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1. SCEPTRE-Anweisungen

1. MODEL DESCRIPTION EIN 1 2 1 MODEL 2N706A TEMP B E C R1 2 3 20 EL TS R2 2 6 5 Ser 5 CE 1 E Q1 5 70 J1 R3 4 1 200 195 205 1 2 01 8 370 J2 RA 8 1 4 0 35 0 45 RB B 1 3 RS 5 26 27 1 RG 2 015 3 4 5 MODEL 2N706A 21 1 DIODE EQUATION 1 E 7 35 T2 4 8 7 MODEL 2N706A J2 1 2 DIODE EQUATION 5 E 7 37 WORST CASE JA 1 1 J2 VCET1 VCCT1 J1T1 PEIN P1T1 P1T2 R3 JB 2 1 P1 J1 VCET2 VR4 P1T2 R3 R4 DEFINED PARAMETERS DEFINED PARAMETERS Pl 0 96 0 98 0 9 PEIN 2 EIN IEIN FUNCTIONS GPEIN P4 DIEIN Q1 A B C A B C P4 X4 EIN OUTPUTS OUTPUTS VCE VCC 21 VR3 VR4 CIRCUIT DESCRIPTION RUN CONTROLS Example 09 Darlington pair WORST CASE RUN WORST CASE ELEMENTS RUN INITIAL CONDITIONS ONLY EC 1 6 10 END F r die Zielfunktion von PEIN mu das vollst ndige Differential vorgegeben werden Ein Ausschnitt aus den Ergebnissen ist in Abbildung 3 10 wiedergegeben F r die Nominalwerte von P1T1 P1T2 und R3 betr gt die Spannung 8 9126 sie nimmt ihren gr ten Wert von 8 8243 an wenn den Wert 0 98 P1T2 den Wert 0 9153 und R3 den Wert 200 annehmen Der kleinste Wert f r VCCT1 von 8 949 ergibt sich f r P1T1 0 951 P1T2 0 98 und R3 200 56 3 6 Toleranzanalysen einer Darlington Schaltung
2. SENSITIVITY CALCULATION 5 SET DEPENDE INDEPENDENT PARTIAL NORMALIZED NUMBER VARIABLE VARIABLE DERIVATIVE SENSITIVITY 1 1 1 2 23659125 01 6 11299797 01 1 2 4 07175175 02 1 11288150 01 R3 3 75988248 06 2 14092110 03 1 1 1 23628942E 00 1 33163490 01 1 2 1 24486175 01 1 34086834 02 R3 1 14951356 05 2 57951394 04 02171 1 1 1 70846451 01 7 51498104 00 1 2 3 11028820 02 1 36811486E 00 R3 2 87206067E 06 2 63192979E 02 PR3 1 1 2 07019909 01 9 98134165E 01 P1T2 5 27852161E 01 2 54500777E 02 R3 5 68080410E 06 5 70617891E 01 PRR3 1 1 1 03764443E 01 5 00294086E 01 P1T2 2 64134241 01 1 27350752E 02 R3 2 11814175 06 2 12760299 01 2 VCET2 1 1 1 04334237 02 2 28288587 02 1 2 2 66473139 02 5 83056702 02 R3 7 88042611 07 3 59224392 04 R4 1 11083071 02 1 01273074 02 VCCT2 1 1 2 44690518 01 2 63351403E 02 P1T2 1 09869936E 00 1 18248970 01 R3 1 84816183E 05 4 14397623E 04 R4 2 06232105E 01 9 24833451 03 PEIN 1 1 1 49908934 02 1 64935209E 01 P1T2 1 24411528 03 1 36882044E 00 R3 1 14882427E 07 2 63328717E 02 R4 7 18255438 03 3 29271044 00 VR4 1 1 6 81772684 02 3 50563074 01 EAT 1 74127029E 01 8 95349841E 01 R3 5 14946906E 06 5 51629887E 03 R4 3 94163071E 01 8 44483683E 01 RESULTS OF INITIAL CONDITION COMPUTATIONS VCET1 3 51239
3. NUMBER FREQUENCY STEPS number 10 LINEAR IYPE FREQUENCY RUN ee AU LOG Werden bei Wiederholungsl ufen nur die Strom und oder Spannungsquellen variiert spart man Rechenzeit mit der Anweisung USE FIXED AC MATRIX IN RERUNS 16 1 10 3 TR Analyse STOP TIME number Anzahl der Integrationsschritte Weiterhin k nnen folgende Gr en gesteuert werden MAXIMUM IN TEGRATION PASSES number Anfangszeitpunkt der TR Analyse START TIME number 0 0 Auswahl des zu verwendenen Integrationsverfahrens INT EGRATION ROUTINE XPO TRAP RUK IMPLICIT DIFE US sy I ERENCE BOLIC D JACOBIAN 20000 1 10 Wird das implizite Integrationsverfahren gew hlt kann zus tzlich noch bestimmt werden F r eine TR Analyse ist immer die Angabe des Endzeitpunktes der Simulation erforderlich Integrationsverfahren XPO TRAP RUK IMPLICIT MINIMUM STEP SIZE number 10 5 10 5 10 5 10 4 MAXIMUM STEP SIZE number 2x 107 2x 107 2 1077 2x 107 STARTING STEP SIZE number 10 3 10 3 10 3 1078 x STOP TIME Integrationsverfahren XPO TRAP RUK IMPLICIT MIN
4. e MINIMUM MAXIMUM STEP SIZ e STARTING STEP SIZE e H re C ERROR G MAXIMUM ABSOLUTE e H m lt MAXIMUM RELATIVE ERROR e MAXIMUM PRINT POINTS e PRINT INTERVAL e PLOT INTERVAL Beispiel CONTINUE RUN CONTROLS STOP TIME 200 END 1 15 RE OUTPUT 1 15 RE OUTPUT Eine weitere M glichkeit Rechenzeit zu sparen bietet die RE OUTPUT Anweisung Sie erlaubt es zus tzliche Ausdruckkopien zu einem vorher abgeschlossenen Rechenlauf zu erzeugen ohne diesen Lauf noch einmal zu wie derholen Dabei kann die Ausgabe der Ergebnisse in Grenzen gesteuert werden Unter OUTPUTS wird eine Liste der Ausgabevariablen angegeben die ausgedruckt bzw geplottet werden sollen Diese Liste kann nur Ausgabeva riablen enthalten die im urspr nglichen Lauf unter OUTPUTS angefordert wurden Zus tzlich kann unter RUN CONTROLS die Anzahl der Ausgabepunkte mit MAXIMUM PRINT POINTS gesteuert werden Bei der AC Analyse ist au erdem darauf zu achten da Plotterzeichnungen nur in den Einheiten ausgegeben werden k nnen die im urspr nglichen Lauf angefordert wurden Beispiel RE OUTPUT OUTPUTS VR1 VR2 VL1 VCC PLOT RUN CONTROLS MAXIMUM PRINT POINTS 1500 END 1 16 END Die Anweisung END markiert das Ende der SCEPTRE Eingabe und muB als letzte Anweisung stehen 13
5. 12 19 2 TABLE AnW elISUDg 2 28 Bl eae non Y RO E x S Ox 13 1 10 RUN CONTROLS che chus is db A P eecht i 14 1 10 1 DC Analysez uno Ehe Rer Oe S IRE Seu eter See qu 14 1 10 2 7 55 5 a Mere Rue mE en RE g A 16 1 10 3 TR Analysezeu 5 4 2 EE ie Bee RUE IC 17 1 104 HD und TR Analyse RR a Bh la e eR ht ede 18 1 10 5 DC und AC Analyse gt Rue Ru ak EUR EE 18 1 10 6 AC und TR Analyse 2 2 22 228 8 RO AR UR S RR ES E eds 18 Inhaltsverzeichnis 1 10 7 Auspabesteuet ng oom A NM pue Ur ko E mre de 18 1 10 8 Wiederholungslaute 52 5 A PRIOR Re uS ee QUQ 18 1 10 9 Ablaufsteuerung ne be Imt Bee ue Bethe aa P Iu 19 1 10 10 Testhilfen eren EN a nr eo ee Sa eines 20 1 11 SENSITIVITY MONTE CARLO WORST CASE OPTIMIZATION 20 1 12 Modellens 4 emm ea IA OE VE PERE EN e RU RR BET ae e go t der 21 1 12 1 Modellbeschreibung 22 1 12 2 Modella tru f u 2 5 BENE e a pe ee 23 13 RERUN DESCRIPTION 3 20 ang ge 34228 2 a2 Fer E eMe SUARUM eh 24 1H I4 CONTINUE yu Veget RESQUE HW esp Be wb unu du eue 28 EI5S RE OUTPUL 2 24 52 22 REGE LX eed 29 ETO END Ly ue qM EE EE 29 Allgemeine Hinweise 30 2 1 Fehlerdiagn se s meme oi
6. 2 18 1 Ideale 8 2 HPUDESE gie Bes Seaweed ee SN m LEET ad Loe EA Bent 2 19 Reservierte Variablennamen 2 20 Wechselstromquellen 3 SCEPTRE Beispiele 3 1 01 Inverter Schaltung mit 32 02 Emitterfolger mit bertrager 3 3 03 Darlington Schaltung DC Analyse 3 4 04 Kleinsignal Ersatzschaltung 3 5 05 Differentialgleichungssystem 3 6 Toleranzanalysen einer Darlington Schaltung 3 6 1 07 Monte Carlo Analyse 3 6 2 08 Empfindlichkeitsanalyse 3 6 3 09 Worst Case Analyse 3 6 4 10 Optimierung 3 7 All Kleinsignal Ersatzschaltung AC 3 8 A13 Elektro hydraulischer Stellantrieb 2 22 2200 4 Systeminformationen zur Benutzung von SCEPTRE 4 1 Programmorganisation 4 2 Aufruf unter Unix 222 222222425525422255 2 4 9 43 Grafikschnittstellen 4 3 1 Das Unterprogramm 4 3 2 Beispiel zur Ausgabe mittels ANSI 4 3 8 Das 5 4 4 Auswertung der Ergebnisse Post
7. Die konstanten Variablen unter ELEMENTS ndert man mit elementname numberl number2 Im 1 Wiederholungslauf wird elementname der Wert number im 2 Lauf der Wert number2 usw zugewiesen Entsprechend werden den konstanten Variablen unter DEFINED PARAMETERS neue Werte zugeordnet def par name numberl number2 Beispiel 10 Achtung es ist nicht m glich eine Diodenkennlinie direkt in eine andere Diodenkennlinie abzu ndern CHANGE DIODE TABLE 1 DIODE TABLE 9 11 Achtung es ist nicht m glich in einem Modell eine Funktion in eine Tabelle oder umgekehrt abzu ndern CHANGE EQUATION 1 TABLE 4 Es k nnen dagegen Netzwerkelemente und definierte Parameter durch Konstanten Tabellen oder Funktionen ersetzt werden 24 RERUN DESCRIPTION 3 EMENTS RLOAD 25 200 20E3 DEFINED PARAMETERS PST 541324 13 2 3 12 Ebenso k nnen Toleranzgrenzen neu definiert werden 1 13 RERUN DESCRIPTION element name def par name numberl number2 number3 number4 Ir Beispiel R3 4 6 9 8 10 5 Im 1 Lauf wird dem Widerstand R3 der Wert 4 6 ohne Toleranzgrenzen zugewiesen im 2 Lauf der Nominalwert 9 mit der Unter und Obergrenze von 8 bzw 10 5 Die Anfangsbedingungen unter INITIAL CONDITIONS k nnen ge ndert werden mit name numberl
8. Am Ende der Simulation enth lt Pname den Wert STOP TIME Pname f t dt number 0 Damit man die Integrale quantitativ einfacher auswerten kann werden am Ende einer TR Analyse der erste und letzte Wert jeder Ausgabevariablen ausgedruckt Hinweis Als Anfangswert d rfen keine Variablen benutzt werden 2 15 Simulationsstatistik Am Ende einer AC und TR Analyse druckt SCEPTRE eine Statistik und einige Kontrollmeldungen aus INTEGRATION ROUTINE Es wird das verwendete Integrationsverfahren ausgegeben CURRENT SIMULATION TIME Es wird die Zeit ausgedruckt bis zu der die Simulation tats chlich durchgef hrt wurde INTEGRATION STEP COUNTER Dieser Z hler gibt die Zahl der erfolgreichen Integrationsschritte an und entspricht somit der Anzahl der zur Ver f gung stehenden Ergebnisse INTEGRATION PASS COUNTER Dieser Z hler gibt die Anzahl der Integrationsschritte plus der Integrationsversuche d h er enth lt auch die Integrationsschritte die mit verkleinerten Schrittweiten wiederholt wurden ELAPSED EXECUTION TIME MIN Diese Zeitangabe bezieht sich auf die Verweilzeit der Simulation im Rechner sie ist sehr stark von der Rechne rauslastung abh ngig CPU EXECUTION TIME SEC 37 2 Allgemeine Hinweise Diese Zeitangabe entspricht der tats chlichen Rechenzeit jedoch nur f r die Simulation Die Rechenzeiten f r das
9. Wenn diese Zeit verbraucht ist druckt und plottet das Programm alle bis zu diesem Zeitpunkt errechneten Er gebnisse und endet ordnungsgem Es wird nur die Rechenzeit der Ausf hrungsphase gez hlt Die maximale Verweilzeit in Minuten ndert man mit COMPUTER TIME LIMIT number 600 Die Verweilzeiten von Programmen h ngen weitgehend von der Rechnerauslastung ab Wird die angegebene Zeit w hrend der Ausf hrungsphase berschritten werden alle bis zu diesem Zeitpunkt vorhandenen Ergebnisse aus gegeben und das Programm ordnungsgem abgeschlossen Sollen die SCEPTRE Anweisungen nur verarbeitet und nicht ausgef hrt werden z B zwecks Syntaxpr fung erreicht man das mit EXECUTE ETUP PHASE ONLY 19 1 SCEPTRE Anweisungen 1 10 10 Testhilfen Eine bersicht aller Netzwerkknoten und dazugeh rigen Zweige erh lt man durch LIST NODE MAP Die von SCEPTRE generierten FORTRAN Programme werden ausgedruckt mit der Anweisung WRITE SIMUL8 DATA Die Netzwerkmatrix die die Topologie des Netzwerks beschreibt erh lt man mit PRINT B MATRIX Bei einer AC Analyse lassen sich mit den folgenden Anweisungen weitere Informationen ausdrucken PRINT A MATRIX PRINT EIGENVALUES PRINT EIGENVECTORS 1 11 SENSITIVITY MONTE CARLO WORST CASE OPTIMIZATION Die Tol
10. Dname2 Dname4 die Differentiale du dar Das vollst ndige Differential mu in dieser Form geschrieben werden keine EXPRESSION oder EQUATION Anweisung Beispiele PWR X1 IRL 2 ILX 2 GPWR P2 DIRL P3 DILX P2 X76 2 IRL P3 X77 2 ILX Die Differentiale Dname2 Dname4 m ssen angegeben werden wenn die Variablen name2 name4 als unab h ngige Variablen definiert werden F r die AC Analyse m ssen die Zwischenvariablen komplex sein Ihnen kann man reelle Werte Wname value oder komplexe Werte Wname valuel value2 typ zuordnen gt Komplexe Zwischenvariablen k nnen nur zur Berechnung von Gr en benutzt werden die ausgegeben werden sollen d h sie d rfen weder in einer EQUATION EXPRESSION oder TABLE Anweisung noch in einer Funktion auftreten 4siehe Kapitel 1 5 Elemente mit Toleranzgrenzen 5Bedeutung der Parameter siehe Kapitel 1 5 Quellen bei der Wechselstromanalyse 1 7 OUTPUTS 1 7 OUTPUTS Unter diesem Titel k nnen alle Gr en vom Typ variable aufgef hrt werden SCEPTRE bietet die M glichkeit die Ergebnisse sowohl in Abh ngigkeit von der Zeit Frequenz als auch von anderen unabh ngigen Variablen aus zudrucken plotten Allgemein erh lt man einen tabellarischen Ausdruck in Abh ngigkeit von der Zeit Frequenz mit der Anweisung variablel variable2 Einen zus tzlichen Schnelldruckerplot
