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2008
Schaltungssimulation im Amateurfunk mit SPICE
Uwe Neibig, DL4AAE
OV-Abend P51
14.11.2008
1. Einleitung
2. Das Programm SPICE
3. Ablauf einer Simulation
4. Anwendungsbeispiele
5. Literatur
DL4AAE SPICE im Afu (01) 14.11.2008
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2008
Einleitung
Was ist Schaltungssimulation?
• Berechnung von Spannungen und Stromen
• in elektr. Schaltungen (Netzwerken)
• zur Nachbildung der Realitat.
R
C
1 2
U1
I1
U2
DL4AAE SPICE im Afu (02) 14.11.2008
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2008
Einleitung
Was ist mit Schaltungssimulation m oglich?
• Berechnung des elektr. Verhaltens einer gegebenen Schaltung (Analyse):Spannung, Strom, Impedanz, Leistung, Dampfung, S-Parameter, ...
• Optimierung von Bauelement-Werten einer gegebenen Schaltung,um gewunschtes elektr. Verhalten zu erreichen
• Beispiele: siehe Kap. 4
DL4AAE SPICE im Afu (03) 14.11.2008
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2008
Einleitung
Was ist mit Schaltungssimulation nicht moglich?
• Entwurf einer Schaltung (Synthese): ”Ideen finden im Kopf statt!”
• Nachbildung der Realitat, wenn Bauelement-Modelle nicht vorhanden / nichtgeeignet sind
• Beispiel: ”Entwurf einer Sommerzeit-Umschaltung”
DL4AAE SPICE im Afu (04) 14.11.2008
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2008
Das Programm SPICE
Was ist SPICE?
• Abkurzung fur: Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis(historisch bedingt)
• Ursprunglich entwickelt an der University of California at Berkeley(SPICE1, 1972)
• Programm zur Analyse von (nahezu) beliebigen Schaltungen(Berechnung der Knotenspannungen)
• Analysearten: nicht-linear DC, linear AC, nicht-linear transient
• Mogliche Schaltungselemente: Widerstand, Kondensator, Spule, Ubertrager,Spannungs-/Stromquellen, Leitungen, Schalter,Halbleiter (Diode, Bipolar-/Feldeffekt-Transistoren)
DL4AAE SPICE im Afu (05) 14.11.2008
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2008
Das Programm SPICE
Ubersicht der Varianten (Auswahl)
Variante Beschreibung Vorteile Nachteile Quelle
SPICE3 letzte Version des C-Quelltext frei Schaltungs-Eingabe nur als [2]Berkeley-Projekts (1985) verfugbar Netzliste (SPICE-Input-File)
WinSpice Portierung von SPICE3 kompatibel zu SPICE3 wie SPICE3 [3]auf Windows
PSpice Erste PC-Version von weite Verbreitung max. 64 Knoten bei [4]SPICE (1984), GUI, (Quasi-Standard), freier Demo-Version,zusatzliche Modell-Vielfalt, nicht vollkommen kompatibelSchaltungselemente grafische Schaltplan- zu SPICE3
Eingabe
LTSpice Portierung von SPICE3 kompatibel zu SPICE3, (keine) [5]auf Windows + GUI (von IC- grafische Schaltplan-Hersteller Linear Techn.) Eingabe
DL4AAE SPICE im Afu (06) 14.11.2008
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2008
Ablauf einer Simulation
Ubersicht
1. Schaltung und Analyseart sind bekannt
2. Bauteil-Modelle beschaffen
3. Schaltung in SPICE-lesbares Format umsetzen
4. Analyse-Parameter festlegen
5. Analyse durchfuhren
6. Ergebnisse darstellen und uberprufen
DL4AAE SPICE im Afu (07) 14.11.2008
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2008
Ablauf einer Simulation (Beispiel)
1. Schaltung und Analyseart sind bekannt
• Schaltung: RC-Tiefpass
• Gesucht: Frequenzgang der Uber-tragungsfunktion U2/U1
• ⇒ lineare AC-Analyse
R = 1 kW
C = 100 nF
1
0
2
U1 U2
DL4AAE SPICE im Afu (08) 14.11.2008
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2008
Ablauf einer Simulation (Beispiel)
2. Bauteil-Modelle beschaffen⇒ in diesem Beispiel nicht erforderlich
Quellen fur Bauteil-Modelle:
• SPICE-Modell-Bibliothek (PSpice, LTSpice)
• Bauteil-Hersteller (Internet)
• Literatur
• aus Datenblatt-Angaben
• aus Messungen
DL4AAE SPICE im Afu (09) 14.11.2008
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2008
Ablauf einer Simulation (Beispiel)
3. Schaltung in SPICE-lesbares Format umwandeln
Netzliste (SPICE-Input-File)
.
