banda passante Definizione di Banda passante

(frequenza di taglio)(frequenza di taglio)Analisi comportamentale in risonanzaAnalisi comportamentale in risonanza

Se ad una rete elettrica, qualunque essa sia, Se ad una rete elettrica, qualunque essa sia, viene applicato un segnale sinusoidale con viene applicato un segnale sinusoidale con pulsazione w, il segnale d’uscita dopo un periodo pulsazione w, il segnale d’uscita dopo un periodo transitorio sarà anch’esso un segnale sinusoidale transitorio sarà anch’esso un segnale sinusoidale con pulsazione w.con pulsazione w.

Rete elettrica

Vin Vout

Vi*cos(*t) Vo*cos(*t-)+ +

- -

In altri termini, l’analisi della rete elettrica può In altri termini, l’analisi della rete elettrica può essere semplificata, passando dal dominio del essere semplificata, passando dal dominio del tempo a quello dei “tempo a quello dei “fasorifasori”.”.

I fasori spostano l’analisi dal campo reale a quello I fasori spostano l’analisi dal campo reale a quello complesso.complesso.

Il termine che contiene cos(w*t) viene ridotto Il termine che contiene cos(w*t) viene ridotto considerando solo modulo e fase.considerando solo modulo e fase.

Vi* cos(w*t) Vi* cos(w*t) Vi Vi

Vo*cos(w*t-f) Vo*cos(w*t-f) Vo*exp(-jf) Vo*exp(-jf)

I fasori si rappresentano nel campo complesso I fasori si rappresentano nel campo complesso (spazio a due dimensioni)(spazio a due dimensioni)

Parte reale

Parte immaginaria

Vi

Vo*exp(-jVo*exp(-j))

Nel dominio dei fasori R , 1/jwC e jwL prendono il Nel dominio dei fasori R , 1/jwC e jwL prendono il nome di “nome di “impedenzeimpedenze”. Una generica impedenza ”. Una generica impedenza si indica con il simbolo Z.si indica con il simbolo Z.

L’impedenza è molto simile alla resistenza nel L’impedenza è molto simile alla resistenza nel dominio del tempo poichè esprime il rapporto tra dominio del tempo poichè esprime il rapporto tra tensione e corrente.tensione e corrente.

In caso di più componenti è possibile calcolare il In caso di più componenti è possibile calcolare il valore dell’impedenza equivalente.valore dell’impedenza equivalente.

Impedenza serieImpedenza serie

Zeq = R + 1/jwCZeq = R + 1/jwC

R 1/jC

Impedenza paralleloImpedenza parallelo

Zeq = (1/R + jwC)Zeq = (1/R + jwC)-1-1

R

1/jC

Si possono applicare anche teoremi importanti come il Si possono applicare anche teoremi importanti come il teorema di Thevenin e il teorema di Norton.teorema di Thevenin e il teorema di Norton.

Z1 Z2

Z3

VZeq

Veq

La rappresentazione delle impedenze sul piano La rappresentazione delle impedenze sul piano complesso diventacomplesso diventa

Parte immaginaria

R

1/j1/jCC

jjLL

Parte reale

Studio e simulazioni di Studio e simulazioni di accoppiamento tra induttoriaccoppiamento tra induttori

Misura di una induttanzaMisura di una induttanzaStudio della curva di Isteresi che Studio della curva di Isteresi che

rappresenta il campo magnetico e la rappresenta il campo magnetico e la permeabilità magnetica permeabilità magnetica

All’ organizzazione del SIS-Divulgazione, per All’ organizzazione del SIS-Divulgazione, per l’efficienza dell’ organizzazione e l’ accoglienza;l’efficienza dell’ organizzazione e l’ accoglienza;

Al Professore Mario Calvetti Direttore dell’ INFN per Al Professore Mario Calvetti Direttore dell’ INFN per la sua disponibilita’ allo svolgimento dei corsi;la sua disponibilita’ allo svolgimento dei corsi;

Ai nostri professori per essersi impegnati nella Ai nostri professori per essersi impegnati nella realizzazione dello stage.realizzazione dello stage.

Bazzi Massimiliano Bazzi Massimiliano

Corradi Giovanni Corradi Giovanni

Tagnani Diego Tagnani Diego