11. PLOT Mit NYQUIST wird der Imagin rteil ber dem Realteil aufgetragen das Wort PLOT kann dabei entfallen Mit DE GREES erh lt man die Amplitude und den Phasenwinkel in Grad mit RADIANS den Phasenwinkel im Bogenma und mit COMPLEX den Real und Imagin rteil der entsprechenden Wechselstromgr e siehe Kapitel 1 10 11 1 SCEPTRE Anweisungen 1 8 INITIAL CONDITIONS F r Kapazit ten Induktivit ten und Dioden Stromquellen k nnen Anfangsbedingungen gesetzt werden VC IL name number VJ SCEPTRE bietet zwei M glichkeiten die Anfangsbedingungn f r eine Netzwerksimulation anzugeben e Aufruf der Gleichstromanalyse RUN IC In diesem Fall werden die Anfangsbedingungen vom Programm berechnet Die oa Anweisungen dienen dann nur als Anfangswerte f r die Newton Raphson Iteration Andernfalls beginnt die Iteration bei Null e Direkte Eingabe der Anfangswerte Fehlen diese werden alle Anfangswerte automatisch auf den Wert Null gesetzt 1 9 FUNCTIONS ENTS und DEFINED PARAME lt Unter dieser berschrift werden alle Tabellen und Funktionen die unter ELE TERS ben tigt werden beschrieben 1 9 1 EQUATION Anweisung EQUATION Q name Liste arithmetische Anweisung Liste enthalt Hilfsvariablen Formalparameter die maximal 6 Zeichen lang sein und nicht mit einer Zahl oder den Buchstaben I bis N beg
12. EAD INOUTP BUFFER K K 1 LEND END IF C CBUF BUFFER now contains the results of the LNINDX output vaiables C for NGRPS integration steps NGRPS LNINDX GO TO 30 999 CONTINUE WRITE NOUTP 608 KOUNT NRUNNO 608 FORMAT OPOST NO OF SOLUTION POINTS 16 10 RUN 13 REWIND INOUTP 9999 continue lpost false RETURN END Man beachte da bei Wiederholungsl ufen die Datei INOUT mit den neuen Ergebnissen berschrieben wird Sollen die Ergebnisse von verschiedenen Simulationsl ufen in einer Grafik miteinander verglichen werden mu der Benutzer entsprechende Vorkehrungen treffen Alle Ergebnisse werden mit einfacher Genauigkeit abgespeichert Bei der AC Analyse enth lt die Datei INOUTP zus tzlich den Vektor CK Pro Ausgabevariable beschreibt ein Zeichen die Art der AC Ergebnisse CK i REAL i AIMAG CBUF i Realteil Imagin rteil R Amplitude Winkel rad D Amplitude Winkel degr 4 4 Auswertung der Ergebnisse Postprocessing Standardm ig erzeugt SCEPTRE nach jeder Simulation eine direkte Zugriffsdatei DA dirac die alle Ergeb nisvektoren der TR und AC Analyse enth lt die der Benutzer unter der Eingabe berschrift OUTPUTS angefordert hat Der Inhalt dieser DA Datei wird im Ausdruck 1iste2 protokolliert directory of direct access fil no symbol name type length address last access i DIRECT
13. COMMON OUTDTA OUTBFR REAL 8 OUTBFR NORQST COMPLEX 16 OUTPAC NORQST EQUIVALENCE OUTPAC 1 OUTBFR 1 Der Name der unabh ngigen Variablen TIME FREQ steht unter TP INDX 1 die aktuellen Werte in OUTBFR 1 bzw REAL OUTPAC 1 Externe Dateien m ssen ber den COMMON Block TAPES und den installationsspezifischen Unterprogram men QQQOPN und QQQCLS verwaltet werden Die Maximal und Minimalwerte der unabh ngigen Variablen riablen CNTRL 1 CNTRL 2 bzw CNTRL 72 CNTRL Variablen liegen vor der Simulation nicht vor IMI E bzw FRI EQ erh lt man aus den Kontrollva 73 Entsprechende Werte f r die abh ngigen 69 4 Systeminformationen zur Benutzung von SCEPTRE 4 3 2 Beispiel zur Ausgabe mittels ANSI Treibers Das folgende Programmbeispiel zeigt die Ausgabe der Ergebnisse mittels direkter Cursorsteuerung durch eine AN SI Escape Zeichenfolge Die Routine ber cksichtigt die unterschiedlichen Formate bei der TR und AC Analyse Ausgef hrt wird diese Digitalausgabe nur dann wenn die Kontrollvariable cnt r1 20 SION ungleich O ist 10 subroutine intplt nstep COMMON CNTRLS CNTRL REAL 8 CNTRL 160 COMMON OUTPUT PINDX CHARACTER 8 PINDX 2 COMMON OUTDTA OUTBFR REAL 8 OUTBFR 2 COMPLEX 16 OUTPAC 2 EQUIVALENCE 1 OUTBFR 1 character wpos 20 wclear 4 char
14. mae ome SUE eris 30 2 2 Einige Grundregeln loe py Sh RUE neh Birne SR 30 2 3 Zeitabh ngige Induktivit ten und Kapazit ten 31 2 4 Tabellen Be ER EN EDD er OEE e 31 2 5 Arithmetische Anweisungen 31 2 6 Topologische lt 31 2641 DC AC tnd TR Analyse ze ea ke 31 20 2 TEE pa Wd Wes 32 2 7 Computational Delay doy asas hb eae de bh a qI m a ed 32 2 8 Wahl des Integrationsverfahrens 33 2 9 Definition abh ngiger Quellen 33 2 10 Strom und Spannungsmessungen 35 2 11 Verwendung eigener FORTRAN Unterprogramme 35 2 12 Die Vektornotation 222 255 Bar Ee Hee pM BE eig 36 2 13 Wahl der Zustandsvariablen eA 36 2 14 Berechnung von Integralen eee 37 2 15 S1mulationsstatistik cus meum Br BOP EE Re Kies Au et BE Pe IE Ytes Bue 37 2 16 Druckausgabe 22 heed ee TB rs en ern Ee RS 38 2 17 Anfangsbedingungen 39 2 17 1 Arbeitspunkt gt 255 225 20 wos Ron ERU ba E p 39 2 17 2 Imphzite Integration 222222225225 UE 39 2 17 3 Wiederholungsl ufe 2 18 Periodische Funktionen
15. tre el VBE m 1 JC B C DIODE EQUATION 4 0 bre ies e2 VBC be 1 JI E B JC li Olpe JN JE in Antre CE B E Ql Coe VCE Ne Ke JE ites Co Kelire i gov ee CC B C Q1 Voe VCC Nne Ke JC tes Coc meer teet te RBB 1 on REE 1 REE RCC 1 Roo RE E B RC C B Ro FUNCTIONS F G 78 Abbildung A 2 SCEPTRE npn Transistor Ersatzschaltbild Parameter bes Qe Qis tes An ODEL name 1 1 1 Coe Ke Ne ELEMENTS Ree Rer Roo JE E B DIODE EQUATION ire ies e9 VBE 1 JC DIODE EQUATION 4 0 tre ies e2 VBC 5 1 JI B E JC li Olpe JN B C JE in Antre Ol Coe Voe VCE Ne Ke JE les Co Kelire i gov ee Q1 VCC Ke JC ies Coc C We RBB 1 Rep REE 1 REE RCC 1 Roo RE E B RC C B Ro FUNCTIONS 01 A B C D E F G A B C D E F G Abbildung A 3 SCEPTRE pnp Transistor Ersatzschaltbild 79 B Programmkapazitat Tabelle B 1 enth lt die Programmgre
16. 7793613 03 9010012 03 3 6 Toleranzanalysen einer Darlington Schaltung MODEL DESCRIPTION RA 8 1 4 MODEL 2N706A TEMP R5 6 7 E ELE DS 3 4 5 MODEL 2N706A CE 1 01 5 70 J1 T2 4 8 7 MODEL 2N706A 1 2 01 8 370 J2 SENSITIVITY RB 1 3 VCET1 VCCT1 J1T1 PR3 PRR3 P1T1 P1T2 R3 RC C 2 015 VCET2 VCCT2 PEIN VR4 P1T1 P1T2 R3 R4 21 1 DIODE EQUATION 1 E 7 35 DEFINED PARAMETERS J2 1 2 DIODE EQUATION 5 E 7 37 PEIN X2 EIN IEIN JA E 1 1 J2 GPEIN P4 DIEIN JB 2 1 P1 J1 4 X4 EIN JX 2 1 0 PR3 XR3 R3 IR3 IR3 DEFINED PARAMETERS GPR3 PDR3 DR3 PDIR3 DIR3 0 96 PDR3 XDR3 IR3 IR3 FUNCTIONS PDIR3 XDIR3 2 IR3 R3 Q1 A B C A B C PRR3 XRR3 IR3 VR3 OUTPUTS GPRR3 PDIRR3 DIR3 PDVRR3 DVR3 VCE VCC 21 PDIRR3 XDIRR3 VR3 CIRCUIT DESCRIPTION PDVRR3 XDVRR3 Example A08 Darlington pair SENSITIVITY OUTPUTS ELEMENTS VR3 VR4 1 6 10 RUN CONTROLS EIN 1 2 1 RUN SENSITIVITY Ri eg 2 3 20 RUN INITIAL CONDITIONS ONLY R2 6 5 5 END R3 4 1 200 Bei der vorliegenden Schaltung soll der Einflu auf die Eingangsleistung PEIN und der Verlustleistung PR3 un tersucht werden Dabei wird die Leistung im Widerstand R3 sowohl ber den Spann
17. Systeminformationen zur Benutzung von SCEPTRE 4 1 Programmorganisation SCEPTRE l uft in mehreren Phasen ab Abbildung 4 1 1 Mit dem Programm EXEC1 werden die Eingabedaten verarbeitet Dabei k nnen permanente Modelle in die Modellbibliothek abgespeichert oder aus der gleichen Bibliothek in die zu untersuchende Schaltung eingef gt werden Sind die Eingabedaten fehlerfrei werden die Dateien acsave und datasave f r die Ausf hrungsphase und einige FORTRAN Unterprogramme SIMUL8 SIMTR LOUTR f r die Datei pgmsave generiert 2 Die Unterprogramme in der Datei pgmsave werden evtl mit eigenen FORTRAN Unterprogrammen user bersetzt 3 Der Linker bindet die Objektmodule des FORTRAN bersetzers mit den vor bersetzen Programmen aus den Bibliotheken usrlib x21ibund x31ib zu einem ausf hrbaren Programm EXEC2 zusammen Die Bibliotheken x21ib und x31ib geh ren zu 5 usr1ib dient zur Aufnahme von vor bersetzten Benutzerunterprogrammen 4 Das Programm EXEC2 wird ausgef hrt Dazu werden die Dateien dat asave und acsave aus der 1 Phase ben tigt Neben der Standarddruckausgabe 1iste2 werden die Ergebnisse mit dem Unterprogramm POST siehe Kapitel 4 4 zwecks Nachverarbeitung auf eine direkte Zugriffsdatei dirac geschrieben Diese etwas umst ndlich erscheinende Programmorganisation hat einen entscheidenden Vorteil gegen ber direkt ausf hrbaren Programmen das generierte Programm E
18. VCJA DIODE EQUATION Eine Diodenkennlinie kann auch in der Form J 21 72 7 1 vorliegen Die Diode wird automatisch durch eine nach der o a Formel gesteuerten Stromquelle J ersetzt VJ ist die Di odenspannung Beispiel DIODE EQUATION 3 E 14 38 external function F r arithmetische Anweisungen stehen alle Funktionen der FORTRAN Unterprogrammbi bliothek sowie selbstgeschriebene FORTRAN Unterprogramme zur Verf gung Es m ssen die doppeltge nauen Aufrufe benutzt werden z B f r reelle Argumente DSIN DCOS DEXP DLOG10 F r komplexe Argumente AC Analyse stehen folgende Funktionen in etwas abge nderter Schreibweise zur Verf gung ZSQRT ZSIN ZCOS DZABS ZLOG ZCMPLX interne SCEPTRE Parameter Diese Programmvariablen werden von SCEPTRE ben tigt sie stehen dem Be nutzer in den Eingabeanweisungen direkt und in selbstgeschriebenen FORTRAN Unterprogrammen ber einen COMMON Bereich zur Verf gung Beispiele XSTPSZ XIR XTMON XSTOPT 1 2 Vorbereitungen Zuerst wird das Ersatzschaltbild des zu untersuchenden Netzwerks gezeichnet und jedem Element ein Name zu geordnet Dabei klassifiziert der 1 Buchstabe des Namens das Element gem Tabelle 1 1 Weiterhin werden alle Knotenpunkte mit einem Namen versehen Ein Name darf nur aus alphanumerischen Zei chen bestehen Die L nge der frei w hlbaren Namen ist begrenzt siehe Tabelle 1 2 wegen der ge nderten S
19. W Jensen L P McNamee Handbook of Circuit Analysis Languages and Techniques Englewood Cliffs N J Prentice Hall Inc 1976 7 James C Bowers et al A survey of Computer Aided Design amp Analysis Programs AFAPL TR 76 33 NTIS AD A 026567 8 Soo Young Shin A Survey of Computer Aided Electronic Circuit Analysis Programs NTIS AD A 009185 9 H Spiro Simulation integrierter Schaltungen durch universelle Rechnerprogramme Verfahren und Praxis der rechnergestiitzten Simulation nichtlinearer Schaltungen Verlag Oldenbourg Miinchen 1985 10 W Kruckow T Vetter Digitale Nachbildung des dynamischen Verhaltens einer Asynchronmaschine mit Kurzschlu l ufer EW Bericht Nr 74 84 Institut f r Elektrische Energiewandlung FB 17 Technische Hochschule Darmstadt D 64283 Darmstadt 11 W Kruckow K figl ufermotor und Frequenzumrichter mit Stromzwischenkreis f r h here Drehzahlen Fortschrittberichte VDI Reihe 21 Elektrotechnik Nr 27 VDI Verlag 12 A Schindler Betriebsverhalten und Verluste von Asynchron K figl ufermotoren beim Betrieb am Transistor Pulswechselrichter Dissertation am Fachbereich Elektrische Energietechnik der Technischen Hochschule Darmstadt Juni 1985 13 U Tenne Auswirkungen einer welligen Zwischenkreisspannung auf das Betriebsverhalten umrichtergespeis ter Asynchronmaschinen Dissertation am Fachbereich Elektrische Energietechnik der Technischen Hochschule Darmstadt April 1986 1 Air
20. number2 Unter FUNCTIONS k nnen die Tabellenwerte ge ndert werden Die neue Tabelle mu die gleiche L nge besitzen wie die urspr ngliche Tabelle Pro RERUN D ESCRIPTION Anweisung k nnen die unabh ngigen x Werte ei ner Tabelle nur einmal berschrieben werden Die dazugeh renden Tabellenwerte y Werte k nnen beliebig oft ge ndert werden Die allgemeine Anweisung lautet TABLE name Y11 Y12 YIN X2 Y21 22 2 Der Index N entspricht der Anzahl der gew nschten Wiederholungsl ufe Beispiel CIRCUIT DESCRIPTION FUNCTIONS TABLE 7 0 0 1 10 2 27 4 47 RERUN DESCRIPTION 2 FUNCTIONS TABLE 7 0 0 0 1 3 5 3 4 8 5 7 9 Tabelle 7 wird dann folgenderma en belegt Originallauf 1 Wiederholung 2 Wiederholung X Y X Y X Y 0 0 0 0 0 0 1 10 1 3 1 5 2 27 3 4 3 8 4 47 5 7 5 9 25 1 SCEPTRE Anweisungen Man erkennt da die x Werte der Tabelle im 2 Wiederholungslauf die gleichen Werte aufweisen wie im ersten Lauf Will man die x Werte bei der 2 Wiederholung ebenfalls ndern mu man eine zweite RERUN DESCRIP TION berschrift einf gen Beispiel RERUN DESCRIPTION FUNCTIONS ABLE 7 0 0 1 3 3 4 5 7 RERUN DESCRIPTION FUNCTIONS Unter ABLE 7 0 0 2 4 3 5 4 9 E RUN CONTROLS k nnen alle Anw