.
V1 1 0 DC 0.0 AC 1.0
R1 1 2 1k
C1 2 0 100n
.
.
”Schematic” (LTSpice)
R1
1k C1
100nV1
0.0AC 1.0
21
RC-TiefpassDL4AAE, 25.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (10) 14.11.2008
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2008
Ablauf einer Simulation (Beispiel)
Netzliste ⇔ Schematic
Netzliste Schematic
Vorteile bei kleinen Schaltungen oft schneller, grafische Eingabe,automatisch erstellbar, Dokumentation inbegriffenbei vielen Modellen oft einzige Form
Nachteile bei großen Schaltungen unuber- nicht fur alle Modelle verfugbarsichtlich und fehlertrachtig
⇒ Schematic bevorzugen, aber Netzliste verstehen!
DL4AAE SPICE im Afu (11) 14.11.2008
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2008
Ablauf einer Simulation (Beispiel)
4. Analyse-Parameter festlegen
Netzliste (SPICE-Input-File)
RC-Tiefpass
* Autor: DL4AAE
* Datum: 25.09.2008
V1 1 0 DC 0.0 AC 1.0
R1 1 2 1k
C1 2 0 100n
.AC DEC 100 1 1MEG
.END
”Schematic” (LTSpice)
R1
1k C1
100nV1
0.0AC 1.0
21
.ac dec 100 1 1MEG
RC-TiefpassDL4AAE, 25.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (12) 14.11.2008
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2008
Ablauf einer Simulation (Beispiel)
5. Analyse durchfuhren
mit Netzliste (alle 4 SPICE-Varianten)
• Programm starten
• SPICE-Input-File laden
• Rechnung starten
• warten...
mit ”Schematic” (LTSpice)
• LTSpice starten
• ”Schematic” laden
• Rechnung starten
• warten...
DL4AAE SPICE im Afu (13) 14.11.2008
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2008
Ablauf einer Simulation (Beispiel)
6. Ergebnisse darstellen und uberprufen
• v(2) darstellen(da v(1) = 1 gewahlt)
• mit Theorie vergleichen:|U2
U1
| = 1√1+(2·π·f ·R·C)2
• hier identisch!
