Elektroniksimulation mit PSPICE: Analoge und digitale Schaltungen mit ausführlichen Simulationsanleitungen

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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Mehr zum Inhalt

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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