LTspice analogica - guida LT spice italiano PDF

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LTspice Introduzione Per creare un nuovo schema circuitale occorre premere sul pulsante [New Schematic]

; apparirà

una griglia (con fondo solitamente grigio) che può essere però modificata nelle sue varie componenti cromatiche (sfondo, colore dei componenti elettronici, dei fili di connessione, dell’elemento in evidenza, oppure delle parti che compongono il grafico dove apparirà la nostra forma d’onda ecc.) scegliendo dal menu [Tool] la voce Color Preferences. Di default è attivata una Toolbar che contiene, tra l’altro, dei pulsanti che raffigurano alcuni dei principali elementi circuitali. Se la Toolbar non dovesse essere attiva (o la si volesse disattivare) basta spuntare dal menu [View] la voce Toolbar. I pulsanti contenuti nella parte destra della Toolbar sono:

Il primo, a partire da sinistra, raffigura una matita. E’ lo strumento [Wire], il quale permette di collegare tra loro i componenti che compongono lo schema. Segue il pulsante [Ground] che permette di inserire la massa, ovvero il punto con potenziale di riferimento 0, nel circuito. Il terzo pulsante [Label Net] permette invece di identificare in modo più chiaro un qualsiasi nodo che compone il circuito anziché affidarsi alla classificazione progressiva (del tipo N001 – N002 ecc.) che assegna automaticamente il programma. Il quarto pulsante [Resistor] inserisce nello schema un resistore che può essere poi editato per cambiargli il nome, inserire il valore in Ohm, la tolleranza %, la potenza dissipata ecc. Segue il pulsante [Capacitor] che inserisce, in modo analogo al pulsante precedente, un condensatore nel circuito. A seguire abbiamo il pulsante [Inductor] che permette di inserire un’induttanza nel circuito. Il penultimo pulsante raffigura un diodo [Diode] il quale, una volta piazzato sulla griglia, può essere modificato (premendo il pulsante destro del mouse sul componente) per sceglierne uno tra quelli proposti nella libreria dei componenti. Infine abbiamo un ultimo pulsante (raffigurato da una porta logica and) chiamato [Component] che permette di inserire tutti gli altri componenti elettronici nello schema (transistor, amplificatori operazionali, porte logiche, generatori di tensione o di corrente ecc.). Lo stesso risultato si ottiene premendo il tasto [F2]. E’ possibile inoltre editare, modificare e creare proprie librerie di componenti. Per cancellare dallo schema un componente, invece, basta premere il tasto [F5]. Comparirà una forbice che, con un clic sul pulsante sinistro del mouse, cancellerà un componente, un ramo o un intero blocco dallo schema. Per spostare un componente o un intero blocco precedentemente selezionato sullo schema, invece basterà premere il tasto [F7] oppure il pulsante [Move]

. Per ruotare i componenti usare il comando

Ctrl+R dopo averlo selezionato con il pulsante [Move]. Invece per copiare un componente cliccare Ctrl+C.

Prima esercitazione LTspice Creare un nuovo schema circuitale attraverso l’apposito pulsante. Inserire all’interno del foglio di lavoro due resistenze selezionando il simbolo della resistenza nella toolbar oppure digitando R.

Cliccando con il tasto destro del mouse sulla resistenza è possibile modificarne il valore. Impostare R1 a 100 Ω ed R2 a 50 Ω.

Premendo [F2] o il tasto

comparirà la lista di tutti i componenti disponibili nel programma cliccare

due volte su voltage e inserire un generatore nel circuito.

Modificare il valore di tensione del generatore cliccando con il tasto destro del mouse sul componete e inserendo 10V nel campo DC value. Premere infine OK.

Premere il pulsante [Wire]

e collegare gli elementi circuitali come illustrato in figura.

Inserire infine il riferimento a massa attraverso il pulsante [Ground] e collegarlo al circuito.

Ad un tratto di conduttore può essere assegnato un nome. Questa operazione faciliterà l’osservazione dei risultati della simulazione. Premendo il pulsante [Label Net] assegnare il nome out al tratto compreso fra le due resistenze.