−60
−50
−40
−30
−20
−10
0
1 10 100 1000 10000 100000 1e+06
20 lo
g (v
(2))
f/Hz
DL4AAE SPICE im Afu (14) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele
Ubersicht
Nr. Schaltung Analyseart Besonderheiten1 Spannungs-Stabilisierung mit Zener-Diode DC2 Spannungs-Stabilisierung mit Zener-Diode DC PARAMETER, .STEP3 HF-Bandpass-Filter, Elecraft K3-Transceiver AC S-Parameter4 ZF-Quarzfilter, Elecraft K3-Transceiver AC Quarz-Modellierung,
Impedanz-Berechnung,S-Parameter, .MEAS
5 Antennen-Tuner AC Impedanz-Berechnung,Leistungs-Berechnung
6 70-cm-Notchfilter AC S-Parameter, .MODEL,.PARAM
7 VFO mit Colpitts-Oszillator TRAN Start einer Schwingung,FFT
8 Breitband-HF-Vorverstarker TRAN .MODEL, .PARAM,FFT
DL4AAE SPICE im Afu (15) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (1)
Spannungs-Stabilisierung mit Zener-Diode
• Beispiel fur nicht-lineareDC-Analyse
• Zener-Diode D1 ausLTSpice-Modell-Bibliothek
• Gesucht: AusgangsspannungV(OUT) in Abhangigkeit von derEingangsspannung V1
R2
365V1
12
D1
1N750
RL
1k
OUT
.dc V1 0 20 0.1
Spannungs-Stabilisierung mit Zener-DiodeBeispiel für DC-Analyse
DL4AAE, 26.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (16) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (1)
Spannungs-Stabilisierung mit Zener-Diode
• fur V 1 oberhalb ≈ 7 Vist V (OUT ) konstantbei ≈ 4,7 V
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
V(O
UT
)/V
V1/V
DL4AAE SPICE im Afu (17) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (2)
Spannungs-Stabilisierung mit Zener-Diode
• Beispiel fur nicht-lineareDC-Analyse mit Parameter
• Gesucht: AusgangsspannungV(OUT) in Abhangigkeit von derEingangsspannung V1und vom Last-Widerstand RL
R2
365V1
12
D1
1N750
RL
RL
OUT
.dc V1 0 20 0.1
.STEP PARAM RL LIST 1k 500 250
Spannungs-Stabilisierung mit Zener-DiodeBeispiel für DC-Analyse mit Parameter
DL4AAE, 29.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (18) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (2)
Spannungs-Stabilisierung mit Zener-Diode
• Knick-Spannung, ab derV (OUT ) konstant ist,steigt mit kleinerem RL
• fur V 1 oberhalb ≈ 14 Vist V (OUT ) fur allebetrachteten Lastfallekonstant bei ≈ 4,7 V
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
V(O
UT
)/V
V1/V
RL = 1000 ΩRL = 500 ΩRL = 250 Ω
DL4AAE SPICE im Afu (19) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (3)
HF-Bandpass-Filter, Elecraft K3-Transceiver [6]
• Beispiel fur lineare AC-Analyse
• Gesucht: S-Parameter |S11| und |S21|
AC 1 0
V1
AC 1 0
V2
R1
50
C1
1650p
C2
605p
L1
4.5µ
L2
27µ
R2
1m
L3
4.5µ
C3
605pC4
1650p
L4
1.2µ
C5
390p
R3
50
S21
S11
.ac dec 1000 0.1MEG 100MEG
HF-Bandpass-Filter, Elecraft K3-TransceiverQuelle: K3 schematics, www.elecraft.com
DL4AAE, 24.07.2008
DL4AAE SPICE im Afu (20) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (3)
