Forme d`onda dei generatori

LTspice
Forme d’onda dei generatori
www.die.ing.unibo.it/pers/mastri/didattica.htm
(versione del 27-2-2016)
Forme d’onda disponibili
● Nell’analisi nel dominio del tempo Spice mette a disposizione, sia per i
generatori di tensione che per quelli di corrente, le seguenti forme
d’onda
 Pulse: impulso trapezoidale
 Sine: finzione sinusoidale smorzata
 Exp: impulso esponenziale
 SFFM (Single-Frequency Frequency Modulation): portante
sinusoidale modulata in frequenza da un segnale sinusoidale
 PWL (Piecewise linear): funzione lineare a tratti
● In seguito si farà riferimento ai generatori di tensione
(per i generatori di corrente si usano parametri analoghi)
2
Pulse
Nome
Parametro
Val. predefinito
V1
valore iniziale (V)
0
V2
valore finale dell’impulso (V)
0
Tdelay
ritardo (s)
0
Trise
tempo di salita (s)
Tstep
Tfall
tempo di discesa (s)
Tstep
Ton
durata dell’impulso (s)
Tstop
Period
periodo (s)
Tstop
Ncycles
numero di periodi
non limitato
Tstop è l’istante finale dall’analisi
Tstep è il tempo di campionamento utilizzato del programma per tracciare i grafici
3
Pulse – Forma d’onda
V2
V1
Tdelay Trise
Ton
Tfall
t
0
Period
4
Pulse – Esempio 1
GEN
.tran 10m
V1
PULSE(1V 5V 1ms 2ms 1ms 5ms)
V1  1 V
V2  5 V
Tdelay  1 ms
Trise  2 ms
Tfall  1 ms
Ton  5 ms
6ms
8ms
V(gen)
6.0V
5.5V
5.0V
4.5V
4.0V
3.5V
3.0V
2.5V
2.0V
1.5V
1.0V
0.5V
0.0V
0ms
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
7ms
9ms
10ms
5
Pulse – Esempio 2
GEN
.tran 20m
V1
PULSE(1V 5V 0.5ms 0.2ms 0.2ms 2ms 5m
V1  1 V
V2  5 V
Tdelay  0.5 ms
Trise  0.2 ms
Tfall  0.2 ms
Ton  2 ms
Tperiod  5 ms
V(gen)
6.0V
5.5V
5.0V
4.5V
4.0V
3.5V
3.0V
2.5V
2.0V
1.5V
1.0V
0.5V
0.0V
0.0ms
2.5ms
5.0ms
7.5ms
10.0ms
12.5ms
15.0ms
17.5ms
20.0ms
6
Pulse – Esempio 3
GEN
.tran 20m
V1
PULSE(-5V 5V 0 2.5ms 2.5ms 0 5m
V1  5 V
V2  5 V
Tdelay  0 s
Trise  2.5 ms
Tfall  2.5 ms
Ton  0 s
Tperiod  5 ms
V(gen)
5V
4V
3V
2V
1V
0V
-1V
-2V
-3V
-4V
-5V
0ms
2ms
4ms
6ms
8ms
10ms
12ms
14ms
16ms
18ms
20ms
7
Pulse – Esempio 4
GEN
V1  5 V
V2  5 V
Tdelay  2 ms
Trise  1 μs
.tran 20m
V1
PULSE(-5V 5V 2ms 1us 1us 1ms 2ms 5
Tfall  1 μs
Ton  1 ms
Tperiod  2 ms
N cycles  5
V(gen)
6V
5V
4V
3V
2V
1V
0V
-1V
-2V
-3V
-4V
-5V
-6V
0ms
2ms
4ms
6ms
8ms
10ms
12ms
14ms
16ms
18ms
20ms
8
Pulse – Esempio 5
GEN
.tran 20m
V1
PULSE(0 5V 0 4ms 0 0 4ms)
V1  0 V
V2  5 V
Tdelay  0 s
Trise  4 ms
Tfall  0 s
Ton  0 s
Tperiod  4 ms
12ms
16ms
V(gen)
5.0V
4.5V
4.0V
3.5V
3.0V
2.5V
2.0V
1.5V
1.0V
0.5V
0.0V
0ms
2ms
4ms
6ms
8ms
10ms
14ms
18ms
20ms
9
Pulse – Esempio 6
GEN
V1  5 V
V2  1 V
Tdelay  0 s
Trise  1μs
.tran 20m
V1
PULSE(5V 1V 0 1us 1us 1ms 4ms)
Tfall  1μs
Ton  1 mS
Tperiod  4 ms
V(gen)
6.0V
5.5V
5.0V
4.5V
4.0V
3.5V
3.0V
2.5V
2.0V
1.5V
1.0V
0.5V
0.0V
0ms
2ms
4ms
6ms
8ms
10ms
12ms
14ms
16ms
18ms
20ms
10
Sine
Nome
Parametro
Val. predefinito
Voffset
offset (V)
0
Vamp
ampiezza (V)
0
frequenza (Hz)
f
1 / Tstop
Td
ritardo (s)
0

