Электроника:Справочные материалы/Использование программы SPICE для моделирования электрических схем/Компоненты электрических схем

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak)
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Компоненты электрических схем[1]

Всегда держите в уме, что данное руководство никоим образом не претендует на всеобъемлемость, и что все описания элементов на языке SPICE приведены здесь в сжатой форме. SPICE – весьма мощная программа с множеством настроек, и я задокументировал лишь некоторую часть. Все компоненты в исходном файле SPICE в первую очередь идентифицируются по первой букве в каждой соответствующей строке. Символы, следующие за идентификационной буквой, используются для того, чтобы отличить один компонент определённого типа от другого компонента того же типа (например, r1, r2, r3, rload, rpullup, при этом с учётом как букв, идентифицирующих компонент, так и остальной части отличительного имени – всего используется до восьми символов). Предположим, что вы моделируете цифровую схему с «повышающими» и «понижающими» резисторами. Имя rpullup допустимо, поскольку состоит из семи символов. Однако имя rpulldown состоит из девяти символов. Это может вызвать проблемы, когда SPICE интерпретирует список связей. На самом деле, можно использовать имена компонентов, содержащих более восьми символов, если в исходном файле нет других компонентов с похожими именами. SPICE обращает внимание только на первые восемь символов первого поля в каждой строке, поэтому «rpulldown» фактически интерпретируется как «rpulldow», а «n» в конце игнорируется. А значит, любой другой резистор, имеющий такие же первые восемь символов в имени, будет восприниматься SPICE как тот же резистор, определённый дважды, что вызовет ошибку (т.е. «rpulldown1» и «rpulldown2» будут интерпретироваться как одно и то же имя, «rpulldow»). Следует также отметить, что SPICE игнорирует регистр символов, поэтому r1 и R1 интерпретируются одинаково. SPICE позволяет использовать префиксы метрик при указании значений компонентов, что является очень удобной функцией. Однако соглашение о префиксах, используемое SPICE, несколько отличается от стандартных метрических символов, в первую очередь из-за того, что списки связей ограничены стандартными символами ASCII (отпадают греческие буквы, такие как µ, для префикса «микро») и что SPICE нечувствителен к регистру. Поэтому буквы «м» (стандартный символ для «милли-») и «М» (стандартный символ для «мега-») интерпретируются одинаково. Вот несколько примеров префиксов, используемых в списках связей SPICE:

Метрические приставки в SPICE
SPICE Расшифровка
r1 1 0 2t Резистор R1, 2t = 2 тера-ом = 2 ТОм
r2 1 0 4g Резистор R2, 4g = 4 гигаом = 4 ГОм
r3 1 0 47meg Резистор R3, 47meg = 47 мегаом = 47 МОм
r4 1 0 3.3k Резистор R4, 3,3k = 3,3 килом = 3,3 кОм
r5 1 0 55m Резистор R5, 55m = 55 миллиом = 55 мОм
r6 1 0 10u Резистор R6, 10u = 10 микроом = 10 мкОм
r7 1 0 30n Резистор R7, 30n = 30 наноом = 30 нОм
r8 1 0 5p Резистор R8, 5p = 5 пикоом = 5 пОм
r9 1 0 250f Резистор R9, 250f = 250 фемтоом = 250 фОм

Экспоненциальное обозначение также допускается при указании значений компонентов. Например:

Экспоненциальная запись чисел в SPICE
SPICE Расшифровка
r10 1 0 4.7e3 Резистор R10, 4.7e3 = 4,7 × 103 ом = 4,7 килоом = 4,7 кОм
r11 1 0 1e-12 Резистор R11, 1e-12 = 1 × 10-12 ом = 1 пикоом = 1 пОм

Единица измерения (омы, вольты, фарады, генри и т. д.) автоматически определяется типом указанного компонента. SPICE «знает», что все приведённые выше примеры являются «омами», потому что все они являются резисторами (r1, r2, r3, …). Если бы это были конденсаторы, значения интерпретировались бы как «фарады», если катушки индуктивности, то «генри» и т.д.

