LTspice v praxi – 4. díl: Indukčnosti, transformátory a vedení

Posledně jsme si představili některé vybrané modely součástek. V dnešním pokračování navážeme a povíme si něco o indukčnostech a také vedení, pochopitelně elektrickém. Pojednání o součástkách pak završíme a ukážeme si, jak vytvořit vlastní schematický blok, tedy něco jako „integrovaný“ obvod.

Transformátory ve Spice

Bez transformátorů by výčet součástek nebyl kompletní. Jak jsem již dříve zmiňoval, někteří výrobci, např. společnost Würth elektronik [1], zde pro své indukčnosti modely Spice poskytují. My se ale budeme zabývat obecným, idealizovaným modelem.

Transformátor realizujeme opravdu jednoduše. Stačí pouze nadefinovat činitel vazby a máme hotovo. Pro náš transformátor tvořený cívkami L1 a L2 z obr. 1 je činitel vazby dán zápisem Spice direktivy „K L1 L2 0.98“. Nadefinováním vazby se pak automaticky doplní „začátky“ vinutí. Pokud se ale rozhodneme simulovat nějaký vf obvod, činitel vazby „K“ bude samozřejmě podstatně nižší než v případě transformátoru spínaného zdroje s uzavřeným magnetickým obvodem.

Jak tam namotáme deset závitů?

Nemusíte se obávat, protože poměr indukčností cívek L1 a L2 je roven druhé mocnině poměru závitů nebo, chcete-li, transformačnímu poměru. Pokud se vám nechce počítat, můžete to pochopitelně nechat na Spice – viz také obr. 1.

Dlouhé vedení nemusí být vždy problémem

Dnešní uspěchaná doba si žádá i „uspěchané“ signály a náběžná hrana 1 ns proto není v digitální technice vůbec žádným překvapením. Pokud je mezi začátkem a koncem signálové trasy nezanedbatelný rozdíl napětí, znamená to, že se nejedná o obyčejnou cestu, ale skutečně jde o vedení. Obecně uznávaná hranice je 1/6 délky spojované s náběžnou hranou signálu. Vysvětleme si to na příkladu. Nechť signál na desce plošného spoje překoná vzdálenost jednoho milimetru za 6 ps. V průběhu 1 ns tedy urazí dráhu přibližně 170 mm. Dle výše uvedené poučky proto spoj delší než 28 mm prohlásíme za vedení.

Z vedení ale nemusíme mít obavy, máme přece LTspice®. V knihovně komponent jsou hned dva druhy vedení „Ltline“ a „tline“, tedy ztrátové (Lossy Transmission Line) a bezeztrátové vedení. Mé sympatie má bezeztrátové vedení „tline“ pro svou jednoduchost při definování parametrů. Stačí zadat pouze impedanci a délku. Pokročilejší „Ltline“ vyžaduje definici základních parametrů pomocí direktivy Spice, tj. indukčnost, kapacitu a odpor na jednotku délky. Obě komponenty jsou definovány s ekvivalentními parametry a v obou případech můžeme rovněž pozorovat krásný odraz na vedení – viz také obr. 2.

Integrovaný obvod, ale bez křemíku

Pokud vás simulace v LTspice® zaujala natolik, že už na pracovní ploše programu nezbývá místo pro další součástky nebo je schéma až moc nepřehledné, existuje snadná pomoc. Vytvoříme si totiž „integrovaný“ obvod.

Obvod, který chceme „integrovat“, musí být na samostatném listu (sheetu). Jeho vstupy a výstupy je nezbytné opatřit konektory či, chcete-li, „labely“. Z nástrojové lišty vybereme „Label net“, port type „Input/Output“ a přiřadíme vhodný název. Celé schéma pak ještě uložíme. V našem příkladu to bude „mustek. asc“ – viz obr. 3. Nyní opět v nástrojové liště zvolíme položku „Hierarchy > Open this Sheet’s Symbo“. Potvrdíme varování a Spice automaticky vygeneruje symbol pro náš obvod. Tento obvod, stejně jako schéma, uložíme do pracovního adresáře, zatímco se automaticky přiřazuje přípona „.asy“. A máme hotovo.

Pokud chceme námi vytvořenou součástku použít, postupujeme obvyklým způsobem a z panelu nástrojů, v okně „Select component symbol“, určíme pracovní adresář. Ale pozor, jako výchozí je nastaven adresář „LTSpiceXVII\lib\sym“. Nyní již můžeme přidat naši komponentu a spustit simulaci, stejně jako na obr. 4. Symbol součástky je možné také upravit či kompletně vytvořit „ručně“. Pojmenování symbolu a jeho vstupů/výstupů musí odpovídat schématu součástky.

V závěrečném díle tohoto miniseriálu se ještě můžete těšit na několik „libůstek“. A také zde s prostředím Spice propojíme reálný svět.