Simulazione del circuito Nel menù Simulate cliccare su Edit Simulation Cmd e selezionare DC sweep. Questa modalità consente di fare una simulazione al variare della tensione di un generatore DC già presente nel circuito (nel nostro caso V1). Impostare i valori di figura. In sostanza si è scelto di far variare la tensione generata da V1 da 0 a 10 V in passi da 100 mV. LTspice calcolerà la simulazione per ciascuna di queste polarizzazioni. Premere OK e inserire il comando nel circuito cliccando, con il tasto destro, nello schematic. Per avviare la simulazione premere il premere il pulsante [Run]

oppure sempre dal menù Simulate

cliccare Run. Apparirà cosi il grafico su cui verranno plottate le varie forme d’onda.

I segnali da graficare dovranno essere selezionati dal menù Plot Settings premendo Add trace e scegliendo il segnale da visualizzare. (NB il menù Plot Settings è visibile solo se il plot è selezionato)

Un’altra possibilità è quella di avvicinare il cursore del mouse sulla parte del circuito di interesse. L’indicatore cambierà immediatamente forma trasformandosi in un puntale rosso (Probe)

che

permetterà di misurare la tensione. Per visualizzare una corrente bisogna portare il cursore direttamente su un componente: il cursore, a sua volta, si trasformerà in una pinza amperometrica pulsante [Alt] comparirà invece un’icona a forma di termometro

. Premendo il

per la misura della potenza dissipata.

Selezionare attraverso uno dei due metodi la tensione di ingresso e di uscita del circuito.

E’ possibile scomporre il grafico in più grafici per visualizzare, ad esempio, anche delle correnti. Dal menù Plot Settings cliccare Add Plot Pane. Il grafico attivo è quello più luminoso. Si può passare da un grafico all’altro semplicemente cliccandoci sopra. Plottare, nel nuovo grafico, la I(R1).

Una curva può essere eliminata dal grafico premendo il tasto Canc e cliccando sul suo nome. Per salvare il circuito, selezionarlo e seguire il percorso: →File →Save As; a questo punto scegliere la directory e il nome del file. Mentre per salvare le impostazioni del grafico, selezionarlo e cliccare →File →Save Plot Setting As.

Simulazione nel tempo Sostituire il generatore DC con un generatore sinusoidale cliccando con il tasto destro del mouse su V1. Eliminare il DC value e premere il pulsante Advanced.

Successivamente e necessario selezionare SINE e impostare l’ampiezza a 1 V e la frequenza a 1KHz, infine premere OK.

Per effettuare un’analisi nel tempo cliccare nel menù Simulate su Edit Simulation Cmd e selezionare Transient (eliminare le precedenti impostazioni in DC sweep e cancellare successivamente l’istruzione precedente dallo schematic).

Impostando i parametri di simulazione come in figura verrà simulato il circuito in un intervallo di tempo compreso fra 0 e 5 ms (che corrispondono a cinque cicli del segnale di ingresso). Lanciare la simulazione e visualizzare i segnale d’ingresso e d’uscita.

Seconda esercitazione LTspice Disegnare il circuito presente nella figura seguente, in cui V1 è un generatore sinusoidale con i parametri mostrati nella figura a destra (ampiezza 10 V e frequenza 50 Hz):

Aggiungere al circuito il diodo D1 premendo il pulsante [diode]

nella tool bar.

Per selezionare il modello di un diodo, presente nel programma, cliccare con il tasto destro sul diodo D1 e selezionare Pick New Diode. Scegliere ad esempio il diodo 1N914 e premere OK.

Impostare una simulazione nel tempo di durata pari a 50 ms, avviarla e visualizzare il segnale sul generatore e sulla R2.

Modificare la tensione di picco del generatore ad 1 V e ripetere la simulazione. Questa volta è chiaramente visibile il ritardo con cui il diodo va in conduzione a causa della tensione di soglia.

Seguendo le istruzioni della prima esercitazione, modificare il circuito come segue (eliminare R1 ed R2 e sostituire il generatore sinusoidale con uno continua da 2 V) e imporre una rampa da -1 a 0.8 V.

Diagrammare la corrente del diodo in funzione della tensione del generatore (caratteristica I-V del diodo).

Terza esercitazione LTspice Raddrizzatore a mezz’onda Realizzare, secondo quanto visto nelle esercitazioni precedenti, il raddrizzatore a mezz’onda rappresentato in figura:

Impostare il generatore sinusoidale nel seguente modo:

Posizionare il label Vout come mostrato nel circuito e modificare il nome del generatore da V1 a Vin. Impostare da Transient una simulazione con Stop Time 2 ms e Time to Start Saving Data 10 ns.