Пассивные компоненты

Конденсаторы

Общая форма

c[name] [node1] [node2] [value] ic=[initial voltage]

Пример 1

c1 12 33 10u

Пример 2

c1 12 33 10u ic=3.5

Комментарий

Переменная «начальное состояние» (ic=) представляет собой напряжение конденсатора в единицах вольт в начале анализа постоянного тока. Это необязательное значение, при этом начальное напряжение считается равным нулю, если не указано иное. Значения пускового тока для конденсаторов интерпретируются SPICE только в том случае, если вызывается опция анализа .tran (с опцией «uic»).

Катушки индуктивности

Общая форма

l[name] [node1] [node2] [value] ic=[initial current]

Пример 1

l1 12 33 133m

Пример 2

l1 12 33 133m ic=12.7m

Комментарий

Переменная «начальное состояние» (ic=) представляет собой ток катушки индуктивности в амперах в начале анализа постоянного тока. Это необязательное значение, при этом пусковой ток считается равным нулю, если он не указан. Значения начального тока для катушек индуктивности интерпретируются SPICE только в том случае, если активирована опция анализа .tran.

Индукторные муфты (трансформаторы)

Общая форма

k[name] l[name] l[name] [coupling factor]

Пример

k1 l1 l2 0.999

Комментарий

SPICE допускает значения коэффициента связи только между 0 и 1 (не включая), где 0 означает отсутствие связи, а 1 — идеальную связь. Порядок указания связанных катушек индуктивности (l1, l2 или l2, l1) не имеет значения.

Резисторы

Общая форма

r[name] [node1] [node2] [value]

Пример

rload 23 15 3.3k

Комментарий

Если вам интересно, в SPICE нет объявления номинальной рассеиваемой мощности резистора. Все компоненты считаются неразрушаемыми. Если бы только реальность была такой же снисходительной!

Активные компоненты

Все полупроводниковые компоненты должны иметь свои электрические характеристики, описанные в строке, начинающейся со слова «.model», которая сообщает SPICE, как именно будет вести себя устройство. Любые параметры, не определённые явно в .model, по умолчанию будут иметь значения, предварительно запрограммированные в SPICE. Однако .model должна быть включена и по крайней мере указывать название модели и тип устройства (d, npn, pnp, njf, pjf, nmos или pmos).

Диоды

Общая форма

d[name] [anode] [cathode] [model]

Пример

d1 1 2 mod1

Модели диодов

Общая форма

.model [modelname] d [parmtr1=x] [parmtr2=x] …

Пример 1

.model mod1 d

Пример 2

.model mod2 d vj=0.65 rs=1.3

Параметры для диодов

Определения параметров
Параметр Значение Единица
измерения
is Ток насыщения Ампер
rs Сопротивление перехода Ом
n Коэффициент излучения (безразмерн.)
tt Время прохождения секунда
cjo Ёмкость перехода при нулевом смещении Фарад
vj Потенциал перехода Вольт
m Коэффициент градации (безразмерн.)
eg Энергия активации электрон-вольт
xti Температурный показатель тока насыщения (безразмерн.)
kf Коэффициент фликер-шума (безразмерн.)
af Показатель фликер-шума (безразмерн.)
fc Коэффициент ёмкости истощения при прямом смещении (безразмерн.)
bv Обратное напряжение пробоя Вольт
ibv Ток при напряжении пробоя Ампер
Комментарий

Название модели должно начинаться с буквы, а не с цифры. Например, если вы планируете указать модель выпрямительного диода 1N4003, вы не можете использовать «1n4003» в качестве имени модели. Альтернативой может быть «m1n4003».

