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Schaltungssimulation mit LTSpice

Unterschiede aufdecken

5. August 2015, 13:25 Uhr | Von Mike Engelhardt

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Fortsetzung des Artikels von Teil 4

Ein fälschlicherweise stabiles Ergebnis

Bild 5 vergleicht das fälschlicherweise stabile Ergebnis (links) mit dem korrekten oszillierenden Ergebnis von LTSpice (rechts). Die Simulation stellt die Großsignal-Zeitbereichssimulation einer Sprungantwort dar. Wenn ein genügend kleiner Zeitschritt in der PSpice-Simulation festgelegt wird, kann man diese dazu zwingen, die korrekte LTspice-Lösung zu erreichen, was suggeriert, dass PSpice die Bauteil-Gleichungen der Transistoren korrekt interpretiert; PSpice ist jedoch nicht genau genug, um die Differenzialgleichungen akkurat zu integrieren.

Was also benötigt wird, ist eine schnelle und genaue Methode – wie bei der Trap-Integration, aber ohne deren Schwingungsanteil. Zum jetzigen Stand der Forschung, wo PSpice das Trap-Oszillieren mit der Gear-Integration eliminiert und ergänzend dazu versucht, einen passenden Zeitschritt festzulegen, gibt es noch eine weitere Methode: eine verstimmte (detuned) Version der Trap-Integration, welche das Trap-Oszillieren dämpft, dabei aber einen akzeptabel kleinen Fehler im Verhalten der realen Schaltung hervorruft.

Es ist aktuell möglich – aber keinesfalls empfohlen – die Trap-Integration von LTSpice mit der nicht dokumentierten Option „trapdamp“ zu verstimmen, indem die Spice-Direktive

.options trapdamp=.01

im Simulations-Stromlauf hinzugefügt wird. Man ist auf diese Weise in der Lage, einen Wert von trapdamp zu finden, der das Integrationsverhalten von HSpice [8] dupliziert. Dennoch wird diese Option nicht empfohlen, weil sie das reale Schaltungsverhalten dämpft. Bei LTSpice indes ist das nicht nötig, weil hier eine bessere Methode zum Dämpfen des Trap-Oszillierens eingesetzt wird.

LTSpice benutzt eine Integrationsmethode, modifiziertes Trap, welches die Geschwindigkeit und Genauigkeit von Trap hat – aber ohne das Ringing-Artefakt. Modifizierter Trap ist eine Methode, die in LTSpice eingesetzt wird und nach heutigem Wissensstand der beste Weg, um die Differenzialgleichungen einer analogen Schaltung zu integrieren. Die Methode wird von LTSpice auch benutzt, um ein Verhalten gemäß Bild 3 (rechte Bildhälfte) zu erzeugen.

Man beachte, dass es keine Änderung in der Oszillationsamplitude gibt, selbst wenn sie Tausende von Zyklen schwingt. Dies demonstriert, dass das modifizierte Trap-Verfahren von LTSpice überhaupt kein künstliches numerisches Dämpfen hervorruft. Modifiziertes Trap wurde von LTspice auch verwendet, um ein Signalverhalten gemäß Bild 5 zu erzeugen. LTspice deckt hier die Instabilität des Verstärkers korrekt auf.