Schaltungssimulati­on und -modellierung

1. Teil des Moduls Schaltungssimulation und Systemidentifikation (ET-12 08 08)

Vorlesender

Dr. Jan Müller

Allgemeine Informationen

Ziele des Lehrfaches sind die Vermittlung von Grundlagen und die praktische Anwendung der Modellierung und Simulation analoger und gemischt analog-digitaler Schaltungen.

Die Lehrveranstaltung findet in Form von Vorlesungen in Verbindung mit Praktika statt. Während in den Praktika die Anwendung eines speziellen Simulators anhand von Aufgabenstellungen aus der Schaltungstechnik geübt wird, werden in den Vorlesungen die allgemeinen Prinzipien der Schaltungssimulation erläutert. Dadurch soll besonders die selbständige Einarbeitung in andere Schaltungssimulatoren und deren fachgerechte Anwendung erleichtert werden.

Themen der Lehrveranstaltung

• Struktur und Wirkungsweise von Schaltungssimulatoren, insbesondere Spice
• Arbeit mit grafischer Oberfläche und Netzlisten
• Analysearten (Gleichspannungs-, Wechselspannungs-, Transienten-, Fourier-Analyse, usw.) anhand ausgewählter Schaltungen
• Darstellung von Kennlinienfeldern und Variation von Schaltungsparametern
• Frequenzgänge und Ortskurven dynamischer Schaltungen
• Bauelementemodelle (Prinzip, Struktur, Parametrisierung)
• Implementierung eigener Modelle und Teilschaltungen
• Modellierung anhand von Übertragungsfunktionen (Laplace-Transformierten)
• Überblick über die digitale und (gemischt) analog-digitale Simulation

Aktuelles

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Programme

Es gibt zahlreiche – kommerzielle und nichtkommerzielle/freie – Schaltungssimulatoren. Einen Überblick verschaffen die folgenden Seiten — in der Vorlesung werden analoge und gemischt-analog/digitale Schaltungen betrachtet, der Schwerpunkt liegt auf Spice-ähnlichen Simulatoren (Spice ist der Industriestandard für die Simulation analoger Schaltungen, zahlreiche kommerzielle Produkte basieren auf dem Spice-Kern):

• Schaltungssimulation auf mikrocontroller.net
• Liste der Simulatoren auf Wikipedia
• Web-Seiten, Bücher, Software, Modelle (Schwerpunkt Spice)
• GPL-lizensierte Entwurfssoftware (Schaltungen, Leiterplatten)

Micro-Cap

Im Praktikum der Lehrveranstaltung Schaltungssimulation und -modellierung wird das Programm Micro-Cap der Firma Spectrum Software benutzt. Es basiert auf dem Simulator Spice, ist aber leider nur für Windows verfügbar (funktioniert jedoch unter Linux und MacOS mit Wine).

Die letzte Version ist als lokale Kopie hier verfügbar:

• Nutzung europäischer Schaltzeichen in Micro-Cap – die Original-Datei standard.shp im Micro-Cap-Verzeichnis durch diese ersetzen: standard12.shp.zip (56 kB)

Spice

Das originale Spice stammt vom Departement of Electrical Engineering and Computer Sciences der University of California, Berkeley bei San Francisco.