Транзисторы с биполярным переходом (ТБП)

Общая форма

q[name] [collector] [base] [emitter] [model]

Пример

q1 2 3 0 mod1

Модели транзисторов с биполярным переходом

Общая форма

.model [modelname] [npn or pnp] [parmtr1=x] …

Пример 1

.model mod1 pnp

Пример 2

.model mod2 npn bf=75 is=1e-14

Примеры моделей, показанные выше, очень неспецифичны. Для точного моделирования реальных транзисторов необходимо больше параметров. Возьмём эти два примера, для популярных транзисторов 2N2222 и 2N2907. Символы «+» представляют собой метки продолжения строки в SPICE, когда вы хотите разбить одну строку на две или более отдельных строк в текстовом редакторе:

Пример 1

.model m2n2222 npn is=19f bf=150 vaf=100 ikf=.18<br />+ ise=50p ne=2.5 br=7.5 var=6.4 ikr=12m<br />+ isc=8.7p nc=1.2 rb=50 re=0.4 rc=0.4 cje=26p<br />+ tf=0.5n cjc=11p tr=7n xtb=1.5 kf=0.032f af=1

Пример 2

.model m2n2907 pnp is=1.1p bf=200 nf=1.2 vaf=50<br />+ ikf=0.1 ise=13p ne=1.9 br=6 rc=0.6 cje=23p<br />+ vje=0.85 mje=1.25 tf=0.5n cjc=19p vjc=0.5<br />+ mjc=0.2 tr=34n xtb=1.5

Определения параметров
Параметр Значение Единица
измерения
is Транспортный ток насыщения Ампер
bf Идеальный максимум прямой бета (безразмерн.)
rs Сопротивление перехода Ом
nf Коэффициент эмиссии прямого тока (безразмерн.)
n Коэффициент излучения (безразмерн.)
vaf Прямое раннее напряжение Вольт
tt Время прохождения секунда
isc Ток насыщения утечки «база/коллектор» Ампер
nc Коэффициент эмиссии утечки «база/коллектор» (безразмерн.)
rb Сопротивление базы при нулевом смещении Ом
irb Ток для среднего значения сопротивления базы Ампер
rbm Минимальное сопротивление базы при больших токах Ом
vtf Зависимость напряжения «база/коллектор» от времени прохождения Вольт
itf Сильноточный параметр, влияющий на время прохождения Ампер
ikf Угол для прямого сильноточного спада бета-бета Ампер
ise «База/эмиттер» ток насыщения утечки Ампер
ne Коэффициент эмиссии утечки «база/эмиттер» (безразмерн.)
br Идеальный максимум обратный бета (безразмерн.)
nr Коэффициент эмиссии обратного тока (безразмерн.)
bar Обратное раннее напряжение Вольт
ikr Угол для обратного бета сильноточного спада Ампер
rc Сопротивление коллектора Ом
cje Ёмкость обеднения «база/эмиттер» при нулевом смещении Фарад
vje Встроенный потенциал «база/эмиттер» Вольт
mje Экспоненциальный коэффициент перехода «база/эмиттер» (безразмерн.)
tf Идеальное время прямого прохождения секунда
xtf Коэффициент зависимости смещения транзитного времени (безразмерн.)
ptf Избыточная фаза при f = 1/(время прохождения)(2)(pi) Герц * градус
cjc «База/коллектор» ёмкость истощения при нулевом смещении Фарад
vjc Встроенный потенциал «база/коллектор» Вольт
mjc Экспоненциальный коэффициент перехода «база/коллектор» (безразмерн.)
xjcj Доля ёмкости обеднённой ёмкости «база/коллектор»,
подключённой к базовому узлу		 (безразмерн.)
tr Идеальное время обратного прохождения секунда
cjs Ноль-ёмкость «коллектор/подложка» смещения Фарад
vjs Встроенный потенциал перехода подложки Вольт
mjs Экспоненциальный коэффициент перехода подложки (безразмерн.)
xtb Экспонента температуры прямого/обратного бета-излучения
eg Энергетическая щель для влияния температуры
на транспортный ток насыщения		 электрон-вольт
xti Температурный показатель для влияния на транспортный ток насыщения (безразмерн.)
kf Коэффициент шума мерцания (безразмерн.)
af Экспонента мерцающего шума (безразмерн.)
fc Коэффициент формулы обеднённой
ёмкости при прямом смещении		 (безразмерн.)
Комментарий