HF-Bandpass-Filter, Elecraft K3-Transceiver
• Geringe Dampfung undgute Anpassungzwischen 3,5..4,0 MHz(80-m-US-Band)
• Dampfung beifSPIEGEL = 3,5 MHz +2 · fZF = 19,928 MHz:≈ 87 dB
−160
−140
−120
−100
−80
−60
−40
−20
0
0.1 1 10 100
20 lo
g (S
11),
20
log
(S21
)
f/MHz
fSPIEGEL
|S11||S21|
DL4AAE SPICE im Afu (21) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (4)
ZF-Quarzfilter, Elecraft K3-Transceiver [6]
• Beispiel fur lineare AC-Analyse
• Gesucht: Durchlasskurve, 6-dB-Bandbreite
XTAL1
15.017265f
C1
470p
L1
2.8µ
C2
120p
AC 1 0
V1
AC 1 0
V2
R1
500
XTAL2
15.017265f
C3
390p
XTAL3
15.017265f
C4
470p
XTAL4
15.017265f
C5
470p
XTAL5
15.017265f
C6
390p
C7
470p
L2
2.8µ
C8
120p
R2
500
S11
S21
ZF-Quarzfilter, Elecraft K3-TransceiverQuelle: K3 schematics www.elecraft.com
DL4AAE, 26.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (22) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (4)
ZF-Quarzfilter, Elecraft K3-TransceiverQuarz-Modellierung
Angaben im K3-schematic:
• fRES = 8,214 MHz
• LS = 25 mH
• CP < 4 pF
• Q > 100000
daraus berechnete Werte:
• CS = 15,017265 fF
• RS = 12,9 Ω (fur Q = 100000)
CS
15.017265f
CP
4p
RS
12.9
RP
1MEG
LS
25m
AC 1.0
I1
0.0
1
.ac lin 4001 8.20MEG 8.24MEG
Modell für ZF-Quarz, Elecraft K3-TransceiverQuelle: K3 schematics www.elecraft.com
DL4AAE, 30.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (23) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (4)
ZF-Quarzfilter, Elecraft K3-TransceiverQuarz-Modellierung
• Dargestellt:Eingangs-Impedanz Z= U1/I1=V (1)
• Serien-Resonanz bei8,214 MHz
• Parallel-Resonanz bei8,229 MHz(Ursache: CP )
10
100
1000
10000
100000
1e+06
8.200 8.205 8.210 8.215 8.220 8.225 8.230 8.235 8.240
|Z|/Ω
f/MHz
DL4AAE SPICE im Afu (24) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (4)
ZF-Quarzfilter, Elecraft K3-Transceiver
• 6-dB-Bandbreite manuell mit Cursor im S21-Frequenzgang bestimmen
• 6-dB-Bandbreite von LTSpice mit .MEAS-Befehl bestimmen lassen
XTAL1
15.017265f
C1
470p
L1
2.8µ
C2
120p
AC 1 0
V1
AC 1 0
V2
R1
500
XTAL2
15.017265f
C3
390p
XTAL3
15.017265f
C4
470p
XTAL4
15.017265f
C5
470p
XTAL5
15.017265f
C6
390p
C7
470p
L2
2.8µ
C8
120p
R2
500
S11
S21
.ac lin 1001 8.212MEG 8.216MEG
.MEAS AC tmp max mag(V(s21))
.MEAS AC 6dB-BW trig mag(V(s21))=tmp/2.0 rise=1+ targ mag(V(s21))=tmp/2.0 fall=last
ZF-Quarzfilter, Elecraft K3-TransceiverQuelle: K3 schematics www.elecraft.com
DL4AAE, 26.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (25) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (4)
ZF-Quarzfilter, Elecraft K3-Transceiver
manuell (mit Cursor):
• Max. suchen: -6,33 dB
• Eck-Frequenzen mit -6 dB vomMaximum suchen:8,21405 MHz und 8,21450 MHz
• Differenz ist Bandbreite: 450 Hz
mit .MEAS-Befehl in LTSpice:
Auszug aus ”SPICE Error Log”:.
.
tmp: MAX(mag(v(s21)))=(-6.32962dB,00)
6db-bw=453.22 from...
.
.