21. r die Variable wird die Anweisung zum Berechnen von PDUMM nicht erzeugt Damit das Unterprogramm bei jedem Integrationsschritt aufgerufen wird mu die Hilfsvariable irgendwo in der Eingabe noch ein zweites Mal auftauchen am besten unter OUTPUTS Das Beispiel mu also um die Anweisungen OUTPUTS PDUMM erg nzt werden 2 12 Die Vektornotation SCEPTRE verwendet in den generierten FORTRAN Unterprogrammen die gleichen Variablennamen wie sie in der Eingabe vom Benutzer gew hlt wurden z B PC PL C001 etc Werden mehr als 70 Elemente benutzt schaltet SCEPTRE in eine Vektornotation um d h alle Elemente werden in einem Vektor X und die definierten Parameter in einem Vektor P abgespeichert Zus tzlich wird eine Korrespondenzliste ausgedruckt Eine M glichkeit Formelfunktionen zu verwenden zeigt das folgende allerdings nicht gute Beispiel EMENTS CX QC VCX DEFINED PARAMETERS PL 4711 FUNCTIONS QC B PL 1 B DLOG 2 B Die Kapazit t CX wird mittels der Funktion QC aus den Parametern VCX und PL berechnet Da PL nicht als Argument beim Formelaufruf auftritt wird nach FORTRAN Konvention der Wert von der lokalen Variablen PL eingesetzt Solange SCEPTRE die Variablenbezeichnungen beibeh lt d h bis zu 70 Elementen ist der Parameter PL im FORTRAN Unterprogramm bekannt und der Formelaufruf funktioniert Schaltet SCEPTRE in die Vek tornotation um wird der Parame
22. td tr tf pw per Die Bedeutung der Parameter geht aus der Abbildung 2 3 hervor Der Parameter td stellt eine einmalige Verz ge rungszeit dar 43 2 Allgemeine Hinweise 2 19 Reservierte Variablennamen Die vom Benutzer gew hlten Namen k nnen unter ungl cklichen Umst nden zu Konflikten mit SCEPTRE internen Programmvariablen f hren Diese Probleme werden erst durch den FORTRAN Compiler entdeckt Folgende Variablennamen sollte man vermeiden PS zusammen mit DPS SCEPTRE unterscheidet bei den freiw hlbaren Namen zwischen Gro und Kleinschreibung Je nach FORTRAN Compiler werden u U alle kleingeschriebenen Variablen in Gro buchstaben umgewandelt Damit entf llt das Unterscheidungsmerkmal und es kommt zu Laufzeitfehlern Beispiel Je nach FORTRAN Compiler f hren bestimmte Dummy Argumente bei der EQUATION Anweisung zu berset zungsfehlern sie werden mit programminternen Variablen gleichen Namens verwechselt Beispiel Q9 BC EEE m besser Q9 AA BB CC 2 20 Wechselstromquellen Bei der Angabe von Wechselstromquellen siehe Abschnitt 1 5 8 miissen rechts vom Gleichheitszeichen zwei Angaben durch Komma getrennt in runden Klammern angegeben werden Abweichung vom Format fiir die TR Analyse Andernfalls wird die Quelle ohne Fehlernachricht ignoriert Beispiel El Gnd 2 2 325 27 0 44 3 SCEPTRE Beispiele 3 1 AO01 Inverter Schaltung mit RC Last Abb 3 1 zeigt e
23. und zwar jede Variable einzeln auf einer Seite erh lt man mit variablel variable2 PLOT Plotterzeichnungen als Funktionen anderer unabh ngiger Variablen werden angefordert mit variablel variable2 PLOT variable3 Au er TIME k nnen alle Gr en umbenannt werden mit variablel namel variable2 name2 PLOT variable3 name3 Die neuen Namen namel d rfen maximal 6 Zeichen lang sein Beispiele Fl VRL XSTPSZ PLOT El1 U1 IEl1 I1 VRL U2 IRL I2 PLOT VRL U2 PLOT IRL I2 In den o a Beispielen wird jede Variable einzeln auf eine Schnelldruckerseite geplottet Bis zu 9 Gr en k nnen aber auch gleichzeitig ber mehrere Seiten hinweg in ein Diagramm gezeichnet werden jedoch nur in Abh ngig keit von TIME und zwar indem man der Plotterzeichnung einen Namen gibt max 6 alphanumerische Zeichen variablel variable2 PLOT plotname Es k nnen mehrere Zeichnungen dieser Art durch verschiedene Plotternamen angefordert werden Eine Umbe nennung der Ausgabevariablen ist ebenfalls m glich Da die Lange einer solchen Zeichnung bis zu 2000 Zeilen betragen kann mu unter RUN CONTROLS die Anweisung PLOT INTERVAL number eingef gt werden Die Ergebnisse einer AC Analyse werden normalerweise als Funktion der Frequenz ausgegeben RADIANS COMPLEX NYQUIST variablel variable2
24. 00 H MATRIX DETERMINAN 1 00000000E 00 INITIAL VALUES OF INDEPENDENT VARIABLES NOMINAL LOWER UPPER VARIABLE VALUE BOUND BOUND PITI 9 60000000 01 9 00000000 01 9 80000000 01 1 2 9 60000000 01 9 00000000 01 9 80000000 01 1 00000000E 01 9 50000000E 00 1 05000000E 01 INITIAL APPROXIMATION TO H MATRIX 1 0000000E 00 0 0000000 00 0 0000000E 00 0 0000000E 00 1 0000000 00 0 0000000E 00 0 0000000E 00 0 0000000 00 1 0000000E 00 OPTIMIZATION RESULTS TERMINATION CONDITION OPTIMIZATION RUN COMPLETED OBJECTIVE FUNCTIO VR3 VALUE OF OBJECTIVE FUNCTION AT TERMINATION 5 65021325 01 OPTIMIZATION PASS COUNTER 13 MAXIMUM PASSES SPECIFIED 40 INDEPENDENT VARIABLE VALUES AT TERMINATION GRADIENT TRANSFORMED TRANSFORMED VARIABLE VALUE COMPONENT VALUE RADIANS GRADIENT 1 1 9 00000002 01 4 50846113E 01 2 86201981E 04 5 16132196 06 P1T2 9 00000004E 01 5 48451029 01 4 44554674 04 9 75265843E 06 EC 1 00000000E 01 1 28031073 147 1 57079633E 00 6 40155365 148 60 Abbildung 3 11 Optimierungsergebnisse f r die Spannung VR3 3 7 All Kleinsignal Ersatzschaltung AC Abbildung 3 12 Kleinsignalschaltung Transistor Ersatzschaltbild 01 A B C D E F G A B C D E F4G Q2 A B C A B C OUTPUTS VCC VCE NYQUIST PLOT OG CE JA JB DEGREES 21 22 RADIANS PLOT CIRCUIT DESCRIPTION Example 11 small signal AC Analysi
25. Anweisungen e TABLE e EQUATION e EXPRESSION e external function special value dazu geh ren e value constant IR constant VR Beispiel 3 IRL 5E 7 VR2 e value 7 Beispiel PS3 JEIN T43 VLS JAUS e DIODE TABLE e DIODE EQUATION variable dazu geh ren e Spannungen und Str me V l Beispiel VRL IRL VJEIN IEIN e Quellen und ihre Ableitungen E DE Beispiel E1 1 J2 DJ2 e defined parameters J DJ e Wert einer Netzwerkkomponente element name CES ML1L2 Beispiel R1 e TIME e interne SCEPTRE Parameter Beispiel XSTPSZ XIR XTMON TABLE name variable Netzwerkgr en k nnen auch in tabellarischer Form vorliegen Die Tabelle wird unter FUNCTIONS definiert Variable entspricht der unabh ngigen Variablen Fehlt die Variable wird TIME als unabh ngige Variable angenommen Verk rzte Schreibweise Tname variable Beispiele REGEL PU4 ABLE UIC VC1 EQUATION name arg1 arg2 Werden Netzwerkgr en nach einer arithmetischen Anweisung berechnet kann man diese Schreibweise benutzen Sie hat die Wirkung eines Funktionsaufrufs bei dem die Parameter argl arg2 tibergeben werden Die mathematische Formulierung wird unter FUNCTIONS beschrieben Die Argumente k nnen vom Typ variable constant bzw TABLE sein Die EQUATION Anweisung ist dann vorteilhaft wenn m
26. Ersatzschaltbild 45 3 SCEPTRE Beispiele 9 3 9 2 9 1 89 8 7 ELS 8 6 1 1 1 1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 TIME Abbildung 3 2 Spannung VC1 in Abh ngigkeit von JX entsprechend TABLI Es n DIODE EQUA DIODE EQUA ok X um 4 98 5 01 TABLE 1 TIM ION 1 E 7 ION 5 E 7 E VCE VCC VC1 IAL CONDITIONS vel 9 25 VCE 1 10 25 FUNCTIONS TABLE 1 0 0 40 8 100 5 200 MESS 500 0 600 0 EQUATION 1 A B C A B C RUN CONTROLS AX IMUM Jl PLOT PRINT POINTS 0 INTEGRATION ROUTINE TRAP STOP TIME 800 RERUN DESCRIPTION 2 FUNCTIONS TABLE 1 0 0 0 40 1 2 24 46 3 2 02 Emitterfolger mit bertrager TE2 Abbildung 3 3 Emitterfolger mit bertrager Transistor Ersatzschaltbild 100 475 29 200 3195 4295 500 0 0 600 0 0 END 3 2 A02 Emitterfolger mit Ubertrager Eine kombinierte Kollektor und Emitterschaltung die einen mit einem Widerstand belasteten Ubertrager treibt zeigt Abb 3 3 Die Schaltung wird durch eine rampenf rmige Spannung 1 angesteuert Das f r die Simulation ausreichende Transistormodell ist ebenfalls wiedergegeben Es wird f r beide Transistoren verwendet und perma nent gespeichert Die Strom Spannungscharakteristiken der beiden Dioden J1 und J2 werden durch die Dioden tabellen 1 und 2 wie
27. Force Weapons Laboratory Kirtland AFB NM 87117 USA 2National Technical Information Service Springfield VA 22151 USA 84 Literaturverzeichnis 14 W Merz Untersuchung transienter Beanspruchung der Hochspannungskabel fiir die Versorgung der HERA HF Sender DESY M 88 16 15 J I Lubell Transmission Line Modeling for Use with Circuit System Analysis Programs AFWL TR 73 128 NTIS AD 913 800 16 P Krehl W R Novender A Graphical and Analytical Method to Determine the Transient Response for an Ideal Transmission Line Loaded by a Time Varying Impedance IEEE Transactions on Plasma Science Vol PS 13 No 2 April 1985 17 EN Lorenz Deterministic Nonperiodic Flow J Atmos Sci Vol 20 p 130 1963 18 R Hirota K Suzuki Theoretical and Experimental Studies of Lattice Solitons in Nonlinear Lumped Net works Proceedings of the IEEE Vol 61 No 10 October 1973 19 H Mais W R Novender Solitons in Nonlinear Networks Simulations using SCEPTRE 8 mm Film DESY 1987 20 W Popp Verfahren f r den Entwurf kopplungsfreier D mpfungsentzerrer Dissertation am Fachbereich 19 TH Darmstadt 1978 21 Decker Zur experimentellen Bestimmung der Dichteverteilung von Elektronenringen am Wake Field Transformator Experiment bei DESY DESY M 87 11 22 C B Frye Jr M J Apfelbaum Mixed Domain Transient Analysis of Large Non Linear Networks Tenth Annual Allerton Conference on Circuit and System Theo
28. Gelegenheit spezielle Berechnungen durch zuf hren die nicht direkt in SCEPTRE m glich sind Es k nnen Werte zwischen SCEPTRE und dem Unterpro gramm in beiden Richtungen ausgetauscht werden FORTRAN Unterprogramme ruft man mit der SCEPTRE Anweisung Netzwerkvariable F name Parameterliste auf Im allgemeinen wird Netzwerkvariablen ein Wert zugewiesen Der Unterprogrammname Frame darf maximal 6 Zeichen lang sein Das entsprechende FORTRAN Unterpro gramm mu mit der folgenden Anweisung beginnen DOUBLE PRECISION FUNCTION F name Parameterliste Alle in der Parameterliste vorkommenden Variablen m ssen doppelt genau definiert werden Zus tzlich k nnen Unterprogramme ber den COMMON Block CNTRLS interne SCEPTRE Variablen abfra gen Achtung die SCEPTRE Variablen in der Parameterliste d rfen in dem Unterprogramm nicht ver ndert werden M chte man bei jedem Integrationsschritt FORTRAN Unterprogramme aufrufen ohne Daten auszutauschen um z B Daten in eine externe Datei zu schreiben oder eine eigene Graphik zu erzeugen mu man auch die obige Schreibweise verwenden und eine Hilfsvariable benutzen z B DEFINED PARAMETERS PDUMM Fname Parameterliste 6 vg Tabelle 1 1 TREAL 8 COMPLEX 16 8siehe Anhang C 35 2 Allgemeine Hinweise SCEPTRE pr ft aber beim Generieren der FORTRAN Anweisungen wo die Variable PDUMM ben tigt wird Gibt es keine Verwendung f
29. MINIMUM STEP SIZE 0 MAXIMUM STEP SIZE 1E74 oder 1E37 STARTING STEP SIZE 1E 8 Die Integration wird beendet wenn f r die Ableitungen des Zustandsvektors y gilt 2 1 4 lt 107 y 107 Um statt der Newton Raphson Methode das implizite Verfahren zu aktivieren m ssen je nach Analyseart unter RUN CONTROLS folgende Anweisungen eingef gt werden 39 2 Allgemeine Hinweise e nur DC Analyse mit oder ohne Wiederholungsl ufe RUN CONTROLS RUN INITIAL CONDITIONS ONLY RUN IC VIA IMPLICIT e DC und TR Analyse RUN CONTROLS RUN IC VIA IMPLICIT STOP TIME e DC und TR Analyse Wiederholungsl ufe nur mit TR Analyse RUN CONTROLS RUN IC VIA IMPLICIT STOP TIME RERUN DESCRIPTION e DC und TR Analyse Wiederholungsl ufe ebenfalls mit DC und TR Analyse RUN CONTROLS RUN IC VIA IMPLICIT STOP TIME RERUN DESCRIPTION RUN CONTROLS RUN IC VIA IMPLICIT 2 17 3 Wiederholungsl ufe DC Analyse Die iterative Berechnung der Anfangswerte nach der Newton Raphson Methode benutzt als Startwerte die unter INITIAL CONDITIONS angegebenen Strom und Spannungswerte Fehlende Werte werden zu Beginn der Ite ration auf Null gesetzt Die Vorgabe geeigneter Startwerte kann unter Umst nden die Konvergenz beschleunigen und die Berechnug erheblich verk rzen Das gleiche Problem tritt bei Wiederholungsl ufen auf Es l t sich Rechenzeit sparen wenn