Как и в случае с диодами, название модели, данное для конкретного типа транзистора, должно начинаться с буквы, а не с цифры. Вот почему приведённые выше примеры для типов ТБП 2N2222 и 2N2907 названы «m2n2222» и «q2n2907» соответственно. Как видите, SPICE позволяет очень подробно указывать свойства транзистора. Многие из перечисленных выше свойств выходят далеко за рамки возможностей и интересов начинающего студента-электронщика и даже бесполезны, если не считать знание уравнений, которые SPICE использует для моделирования биполярных транзисторов. Для тех, кто хочет узнать больше о моделировании транзисторов в SPICE, обратитесь к другим книгам, таким как «Книга по Spice» Андрея Владимиреску (ISBN 0-471-60926-9).

JFET, переходной полевой транзистор

Общая форма

j[name] [drain] [gate] [source] [model]

Пример

j1 2 3 0 mod1

Модели JFET-транзисторов

Общая форма

.model [modelname] [njf or pjf] [parmtr1=x] …

Пример 1

.model mod1 pjf

Пример 2

.model mod2 njf lambda=1e-5 pb=0.75

Определения параметров
Параметр Значение Единица
измерения
vto Пороговое напряжение Вольт
beta Параметр крутизны Ампер/Вольт2
lambda Параметр модуляции длины канала 1/Вольт
rd Сопротивление стока Ом
rs Сопротивление истока Ом
cgs Ёмкость перехода «затвор/исток» при нулевом смещении Фарад
cgd Ёмкость перехода «затвор/сток» при нулевом смещении Фарад
pb Потенциал затворного перехода Вольт
is Ток насыщения затворного перехода Ампер
kf Коэффициент «мерцающего» шума (безразмерн.)
af Показатель степени «мерцающего» шума (безразмерн.)

МОП-транзисторы

Общая форма

m[name] [drain] [gate] [source] [substrate] [model]

Пример

m1 2 3 0 0 mod1

Модели МОП-транзисторов

Общая форма

.model [modelname] [nmos or pmos] [parmtr1=x] …

Пример 1

.model mod1 pmos

Пример 2

.model mod2 nmos level=2 phi=0.65 rd=1.5

Пример 3

.model mod3 nmos vto=-1 (depletion)

Пример 4

.model mod4 nmos vto=1 (enhancement)

Пример 5

.model mod5 pmos vto=1 (depletion)

Пример 6

.model mod6 pmos vto=-1 (enhancement)

Комментарий

Чтобы различать транзисторы в режиме насыщения и в режиме обеднения, необходимо указать параметр модели «vto» (пороговое напряжение нулевого смещения). Его значение по умолчанию равно нулю, но положительное значение (например, +1 вольт) на транзисторе с каналом P или отрицательное значение (-1 вольт) на транзисторе с каналом N указывает, что транзистор является обеднённым. И наоборот, отрицательное значение для P-канального транзистора или положительное значение для N-канального транзистора будет указывать, что этот транзистор находится в режиме насыщения. Помните, что транзисторы в режиме насыщения являются нормально разомкнутыми устройствами и должны включаться приложением напряжения затвора. Транзисторы в режиме обеднения обычно «замкнуты», но могут быть переведены в режим «отсечки», а также увеличены до более высоких уровней тока стока за счёт приложенного напряжения на затворе. Параметр «vto» определяет пороговое напряжение затвора для проводимости полевого МОП-транзистора.