−110
−100
−90
−80
−70
−60
−50
−40
−30
−20
−10
0
8.2120 8.2125 8.2130 8.2135 8.2140 8.2145 8.2150 8.2155 8.2160
20 lo
g (S
21)
f/MHz
6−dB−Bandbreite
DL4AAE SPICE im Afu (26) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (5)
Antennen-Tuner
• Beispiel fur lineare AC-Analyse
• Gesucht: Werte von L und C fur 50-Ω-Anpassung, Verluste im Tuner
LC
TX Tuner ANT
7 MHz100 W
EndgespeisterDraht, 20 m lang
DL4AAE SPICE im Afu (27) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (5)
Antennen-TunerAbgleich
• RANT und LANT ausNEC-2-Rechnung
• Berechnung der Eingangs-Impedanz Z = U1/I1=V (1)
• Abgleich von L1 und C1 so,dass Z = (50 + j 0) Ω
• ⇒ L1 = 12,56 µH, C1 = 45,444 pF
L1
12.560µ
C1
45.444p
LANT
68.2µ
RANT
2.4k
I1
0.0AC 1.0
1
.ac lin 1 7MEG 7MEG
Antennen-TunerAnpassung bei 7 MHzDL4AAE, 29.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (28) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (5)
Antennen-TunerVerluste
• RS: Summe der Verluste in L1,berechnet mit ”SOLNOID3.exe” [7]
• RP : Verluste im Drehko C1 unterAnnahme einer Gute von 300
• in Tuner eingespeiste Leistung:100 W auf 7,000 MHz
• Gesucht: Verluste im Tuner,Leistung in Antenne
AC 141.42 0
V1
RI
50
L1
12.132µ
RS
1.4
C1
46.88p
RP
150k
LANT
68.2µ
RANT
2.4k
TX-OUT
ANT
OUT
.ac lin 1 7MEG 7MEG
Antennen-TunerVerluste bei 7 MHz
DL4AAE, 29.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (29) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (5)
Antennen-TunerLeistungsbilanz
Leistung in Bauteil Formel Zahlenwert Ergebnisaus LTSpice )1
Spule RS (I(RS))2 · RS (1, 4141)2 · 1, 4 2,80 W
Drehko RP (V (OUT ))2/RP (757, 71)2/150000 3,83 W
Antenne RANT (V (ANT ))2/RANT (473, 38)2/2400 93,37 W
Summe 100,00 W
)1: bei AC-Analyse mit nur einer Frequenz gibt LTSpice alle Spannungen und Strome als Text aus
DL4AAE SPICE im Afu (30) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (6)
70-cm-Notchfilter
• Beispiel fur lineare AC-Analyse
• Gesucht: Dampfung bei 432 MHz, Reflexion (SWR) bei 144 MHz
C C
l/4-Leitung
offener /4-Stubl offener /4-Stubl
DL4AAE SPICE im Afu (31) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (6)
70-cm-NotchfilterModellierung der Koaxialkabel
• Verwendung des .MODEL-Befehls zur Definition eines LTRA-Leitungsmodells
• Vorgabe Leitungsimpedanz, Verkurzungsfaktor und Widerstandsbelag mit .PARAM-Befehl
• LTSpice berechnet sich mit .PARAM-Befehl die notwendigen Werte fur LTRA-Modell selbst
TLMOD2
O2
AC 1 0
V1
AC 1 0
V2
R1
50
C1 4p
O1
TL
MO
D1
O3
TL
MO
D1
R2
1MEG
R3
1MEG
C2 4p
R4
50
S11
S21
.MODEL TLMOD1 LTRA R=R_BELAG L=L_BELAG C=C_BELAG len=192.7m
.MODEL TLMOD2 LTRA R=R_BELAG L=L_BELAG C=C_BELAG len=114.5m
.ac lin 801 100MEG 500MEG
.PARAM ZL=50 verk=0.66 c0=2.99792e8
.PARAM R_BELAG=2.6; fuer RG213 mit 14.8 dB/100m @ 432 MHz
.PARAM L_BELAG=ZL/(verk*c0)
.PARAM C_BELAG=1/(ZL*verk*c0)
70-cm-Notchfilter mit KoaxialkabelnDL4AAE, 30.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (32) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (6)
70-cm-NotchfilterRechenergebnis |S11| und |S21|
• Dampfung bei 432 MHz: 58 dB
• Reflexions-Dampfung bei144 MHz: 17,8 dB = SWR von 1,3
−60
−50
−40
−30
−20
−10
0
100 150 200 250 300 350 400 450 500
20 lo
g(S
11),
20
log(
S21
)
f/MHz
|S11||S21|
DL4AAE SPICE im Afu (33) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (7)
VFO mit Colpitts-Oszillator
• Beispiel fur nicht-linearetransiente Analyse (Zeitbereich)
• Gesucht: AusgangsspannungV(OUT)
• Diode D1 und JFET J1aus LTSpice-Modell-Bibliothek
J1
2N4416
R2
33k
C1
680p
C2
680p
C4
80p
C3
410p
L2
3.9µ5
V1
L1
10µ
D1
1N914
OUT
VDD
.tran 0 50u 0 1n
VFO mit Colpitts-OszillatorDL4AAE, 30.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (34) 14.11.2008
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Anwendungsbeispiele (7)
VFO mit Colpitts-OszillatorBerechnete Ausgangsspannung V (OUT )
• Oszillator schwingtnicht an!