30. SCEPTRE zus tzlich die zeitliche Ableitung dieser Quellen DE name value 1 5 6 Modellaufruf name nodel node2 MODEL modelname 1 5 7 Elemente mit Toleranzgrenzen Diese Angaben werden nur bei MONTE CARLO WORST CASI E und oder OPTIMIZATION ben tigt name nodel node2 number C E number2 number3 number4 number entspricht dem Nominalwert number2 dem unteren zentuale Abweichung an number3 dem oberen Wert number4 gibt die pro Diesen Fall kann man vermeiden indem man einen geeigneten Widerstand in diese Maschen einf gt 1 6 DEFINED PARAMETERS 1 5 8 Quellen bei der Wechselstromanalyse constant constant E def par def par DEGREES name nodel node2 P x P _ RADIANS J TABLE TABLE u COMPLEX FREQ FREQ Bei der Angabe DEGREES Phasenwinkel in Grad oder RADIANS Phasenwinkel im Bogenmaf stellt das er ste Argument die Amplitude das zweite den Phasenwinkel dar Benutzt man COMPLEX dann enth lt das erste Argument den Realteil das zweite den Imagin rteil Alle R C L und M Werte werden bei einer Wechselstromanalyse als konstant angenommen SCEPTRE setzt automatisch die vom Benutzer vorgegebenen Anfangsbedingungen ein oder falls diese fehlen berechnet sie zum Zeitpunkt t 0 Alle konstanten und zeitabh ngigen Quellen werden bei
31. Variable nstep enth lt die Nummer des aktuellen Integrations bzw Frequenzschrittes Der Schrittz hler wird bei jedem Wiederholungslauf zur ckgesetzt und kann damit zur Steuerung der Ausgabe benutzt werden Es gilt nstep 1 Beginn einer neuen Simulation die Ergebnisse des ersten Schrittes liegen vor nstep 1 dieErgebnisse des nstep Schrittes liegen vor nstep 0 Ende der Simulation es liegen keine Ergebnisse vor 1 verringert die Simulationszeit 68 Die Variable nst ep darf nicht verandert werden Folgende COMMON Bereiche werden ben tigt COMMON CNTRLS CNTRL REAL 8 CNTRL 160 Der Vektor CNTRL enth lt allgemeine Steuerinformationen CNTRL 1 START TIME TR Analyse CNTRL 2 STOP TIME TR Analyse CNTRL 24 Anzahl der Ausgabevariablen NOROST CNTRL 32 RUN RERUN Nummer 1 DO CNTRL 71 0 DO TR Analyse 1 D0 AC Analyse CNTRL 72 INITIAL FREQUENCY AC Analyse CNTRL 73 FINAL FREQUENCY AC Analyse CNTRL 75 NUMBER FREQUENCY STEPS CNTRL 20 PLOT DIMENSION CNTRL 21 Y PLOT DIMENSION Die Namen der Ausgabevariablen erh lt man von COMMON OUTPUT TPINDX CHARACTER 8 TPINDX NOROST 4 3 Grafikschnittstellen CNTRL 74 TYPE FREQUENCY RUN lt 1 D0 LINEAR gt 1 D0 LOG F r nstep gt 0 stehen bei jedem Unterprogrammaufruf NOROST Werte zur Verf gung und zwar in
32. Zeitabh ngige Widerst nde stromabh ngige Induktivit ten und spannungsabh ngige Kapazit ten werden richtig berechnet 2 4 Tabellen Werden Tabellen zur Beschreibung von Nichtlinearit ten benutzt empfiehlt es sich die Kurven m glichst zu gl t ten bzw zus tzliche St tzstellen einzuf gen um Knicke zu vermeiden Besonders die ersten und letzten Werte paare sind kritisch da SCEPTRE au erhalb liegende Werte aus diesen Wertepaaren extrapoliert Beschreibt man passive Elemente R C L mit Tabellen ist darauf zu achten da diese f r keinen unabh ngigen Wert Null werden d rfen Grunds tzliche sollte man geschlossene Funktionen Tabellen vorziehen Werden Tabellen innerhalb einer EXPRESSION oder EQUATION Anweisung verwendet mu eine andere Syn tax benutzt werden DP XA711 XTABLE Tname variable F r name wird der Tabellenname eingesetzt die unabh ngige Variable mu als zweiter Parameter angegeben werden z B TIME 2 5 Arithmetische Anweisungen Verwendet man arithmetische Anweisungen zur Beschreibung abh ngiger Elemente oder Parameter sollte man den G ltigkeitsbereich der Formeln berpr fen Die Standardfunktionen MIN MAX ABS etc in FORTRAN sind z B gut geeignet Divisionen durch Null oder berl ufe zu verhindern Beispiele CC B 5 X1 PX 0 8 MIN 0 VCC 0 33333 JD X2 PS EXP MIN 88 PO VJD 1 2 6 Topologische Einschrankungen Enth lt ein Net
33. definierte Quellen werden bei der AC Analyse wie Gleichstromquellen behandelt und auf Null gesetzt Vielfach l t sich eine anders definierte abh ngige Quelle in eine Quelle der o a Form umwandeln Z B statt El N2 X1 3 VC1 NA NB kann man einen gro en Widerstand parallel zu C1 schalten und dann schreiben El N1 N2 3 Cl NA NB Rl NA NB grosser Wert Ahnlich kann man eine stromabh ngige Spannungsquelle El N2 X1 3 1 R1 NA NB 2 in die richtige Form bringen unter Einbeziehung des Widerstandes El 2 1 5 VR1 R1 NA NB 2 34 2 10 Strom und Spannungsmessungen 2 10 Strom und Spannungsmessungen Den Strom durch eine Komponente erh lt man indem man dem Komponentennamen den Buchstaben I voran stellt Sinngem erh lt man die Spannung an einer Komponente durch Voranstellen des Buchstabens Will man Spannungen zwischen weit auseinanderliegenden Knotenpunkten messen kann man mit Hilfe einer Null stromquelle zwischen diesen Punkten die Spannung messen ohne die Schaltung zu beeinflussen Jxx NZ 0 VJxx PLOT Entsprechend lassen sich auch Str me Zweigen mit einer Nullspannungsquelle messen ohne da ein Shuntwi derstand eingef gt werden mu Exx NM NN 0 IExx PLOT 2 11 Verwendung eigener FORTRAN Unterprogramme Das Einf gen eigener FORTRAN Unterprogramme gibt dem Benutzer
34. der ber schrift MONTE CARLO werden alle zu beobachtenden Variablen angegeben vor dem Schr gstrich gefolgt von den Parametern die entsprechend ihrer Toleranzgrenzen variiert werden sollen P1T2 Es wird eine Gau Verteilung angenommen Voreinstellung MODEL DESCRIPTION EC 1 6 10 MODEL 2N706A TEMP B E C EIN 1 2 1 ELEMENTS Rl 2 3 20 1 01 5 70 21 R2 4 6 5 5 CC 1 2 01 8 370 22 R3 4 1 200 RB B 1 3 RA 8 1 4 RC C 2 015 R5 6 7 1 21 1 E DIODE EQUATION 1 E 7 35 3 4 5 MODEL 2N706A J2 1 2 DIODE EQUATION 5 E 7 37 T2 4 8 7 MODEL 2N706A JA E 1 1 J2 MONTE CARLO JB 2 1 VCET1 VCCT1 J1T1 VCET2 VCCT2 JX 2 1 0 J1T2 PEC PEIN VR3 VR4 P1T1 P1T2 DEFINED PARAMETERS DEFINED PARAMETERS Pl 0 96 0 98 0 9 PEC X1 EC IEC FUNCTIONS PEIN X2 EIN IEIN 1 A B C OUTPUTS OUTPUTS PEC PEIN VR3 VR4 VCE VCC Jl RUN CONTROLS CIRCUIT DESCRIPTION RUN MONTE CARLO 10 A07 Darlington pair MONTE CARLO RUN INITIAL CONDITIONS ONLY ELEMENTS END Man beachte wie man durch Anh ngen des Modellbezugnamens jedes Element und jede Variable in der Gesamt schaltung ansprechen kann Das Ergebnis der statistischen Analyse zeigt Ab
35. der Modellierung von Nichtlinearit ten Dies wird u a dadurch erm glicht da der Benutzer jedes Netzwerkelement Abh ngigkeit von anderen Gr en beschrei ben kann SCEPTRE berechnet zu jedem Integrationsschritt die zeitlichen Ableitungen der unabh ngigen Variablen Zustandsvariablen und daraus mit den Netzwerkgleichungen die anderen Netzwerkvariablen Voraussetzung ist daf r allerdings da die unabh ngigen Variablen zu Beginn eines Integrationsschrittes bekannt sind Andernfalls verwendet SCEPTRE den Wert der unabh ngigen Variablen vom vorherigen Integrationsschritt Es wird jedoch eine Warnung THE TERM WILL CAUSE A COMPUTATIONAL DELAY ausgegeben Die Gr e des Fehlers l t sich schwer absch tzen und ist von dem Grad der Nichtlinearit t der Funktion und der Integrationsschrittweite abh ngig Dieser Integrationsfehler tritt nicht bei Abh ngigkeiten von der Zeit Spannungen an Kondensatoren und Str men durch Induktivit ten auf da diese Gr en immer unabh ngige Variablen sind Auch Widerstandsspannungen und str me k nnen unabh ngig sein vorausgesetzt da sie mit der richtigen Syntax definiert werden Dieses Problem tritt z B bei Diodenstromquellen auf die spannungsgesteuert sind Durch Parallelschaltung ei ner Kapazit t die ja in Wirklichkeit auch vorhanden ist bildet die Kondensatorspannung die unabh ngige Variable Falls diese Methode versagt kann man die von SCEPTRE
36. man die Endwerte der vorherigen DC Analyse als Startwerte f r die weiteren DC Analysen einsetzt Bei mehr als einem Wiederholungs lauf hat man die Wahl welche Startwerte benutzt werden sollen sollen die DC Analysen aller Wiederholungsl ufe mit den Endwerten der 1 DC Analyse beginnen lauten die Anweisungen im 1 Lauf RUN CONTROLS RUN INITIAL CONDITIONS ONLY RUN IC VIA IMPLICIT IC FOR RERUNS MASTER RESULTS 40 2 18 Periodische Funktionen RERUN DESCRIPTION n es k nnen auch die Werte aus dem vorherigen Lauf bernommen werden RUN CONTROLS RUN INITIAL CONDITIONS ONLY RUN IC VIA IMPLICIT IC FOR RERUNS PRECEDING RESULTS RERUN DESCRIPTION n Das implizite Verfahren ist optional Klammern weglassen TR Analyse Statt die Anfangsbedingungen bei Wiederholungsl ufen ber die DC Analyse zu berechnen kann man ebenso die Endwerte einer TR Analyse als Startwerte weiterer TR Analysen verwenden Auch hier k nnen die Startwerte entweder aus den Ergebnissen der 1 TR Analyse IC FOR RERUN MASTER RESULTS oder aus der vor herigen TR Analyse IC FOR RERUNS PRECEDING RESULTS eingesetzt werden 2 18 Periodische Funktionen Die Erzeugung von beliebigen periodischen Funktionsverl ufen kann man in SCEPTRE auf verschiedene Arten realisieren durch arithmetische Anweisungen Tabellen und eigene FORTRAN Unterprogramme Dabei d rfen
37. wenn die Anfangsbedingungen im urspr nglichen Lauf berechnet wurden RUN SENSITIVITY RUN MONTE CARLO 1 13 RERUN DESCRIPTION RUN WORST CAS RUN OPTIMIZATION RUN INITIAL CONDITIONS RUN INITIAL CONDITIONS ONLY e Die folgenden Anweisungen sind in Wiederholungsl ufen nicht erlaubt NO EL ENT SORT EM UNCH PROGRAM S RIT ta IMUL8 DATA ECTOR EQUATIONS I lt gt RITE DEBUG PRINT MATRIX LIST NODE MAP FOR RERUNS USE DIFFERENCED JACOBIAN USE SYMBOLIC JACOBIAN EXECUTE SETUP PHASE ONLY USE FIXED AC MATRIX IN RERUNS IMPULSE RESPONSE BUFFER INPUT FUNCTION BUFFER e Folgende Anweisungen werden vom urspr nglichen Lauf nicht mit in den Wiederholungslauf bernommen sie m ssen bei Bedarf neu angegeben werden RUN AC SENSITIVITY MONTE CARLO 2 uz WORST CASE RUN OPTIMIZATION LIST MONTE CARLO DETAILS LIST OPTIMIZATION DETAILS PUNCH OPTIMIZATION RESULTS OPTIMIZATION RANDOM ST PS PRINT A MATRIX PRINT EIGENVALUES MINIMU Hy UNCTION ESTIMAT e INITIAL RANDOM NUMBER e Folgende Anweisungen widersprechen sich und f hren zu einem Prog
38. zeigen Es handelt sich dabei um einen RC gekoppelten linearen zweistufigen Verst rker dessen Verhalten bei einer sinusf rmigen Eingangsspannung El von 1 mV und 100 KHz untersucht werden soll F r die Transistoren wird als tempor res Modell das Ersatzschaltbild mit h Parametern benutzt Da nur das Wechselstromverhalten 50 3 4 04 Kleinsignal Ersatzschaltung TRANSIENT VALUES TIME EQUALS ZERO I C TRANSIENT VALUES AT TIME EQUALS ZERO VCET1 3 3818865E 01 VCET1 3 3696571E 01 8 9376695E 00 8 9570427E 00 VCET2 4 4221916E 01 VCET2 4 4077602 01 VCCT2 8 8226781E 00 VCCT2 8 8603292E 00 RESULTS OF INITIAL CONDITION COMPUTATIONS RESULTS OF INITIAL CONDITION COMPUTATIONS PEC 5 3007344E 00 RERUN 2 PEIN 2 7598821 04 5 0340188 400 VR3 6 5620879 01 9 2654405 04 VR4 2 1082735 01 VR3 6 4422545E 01 VR4 2 0044292 01 TRANSIENT VALUES TIME EQUALS ZERO I C TRANSIENT VALUES AT TIME EQUALS ZERO VCET1 3 3626101E 01 VCET1 3 3769191E 01 VCCT1 8 9679012E 00 VCCT1 8 9456210E 00 VCET2 4 3993970 01 VCET2 4 4163421E 01 VCCT2 8 8813264E 00 VCCT2 8 8381601E 00 RESULTS OF INITIAL CONDITION COMPUTATIONS RESULTS OF INITIAL CONDITION COMPUTATION
39. 0E 01 0000000E 01 2726352 121511 MINIMUM VALUE 9 3082453E 01 9 1926269E 01 MINIMUM VALUE 5109792 0 9210128 00 1716713 02 3440367 0 0300613E 00 0093037E 0 0210736E 00 3257750E 04 0275509E 0 6037217E 0 1 gt OW RESULTS OF INITIAL CONDITION COMPUTATIONS VCET1 J1T1 VCET2 VCCT2 J1T2 PEC PEIN VR3 VR4 BO BW OW 54 6510355E 0 8596399E 00 5455596E 02 3445810E 0 0300613E 00 0169492E 0 0323994E 00 4793579E 03 0486548E 0 6067799E 0 Abbildung 3 8 Ergebnisse der Monte Carlo Analyse UBOUND FORA ds 0 4 Q O 9 8000000E 01 9 8000000E 01 6510355 0 8596399 00 5455596 02 3795162E 0 9392260 00 5394055E 0 5616323E 00 8368401E 03 2660595E 0 8157624E 0 10 ITERATIONS MAXIMUM VALUE 7906312E 01 5900296E 01 MAXIMUM VALUE MEAN P2 O0 p o4 OW 578234 892785 7712682 364949 97738 318985 337242 25759 166474 72711594 9 4000000E 01 9 4000000 01 SAMPLE MEAN 538829 425582 SAMPLE MEAN SIGMA 1 3333333E 02 1 3333333E 02 6E 01 2E 01 4E 0 7 00 0 02 0 9E 00 2E 0 2E 00 8E 03 5E 0 3E 0 HH O0 xo 4 N N Q IND s SAMPLE SIGMA 6480857 02 1320930E 02 SAMPLE SIGMA 0157705 03 2013686E 02 9307541E 03 4850834E 03 5350405E 02 2252503E 02 2675435E 01 3076374E 04