Источники напряжения и тока

Источники синусоидального напряжения переменного тока (используется .ac для указания частоты)

Общая форма

v[name] [+node] [-node] ac [voltage] [phase] sin

Пример 1

v1 1 0 ac 12 sin

Пример 2

v1 1 0 ac 12 240 sin (12 V ∠ 240o)

Комментарий

Этот метод определения источников переменного напряжения хорошо работает, если вы используете несколько источников с фазовыми углами, различающимися друг от друга, но все источники при этом имеют одинаковую частоту. Если вам нужно указать источники на разных частотах в одной цепи, нужно использовать следующий метод!

Источники синусоидального напряжения переменного тока (НЕ используется .ac для указания частоты)

Общая форма

v[name] [+node] [-node] sin([offset] [voltage] + [freq] [delay] [damping factor])

Пример

v1 1 0 sin(0 12 60 0 0)

Определения параметров
Параметр Значение Единица
измерения
offset Напряжение постоянного тока, смещающее сигнал переменного тока на указанное напряжение Вольт
voltage Пиковое напряжение сигнала переменного тока Вольт
freq Частота Герц
delay Временна́я задержка или сдвиг фазы сигнала секунда
Dumping
factor		 Коэффициент затухания – число, используемое
для создания сигналов с затухающей амплитудой		 (безразмерн.)
Комментарий

Этот метод определения источников переменного напряжения хорошо работает, если вы используете несколько источников на разных частотах. Однако представление фазового сдвига сложно, поскольку необходимо использовать коэффициент задержки.

Источники напряжения постоянного тока (используется .dc для указания напряжения)

Общая форма

v[name] [+node] [-node] dc

Пример

v1 1 0 dc

Комментарий

Если вы хотите, чтобы выходные напряжения SPICE не относились к узлу 0, вы должны использовать опцию анализа .dc , а для использования этой опции вы должны таким образом указать хотя бы один из ваших источников постоянного тока.

Источники напряжения постоянного тока (НЕ используется .dc для указания напряжения)

Общая форма

v[name] [+node] [-node] dc [voltage]

Пример

v1 1 0 dc 12

Комментарий

Ничего примечательного!

Источники импульсного напряжения

Общая форма

v[name] [+node] [-node] pulse ([ i ] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd])

Определения параметров
Параметр Значение
i Начальное значение
p Значение импульса
td Время задержки
tr Время нарастания
tf Время спада
pw Ширина импульса
pd Период

Все временны́е параметры указаны в секундах.

Пример

v1 1 0 pulse (-3 3 0 0 0 10m 20m)

Комментарий

Данный пример представляет собой идеальную прямоугольную волну, колеблющуюся в диапазоне от -3 до +3 вольт, с нулевым временем нарастания и спада, периодом 20 миллисекунд и 50%-м рабочим циклом (+3 вольта в течение 10 мс, затем -3 вольта в течение 10 мс).

Источники синусоидального переменного тока (используется .ac для указания частоты)

Общая форма

i[name] [+node] [-node] ac [current] [phase] sin

Пример 1

i1 1 0 ac 3 sin (3 amps)

Пример 2

i1 1 0 ac 1m 240 sin (1 mA ∠ 240o)

Комментарий

Здесь (и в следующем примере) справедливы те же комментарии, что и для источников переменного напряжения.

Источники синусоидального переменного тока (НЕ используется .ac для указания частоты)

Общая форма

i[name] [+node] [-node] sin([offset] + [current] [freq] 0 0)

Пример

i1 1 0 sin(0 1.5 60 0 0)

Источники постоянного тока (используется .dc для указания силы тока)

Общая форма

i[name] [+node] [-node] dc

Пример

i1 1 0 dc

Источники постоянного тока (НЕ используется .dc для указания силы тока)

Общая форма

i[name] [+node] [-node] dc [current]

Пример

i1 1 0 dc 12

Комментарий

Несмотря на то, что во всех книгах говорится, что первый узел, указанный для источника постоянного тока, является положительным узлом, методом проб и ошибок я обнаружил, что это не так. На самом деле источник постоянного тока в SPICE задаёт ток в том же направлении, что и источник напряжения (батарея) с его отрицательным зарядом – узлом, указанным самым первым.