• Grund: es fehlt der ”Kick”
-1
-0.5
0
0.5
1
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
V(O
UT
)/V
t/µs
DL4AAE SPICE im Afu (35) 14.11.2008
© D
L4A
AE
11/
2008
Anwendungsbeispiele (7)
VFO mit Colpitts-OszillatorStart der Schwingung durch Einschalten der Betriebsspannu ng V DD [1]
J1
2N4416
R2
33k
C1
680p
C2
680p
C4
80p
C3
410p
L2
3.9µPULSE(0 5 1u 100n)
V1
L1
10µ
D1
1N914
OUT
VDD
.tran 0 50u 0 1n
VFO mit Colpitts-OszillatorDL4AAE, 30.09.2008
DL4AAE SPICE im Afu (36) 14.11.2008
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Anwendungsbeispiele (7)
VFO mit Colpitts-OszillatorBerechnete Ausgangsspannung V (OUT )
• Oszillator schwingt!
• Schwingung erreichtnach etwa 40 µsstabilen Endwert
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
V(O
UT
), V
(VD
D)
/ V
t/µs
V(VDD)V(OUT)
DL4AAE SPICE im Afu (37) 14.11.2008
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2008
Anwendungsbeispiele (7)
VFO mit Colpitts-OszillatorBerechnung des Spektrums von V (OUT ) mit FFT-Funktion in LTSpice
• Anwendung der FFT aufdie letzten 10 µs(Schwingung stabil)
• VFO-Frequenz: 5,0 MHz
• Oberwellen hier sichtbar(im Zeitbereich kaum)
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
1 10 100
V(O
UT
)/dB
V
f/MHz
5
DL4AAE SPICE im Afu (38) 14.11.2008
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Anwendungsbeispiele (8)
Breitband-HF-Vorverst arker
• Beispiel fur nicht-linearetransiente Analyse (Zeitbereich)
• Gesucht: Intercept-Punkt3. Ordnung (IP3, Maß furGroßsignalfestigkeit)
• IP3 = 12 · IM + PIN
• Bestimmung mit 2-Ton-Signal
f1 f1f2 f2 2f -f2 12f -f1 2
PIN
POUT
IM
IN OUT
DL4AAE SPICE im Afu (39) 14.11.2008
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Anwendungsbeispiele (8)
Breitband-HF-Vorverst arker [8]
• Transistor 2N5179:Fairchild-Modell
• V (IN): 2-Ton-Signalmit 9 MHz und 10 MHz
• Berechnung V (OUT )im Zeitbereich
• PIN = -40 dBm
RE1
7RB3
1k
C2
10n
V1
12
RL
50
Q1
2N5179
L1
20µ
L2
20µ
RC
56C3
10n
RB2
560
RB1
3.3k
V2
SINE(0 VIN 9MEG)
AC 0
V3
SINE(0 VIN 10MEG)
RE2
100
CE
100n
RI
50
C1
10n
C4
10n
OUT
IN
.tran 0 10u 0 1n
.PARAM PIN=-40; Eingangsleistung/dBm
.PARAM P_W=10**((PIN-30)/10); Eingangsleistung/W
.PARAM VIN=2.0*sqrt(2.0*50*P_W); Quellen-Spannung (Spitzenwert)
.MODEL 2N5179 NPN (+ Is=69.28E-18 Xti=3 Eg=1.11 Vaf=100 Bf=282.1 Ne=1.177 Ise=69.28E-18+ Ikf=22.03m Xtb=1.5 Br=1.176 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=4 Cjc=1.042p+ Mjc=0.2468 Vjc=0.75 Fc=0.5 Cje=1.52p Mje=0.3223 Vje=0.75 Tr=1.588n+ Tf=135.6p Itf=0.27 Vtf=10 Xtf=30 Rb=10)