coefficiente di smorzamento (s-1)
0

fase (gradi)
0
numero di periodi
Ncycles
non limitato

 π





V
V
sen
per t  Td


amp
 offset
180 

v(t)  
Voffset  Vamp  exp   (t  Td ) sen 2 π f  (t  Td )  π   per t  Td


180 
11
Sine – Forma d’onda
v(t)

 π
Voffset  Vamp  sen
 
 180 
Voffset  Vamp  exp   (t  Td )
Voffset
Voffset  Vamp  exp   (t  Td )
1
f
0
Td
t
12
Sine – Esempio 1
GEN
.tran 10m
V1
SINE(1V 2V 1kHz 1ms 500 45)
Voffset  1 V
Vamp  2 V
f  1 kHz
Td  1 ms
  500 s 1
  45
6ms
8ms
V(gen)
3.0V
2.6V
2.2V
1.8V
1.4V
1.0V
0.6V
0.2V
-0.2V
-0.6V
0ms
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
7ms
9ms
10ms
13
Sine – Esempio 2
GEN
.tran 10m
Td  0 s N cycles  5
  0 s 1
  0
Voffset  0 V
Vamp  2 V
f  1 kHz
V1
SINE(0 2V 1kHz 0 0 0 5)
V(gen)
2.0V
1.6V
1.2V
0.8V
0.4V
0.0V
-0.4V
-0.8V
-1.2V
-1.6V
-2.0V
0ms
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
14
Sine – Esempio 3
GEN
.tran 10m
Voffset  1 V
Vamp  2 V
f  1 kHz
V1
SINE(1V 2V 1kHz 2ms 0 90)
Td  2 ms
  0 s 1
  90
V(gen)
3.5V
3.0V
2.5V
2.0V
1.5V
1.0V
0.5V
0.0V
-0.5V
-1.0V
-1.5V
0ms
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
15
Sine – Esempio 4
GEN
.tran 10m
Voffset  0 V
Vamp  3 V
f  3 kHz
V1
SINE(0 3 3kHz 0 -200 0)
Td  0 ms
  200 s 1
  0
V(gen)
24V
20V
16V
12V
8V
4V
0V
-4V
-8V
-12V
-16V
-20V
-24V
0ms
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
16
Exp
Nome
Parametro
Val. predefinito
V1
valore iniziale (V)
0
V2
valore finale dell’impulso (V)
0
Td1
ritardo del fronte di salita(s)
0
1
costante di tempo di salita(s)
Tstep
Td2
ritardo del fronte di discesa(s)
Td1 + Tstep
2
costante di tempo di discesa(s)
V1