Источники импульсного тока

Общая форма

i[name] [+node] [-node] pulse ([i] [p] [td] [tr] + [tf] [pw] [pd])

Определения параметров
Параметр Значение
i Начальное значение
p Значение импульса
td Время задержки
tr Время нарастания
tf Время спада
pw Ширина импульса
pd Период

Все временны́е параметры указаны в секундах.

Пример

i1 1 0 pulse (-3m 3m 0 0 0 17m 34m)

Комментарий

Данный пример представляет собой идеальную прямоугольную волну, колеблющуюся в диапазоне от -3 мА до +3 мА, с нулевым временем нарастания и спада, периодом 34 миллисекунды и 50%-м рабочим циклом (+3 мА в течение 17 мс, затем -3 мА в течение 17 мс).

Зависимые источники напряжения

Общая форма

e[name] [out+node] [out-node] [in+node] [in-node] + [gain]

Пример

e1 2 0 1 2 999k

Комментарий

Зависимые источники напряжения отлично подходят для имитации операционных усилителей. В приведённом примере показано, как такой источник может быть сконфигурирован для использования в качестве повторителя напряжения, инвертирующий вход соединён с выходом (узел 2) для отрицательной обратной связи, а неинвертирующий вход поступает на узел 1. Коэффициент усиления установлен на произвольно высокое значение (999 тысяч). Одно предостережение: SPICE не распознаёт вход зависимого источника как нагрузку, поэтому источник напряжения, подключённый только к входу независимого источника напряжения, будет интерпретироваться как «разомкнутый». Подробнее об этом см. в примерах схем операционных усилителей.