40. 1 E 7 35 1 E J2 1 2 DIODE EQUATION 5 E 7 37 JA 1 1 72 JB 2 1 P1 J1 JX 2 1 0 DEFINED PARAMETERS 0 98 OUTPUTS VCE VCC J1 PLOT FUNCTIONS 01 A B C Die Stromverst rkung wird durch den Parameter im Modell 2N706A dargestellt Der Bezug zu der Stromver St rkung des Transistors erfolgt durch Anh ngen des Bezugsnamens an den internen Modellnamen also CIRCUIT DESCRIPTION Example 3 Darlington pair ELEMENTS 126 10 EIN 1 2 1 RL 4 2 3 20 R2 6 5 5 RS x 200 RA 8 1 4 R5 6 7 1 3 4 5 MODEL 2N706A PERM T2 4 8 7 MODEL 2N706A PERM DEFINED PARAMETERS O PEC EC IEC PEIN X2 EIN IEIN OUTPUTS PEC PEIN VR3 VR4 RUN CONTROLS RUN INITIAL CONDITIONS ONLY RERUN DESCRIPTION 3 DEFINED PARAMETERS 96 93 9 END Die Ergebnisse der Gleichstromanalysen sind in Abb 3 6 zusammengefa t Die Ausgabe der Ergebnisse setzt sich aus den unter OUTPUTS angegebenen Gr en zusammen und zwar sowohl von der Hauptschaltung als auch von der Modellbeschreibung 3 4 04 Kleinsignal Ersatzschaltung Dieses Beispiel soll den Einsatz von SCEPTRE bei der Analyse einer Kleinsignal Schaltung nach Abbildung 3 7
41. 2 0 10 JR2 83 0 0 R133 83 82 10E3 JOT 71 0 0 RTORK 73 TI 50 03 57 70 71 0 MODEL HA 2700 LTORK 82 TI 2 EC 0 56 TABLE C TIME CTORK 73 82 127 6 R124 56 57 23 7E3 T4 72 73 74 MODEL 2N4405 R125 57 11 20000 T3 72 73 79 MODEL 2N2219 EA 0 11 PDIS 1 843 E13 0 80 21 R126 70 0 1053 E14 78 0 21 C105 73 81 4700E 12 RT 74 78 60 R127 81 70 800E3 DEFINED PARAMETERS PX1 902 PX2 0 DPX1 PX2 DPX2 1 03 PX2 1760 ILTORK PDIS 1 INITIAL CONDITIONS ILTORK 0 VCCT3 2 1El VCCT4 2 09162 1 VCTORK 0 OUTPUTS VJ57 EA EC VJOT VJDR VJT ILTORK PDIS VJR2 VJR1 FUNCTIONS ABLE G 0 1 97 01 1 97 01 2 07 1 572507 RUN CONTROLS LIS ODE MAP INTEGRATION ROUTINE IMPLICIT STOP TIME 45 INIMUM STEPSIZE 1 20 END 64 3 8 13 Elektro hydraulischer Stellantrieb 0 035 V ILTORK 0 0 03 0 025 0 02 0 015 0 01 0 005 0 005 0 01 i i i i i i i i 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 45 TIME Abbildung 3 14 Magnetstrom ILTORK als Funktion der Zeit 0 96 0 95 0 94 0 93 0 92 0 91 0 9 1 1 1 1 L 1 1 0 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 0 3 0 35 0 4 0 45 TIME Abbildung 3 15 Regelgr e PDIS als Funktion der Zeit 65 4
42. 3 TYPE FREQUENCY XTYPFQ 74 NUMBER FREQUENCY STEPS XNFROS 75 PRINT A MATRIX PRINT EIGENVALUES PRINT EIGENVECTORS RUN MONTE CARLO XNMCPS 121 RUN OPTIMIZATION XNOPPS 131 RUN WORST CASE XWCLHN 151 FREQUENCY FREO 79 INITIAL RANDOM NUMBER XRANNO 122 DISTRIBUTION XDISTR 125 LIS ONTE CARLO DETAILS USE FIXED AC MATRIX IN RERUNS XACRE 85 IMPULSE RESPONSE BUFFER XHAVE 87 INPUT FUNCTION BUFFER XIAVE 88 COMPRESSION CRITERION XCMPCR 89 COMPRESSION COUNT XCMPCT 90 LIST OPTIMIZATION DETAILS PUNCH OPTIMIZATION RESULTS OPTIMIZATION CRITERION XOCPR 134 OPTIMIZATION RANDOM STEPS XNOPRS 135 RANDOM STEP SIZE CONTROL XRNSSC 136 INITIAL H MATRIX FACTOR XHMFAC 137 RUN SENSITIVITY XSENST 141 INIMUM FUNCTION ESTIMATE XMNFES 138 Tabelle C 1 SCEPTRE Anweisungen und interne Variablen Zugriff auf die internen Variablen erh lt man ber den COMMON Bereich CNTRLS Man kann die Variable sowohl mit ihrem Namen als auch ber den Vektor CTROLS und dem entsprechenden Index ansprechen IMPLICIT REAL 8 A J L M O Z INTEGER 4 K N COMMON CNTRLS TIME XSTOPT XMXERT XIR XTISSS XMNISS XMXISS XMNAIE XMXAIE XIC XRERNO XMXPAS XMNRIE XMXRII XMNISO XMXICP XICRER XICAER XICPAS XNOPRQ XNTNDX XNHEAD R XCNTNU XSTPNO XPASNO XRUNNO XSTPSZ XTRANS XSAVE XTMON XMXSLT XPLTI XPRTI XMCPUT SP1 3 XWRTS SP2 8 XSAVIC XGER XTRNIC SP3 5 XDIFF XSYMBL 4 8 X X E XOTP XXDIMS XYDIMS NDFEQ
43. 4300000 07 VR2 4 0836859 01 VR3 1 2977793E 01 J9 SOURCE 21 1 IS REPLACED BY RESISTOR 0 3949750 J9 SOURCE 22 1 IS REPLACED BY RESISTOR 0 2400000E 13 LSNEW COMPLEX EIGENVALUES I REAL IMAGINARY MAGNITUDE 1 0 65292E 10 0 00000E 00 0 65292E 10 2 0 33353E 08 0 00000E 00 0 33353E 08 ATRACE 0 6562516388467601E 10 EIGENVALUE SUM 0 6562516388467599E 10 0 0000000000000000E 00 WHEN COMPARING A S WITH S LAMBDA THE WORST ERROR OBTAINED WAS 0 19073 05 0 00000E 00 WHEN MULTIPLYING MODAL MATRIX BY INVERSE MODAL MATRIX WORST ERROR IN DIAGONAL TERM WAS 0 00000E 00 0 00000 WORST ERROR IN OFF DIAGONAL TERM WAS 0 00000 00 0 00000 SINEW MODAL MATRIX 5 2 1 1 0000E 00 0 0000E 00 9 9999E 01 0 0000E 2 2 0843E 03 0 0000E 00 3 9932E 03 0 0000E SINEW INVERSE MODAL MATRIX ER 2 1 6 5705E 01 0 0000E 00 1 6454E 02 0 0000E 2 3 4296E 01 0 0000E 00 1 6454E 02 0 0000E 3 8 13 Elektro hydraulischer Stellantrieb Die Schaltung nach Abb 3 13 stellt einen elektro hydraulischen Stellantrieb dar 6 62 3 8 13 Elektro hydraulischer Stellantrieb hydraulischer Stellantrieb 2N2219 PDIS _ 52 8 ILTORK 0 0382 PDIS 0 0 902 Servo ventil ILTORK Positions 204405 E geber Regelspannung Abbildung 3 13 Schaltung des Regelkreises 63 3 SCEPTRE Beispiele Die F hrungsgr fe wird durch die Spa
44. 70 01 8 9126370E 00 21 1 2 1824751 02 VCET2 4 3874672E 01 VCCT2 8 9197511E 00 J1T2 4 6675032E 01 VR3 6 3104773E 01 VR4 1 8670015 01 Abbildung 3 9 Ergebnisse der Empfindlichkeitsanalyse 57 3 SCEPTRE Beispiele WORST CASE COMPUTATION NOMINAL VALUE OBJECTIVE FUNCTION VCET1 3 51239705E 01 INDEPENDENT VARIABLE VALUE GRADIENT COMPONENT LOWER BOUND UPPER BOUND 1 9 60000000 01 2 23659125 01 9 00000000 01 9 80000000 01 P1T2 9 60000000E 01 4 07175175E 02 9 00000000E 01 9 80000000 01 R3 2 00000000E 02 3 75988248 06 1 95000000E 02 2 05000000E 02 LOW VALUE LOCATED AT DISTANCE 6 09861798E 02 ALONG GRADIENT LOWER BOUND 9 00000000 01 OF INDEPENDENT VARIABLE P1T1 HIGH VALUE LOCATED AT DISTANCE 2 03287266E 02 ALONG GRADIENT UPPER BOUND 9 80000000 01 OF INDEPENDENT VARIABLE P1T1 WORST CASE COMPUTATION HIGH VALUE OBJECTIVE FUNCTION VCET1 3 53942361E 01 INDEPENDENT VARIABLE VALUE GRADIENT COMPONENT PITI 9 80000000E 01 2 80346005E 01 P1T2 9 56358967E 01 4 73777819 02 R3 2 00000000E 02 4 32150693E 06 WORST CASE COMPUTATION LOW VALUE OBJECTIVE FUNCTION VCET1 3 42972486E 01 INDEPENDENT VARIABLE VALUE GRADIENT COMPONENT 1 9 00000000 01 1 36506341 01 P1T2 9 70923100E 01 3 20266276 02 R3 2 00000001E 02 3 01932958 06 n Abbildung 3 10 Ergebnisse der Worst Case Analyse f r die Spannung VCI 58 3 6 4 10 Optimierung 3 7 All Kleins
45. IME 1 STOP TIME XSTOPT 2 AXIMUM STEP SIZE XMXISS 7 INTEGRATION ROUTINE XIR 4 STARTING STEP SIZE XTISSS 5 INIMUM STEP SIZE XMNISS 6 INIMUM ABSOLUTE ERROR XMNAIE 8 AXIMUM ABSOLUTE ERROR XMXAIE 9 RUN INITIAL CONDITIONS XIC 10 COMPUTER TIME LIMIT XMXERT 3 RUN INITIAL CONDITIONS ONLY XTRANS 34 INIMUM RELATIVE ERROR XMNRIE 13 AXIMUM RELATIVE ERROR XMXRIE 14 RELATIVE CONVERGENCE XICRER 17 ABSOLUTE CONVERGENCE XICAER 18 X PLOT DIMENSION XXDIMS 20 Y PLOT DIMENSION XYDIMS 21 AXIMUM PRINT POINTS XMXOPT 19 NO ELEMENT SORT AXIMUM INTEGRATION PASSES XMXPAS 12 NEWTON RAPHSON PASS LIMIT XMXICP 16 PUNCH BINARY CARDS FULIST PUNCH PROGRA WRITE SIMUL8 DATA COMPUTER SAVE INTERVAL XSAVE 35 VECTOR EQUATIONS WRITE DEBUG PRINT B MATRIX SOLUTION TIME LIMIT XMXSLT 37 PLOT INTERVAL XPLTI 38 PRINT INTERVAL XPRTI 39 LIST NODE MAP Fortsetzung n chste Seite 81 C bersicht aller Anweisungen und internen Variablen SCEPTRE Anweisungen Variable Index IC FOR RERUNS XSAVIC 53 RUN IC VIA IMPLICIT XTRNIC 55 USE DIFFERENCED JACOBIAN XDIFF 61 USE SYMBOLIC JACOBIAN XSYMBL 62 EXECUTE SETUP PHASE ONLY RUN AC XAC 71 INITIAL FREQUENCY XINFRQ 72 FINAL FREQUENCY XFNFRQ 7
46. IMUM ABSOLUTE ERROR number 10 4 5x 10 gt 5 x 10 5 10 4 MAXIMUM ABSOLUTE ERROR number 5 10 3 10 3 5 x 1073 MINIMUM RELATIVE ERROR number 2x10 4 5 10 4 5 10 5 MAXIMUM RELATIVE ERROR number 5x 10 3 10 2 5 x 10 3 RUN CONTROLS Fehlt diese Anweisung so w hlt SCEPTRE automatisch den f r das zu untersuchende Netzwerk besten Algorith mus aus SCEPTRE arbeitet mit variabler Integrationschrittweite die nach jedem Integrationsschritt neu berechnet wird Durch folgende Anweisungen k nnen die Integrationsschrittweiten variiert werden Die Integrationsgenauigkeit kann durch weitere Anweisungen beeinflu t werden Die Bedeutung dieser Parameter wird in 2 beschrieben 17 1 SCEPTRE Anweisungen 1 10 4 DC und TR Analyse Mit der Anweisung RUN INITIAL CONDITIONS wird zuerst eine DC Analyse und anschlie end eine TR Analyse durchgef hrt STOP TIME nicht vergessen Die Ergebnisse der DC Analyse werden als Anfangsbedingungen in die TR Analyse eingesetzt Es k nnen alle Steueranweisungen der DC und TR Analyse verwendet werden 1 10 5 DC und AC Analyse Es gilt sinngem dasselbe wie bei der DC und TR Analyse Es k nnen alle Steueranweisungen der DC und AC Analyse benutzt werden 1 10 6 AC und TR Analyse Diese Kombination ist nicht m glich 1 10 7 Ausgabesteuerung Die unter OUTPUTS angeforderten Ergebnisse liegen zu jedem Integrationsschritt vor Die Anzahl der ta
47. ION ODEL name maximal 11 Kommentarkarten 5 DEFINED PARAMETERS OUTPUTS FUNCTIONS INITIAL CONDITIONS U Parametervariation RERUN DESCRIPTION aximal 11 Kommentarkarten ELEMENTS DEFINED PARAMETERS INITIAL CONDITIONS FUNCTIONS RUN CONTROLS B Fortsetzungslauf CONTINUE RUN CONTROLS 1 SCEPTRE Anweisungen zus tzliche Ausdruckkopien g E OUTPUT UTPUTS UN CONTROLS O D letzte Karte END Die Reihenfolge der Steuerkarten ist beliebig Zu jeder der o Steueranweisungen geh ren Datenkarten die nachfolgend im einzelnen beschrieben werden Fehlen Daten zu einer Steuerkarte kann diese ebenfalls entfallen 1 5 ELEMENTS Alle Netzwerkkomponenten werden unter dieser berschrift definiert und zwar in der allgemeinen Form element nodel node2 value Dabei wird festgelegt da der Strom durch element von node nach node flie t 1 5 1 Allgemeine Zweipolform F r die entsprechenden Netzwerkelemente lautet die Eintragung siehe auch Tabelle 1 5 name nodel node2 value Cy Bl p C 1 5 2 Gegeninduktivit ten M name L namel L 2 value 1 und Lname2 sind die beiden miteinander gekoppelten Induktivit ten Es mu die Bedingung M lt YL La erf llt sein e Das Vorzeichen von M is
48. M CHANGE 01 02 Es wird die Funktion EQUATION 1 durch eine neue Funktion EQUATION 2 ersetzt die unter CIRCUIT DES CRIPTION FUNCTIONS definiert sein mu Die neue Funktion mu die gleichen Parameter haben Die Ausgabe von Ergebnissen die man unter MODEL DESCRIPTION OUTPUTS anfordern kann l t sich ganz oder teilweise mit dem Befehl SUPPRESS unterdr cken T1 13 4 GND MODEL 2N1734B PERM SUPPRESS J1 1 13 4 GND MODEL 2N1734B PERM SUPPRESS ALL Mit dem Befehl PRINT wird die Modellbeschreibung aufgelistet T1 13 4 GND MODEL 2N1734B PERM CHANGE CC 50 CE 30 SUPPRESS J1 VCE PRINT Die beim Modellaufruf m glichen Befehle k nnen miteinander kombiniert werden Anfangsbedingungen setzt man vorteilhafter unter CIRCUIT DESCRIPTION INITIAL CONDITIONS VCCT1 0 53 1 13 RERUN DESCRIPTION SCEPTRE bietet die M glichkeit einen bereits durchgef hrten Lauf mit ver nderten Parametern zu wiederholen Dabei brauchen nur noch die sich ndernden Werte angegeben zu werden Diese nderungen werden unter der berschrift RERUN DESCRIPTION zusammengefa t Die Zahl n gibt die Anzahl der modifizierten Rechenl ufe an Der Klammerausdruck entf llt bei nur einem Wiederholungslauf Im Gegensatz zur CIRCUIT DESCRIPTION d rfen bei der RERUN DESCRIP TION nur die Werte einer Variablen pro Eingabezeile ge ndert werden
49. MODEL 2N9999AA TEMP CHANGE P1 975 L1 7 8 100 L2 9 1 900 M L1 L2 299 7 OUTPUTS VR6 VL1 VL2 PLOT FUNCTIONS ABLE 1 0 0 50 5 100 45 ABLE DEI Lk 50 20800 100 0 RUN CONTROLS STOP TIME 500 RUN INITIAL CONDITIONS INTEGRATION ROUTINE IMPLICIT MAXIMUM PRINT POINTS 21 END 3 3 03 Darlington Schaltung DC Analyse Das Prinzip einer Darlington Schaltung geht aus Abb 3 5 hervor Gesucht sind die Spannungen die sich an den Widerst nden R4 und 5 einstellen sowie die Leistungsaufnahme der Schaltung bei unterschiedlicher Strom verst rkung des Transistors T1 Dazu gen gt eine Gleichstromanalyse RUN INITIAL CONDITIONS ONLY Die Beschreibung des Modells f r den Transistor 2N706A existiert schon in der Modellbibliothek und erscheint deshalb nicht in den SCEPTRE Eingabedaten Sie ist jedoch der bersicht wegen aufgelistet MODI 2N706A PERM B E C ELEMENTS CE 1 01 5 70 J1 1 2 01 8 370 22 RB B 1 3 C 2 4 015 48 3 3 03 Darlington Schaltung DC Analyse 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 TIME Abbildung 3 4 Spannungen VL1 und VL2 am bertrager Abbildung 3 5 Darlington Schaltung 49 3 SCEPTRE Beispiele Jl DIODE EQUATION
