Attivit Sperimentale 2008 Elettronica Simulazione elettronica analogica e
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Attività Sperimentale 2008 Elettronica Simulazione elettronica analogica e digitale con SPICE e progettazione del Layout
Studenti Partecipanti allo stages: Tascioni Massimiliano, Di Bello Davide, Franchini Roberto, Santinello Daniele, Gatta Edoardo, Vitale Claudia, Fanciulli Daniele, Lanza Daniele, Di Domenico Simone, Nunnari Marco, Lorenzi Gianmarco, Rava’ Alessandro, Di Dio Marco, De Paulis Simone, Orru’ Alessandro, Montes Rua Rafael Eduardo, Szymecki Kamil
Indice l l Caratteristiche generali del simulatore Tipologie di analisi possibili con Spice: DC Operating Point AC Analysis Transient Analysis Temperature Sweep DC Sweep Paramiter Sweep Progetti sviluppati con il simulatore: Analisi del Filtro RC - CR Analisi del Circuito Risonante RLC Fasori Analisi di un Trasformatore Curve caratteristiche del diodo e del transistor Progetto finale: Amplificatore controreazionato Alimentatore Switching
Caratteristiche generali del simulatore l l l I programmi di simulazione circuitale costituiscono uno strumento di estrema utilità per chi si occupa di progettazione di circuiti elettronici Essi rendendo semplici le verifiche funzionali di un progetto Il simulatore SPICE “Simulation program With Integrated circuit Emphasis” è utilizzato universalmente per la simulazione di circuiti elettronici analogici e digitali
DC Operating Point l l Questo tipo di analisi definisce il punto di lavoro “in regime continuo” di un circuito elettrico È usata per determinare le condizioni di lavoro di uno o più dispositivi elettronici Per osservare le funzioni di trasferimento dei elementi non lineari (es: diodi, transistor, MOS). Per determinare le condizioni iniziali degli elementi reattivi nel dominio del tempo
DC Operating Point
AC Analysis l l Questo tipo di analisi, elabora la risposta in frequenza di un circuito elettrico, costituiti da elementi lineari (es: resistenza, induttanza, capacità, trasformatore, generatore di tensione e di corrente) Esso ipotizza le sorgenti del segnale sinusoidale la cui frequenza è la variabile indipendente
AC Analysis
Transient Analysis l l Questa analisi elabora la risposta nel dominio del tempo, essendo una variabile indipendente, di un circuito elettrico L’analisi del transitorio permette di valutare il comportamento di una circuito elettrico, come lo si farebbe con uno oscilloscopio su un realistico circuito
Transient Analysis
Temperature Sweep l l Questa analisi ha come parametro variabile la temperatura a cui si trova il circuito Per ciò che riguarda i modelli di molti comportamenti, si riproducono diversi fenomeni legati alla temperatura
Temperature Sweep (Curve caratteristiche del diodo)
DC Sweep l l Questo tipo di analisi, esegue ripetute interazioni DC (corrente continua) sequenziali, considerando in ciascuna un valore per una o più sorgenti DC presenti nel circuito elettrico Permette di tracciare le funzioni di trasferimento in DC di un dispositivo attivo
DC Sweep
Paramiter Sweep Questo tipo di analisi parametrica, in un circuito elettronico, permette di variare le sorgenti di tensione e corrente, modelli, parametri globali e temperature. l I parametri del tipo di analisi si cambiano nel pannello di controllo “Simulations profile” l
Analisi del filtro RC - CR l l l Si definisce Banda Passante la frequenza in cui l’ampiezza del segnale si attenua di -3 d. B Il circuito RC, noto come Passa – Basso, è una tipologia di filtro che ha la caratteristica di attenuare le frequenze alte Il circuito CR, noto come Passa – Alto, ha la caratteristica di far passare solo le alte frequenze attenuando le basse
Filtro RC – CR (Passa – Banda) Modulo – Fase ?
Analisi del Circuito Risonante RLC Studio della variazione d’ impedenza in funzione della frequenza l Simulazioni del modulo e della fase l Definizione di Banda passante (frequenza di taglio) l Analisi comportamentale in risonanza l
Circuito Risonante RLC Modulo - Fase
Metodo Simbolico: Regime permanente sinusoidale l Se ad una rete elettrica, qualunque essa sia, viene applicato un segnale sinusoidale con pulsazione w, il segnale d’uscita dopo un periodo transitorio sarà anch’esso un segnale sinusoidale con pulsazione w. Rete elettrica Vi*cos(w*t) + + Vin - Vout - Vo*cos(w*t-f)
Regime permanente sinusoidale l l l In altri termini, l’analisi della rete elettrica può essere semplificata, passando dal dominio del tempo a quello dei “fasori”. I fasori spostano l’analisi dal campo reale a quello complesso. Il termine che contiene cos(w*t) viene ridotto considerando solo modulo e fase. Vi* cos(w*t) Vi Vo*cos(w*t-f) Vo*exp(-jf)
Regime permanente sinusoidale l I fasori si rappresentano nel campo complesso (spazio a due dimensioni) Parte immaginaria Vi f Vo*exp(-jf) Parte reale
Impedenze l l l Nel dominio dei fasori R , 1/jw. C e jw. L prendono il nome di “impedenze”. Una generica impedenza si indica con il simbolo Z. L’impedenza è molto simile alla resistenza nel dominio del tempo poichè esprime il rapporto tra tensione e corrente. In caso di più componenti è possibile calcolare il valore dell’impedenza equivalente.
Impedenze l Impedenza serie R l Zeq = R + 1/jw. C
Impedenze l Impedenza parallelo R 1/jw. C l Zeq = (1/R + jw. C)-1
Impedenze l Si possono applicare anche teoremi importanti come il teorema di Thevenin e il teorema di Norton. Z 1 Z 3 V Z 2 Veq Zeq
Impedenze l La rappresentazione delle impedenze sul piano complesso diventa Parte immaginaria j w. L R Parte reale 1/jw. C
Analisi di un Trasformatore Studio e simulazioni di accoppiamento tra induttori l Misura di una induttanza l Studio della curva di Isteresi che rappresenta il campo magnetico e la permeabilità magnetica l
Analisi di un Trasformatore
Amplificatore reazionato
Amplificatore reazionato
Progettazione di un alimentatore switching
Analisi del transiente di un alimentatore switching
Realizzazione del Layout
Riconoscimenti l All’ organizzazione del SIS-Divulgazione, per l’efficienza dell’ organizzazione e l’ accoglienza; l Al Professore Mario Calvetti Direttore dell’ INFN per la sua disponibilita’ allo svolgimento dei corsi; l Ai nostri professori per essersi impegnati nella realizzazione dello stage.
Tutori Bazzi Massimiliano Corradi Giovanni Tagnani Diego
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