Elektroniksimulation mit PSPICE: Analoge und digitale Schaltungen mit ausführlichen Simulationsanleitungen

von: Bernhard Beetz

Vieweg, 2008

ISBN: 9783834894502

Sprache: Deutsch

419 Seiten, Download: 6249 KB

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Elektroniksimulation mit PSPICE: Analoge und digitale Schaltungen mit ausführlichen Simulationsanleitungen

	Vorwort zur 3. Auflage	6
	Vorwort zur 2. Auflage	7
	Vorwort zur 1. Auflage	8
	Inhaltsverzeichnis	9
	1 Bevor Sie beginnen	14
	1.1 Lernziele und Konzeption des Buches	14
	1.2 Installation der PSPICE Demoversion 9.1	17
	2 Schneller Einstieg in CAPTURE und PSPICE	20
	2.1 Mit CAPTURE die Schaltung eingeben	20
	2.2 Die Analyseart festlegen	29
	2.3 Die Schaltung simulieren und in PROBE darstellen	31
	2.4 Mit mehreren Simulationsprofilen arbeiten	33
	2.5 Die Ausgabedatei von PSPICE (Output-File)	35
	2.6 Zusammenfassung der wichtigsten Befehle	38
	3 Die Quellen in PSPICE kurz und bündig	40
	3.1 Quellen für analoge Schaltungen	40
	3.1.1 Gleichspannungsquellen	41
	3.1.2 Einfache Wechselspannungsquelle VAC	42
	3.1.3 Sinusquelle VSIN	43
	3.1.4 Quellen mit frequenzmoduliertem Signalverlauf	44
	3.1.5 Impulsförmige Quelle VPULSE	45
	3.1.6 Quellen mit stückweise linearem Verlauf	46
	3.1.7 Quellen mit exponentiellem Signalverlauf	48
	3.2 Quellen für digitale Schaltungen	49
	3.2.1 Digitale Signalquelle für 1 Bit	50
	3.2.2 Digitale Signalquelle für 4 und mehr Bits	51
	3.2.3 Digitale Taktquelle DigClock	52
	3.2.4 Digitale Signalverläufe in einer Datei	52
	3.3 Stimulus-Quellen	53
	3.3.1 Analoge Stimulus-Quelle VSTIM	53
	3.3.2 Digitale Stimulus-Quelle DigStim	54
	4 Kompaktkurs Analysearten	55
	4.1 Arbeitspunktanalysen (Bias Point)	56
	4.1.1 Bias-Point-Detail-Analyse	57
	4.1.2 Transfer-Function-Analyse (Kleinsignal-Übertragungsfunktion)	57
	4.1.3 DC-Sensitivity-Analyse (Empfindlichkeitsanalyse)	58
	4.2 DC-Sweep-Analyse	58
	4.2.1 Parametric-Sweep (Parameter-Analyse)	61
	4.3 Analyse im Zeitbereich, Transienten-Analyse	62
	4.4 Analysen im Frequenzbereich	63
	4.4.1 Fourier-Analyse (Spektralanalyse)	63
	4.4.2 Wechselstromanalyse und Frequenzgang (AC-Sweep)	65
	4.4.3 Rauschanalyse	67
	4.5 Weitere Analysen	68
	4.5.1 Statistische Analyse (Monte-Carlo-Analyse)	68
	4.5.2 Worst-Case-Analyse	71
	4.5.3 Temperaturanalyse	71
	5 Analoge Schaltungen mit PSPICE simulieren	73
	5.1 Statisches und dynamisches Verhalten von Dioden	74
	5.1.1 Durchlass-Kennlinie einer Diode	74
	Lösung	75
	5.1.2 Emissionskoeffizient und Bahnwiderstand einer Diode	76
	Lösung	77
	5.1.3 Temperatureinfluss auf die Kennlinie einer Diode	80
	Lösung	81
	5.1.4 Simulation des Umschaltverhaltens einer Diode	83
	Lösung	84
	5.1.5 Einweggleichrichterschaltung ohne Ladekondensator	85
	Lösung	85
	5.1.6 Einweggleichrichterschaltung mit Ladekondensator	86
	Lösung	87
	5.1.7 Zweiweggleichrichterschaltung ohne und mit Ladekondensator	89
	Lösung	90
	5.2 Statisches und dynamisches Verhalten von Z-Dioden	91
	5.2.1 Durchlass- und Sperrkennlinie einer Z-Diode	91
	Lösung	92
	5.2.2 Spannungsstabilisierung mit Z-Diode	94
	Lösung	95
	5.2.3 Spannungsstabilisierung mit Z-Diode bei veränderlicher Last	97
	Lösung (	97
	5.2.4 Spannungsbegrenzung	99
	Lösung	99
	5.2.5 Begrenzerschaltung mit zwei Z-Dioden	100
	Lösung	101