50. May 1975 NTIS AD A011348 33 Otto Justus Dynamisches Verhalten elektrischer Maschinen Eine Einfiihrung in die numerische Modellie rung mit PSPICE Verlag Vieweg 1993 34 W A Cordwell Transistor and Diode Model Handbook AFWL TR 69 44 NTIS AD 862556 35 Y C Liang V J Gosbell A Versatile Switch Model for Power Electronics SPICE2 Simulations IEEE Transactions on Industrial Electronics vol 36 no 1 February 1989 p 86 36 Lawrence J Giacoletto Simple SCR and TRIAC PSPICE Computer Models IEEE Transactions on Industrial Electronics vol 36 no 3 August 1989 p 451 37 F Javier Gracia Fernando Arizti Javier Aranceta A Nonideal Macromodel of Thyristor for Transient Analysis in Power Electronic Systems IEEE Transactions on Industrial Electronics vol 37 no 6 December 1990 p 514 38 Vineeta Agrawal Anant K Agarwal Krishna Kant A Study of Single Phase to Three Phase Cycloconverter using PSPICE IEEE Transactions on Industrial Electronics vol 39 no 2 April 1992 p 141 39 H A Nienhaus J C Bowers M S Ziemacki A Computer Model for a High Power SCR AFAPL TR 75 106 NTIS ADA 022375 Air Force Aero Propulsion Laboratory 86
51. OR 0 0 1 01 06 92 18 50 48 72 4 5 Das Grafikprogramm NGP 2 HEADING 9 72 2 01 06 92 18 50 48 3 TIME 0 4 3038 3 01 06 92 18 50 49 4 VCE lt O 4 3038 9 01 06 92 18 50 50 5 VCC _0 4 3038 15 01 06 92 18 50 52 6 _0 4 3038 21 01 06 92 18 50 53 7 IR3 _0 4 3038 27 01 06 92 18 50 54 8 J1 _0 4 3038 33 01 06 92 18 50 55 9 TIME 1 4 2870 39 01 06 92 18 51 14 10 VCE ai 4 2870 45 01 06 92 18 51 15 VCC st 4 2870 51 01 06 92 18 51 16 12 VC1 _1 4 2870 57 01 06 92 18 51 17 13 IR3 eh 4 2870 63 01 06 92 18 51 19 14 J1 Sch 4 2870 69 01 06 92 18 51 20 15 TIME _2 4 2962 75 01 06 92 18 51 39 16 VCE 22 4 2962 81 01 06 92 18 51 40 T7 VCC 22 4 2962 87 01 06 92 18 51 41 18 222 4 2962 93 01 06 92 18 51 42 19 IR3 52 4 2962 99 01 06 92 18 51 44 20 J1 252 4 2962 105 01 06 92 18 51 45 21 202444444 0 0 111 01 06 92 18 51 45 Die Namen der Ausgabevariablen in der direkten Zugriffsdatei enthalten zus tzlich zwei Informationen den Typ der Ausgabevariablen und die Nummer des Wiederholungslaufes aus dem diese Variable stammt Der Name ist wie folgt aufgebaut variable t n n enth lt die Laufnummer 0 entspricht dem master run das Zeichen t beschreibt den Typ der Ausgabevariablen entsprechend folgender Tabelle t Typ der Ausgabevariablen Variable stammt aus einer TR Analyse AC Analyse Imagin rteil AC Analyse Phasenwinkel in Grad AC Analyse Phasenwinkel im Bogenma AC Analyse Ampl
52. Parameter reell W definierter Parameter komplex T TABLE Tabelle Q EQUATION arithmetische Anweisung als Formelaufruf X EXPRESSION arithmetische Anweisung direkt Spannung an einem Netzwerkelement Strom durch ein Netzwerkelement Differential d dt vollst ndiges Differential eigene FORTRAN Unterprogramme TG U lt Tabelle 1 4 Klassifizierung weiterer SCEPTRE Gr en 1 3 Eingabeformat 1 3 Eingabeformat Alle SCEPTRE Anweisungen m ssen in Gro buchstaben zwischen den Spaltenpositionen und 72 einer Textdatei geschrieben werden Die Eingabe ist formatfrei Leerzeichen und zeilen k nnen zur besseren Lesbarkeit einge f gt werden Mehrere Anweisungen d rfen durch Kommata getrennt in einer Zeile geschrieben werden Anweisungen k nnen auf mehreren Eingabezeilen fortgesetzt werden und zwar unmittelbar nach den Zeichen x SCEPTRE ignoriert innerhalb einer Zeile alle Informationen nach einem Semikolon Die Datei darf keine Sonderzeichen z B TAB enthalten 1 4 Eingabestruktur Eine SCEPTRE Eingabe kann je nach Anwendung aus folgenden Steuerkarten bestehen Netzwerkbeschreibung CIRCUIT DESCRIPTION maximal 11 Kommentarkarten ELEMENTS EFINED PARAMETERS UTPUTS NITIAL CONDITIONS UNCTIONS ENSITIVITY E CARLO ORST CASE PTIMIZATION UN CONTROLS 2 O 5 o mu O D 2 Modellbeschreibung ODEL DESCRIPT
53. Rohrheimer Str 20 D 64625 Schwanheim Benutzerhandbuch SCEPTRE Ein Programm zur Analyse und Simulation nichtlinearer elektrischer Netzwerke und dynamischer Systeme Wolf Rainer Novender 27 Mai 2000 1989 2000 Alle Rechte vorbehalten Inhaltsverzeichnis 1 SCEPTRE Anweisungen 1 1 1 Sprachvereinbarungen 2 2222 2 2 1 1 2 Vorbereit ngen sa s be bebe ee Bde at 3 1 3 Emgab format 2 ee ee ech Dee aa bed be Be Me est 5 1A bmngabestr ktu i Ve ERA RE Uie Re ee AS a Bed 5 1 5 EEEMENIS VU tee bo Res a A web bu I rd 6 1 5 1 AllgemeineZweipolform 2r 6 1 5 2 Gepeninduk vitaten voe 2 2 0 2 08 22 108 Ent xp RED A Pee REUS BUE 6 1 5 3 Widerstandsabh ngige Quellen CC Cum nn 8 1 5 4 Gesteuerte Stromquellen ku RR ROME REA 8 1 5 5 Zeitliche Ableitungen von 8 1 526 Modellautruf 2 2 2222 2 mE Da ae ed le 8 1 5 7 Elemente mit Toleranzgrenzen 2 r rr rr rr r rs se r s s s 8 1 5 8 Quellen bei der Wechselstromanalyse 9 1 6 DEFINED PARAMETERS o 22 ERR eR RR RE RES 9 1 7 OUTPUTS mute dte A xem e Rb PST RUE m S Ben m me p o 11 1 08 INTTTAL CONDITIONS xoi eh emm 24 22 84 waere a V a ee ee e 12 1 9 FUNGTIONS iib xu REG eR eem ene teg Reel tege 12 1 9 1 EQUATION Anweisung
54. S RERUN 3 RERUN 1 PEC 4 8854795E 00 PEC 5 1910074E 00 PEIN 1 2915639 03 5 4289718 04 VR3 6 3752024 01 VR3 6 5128728 01 VR4 1 9466077 01 VR4 2 0655488 01 SIMULATION PROGRAM HAS TERMINATED Abbildung 3 6 Ergebnisse der Gleichstromanalysen Abbildung 3 7 Kleinsignal Schaltung Ersatzschaltbild mit h Parametern 51 3 SCEPTRE Beispiele interessiert schlie t man die Gleichspannungsquelle kurz Die Simulation wird entweder nach 30000 ns beendet oder wenn die Ausgangsspannung am Lastwiderstand RL2 gr er als 20 V wird MODEL DESCRIPTION RL1 1 4 1 MODEL 551 TEMP B E C RB2 5 1 100 ELEMENTS RL2 1 6 1 EA E X 0005 VR2 T1 3 1 4 MODEL 551 R2 C E 2000 2 5 1 6 MODEL 551 Rl B X 3 OUTPUTS JB 50 VRL1 VRL2 VC2 PLOT CIRCUIT DESCRIPTION RUN CONTROLS A04 small signal equivalent circuit STOP TIME 30000 ELEMENTS INTEGRATION ROUTINE TRAP El 1 2 X1 001 DSIN 000628 TIME MAXIMUM PRINT POINTS 21 C1 2 3 5E6 TERMINATE IF VRL2 GE 20 C2 4 5 DES END RB1 3 1 100 3 5 AO05 Differentialgleichungssystem Dieses Beispiel zeigt die Anwendung der definierten Parameter zur L sung eines Systems von Differentialglei chungen erster Ordnung Dieses Gleichungssystem ist vollkommen unabh ngig von einem el
55. SION 0 eingef gt werden Am Ende jeder Simulation und vor jedem neuen Wiederholungslauf mu die Simulation mit dem Befehl go fortgef hrt werden Bildschirmnachrichten des Systems beachten Anschlie end wird wieder mit less die Druckausgabe der zweiten Phase dateiname 152 angezeigt Taste zum Beenden Zum Schlu werden alle Dateien dateiname aufgelistet Der Postprozessor NGP siehe Kapitel 4 5 wird mit dem Kommando ngp dateiname unter X11 aufgerufen 4 3 Grafikschnittstellen Standardm ig liefert SCEPTRE Druckerplots und zwar nur am Ende eines jeden Simulationslaufes Das Pro gramm bietet jedoch zwei Schnittstellen um externe Grafiksoftware benutzen und zus tzlich w hrend der Simu lation die Ergebnisse grafisch oder tabellarisch Digitalanzeige darstellen zu k nnen Dazu m ssen die beiden Platzhalterunterprogramme POST und INTPLT durch eigene Routinen ersetzt werden zweckm igerweise in der Benutzerbibliothek usrlib da diese Routinen vor den Unterprogrammbibliotheken x21ib und x31ib in der Phase 2 gelinkt werden m ssen 4 3 1 Das Unterprogramm INTPLT Das Unterprogramm wird zu jedem Integrations bzw Frequenzschritt aufgerufen und beeinflu t entscheidend die Rechenzeit der Simulation Aus diesem Grund werden die auszugebenden Daten nicht als Parameter im Aufruf bergeben sondern es wird auf die internen COMMON Blocke zugegriffen Aufruf subroutine INTPLT nstep Die
56. TAILS Worst Case Eine Worst Case Analyse erh lt man mit LOW RUN WORST CASE NOMINAL HIGH Die Schl sselw rter nach dem Gleichheitszeichen geben an welche Werte als Anfangswerte f r eine nachfolgende TR Analyse eingesetzt werden sollen Optimization Diese Analyse wird mit RUN OPTIMIZATION number 30 aufgerufen Mit number kann die Anzahl der durchzuf hrenden Iterationen ge ndert werden Zwischenergebnisse erh lt man mit LIST OPTIMIZATION DETAILS 15 1 SCEPTRE Anweisungen Mit den folgenden Steueranweisungen kann die Optimierung in weiten Grenzen beeinflu t werden INITIAL MATRIX FACTOR number 1 OPTIMIZATION CRITERION number 1077 OPTIMIZATION RANDOM STEPS number 0 RANDOM STEP SIZE CONTROL number 0 2 MINIMUM FUNCTION ESTIMATE number 0 PUNCH OPTIMIZATION RESULTS Die Bedeutung und Handhabung dieser Anweisungen sind in 2 beschrieben 1 10 2 AC Analyse Die AC Analyse wird aufgerufen durch die Anweisung RUN AC Soll das Netzwerk nur f r eine Frequenz berechnet werden gen gt die Anweisung FREQUENCY number F r die Beschreibung eines Frequenzbereichs werden folgende Angaben ben tigt INITIAL FREQUENCY number FINAL FREQUENCY number
57. Verarbeiten der Eingabedaten die FORTRAN bersetzung und das Linken sind nicht darin enthalten TERMINATION CONDITION Diese Information ist die wichtigste und sollte deshalb nach jeder Simulation zuerst kontrolliert werden Folgende Meldungen sind m glich e STOP TIME EXCEEDED NORMAL STOP Die Simulation ist normal verlaufen e MAXIMUM INTEGRATION PASSES EXCEEDED Die Simulation ist vorzeitig abgebrochen worden da mehr Integrationsschritte notwendig waren als vorge geben e SMALLER MINIMUM STEP SIZE siehe Kapitel 2 8 Ke EQUIRED e SOLUTION TIME LIMIT EXCEEDED Die vorgegebene Rechenzeit ist aufgebraucht die Simulation ist vorzeitig abgebrochen worden e OPTIONAL TERMINATION CONDITION MET Ein vom Benutzer vorgegebenes Abbruchkriterium ist erf llt worden Bei der AC Analyse enth lt die Statistik folgende Angaben die sich selbst erkl ren INITIAL FREQUENCY LAST CALCULATED FREQUENCY NUMBER FREOUENCY STEPS TYPE FREQUENCY RUN 2 16 Druckausgabe Jede Variable die man unter OUTPUTS angibt kann auch tabellarisch ausgedruckt werden Voreingestellt ist XIMUM PRINT POINTS O d h der Ausdruck wird unterdr ckt Benutzt man den Befehl PRINT INTERVAL number dann wird diese Druckausgabe zusdtzlich erzeugt Auch hier kann man die Standard Druckausgabe m
58. XEC2 ist auf das zu untersuchende Problem zugeschnitten Alle Vektoren und Arbeitsbereiche sind nur so gro dimensioniert wie sie f r diese Simulation ben tigt werden Ebenso sind nur die Unterprogramme vorhanden die durch die Analyseart bestimmt werden Weiterhin ist es sehr einfach eigene Programme beliebig in eine SCEPTRE Simulation einzubinden und damit die Universalit t von SCEPTRE zu erh hen 4 2 Aufruf unter Unix SCEPTRE wird mit dem Kommando Sceptre dateiname gestartet Die SCEPTRE Eingabedaten m ssen in der Datei dateiname d stehen 66 4 2 Aufruf unter Unix modellib acsave datasave pgmsave FORTRAN T aw 59 Abbildung 4 1 Programm und Datenflu 67 4 Systeminformationen zur Benutzung von SCEPTRE Nach Verarbeitung der Eingabedaten wird das Unix Kommando less benutzt mit dem man sich die Druckausga be der ersten Phase dateiname 151 anschauen kann less wird mit der Taste beendet Sind die Eingabedaten fehlerfrei wird automatisch zur zweiten Phase bergegangen Standardm ig werden bei der AC und TR Analyse die laufenden Ergebnisse als Digitalanzeige mittels des ANSI Treibers ausgegeben siehe Kapitel 4 3 2 Falls der Ausgabebildschirm nicht dazu geeignet ist oder die Ausgabe unterdr ckt werden soll mu in den SCEPTRE Eingabedaten unter der berschrift RUN CONTROLS die Anweisung X PLOT DIMEN