K12 L1 L2 0.99+; 4:1-Trafo
HF-Vorverstärker mit 2N5179Quelle: ARRL-Handbuch 1989, p. 12-12
Geändert: RE1 von 10R auf 7R, CE von 10n auf 100nBestimmung IP3
DL4AAE, 21.10.2008
DL4AAE SPICE im Afu (40) 14.11.2008
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Anwendungsbeispiele (8)
Breitband-HF-Vorverst arkerBerechnete Eingangsspannung V (IN)
• Schwebung mitDifferenzfrequenzvon 1 MHz
• Amplitude: 6,3 mV(Spitzenwert)
• Kontrolle:PIN = -40 dBm = 0,1 µW= 2,24 mV an 50 Ω(Effektivwert einesTones) −8
−6
−4
−2
0
2
4
6
8
8.0 8.2 8.4 8.6 8.8 9.0 9.2 9.4 9.6 9.8 10.0
V(I
N)/
mV
t/µs
DL4AAE SPICE im Afu (41) 14.11.2008
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Anwendungsbeispiele (8)
Breitband-HF-Vorverst arkerBerechnete Ausgangsspannung V (OUT )
• Amplitude: 55,2 mV(Spitzenwert)
• Verstarkung:V (OUT )V (IN)
= 55,2 mV6,3 mV
≈ 19 dB
• Intermodulationenhier kaum sichtbar!
−60
−40
−20
0
20
40
60
8.0 8.2 8.4 8.6 8.8 9.0 9.2 9.4 9.6 9.8 10.0
V(O
UT
)/m
V
t/µs
DL4AAE SPICE im Afu (42) 14.11.2008
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Anwendungsbeispiele (8)
Breitband-HF-Vorverst arkerBerechnung des Spektrums von V (OUT ) mit FFT-Funktion in LTSpice
• Anwendung der FFT aufdie letzte µs (9 µs..10 µs,Schwingung stabil)
• IntermodulationsabstandIM = 95 dB
• IP3 = 12· 95 + (-40 dBm)
= +7,5 dBm
−220
−200
−180
−160
−140
−120
−100
−80
−60
−40
−20
6 7 8 9 10 11 12 13
V(O
UT
)/dB
V
f/MHz
IM = 95 dB
DL4AAE SPICE im Afu (43) 14.11.2008
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2008
Literatur
[1] Vladimirescu, A.: The SPICE Book. John Wiley & Sons, Inc., New York, 1994(ca. 50 EUR, aber empfehlenswert)
[2] ”The Spice Home Page”: http://bwrc.eecs.berkeley.edu/Classes/IcBook/SPICE(Zu Berkeley-SPICE3, mit Link zu Download des Source-Codes)
[3] URL von WinSpice: http://www.ousetech.co.uk/winspice2/
[4] URL zum Anfordern einer CD mit Demo-Version von PSpice:http://www.flowcad.de/DemoCD.php
[5] URL zum Download von LTSpice: http://www.linear.com/designtools/software/
[6] Homepage Elecraft Inc.: http://www.elecraft.com(Schaltplane fur HF-Bandpass-Filter und ZF-Quarzfilter aus K3-Transceiver)
[7] Edwards, R.J., G4FGQ (SK): Program SOLNOID3.exe, May 2003,Download unter http://zerobeat.net/G4FGQ/
[8] The American Radio Relay League: ARRL Handbook, Newington, CT, 1989, p. 12-12
DL4AAE SPICE im Afu (44) 14.11.2008
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...auf den
(SPICE-)Geschmack
gekommen?
DL4AAE SPICE im Afu (45) 14.11.2008