Lanciare la simulazione e visualizzare Vin e Vout:

Come si può osservare, il circuito si comporta da raddrizzatore a mezz’onda. Misurare la differenza delle tensioni di picco utilizzando i cursori: per selezionare i cursori cliccare con il tasto desto del mouse sul nome delle forme d’onda e selezionare in Attached Cursor le seguenti impostazioni:

In questo modo il primo cursore è relativo alla tensione Vout mentre il secondo a Vin. Spostare, con il tasto destro del mouse, i due cursori (linee tratteggiate) nei picchi e leggere nella schermata in basso la differenza delle ordinate:

Raddrizzatore a mezz’onda con condensatore di filtro La natura pulsante della tensione d’uscita prodotta dai circuiti raddrizzatori la rende inutilizzabile come tensione continua di alimentazione per circuiti elettronici. Una maniera semplice per ridurre la variazione della tensione continua di uscita consiste nel collegare un condensatore in parallelo al resistore di carico. Si mostrerà come tale condensatore di filtro serva per ridurre drasticamente le variazioni nella tensione di uscita del raddrizzatore. Modificare il circuito precedente inserendo una capacità di 0.01 µF.

Lanciare la simulazione e valutare la tensione di ripple utilizzando i cursori:

Modificare il valore della capacità a 0.1 µF, riavviare la simulazione e osservare come il valore della tensione di ripple si riduce.

Raddrizzatore a doppia semionda Riprodurre il raddrizzatore a doppia semionda illustrato nella seguente figura. Il circuito è conosciuto come ponte di Greatz.

Impostare nel generatore un’onda sinusoidale di ampiezza 5 V, frequenza 1KHz e resistenza serie 50 Ω. In un trasformatore ideale, il rapporto fra il numero di spire dell’avvolgimento primario (Np) e quello dell'avvolgimento secondario (Ns) stabilisce il rapporto fra la tensione sul secondario Vs e quella sul primario Vp , secondo l’equazione:

Per esempio, un rapporto 1:10 indica che la tensione sul secondario è un decimo di quella sul primario ossia che il numero di spire dell’avvolgimento primario è dieci volte quello dell’avvolgimento secondario. Tale rapporto è anche legato all’induttanza dei due avvolgimenti Lp e Ls, mediante l’uguaglianza:

Dunque, in un trasformatore 1:10 il rapporto fra l’induttanza del secondario e quella del primario sarà di 1:100 (per esempio Lp=100 H, Ls=1 H). In LTspice la tecnica fondamentale per realizzare un trasformatore è quella di disegnare semplicemente ciascun avvolgimento del trasformatore come un induttore. Quindi i due induttori (avvolgimento primario e avvolgimento secondario) vengono accoppiati mediante una direttiva SPICE chiamata K, che indica appunto il coefficiente di accoppiamento mutuo (un numero compreso fra 0 e 1). Un K=1 indica perfetto accoppiamento fra i due avvolgimenti (per esempio, assenza totale di induttanze di dispersione).

Creare un trasformatore di isolamento nel seguente modo: 1. Inserire due induttori nel circuito:

2. Modificare il valore di L1 ed L2 e porlo pari a 2 H, per avere un rapporto di trasformazione di 1:1

3. Premere il tasto [S] (inserimento di una direttiva SPICE) e digitare nel text-box la direttiva presente in figura:

Ovvero si stanno accoppiando L1 ed L2 con un coefficiente pari a 1. 4. Una volta piazzata questa direttiva nello schematic (cliccando con il tasto destro del mouse), sui due induttori compariranno i phasing dot fra loro concordi, che possono eventualmente essere resi discordi ruotando gli induttori secondo le polarità desiderate:

5. Selezionare L1 attraverso il pulsante [Move]

e premere CTRL+E per specchiarlo, in modo

che si ottenga il simbolo del trasformatore:

Dopo aver creato il trasformatore di isolamento, impostare da Transient una simulazione con Stop Time di 2 ms e Time to Start Saving Data di 10 ns. Lanciare la simulazione, visualizzare Vin e Vout e misurare la differenza tra le tensioni di picco attraverso i cursori.

Raddrizzatore a doppia semionda con condensatore di filtro Inserire nel circuito precedente un condensatore del valore si 0.01 µF come illustrato in figura:

Effettuare la simulazione con i parametri precedentemente impostati e valutare la tensione di ripple con i cursori.

Modificare il valore della capacità a 0.1 µF, avviare la simulazione e valutare come il valore della tensione di ripple si riduce....