v(t)  v1 (t)  V1  (V2  V1 )  1  exp (t  Td1 ) /τ1 
v 2 (t)  v1 (t)  (V2  V1 )  1  exp (t  Td 2 ) /τ 2 
Tstep
per t  Td1
per Td1  t  Td 2
per t  Td 2
17
Exp – Forma d’onda
v(t)
costante di tempo 1
costante di tempo  2
V2
V1
0
Td1
Td 2
t
18
Exp – Esempio 1
GEN
.tran 10m
V1  1 V
V2  3 V
Td1  1 ms
V1
EXP(1V 3V 1ms 1ms 4ms 2ms)
τ1  1 ms
Td 2  4 ms
τ 2  2 ms
V(gen)
3.0V
2.8V
2.6V
2.4V
2.2V
2.0V
1.8V
1.6V
1.4V
1.2V
1.0V
0ms
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
19
Exp – Esempio 2
GEN
.tran 10m
V1
EXP(1V -3V 1ms 0.5ms 6ms 0.5ms)
V1  1 V
V2  3 V
Td1  1 ms
τ1  0.5 ms
Td 2  6 ms
τ 2  0.5 ms
V(gen)
1.5V
1.0V
0.5V
0.0V
-0.5V
-1.0V
-1.5V
-2.0V
-2.5V
-3.0V
-3.5V
0ms
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
20
SFFM
Nome
Parametro
Val. predefinito
Voff
offset (V)
0
Vamp
ampiezza (V)
0
fcarr
frequenza della portante (Hz)
MDI
indice di modulazione
fsig
frequenza del segnale (Hz)

1 / Tstop
0
1 / Tstop
v(t)  Voff  Vamp  sen 2  f carr  t  MDI sen(2  f sig  t)

21
SFFM – Forma d’onda
Voff  Vamp
Voff
Voff  Vamp
0
t
22
SFFM – Esempio
GEN
.tran 10m
Voff  2 V
Vamp  1.5 V
V1
SFFM(2 1.5 5kHz 15 250Hz)
f car  5 kHz
MDI  15
f sig  250 Hz
V(gen)
3.6V
3.3V
3.0V
2.7V
2.4V
2.1V
1.8V
1.5V
1.2V
0.9V
0.6V
0.3V
0ms
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
23
PWL
● Si assegnano, per un numero N arbitrario di punti, i valori di ti e Vi
● Nell’intervallo ti, ti+1 la tensione è ottenuta mediante interpolazione
lineare
v(t)  Vi 
t ti
(Vi 1  Vi )
t i 1  t i
● Se t1 > 0, fra 0 e t1 la tensione è costante e vale V1
● Se l’ultimo valore di t assegnato, tN, è minore di Tstop (istante finale
della simulazione) fra tN e Tstop la tensione è costante e vale VN
● I valori di tempo e tensione possono essere forniti anche mediante un
file esterno
24
PWL – Forma d’onda
V3
V2
V4
V1
V5
0
t3
t2
t1
t5
t4
25
PWL – Esempio 1
GEN
.tran 10m
V1
PWL(1ms -1V 2ms 1V 3ms 1V 4ms -1V 5ms -1V 6ms 1V
V(gen)
1.5V
1.0V
0.5V
0.0V
-0.5V
-1.0V
-1.5V
0ms
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
26
PWL – Esempio 2
GEN
.tran 10m
V1
PWL file=PWL.txt
V(gen)
5V
4V
3V
2V
1V
0V
-1V
-2V
-3V
-4V
-5V
-6V
0ms
1ms
2ms
3ms
4ms
5ms
6ms
7ms
8ms
9ms
10ms
27
PWL – Esempio 2
PWL.txt
0.00e+00
5.00e-04
1.00e-03
1.50e-03
2.00e-03
2.50e-03
3.00e-03
3.50e-03
4.00e-03
4.50e-03
5.00e-03
5.50e-03
6.00e-03
6.50e-03
7.00e-03
7.50e-03
8.00e-03
8.50e-03
9.00e-03
9.50e-03
1.00e-02
1.00e+00
-4.11e+00
-1.65e-01
4.96e+00
9.81e-01
-5.49e+00
-3.05e+00
3.46e+00
2.03e+00
-4.23e+00
-2.97e+00
4.27e+00
4.72e+00
-2.05e+00
-3.43e+00
2.78e+00
4.38e+00
-2.40e+00
-5.69e+00
1.22e-01
4.10e+00
28