	5.2.6 Sollspannungsmesser	102
	Lösung	103
	5.3 Statisches und dynamisches Verhalten von Transistoren	104
	5.3.1 Kennlinien eines Transistors	104
	Lösung	104
	5.3.2 Kleinsignalverstärker in Emitterschaltung	107
	Lösung	107
	5.3.3 Klirrfaktor eines Kleinsignalverstärkers in Emitterschaltung	109
	Lösung	109
	5.3.4 Amplituden- und Phasengang eines Kleinsignalverstärkers	111
	Lösung	111
	5.3.5 Rauschanalyse an einem Kleinsignalverstärker	113
	Lösung	113
	5.3.6 Konstantstromquelle	115
	Lösung	116
	5.3.7 Kollektorschaltung	117
	Lösung	117
	5.3.8 Impedanzwandler mit Kollektorschaltung	119
	Lösung	120
	5.3.9 Indikator für Widerstandsänderung	121
	Lösung	122
	5.3.10 Blinkgeber für 24 V Wechselspannung	123
	Lösung	124
	5.3.11 Schaltung eines einfachen Operationsverstärkers	125
	Lösung	126
	5.3.12 Komplementäre Ausgangsstufe	129
	Lösung	129
	5.4 Statisches und dynamisches Verhalten von Feldeffekttransistoren	131
	5.4.1 Kennlinien eines Feldeffekttransistors	131
	Lösung	131
	5.4.2 Kleinsignalverstärker in Source-Schaltung	134
	Lösung	135
	5.4.3 Amplituden- und Phasengang eines Kleinsignalverstärkers	136
	Lösung	137
	5.4.4 FET in Drain-Schaltung	139
	Lösung	139
	5.4.5 FET als steuerbarer Widerstand	141
	Lösung	142
	5.4.6 Mehrstufiger Verstärker in Source-Schaltung	145
	Lösung	145
	5.4.7 MOSFET als Schalter	147
	Lösung	148
	5.4.8 Sample- and Hold-Schaltung	149
	Lösung	150
	5.4.9 CMOS-Inverter	152
	Lösung	152
	5.4.10 Konstantstromquelle mit JFET	154
	Lösung	155
	5.5.1 Übertragungskennlinie, Offsetspannung und Eingangsströme	156
	Lösung	157
	5.5.2 Frequenzgang eines Operationsverstärkers	159
	Lösung	159
	5.5.3 Invertierender Verstärker	161
	Lösung	162
	5.5.4 Nichtinvertierender Verstärker	163
	Lösung	163
	5.5.5 Frequenzkennlinien des nichtinvertierenden Verstärkers	165
	Lösung	165
	5.5.6 Subtrahierer	167
	Lösung	168
	5.5.7 Addierer	170
	Lösung	171
	5.5.8 Integrator	172
	Lösung	173
	5.5.9 Differenzierer	176
	Lösung	177
	5.5.10 Hochpass erster Ordnung	181
	Lösung	181
	5.5.11 Tiefpass erster Ordnung	183
	Lösung	184
	5.5.12 Bandpass	186
	Lösung	187
	5.5.13 Fensterkomparator	189
	Lösung	190
	6 Digitale Schaltungen mit PSPICE simulieren	192
	6.1 Statisches und dynamisches Verhalten von Schaltnetzen	192
	6.1.1 Simulation aller mit zwei Variablen möglichen Funktionen	192
	6.1.2 Simulation eines einfachen Schaltnetzes	195
	6.1.3 Distributives Gesetz	197
	6.1.4 Das Gesetz von De Morgan	199
	6.1.5 Ringoszillator	201
	6.1.6 Hazards	203
	6.1.7 1-Bit-Vergleicher	207
	6.1.8 4-Bit-Vergleicher	212
	6.1.9 4-Bit-Addierer	217
	6.1.10 4-Bit-Multiplizierer	221
	6.1.11 Digitaler Schmitt-Trigger	226
	6.1.12 Pegelumsetzer analog zu digital	228
	6.2 Statisches und dynamisches Verhalten von Kippschaltungen	233
	6.2.1 RS-Flipflops	233
	6.2.2 Zustandsgesteuertes RS-Flipflop	234
	6.2.3 Taktflankengesteuertes RS-Flipflop	238
	6.2.4 D-Flipflop	240
	6.2.5 JK-Flipflop	242
	6.2.6 Synchroner Schalter für Taktsignal	246
	6.2.7 Synchrones Monoflop	247
	6.2.8 Synchronisation von Impulsen	249
	6.2.9 Synchroner Änderungsdetektor	253
	6.2.10 Bewegungsrichtungs-Diskriminator	254
	6.3 Statisches und dynamisches Verhalten von Zählern	257
	6.3.1 Synchroner mod-5-Vorwärtszähler	257
	6.3.2 Synchroner mod-5-Vorwärts-/Rückwärtszähler	260