59. XERT XNRERN SP AC XINFRQ XFNFRQ XTYPFQ XNFROS SP5 3 FREQ XNWDBM SP6 3 XDERIV XACRE XNCONV XHAVE X X 82 gt lt XCMPCR XCMPCT XNEY XNE7DT XNBC XNBR NBL XNLC XNLR XNLL XNJX XNJ8DT XNJO NJ9 XNJ8AC XNE7AC XNM33 XNM36 XNM66 XNDP NDPD XNELTS XLSW XLSWP SP7 2 XICPRT SP8 5 PS 2 SP9 XDISTR SPA 5 XNOPPS SPB 2 OPCR XNOPRS XRNSSC XHMFAC XMNFES SPC 2 XSENST ADJNT SPD 8 XWCLHN SPE 9 DIMENSION CTROLS 160 EQUIVALENCE CTROLS TIME x w lt Q 1 I Die Werte der Kontrollvariablen d rfen nicht ver ndert werden 83 Literaturverzeichnis 1 D Becker Extended SCEPTRE Vol 1 User s Manual AFWL TR 73 75 NTIS ADA 009594 2 D Becker Extended SCEPTRE Vol 2 Mathematical Formulation AFWL TR 73 75 NTIS ADA 009595 3 J C Bowers S R Sedore SCEPTRE A Computer Program for Circuit and System Analysis Englewood Cliffs N J Prentice Hall Inc 1971 4 R W Jensen M D Lieberman IBM Electronic Circuit Analysis Program Techniques and Applications Englewood Cliffs N J Prentice Hall Inc 1968 5 Advanced Statistical Analysis Program ASTAP General Information Manual IBM GH20 1271 0 6
60. Zeitmultiplex Signal Abbildung 2 1 zeigt eine getastete Sinusfunktion die mit folgender Anweisung erzeugt wurde viens X12 SIN 6 281 TIME 0 5 SIGN 0 5 SIN 75 500 TIME E7 0 0 8 0 6 0 4 0 2 F 0 2 0 6 TIME Abbildung 2 1 Zeitmultiplexsignal 2 18 2 FPULSE H ufig werden Rechteckimpulse zum Testen oder Ansteuern von Schaltungen benutzt Sprungstellen in den Funk tionsverl ufen verschlechtern im allgemeinen drastisch die Konvergenz des Integrationsverfahrens Aus diesem Grund verwendet man statt der idealen Funktion vorteilhafter eine Trapezfunktion mit endlichen Anstiegs und Abfallzeiten Die Funktion FPULSE erzeugt einen periodischen Impuls entsprechend Abbildung 2 2 Aufgerufen wird diese 42 2 18 Periodische Funktionen cw lt 4 lt w s Y per Abbildung 2 2 Die periodische Funktion FPULSE per Abbildung 2 3 Die periodische Funktion FSINSQ Funktion wie eine eigene FORTRAN Funktion FPULSE vl v2 td tr tf pw per Die Bedeutung der einzelnen Parameter geht aus der Abbildung 2 2 hervor Der Parameter td stellt eine einmalige Verz gerungszeit dar 2 18 3 FSINSQ Ersetzt man die Flanken eines idealen Rechteckimpulses durch sin Verl ufe erh lt man die Funktion FSINSQ entsprechend der Abbildung 2 3 FSINSQ vl v2
61. acter 12 wnumbr logical Ifirst lac data Ilfirst true if nint cntr1 20 eq 0 go to 999 if lfirst then lfirst false norqst nint cntrl 24 lac nint cntrl 71 ne 0 wclear 1 1 char 27 wclear 2 4 2J wpos 1 2 wclear 1 2 print wclear end if if nstep eq 0 then pause print wclear go to 999 end if if nstep eq 1 then do 10 i 1l norgst write wpos 3 i12 2 lH a print wpos continue end if C nstep ge 1 70 do 20 1 if lac then i 3 tpindx i write wnumbr 1p e12 4 aimag outpac i i 3 wnumbr write wpos 3 i2 2 21H a print wpos write wnumbr 1 12 4 real outpac i write wpos 3 12 2 9 else 14 3 wnumbr X PLOT DIMEN print continue 20 999 write write end if continue return end wnumbr 1p e12 4 wpos 32 t 12 2 5 9H wpos 4 3 3 Das Unterprogramm POST 4 3 Grafikschnittstellen outbfr i i 3 wnumbr Das Unterprogramm POST wird nach jedem Simulations Wiederholungslauf aufgerufen und wertet eine interne unformatierte Datei INOUT aus In ihr sind alle berechneten Ergebnisse enthalten Standardm ig kopiert POST diese Ergebnisse auf eine direkte Zugriffsdatei di rac siehe Kapitel 4 4 Will man eigene Grafikprogramme an dieser Stelle ausf hren mu dieses Unterprgramm durch eine Rou
62. ame Widerstand Ename unabh ngige Spannungsquelle Jname unabh ngige Stromquelle Pname definierter Parameter Tabelle 1 7 Unabh ngige Variablen SENSITIVITY IL3 PX IX EY VR1 IR1 VCX Pl El Es werden folgende partiellen Ableitungen berechnet OIL3 OIL3 OPX OPX OIX OEY IX OEY OVR1 OVR1 OIR1 OIR1 OVCX OVCX OP1 OE1 1 1 Beispiel OPTIMIZATION IR1 R1 P2 El 1 Il R2 IRI wird optimiert bezogen auf R1 P2 und El P1 wird optimiert bezogen auf R1 P2 und E1 VC1 wird optimiert bezogen auf Il und R2 1 12 Modelle Netzwerkteile oder Ersatzschaltbilder die h ufig benutzt werden k nnen permanent oder tempor r gespeichert werden und bei Bedarf in das zu untersuchende Netzwerk eingef gt werden Dabei ist es m glich einzelne Para meter im Modell zu andern Die Modellbeschreibung erfolgt unter der berschrift MODEL DESCRIPTION INITIAL PRINT und geht der Netzwerkbeschreibung voraus Werden keine Modelle benutzt kann dieser Paragraph entfallen IN ITIAL wird nur dann ben tigt wenn das erste Modell permanent gespeichert werden soll PRINT veranla t die Modellbeschreibung auszudrucken Die Befehle PRINT und INITIAL sind nur f r permanent gespeicherte Mo delle erlaubt 21 1 SCEPTRE Anweisungen 1 12 1 Modellbeschreibung Folgende Anweisungen sind f r eine Modellb
63. ammkapazit t aus ee re ee DE A re 80 SCEPTRE Anweisungen und interne Variablen 82 1 SCEPTRE Anweisungen 1 1 Sprachvereinbarungen Die allgemeine Form einer SCEPTRE Anweisung wird in diesem Handbuch eingerahmt dargestellt Die Schliis selw rter werden dabei Gro buchstaben geschrieben 2 B RUN INITIAL CONDITIONS ONLY Vom Benutzer vorzugebene Parameter werden kursiv gedruckt z B M name L namel L name2 Geschweifte Klammern deuten alternative Eingaben an DE name value Wahlweise Angaben werden durch eckige Klammern gekennzeichnet variable variable2 PLOT variable3 Voreinstellungen sind entweder unterstrichen oder stehen neben der Umrahmung An verschiedenen Stellen taucht der Begriff Karte auf Er ist gleichbedeutend mit der Zeile einer Datei Zur Vereinfachung werden in diesem Handbuch nachstehend aufgef hrte Vereinbarungen getroffen Die englische Bezeichnung wurde im allgemeinen beibehalten element name Name einer Netzwerkkomponente Beispiel R102 CLE El LCOIL node Name eines Knotenpunktes Beispiel 0 GND MASSE EGON number numerische Konstante im E I oder F Format mit oder ohne Vorzeichen max 13 Zeichen lang Beispiel 314 3 14 314 3 14E 3 constant wie number jedoch immer mit Dezimalpunkt value dazu geh ren e number e defined parameters 1 SCEPTRE
64. bildung 3 8 3 6 2 A08 Empfindlichkeitsanalyse Die Empfindlichkeitsanalyse dient dazu den Einflu einzelner unabh ngiger Elemente und Parameter auf an dere abh ngige Netzwerkvariablen ausgedr ckt durch partielle Ableitungen absch tzen zu k nnen F r die Darlington Schaltung werden zwei S tze von partiellen Ableitungen gesucht die unter der berschrift SEN SITIVITY angegeben werden Toleranzangaben sind nicht erforderlich W hrend SCEPTRE f r die abh ngigen Netzwerkelemente die partiellen Ableitungen selber berechnen kann mu der Benutzer f r eine definierte abh n gige Funktion Pname das vollst ndige Differential GPname vorgeben 53 3 SCEPTRE Beispiele I C TRANSIENT VALUES AT TIME EQUALS ZERO OVCET1 3 5123970E 01 OVCCT1 8 9126370E 00 OVCET2 4 3874672E 01 OVCCT2 8 9197511E 00 INPUTS TO MONTE CARLO NAME NOMINAL PETI 9 6000000E 01 9 P1T2 9 6000000E 01 9 INITIAL RANDOM NUMBER d DISTRIBUTION IS GAUSSIAN NORMAL MONTE CARLO TERMINATION AFTER FINAL RANDOM NUMBER OBSERVED STATIST INDEPENDENT VARIABLE 9 PITZ 9 DEPENDENT VARIABLE VCET1 VCCT1 J1T1 VCET2 VCCT2 J1T2 PEC PEIN VR3 VR4 4 KR O0 4S OW 1007 ICS NOMINAL VALUE 6000000E 01 6000000E 01 NOMINAL VALUE 5123970E 0 9126370E 00 1824751E 02 3874672E 0 9197511E 00 6675032E 0 6903307E 00 7254006E 04 3104773E 0 8670015E 0 LBOUND 000000
65. der Wechselstromanalyse durch den Wert Null ersetzt Bei der Wechselstromanalyse ist im Gegensatz zur transienten Analyse unter bestimmten netzwerktopologischen Voraussetzungen die Angabe der zeitlichen Ableitungen einer Quelle nicht erforderlich Sie ergibt sich automatisch durch Multiplikation mit jw 1 6 DEFINED PARAMETERS Unter diesem Titel k nnen zus tzliche Zwischenvariablen definiert werden z B um aus mehreren Netzwerkgr en eine neue Gr e zu berechnen Allgemeine Form Pname value Beispiele PR5 X10 IR5 VR5 PTAU 11 1 R9 Die zeitliche Ableitung einer Variablen 4 P t kann ebenfalls angegeben werden DPname value Beispiel zur L sung eines Differentialgleichungssystems 1 Ordnung t 62 5 410 y Dr Ty 0 2z Se 0 2y 0 22 0 5 Anfangsbedingungen 2 0 6 y 0 5 2 0 4 DPX X1 6 PX 5 PY 10 DPY X2 5 PX 7 PY 0 2 PZ DPZ X3 0 2 PY 0 2 PZ 0 5 PX 6 PY 5 PZ 4 1 SCEPTRE Anweisungen Zwischenvariablen k nnen auch Toleranzgrenzen haben Ween number2 number3 number4 Das vollst ndige Differential der Funktion P x y das bei SENSITIVITY OPTIMIZATION und WORST CASE ben tigt wird OP OP dP dz dy Ox a Oy wird SCEPTRE folgendermafen definiert GPname Pnamel Dname2 Pname3 Dname4 Dabei stellen Pnamel Pname3 die partiellen Ableitungen
66. dergegeben Der Transistor T2 arbeitet mit einer geringeren Stromverst rkung als 0 975 statt 0 98 Der bertrager besteht aus den Spulen L1 und L2 die ber die Gegeninduktivit t M miteinander ge koppelt sind Die Simulation soll an einer betriebsbereiten Schaltung durchgef hrt werden d h es interessiert hier nicht der Einschwingvorgang den das Einschalten der Spannungsversorgung verursacht Deshalb mu vorher der Arbeitspunkt der Schaltung bestimmt werden RUN INITIAL CONDITIONS der dann als Ausgangszu stand f r die nachfolgende Transient Analyse dient STOP TIME Die Spannungsverl ufe VL1 und VL2 sind in Abbildung 3 4 wiedergegeben ODEL DESCRIPTION ODEL 2N9999AA PERM B E C ELEMENTS CE B E EQUATION 1 5 40 TABLE 1 CC B C EQUATION 1 10 400 TABLE 2 VCC J1 B E DIODE TABLE 1 J2 B C DIODE TABLE 2 J3 C B P1 J1 DEFINED PARAMETERS 1 98 47 3 SCEPTRE Beispiele FUNCTIONS EQUATION 1 A B C A B C DIODE TABLE 1 0 0 v 72yplo1 4342 74 390 77 10 89 22 DIODE TABLE 2 50 BU 2025445464 Ob dp OT 3 697 hka lp 2 CIRCUIT DESCRIPTION XAMPLE 2 TRANSFORMER COUPLED AMPLIFIER ELEMENTS El 1 2 TABLE 1 TIME DERIVATIVE El TABLE DEI E2 1 4 20 CZ 2 3 1E3 CX 5 6 1E3 R1 4 3 30 R2 3 1 20 R3 5 1 2 R4 4 6 240 R5 4 7 3 3 R6 9 1 1 8 T1 3 5 4 MODEL 2N9999AA TEMP T2 6 1 8
67. diese Funktionen auch springen d h zu einem unabh ngigen Wert k nnen zwei abh ngige Werte vorgegeben werden 7 ideale Rechteckfunktion 2 18 1 Ideale Funktionen Mit einer einfachen EXPRESSION Anweisung lassen sich ideale periodische Funktionen generieren Haben diese Funktionen keine direkte Einwirkung auf die Netzwerkdynamik z B als Referenzfunktion k nnen Ungenauig keiten vor allem an den Sprungstellen auftreten da sich die Integrationsschrittweite nur nach der Dynamik des Netzwerkes richtet und u U der Integrationszeitpunkt nicht mit dem Sprungzeitpunkt zusammenfallt Rechteckfunktion Durch Kombination der Vorzeichen und Sinus Kosinusfunktionen lassen sich ideale Rechteckimpulse erzeugen Beispiel mit der Anweisung EEE Lor es X1 SIGN 311 SIN 314 15 TIME wird eine Rechteckspannung mit einer Frequenz von 50 und einer Amplitude von 311 Einheiten erzeugt Durch Hinzuf gen eines Offsets und einer Phasenverschiebung lassen sich die Rechteckimpulse in weiten Grenzen den Erfordernissen anpassen 41 2 Allgemeine Hinweise Rampenfunktion Beispiel zur Erzeugung einer Kippspannung kann folgende Anweisung benutzt werden ERAMP X2 3 8 8 2 3 8 MOD TIME 400E 6 1D0 Die Spannung setzt bei 3 8 ein und steigt innerhalb von 400E 6 Zeiteinheiten linear auf den Wert von 8 2 Danach wiederholt sich der gesamte Zyklus Getastete Sinusfunktion
68. ebnisse der 54 Ergebnisse der Empfindlichkeitsanalyse 57 Ergebnisse der Worst Case Analyse f r die Spannung 1 58 Optimierungsergebnisse f r die Spannung VR3 60 Kleinsignalschaltung Transistor Ersatzschaltbild 61 Schaltung des Regelkreises 63 Magnetstrom ILTORK als Funktion der Zeit 22s 65 Regelgr e PDIS als Funktion der Zeit 65 Programm und Datenflu 2 2 67 SCEPTRE Diodenersatzschaltbild 77 SCEPTRE npn 7 78 5 pnp Transistor Ersatzschaltbild 2 79 Tabellenverzeichnis 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 B 1 1 Klassifizierung der Elemente 3 L nge der frei w hlbaren 4 Beispiele f r Ma einheiten 4 Klassifizierung weiterer SCEPTRE Gr en 4 Festlegung von Strom und Spannung bei allgemeinen Zweipolen 7 Abhaneige Varlablen 05 uud eet sen are eS 21 Unabh ngige Variablen 926 2 2084 San na E Ru ke Pup IE 21 Pr gr