См.также

Внешние ссылки

  1. ↑ www.allaboutcircuits.com - Circuit Components
Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное
Теория по электронике
Постоянный ток
Основные концепты электричества • Статическое электричество • Проводники, диэлектрики и поток электронов • Что такое электрические цепи • Напряжение и электроток • Сопротивление • Напряжение и электроток в реальной цепи • Условный ток и поток электронов
Закон Ома • Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом • Аналогия для закона Ома • Мощность в электрических цепях • Расчёт электрической мощности • Резисторы • Нелинейная проводимость • Построение цепи • Полярность перепада напряжения • Компьютерная симуляция электрических цепей
Правила электробезопасности • Важность правил электробезопасности • Воздействие электричества на психологическое состояние • Путь, который ток проходит перед ударом • Закон Ома (снова!) • Техника безопасности • Первая медицинская помощь при ударе током • Распространённые источники опасности • Проектирование электроцепей с учётом требований безопасности • Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей • Данные о влиянии удара током на тело человека
Экспоненциальная запись и метрические приставки • Экспоненциальная запись • Арифметические операции для экспоненциальной записи • Метрические обозначения • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE
Последовательные и параллельные электрические цепи • Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • Электропроводность • Рассчитываем мощность • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи
Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа • Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ)
Комбинированные последовательно-параллельные схемы • Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей
Измерения в электрических цепях постоянного тока • Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • Высоковольтный омметр • Мультиметры • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • Мостовые схемы • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор
Сигналы электрического оборудования • Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • Тахогенераторы • Теромопары • Измерения pH • Тензодатчики
Анализ сети постоянного тока • Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • Теорема Миллмана • Теорема о суперпозиции • Теорема Тевенена • Теорема Нортона • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования
Батареи и системы питания • Поведение электронов при химических реакциях • Батарейные конструкции • Рейтинг батарей • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей
Физика проводников и диэлектриков • Введение в физику проводников и диэлектриков • Размеры проводов• Допустимые токовые нагрузки на провода • Предохранители • Удельное сопротивление • Температурный коэффициент сопротивления • Сверхпроводимость • Пробивное напряжение диэлектрика
Конденсаторы • Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения - Конденсаторы
Магнетизм и электромагнетизм • Постоянные магниты • Электромангетизм • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • Электромагнитная индукция • Взаимная индукция
Катушки индуктивности • Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности
Постоянные времени в RC и L/R цепях • Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • Сложные схемы • Расчёт неизвестного времени
Переменный ток
Основы теории переменного тока • Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока • Принципы радио
Комплексные числа • Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока
Реактанс и импеданс – Индуктивность • Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»?
Реактанс и импеданс – Ёмкость • Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи • Особенности конденсаторов
Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи • Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • Последовательные R/L/C-цепи • Параллельные R/L/C-цепи • Последовательно-параллельные R/L/C-цепи • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге?
Резонанс • Электрический маятник • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • Применение резонанса • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи
Сигналы переменного тока смешанной частоты • Сигналы переменного тока смешанной частоты - Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях
Фильтры • Что такое фильтр? • Низкочастотные фильтры • Высокочастотные фильтры • Полосовые фильтры • Полосно-заграждающие фильтры • Резонансные фильтры • Подводя итоги по фильтрам
Трансформаторы • Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • Электрическая изоляция • Фазировка • Конфигурации обмотки • Регулировка напряжения • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы
Многофазные цепи переменного тока • Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • Чередование фаз • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности
Коэффициент мощности • Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности
Измерение цепей переменного тока • Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • Измерение мощности • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока
Двигатели переменного тока • Введение в двигатели переменного тока • Синхронные двигатели • Синхронный конденсатор • Двигатель с магнитным сопротивлением • Шаговые двигатели • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока
Линии передачи • Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • Характеристический импеданс • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • Преобразование импеданса • Волноводы
Полупроводники
Усилители и активные устройства • От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • Усилители • Коэффициент усиления • Децибелы • Абсолютные дБ-шкалы • Аттенюаторы
Теория твердотельных приборов • Введение в теорию твердотельных устройств • Квантовая физика • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • P-N-переход • Полупроводниковые диоды • Транзисторы с биполярным переходом • Полевые транзисторы • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • Тиристоры • Методы производства полупроводников • Сверхпроводящие устройства • Квантовые устройства • Полупроводниковые приборы в SPICE
Диоды и выпрямители • Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • Схемы выпрямителей • Пиковый детектор • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE
Биполярные транзисторы • Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • Каскодный усилитель • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Импеданс усилителя • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП)
Полевые транзисторы • Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET)
Полевые транзисторы с изолированным затвором • Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором
Тиристоры • Гистерезис • Газоразрядные лампы • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • Оптотиристоры • Однопереходной транзистор • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением
Операционные усилители • Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • «Операционный» усилитель • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей
Практические аналоговые полупроводниковые схемы • Электростатический разряд • Схемы источников питания • Схемы усилителей • Осцилляторные схемы • Радиосхемы • Вычислительные схемы • Измерительные схемы
Приводы двигателей постоянного тока • Широтно-импульсная модуляция
Электронные лампы • Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • Триод • Тетрод • Силовой лучевой тетрод • Пентод • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники
Цифровая электроника
Системы счисления • Числа и способы их выражения • Системы счисления • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления
Двоичная арифметика • Числа и системы счисления • Двоичное сложение • Отрицательные двоичные числа • Двоичное вычитание • Двоичное переполнение • Наборы битов
Логические вентили • Цифровые сигналы и вентили • Вентили «НЕ» • «Буферные» вентили • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • Схемы КМОП-вентилей • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы
Переключатели • Типы переключателей • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание • «Дребезжание» контактов
Электромеханические реле • Устройство реле • Контакторы • Реле с задержкой времени • Защитные реле • Твердотельные реле
Релейная логика • «Лестничные» диаграммы • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • Отказоустойчивость • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
Булева алгебра • Булева алгебра – Введение • Логическая арифметика • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения
Карты Карно • Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными
Функции комбинационной логики • Функции комбинационной логики – Введение • Неполный сумматор • Полный сумматор • Декодер • Кодер • Демультиплексоры • Мультиплексоры • Совместное использование множественных комбинационных схем
Мультивибраторы • Цифровая логика с обратной связью • SR-защёлка • Вентильная SR-защёлка • D-защёлка • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • JK-триггер • Триггеры с асинхронными входами • Моностабильные мультивибраторы
Схемы последовательностей • Двоичная счётная последовательность • Асинхронные счётчики • Синхронные счётчики • Конечные автоматы
Сдвиговые регистры • Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) • Кольцевые счётчики
Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования • Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • Параллельные АЦП • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • Отслеживающий АЦП • Скатные (интегрирующие) АЦП • Дельта-сигма АЦП • Практические аспекты схем АЦП
Цифровая связь • Цифровая связь – Введение • Сети и шины • Потоки данных • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • Топология сети • Сетевые протоколы • Практические аспекты цифровой связи
Цифровое хранилище (память) • Почему «цифровое»? • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы»
Принципы цифровых вычислений • Двоичный сумматор • Таблицы поиска • Конечные автоматы • Микропроцессоры • Микропроцессорное программирование
Справочные материалы
Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта • Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения
Цветовая маркировка • Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки
Таблицы проводников и диэлектриков • Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов
Справочник по алгебре • Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • Свойства степеней • Извлечение корней • Важные константы • Логарифмы • Формулы сокращённого умножения • Квадратное уравнение • Прогрессии • Факториалы • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения
Справочник по тригонометрии • Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • Тригонометрические формулы • Гиперболические функции
Справочник по исчислению • Формулы вычисления пределов • Производная числа • Общие производные • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • Общие первообразные • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления • Дифференциальные уравнения
Использование программы SPICE для моделирования электрических схем • Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей
Устранение неполадок – теория и практика • Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки
Схематические обозначения элементов цепи • Провода и соединения • Источники питания • Типы резисторов • Типы конденсаторов • Катушки индуктивности • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • Соединители • Диоды • Биполярные транзисторы • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • Гибридные транзисторы • Тиристоры • Интегральные схемы • Электронные лампы
Периодическая таблица химических элементов • Таблица Менделеева
Эксперименты
Введение • Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию
Основные концепции и испытательное оборудование • Использование вольтметра • Использование омметра • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • Закон Ома • Нелинейное сопротивление • Рассеяние мощности • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией
Электрические цепи постоянного тока • Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • Делитель напряжения • Делитель тока • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • Прецизионный потенциометр • Ограничение диапазона реостата • Термоэлектричество • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • Потенциометрический вольтметр • 4-проводное измерение сопротивления • Простейший компьютер • Картошка-батарейка • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения
Электрические цепи переменного тока • Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • Сборка трансформатора • Переменный индуктор • Чувствительный аудиодетектор • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • Асинхронный двигатель • Асинхронный двигатель побольше • Фазовый сдвиг • Погашение звука • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • ПК-осциллограф • Анализ волновых сигналов • Колебательный контур • Сигнальная связь
Дискретные полупроводниковые схемы • Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • Коммутирующий диод • Полупериодный выпрямитель • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • Цепь «выпрямитель/фильтр» • Регулятор напряжения • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • Повторитель напряжения • Усилитель с общим эмиттером • Многокаскадный усилитель • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • Дифференциальный усилитель • Простой операционный усилитель • Аудио осциллограф • Ламповый аудио усилитель
Аналоговые интегральные схемы • Аналоговые интегральные схемы – Введение • Компаратор напряжения • Прецизионный повторитель напряжения • Неинвертирующий усилитель • Высокоимпедансный вольтметр • Интегратор • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • ШИМ-контроллер мощности • Аудиоусилитель класса B
Цифровые интегральные схемы • Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • Светодиодный секвенсор • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик • 7-сегментный дисплей
Таймерные схемы 555 • Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах

Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Электроника:Справочные_материалы/Использование_программы_SPICE_для_моделирования_электрических_схем/Компоненты_электрических_схем&oldid=7737737