	6.3.3 Synchroner mod-8-Rückwärtszähler	262
	6.3.4 Synchroner mod-12-Vorwärtszähler	264
	6.3.5 Synchroner BCD-Vorwärtszähler	266
	6.3.6 Synchroner BCD-Rückwärtszähler im Aiken-Kode	268
	6.3.7 Synchroner 4-Bit-Vorwahlzähler	269
	6.3.8 Synchroner 8-Bit-Vorwärtszähler	271
	6.3.9 Asynchroner mod-5-Vorwärtszähler im Dualkode	275
	6.3.10 Asynchroner mod-8-Vorwärtszähler im Dualkode	278
	6.4 Statisches und dynamisches Verhalten von Schieberegistern	279
	6.4.1 4-Bit-Parallel-Serien-Umsetzer	279
	6.4.2 4-Bit-Serien-Parallel-Umsetzer	281
	6.4.3 4-Bit-Universal-Schieberegister	284
	6.4.4 8-Bit-Serien-Parallel-Umsetzer	287
	6.4.5 8-Bit-Schieberegister	289
	6.4.6 8-Bit-FIFO	290
	6.4.7 Rückgekoppeltes Schieberegister (4-Bit-Umlaufregister)	292
	6.4.8 Rückgekoppeltes 6-Bit-Schieberegister mit zwei verschiedenen Schrittweiten	294
	6.4.9 8-Bit-Johnson-Zähler	297
	6.4.10 Mod-8-Zähler mit einem 3-Bit-Schieberegister	299
	6.4.11 Linear rückgekoppeltes Schieberegister (LFSR)	302
	6.4.12 Verschlüsselungsschaltung mit Zufallsgenerator	304
	6.5 Schaltungen mit Halbleiterspeichern	306
	6.5.1 ROM mit vier logischen Funktionen	306
	6.5.2 ROM für 4x4-Bit-Multiplikation	309
	6.5.3 Signalgenerator für Sinus und Dreieck	314
	6.5.4 4-Bit-Vorwärts-/Rückwärtszähler im BCD-Kode	317
	6.6 Schaltwerke	320
	6.6.1 Gesteuerter Oszillator	320
	6.6.2 Automat zum Testen auf gerade oder ungerade Parität	322
	7 Wie man neue Modelle in CAPTURE einbindet	327
	7.1 Modelle von neuen Bauteilen einbinden	328
	7.1.1 Typen von Modellbeschreibungen	330
	7.2 Einbinden eines neuen Bauteils mit vorhandenem Modell	331
	7.2.1 Integration eines neuen Transistors	332
	7.2.2 Integration eines Modells für eine rote Leuchtdiode	336
	7.2.3 Einbindung eines Bauteils mit zwei Einheiten im Gehäuse	340
	7.3 Erstellen einer neuen Schaltzeichenbibliothek	349
	7.4 Eigene Modelle erstellen	351
	7.4.1 Modell einer Frequenzweiche eines Lautsprechers.	351
	7.4.2 Modelle von logischen Schaltkreisen erstellen	357
	7.4.3 Modelle mit dem Modell-Editor erstellen	365
	7.5 Aufgaben	367
	8 Analog Behavioral Modeling (ABM)	368
	8.1 Gesteuerte Quellen	368
	8.1.1 Modell eines JFET-Transistors mit gesteuerter Quelle	369
	8.1.2 Modell einer nichtlinearen Kapazität mit gesteuerter Quelle	370
	8.2 Beschreibung der ABM-Modell	372
	8.2.1 Basisfunktionen	372
	8.2.2 Begrenzer (Limiter)	374
	8.2.3 Tschebyscheff Filter	376
	8.2.4 Integral- und Differentialfunktionen	378
	8.2.5 Wertetabellen	379
	8.2.6 Laplace-Funktion	382
	8.2.7 Allgemeine ABM-Funktionen	384
	8.2.8 Mathematische Funktionen	384
	8.3 Simulation digitaler Filter	386
	8.3.1 Simulation eines Tschebyscheff-Tiefpasses zweiter Ordnung	387
	8.3.2 Simulation eines Butterworth-Hochpasses dritter Ordnung	388
	9 OrCAD Demoversion 10.0	392
	9.1 Installation der OrCAD Demoversion 10.0	392
	9.2 Veränderungen in der Demoversion 10.0	394
	Anhang	399
	A1 Überblick über die verwendeten Analysearten, Bauteile und Quellen	399
	A2 Antworten auf häufig gestellte Fragen	403
	A3 Funktionen im Trace-Menü von PROBE	406
	A4 Berechnung der Filterkoeffizienten im Internet	408
	Literaturverzeichnis	409
	Sachwortverzeichnis	410
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von: Bernhard Beetz

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