69. ehrere Netzwerkgr en nach der gleichen Vorschrift mit verschiedenen Zahlen werten berechnet werden sollen Verk rzte Schreibweise Oname argl arg2 Beispiele EQUATION A1 QA1 220 TIMI 1 TIMI F 23 4 TABLI E RA T9 VRA 15 auch Abschnitt 2 4 E9 1 2 Vorbereitungen 1 Buchstabe Element Widerstand Kapazitat Induktivitat Gegeninduktivitat Spannungsquelle Stromquelle m SEO Tabelle 1 1 Klassifizierung der Elemente EXPRESSION name arithmetische Anweisung Diese Schreibweise hat die gleiche Wirkung wie EQUATI ON Sie erlaubt jedoch die direkte Angabe der Berechnungsvorschrift und erweist sich als vorteilhaft beim einmaligen Berechnen von Netzwerkgr en Um Verwechselungen mit internen SCEPTRE Parametern zu vermeiden sollte name m glichst nur aus Ziffern bestehen Die mathematische Formulierung ist identisch mit der in FORTRAN Neben den 5 Grundrechenarten k nnen auch external functions benutzt werden Numerische Konstanten m ssen mit einem Dezimalpunkt angegeben werden Verk rzte Schreibweise Xname Beispiele E1 2X100 310 DSIN 314 TIME POM X209 2 PI TIME PI X210 4 DATAN 1 CBE X2 IR5 XTABLE T23 VRA 2 DIODE TABLE name variable Liegt eine Diodenkennlinie in Tabellenform vor so bezieht sich variable auto matisch auf die Diodenspannung Beispiel JA DIODE TABLE OY100
70. eisungen ge ndert werden mit Ausnahme von STOP und TERMINATE Bez glich der Wahl der Analysearten gibt es einige Einschr nkungen 26 Die Topologie eines Netzwerkes kann nicht ge ndert werden Die Angaben unter OUTPUTS k nnen nicht ge ndert werden Konstanten m ssen durch Konstanten Tabellen durch Tabellen und EQUATION Anweisungen durch EQUATION Anweisungen ersetzt werden EXPRESSION und EQUATION Anweisungen k nnen nur dann ge ndert werden wenn die in ihnen ent haltenen Variablen unter DEFINED PARAMETERS definiert werden Man ndert dann diese Parameter Beispiel CIRCUIT DESCRIPTION ELEMENTS JE 1 8 DIODE EQUATION PX1 PX2 DEFINED PARAMETERS EXT Ho 2 235 PXA area RERUN DESCRIPTION EFINED PARAMETERS 1 PX2 Die Anderungen von Netzwerkelementen erfordern u U eine Neuberechnung der Anfangsbedingungen Im allgemeinen kann die Analyseart nicht ge ndert gewechselt werden Es werden keine neuen Anfangsbedingungen berechnet auch wenn sie im urspr nglichen Lauf durchgef hrt wurden Um dies auch f r die Wiederholungsl ufe zu erreichen mu unter RUN CONTROLS die Anweisung RUN INITIAL CONDITIONS erneut angegeben werden Es werden dann bei jedem Wiederholungslauf die Anfangsbedingungen berechnet Folgende Steueranweisungen sind in Wiederholungsl ufen nur g ltig
71. ektrischen Netzwerk t Dr 5y 10 y 5r Ty 22 z 0 2 0 22 0 5 Anfangsbedingungen z 0 6 y 0 5 2 0 4 Die SCEPTRE Eingabe sieht folgenderma en aus IRCUIT DESCRIPTION xample A05 Solution of simultaneous differential equations EFINED PARAMETERS DPX EQUATION 1 PX PY DPY EQUATION 2 PX PY PZ DPZ EQUATION 3 PY PZ O pmo PX 6 PY 5 PZ 4 OUTPUTS PX X PY Y PZ Z XSTPSZ PLOT FUNCTIONS EQUATION 1 A B 6 A 5 B 10 EQUATION 2 A B C 5 A 7 B 2 C EQUATION 3 A B 2 A 2 B 5 RUN CONTROLS INTEGRATION ROUTINE TRAP STOP TIME 100 AXIMUM PRINT POINTS 21 ND Die Anfangsbedingungen werden durch die Parameter PX PY und PZ gesetzt Nach jedem Integrationsschritt werden ihnen neue Werte zugewiesen 52 3 6 Toleranzanalysen einer Darlington Schaltung 3 6 Toleranzanalysen einer Darlington Schaltung Die folgenden Beispiele befassen sich mit Toleranzanalysen der Darlington Schaltung aus dem Beispiel A03 Obwohl alle Toleranzanalysen in einem Simulationslauf durchgef hrt werden k nnen werden sie hier einzeln vorgestellt 3 6 1 07 Monte Carlo Analyse Als unabh ngige Variable f r die Monte Carlo Analyse wird der Stromverst rkungsfaktor Pl im Modell 2N706A gew hlt dessen Nominalwert bei 0 96 liegt aber Schwankungen von 0 9 bis 0 98 aufweisen soll Unter
72. er man erzeugt eine Kopie beider Dateien 76 A Dioden und Transistor Ersatzschaltbilder Zur Simulation von Halbleiterelementen gibt es verschiedene Modelle In den nachfolgenden Abbildungen A 1 A 2 und A 3 werden die Ersatzschaltungen einer Diode und bipolaren pnp npn Transistoren sowie ihre Darstellung in SCEPTRE beschrieben Die Ersatzschaltungen beruhen auf dem Ebers Moll Modell Die in den SCEPTRE Anweisungen kursiv gedruckten Parameter m ssen aus den Datenbl tter der entsprechenden Halbleiter entnommen werden Dabei ist auf ein konsistentes MaDeinheitensystem zu achten Parameter is Rs Co Vo n K ODEL name A C ELEMENTS JD DIODE EQUATION i 0 ia i e9V p 1 CD 01 VID n K JD is Co Cp K ia i Vo Vip d RB B C Rp RS A B Rg FUNCTIONS 01 A B C D E F G A B C D E F G Abbildung A 1 SCEPTRE Diodenersatzschaltbild 77 Dioden und Transistor Ersatzschaltbilder 01 A B C D E F G A B C 1 Parameter bes Qe 04 tes An ODEL name 1 1 1 Coe Ke Ne ELEMENTS Res Reg Roc JE B E DIODE EQUATION
73. eranzanalysen werden durch Anweisungen gleichen Namens aufgerufen SENSITIVITY MONTE CARLO WORST CASE OPTIMIZATION Jeder dieser Anweisungen folgt eine Parameterliste in der Form abh ngige Variablenliste unabh ngige Variablenliste Die abh ngigen Variablen definieren die Zielfunktion Mehrere Variablen werden durch Kommata getrennt Es m ssen mindestens eine abh ngige und eine unabh ngige Variable vorhanden sein F r die Monte Carlo Worst Case und Optimization Analysen m ssen die unabh ngigen Variablen mit Toleranzgrenzen angegeben werden Tabellen 1 6 und 1 7 zeigen die Gr en die als abh ngige und unabh ngige Variablen auftreten k nnen Wird Pname als abh ngige Variable in der Sensitivity Optimization oder Worst Case Analyse benutzt mu das voll st ndige Differential GPname ebenfalls angegeben werden Pname als unabh ngige Variable kann nur als Faktor in einer Stromquelle 2 Ordnung auftreten z B Jnamel Pname Jname2 Beispiel 20 1 12 Modelle VCname Spannung an einem Kondensator IEname Strom durch eine unabh ngige Spannungsquelle Jname abh ngige Stromquelle 1 Ordnung VJname Spannung an einer unabh ngigen Stromquelle ILname Strom durch eine Induktivit t VRname Spannung an einem Widerstand IRname Strom durch einen Widerstand Pname definierter Parameter Tabelle 1 6 Abh ngige Variablen Rn
74. erkelementen und definierten Parametern in dem eingef gten Modell ge ndert werden Die folgenden Beispiele beziehen sich wieder auf das Modell 2N1734B 1 13 4 GND 1 13 4 GND MODEL 2N1734B PERM CHANGE CC 50 MODEL 2N1734B PERM CHANGE CC TABLE 7 1 JA 0 2 J2T1 JB DIODE TABLE 4 I lI Die Werte f r die Kapazit t CC ergeben sich aus einer neuen Tabelle TABLE 7 die Stromquelle JB wird mittels einer Diodenkennlinie berechnet DIODE TABLE 4 Beide Tabellen m ssen unter CIRCUIT DESCRIPTI ON FUNCTIONS definiert sein Die gesteuerte Stromquelle JA wird mit einer anderen mathematischen Anwei sung berechnet 1 13 4 GND MODEL 2N1734B PERM CHANGE CC EQUATION 5 VCCT1 VCX Die Kapazit tswerte f r CC werden durch eine neue Formelfunktion EQUATION 5 berechnet die unter CIR CULT DESCRIPTION FUNCTIONS definiert sein mu Dabei werden als Parameter die Spannungen an den Kondensatoren CC und CX bergeben Der Kondensator CX geh rt nicht zu dem Modell 2N1734B T1 13 4 GND MODEL 2N1734B PERM CHANGE TABLE 1 TABLI 7 Es 23 1 SCEPTRE Anweisungen Die Tabelle 7 ersetzt die Tabelle 1 in dem Modell und mu unter CIRCUIT DESCRIPTION FUNCTIONS defi niert werden Die Anzahl der Punktepaare in beiden Tabellen braucht nicht bereinzustimmen 13 4 GND MODEL 2N1734B PER
75. eschreibung erlaubt MODEL modelname PERM TEMP nodel node2 PERM bedeutet da das Modell permanent gespeichert werden soll Mit EMP wird es am Ende der Simulation wieder gel scht modelname kann maximal 18 Zeichen lang sein Ein Modell darf bis zu 25 Anschlu punkte nodel node2 haben Mit MODEL modelname DELETE wird ein permanent gespeichertes Modell gel scht Nach der MOD zeilen folgen Danach sind Anweisungen zu folgenden berschriften m glich e ELEMENTS e DEFINED PARAMETERS e OUTPUTS e FUNCTIONS e INITIAL CONDITIONS EL Anweisung k nnen bis zu 11 Kommentar F r die dazugeh rigen Anweisungen gelten die gleichen Regeln wie unter CIRCUIT DESCRIPTION Beispiel MODEL DESCRIPTION INITIAL PERM MODEL 2N1734B PERM B E C ELE ENTS CE B E Q1 5 80 TABLE 1 VCE CC B C 01 10 200 TABLE 2 VCC 21 B E DIODE TABLE 1 JA E B 0 1 J2 J2 B C DIODE TABLE 2 JB 0 98 J1 OUTPUTS VCE VCC 21 PLOT FUNCTIONS DIODE TABLE 1 0 0 3 0 65 5 DIODE TABLE 2 0 0 58 0 62 4 EQUATION 1 A B C A B C Ob es sinnvoll ist die OUTPUTS Anweisung in die Modellbeschreibung einzuf gen mu man von Fall zu Fall e
76. fes xxxxxx SCEPTRE Output Variable f r die Abszisse Zur Auswahl des Ausgabeger tes gibt es einen neuen Befehl TERM cmd F r cmd muB ein giiltiger GNUPLOT Befehl angegeben werden z B set term X11 fiir das X Window System set term kc tek40XX f r die farbige Ausgabe mittels der Kermit Emulation MS DOS Dieses Kommando berschreibt die Befehle die in der Konfigurationsdatei ngp rc s u unter der Kennung term eingetragen sind Eine Papierkopie hardcopy zu der zuvor auf dem Bildschirm dargestellten Grafik l t sich mit dem Befehl hc erstellen Es werden die GNUPLOT Befehle ausgef hrt die in der Konfigurationsdatei ngp rc s u unter der Kennung hc eingetragen sind Zus tzliche GNUPLOT Befehle die nur tempor r wirken k nnen mit dem Kommando cmd kommandos ausgef hrt werden Die unter kommandos angegebenen Befehle evtl durch getrennt berschreiben die in der Konfigurationsdatei rc unter der Kennung cmd eingetragenen Befehle 4 5 3 Konfigurationsdatei nop rc Beim Aufruf von NGP wird als Terminal und f r die Hardcopy Ausgabe der Terminaltyp dumb ASCII Terminal angenommen Die Handhabung von l t sich durch eine Konfigurationsdatei vereinfachen Diese Datei ent halt GNUPLOT Kommandos zur Voreinstellung und mu im Verzeichnis HOME et c unter dem Namen ngp rc angelegt werden Die Datei enth lt eine Kennung und anschl
77. generierten FORTRAN Programme untersuchen Mit der Anweisung WRITE SIMUL8 DATA unter RUN CONTROLS druckt SCEPTRE das Unterprogramm SIMUL8 aus Dem Listing kann man die Reihenfolge entnehmen in der die abh ngigen Variablen berechnet werden Unter Umst nden ist es m glich die in Frage kommende Gr e durch Netzwerkvariablen zu beschreiben die zu diesem Integrationszeitpunkt bereits bekannt sind siehe auch Kapitel 2 13 Lautet die Beschreibung unter ELEMENTS z B L2 X1 P1 IR2 und erh lt man die Warnung THE TERM IR2 WILL CAUSE A COMPUTATIONAL DELAY siehe Kapitel 1 5 Gesteuerte Quellen 32 2 8 Wahl des Integrationsverfahrens kann man diese Warnung vermeiden in dem man z B L2 als Funktion von VR2 definiert vorausgesetzt VR2 ist Zu diesem Zeitpunkt bereits berechnet worden L2 X1 P1 VR2 R2 2 8 Wahl des Integrationsverfahrens SCEPTRE bietet wahlweise drei explizite Integrationsverfahren an das Exponentialverfahren XPO das Runge Kutta Verfahren 4 Ordnung RUK und ein modifiziertes Trapezverfahren TRAP sowie ein implizites IMPLI CIT Das Exponentialverfahren eine Eigenentwicklung von IBM stellt einen Kompromif zwischen Schnelligkeit und Genauigkeit dar Es wird deshalb automatisch benutzt falls der Benutzer kein Verfahren angibt Das implizi te Verfahren wird vorteilhaft immer dann angewandt wenn in einem Netzwerk gleichzeitig sehr gro e und sehr kle
78. gigkeit vom Netzwerkverhalten abbrechen oder unterbrechen Dies geschieht mit der Anweisung TERMINATE variable variable IF STOP constant constant Dabei steht ro f r die Vergleichsoperatoren LE LT GT EQ und NE Sie haben die gleiche Bedeutung wie in FORTRAN Die Bedingungen konden noch diich die logischen AND und OR erweitert werden Benutzt man TERMINATE so wird der aktuelle Lauf abgebrochen die evtl noch anstehenden Wiederholungsl ufe werden jedoch durchgef hrt Mit STOP wird der ganze Rechenlauf beendet Beispiele TERMINATE IF PWR GT 0 3 STOP IF VRL LE E3 OR IL9 GT 20 SCEPTRE schreibt w hrend eines Rechenlaufs in regelm igen Zeitabst nden interne Programmdaten eine Datei Endet ein Lauf abnorm Systemzusammenbruch etc so braucht der Lauf nicht von Anfang an wiederholt zu werden sondern kann mit den zuletzt gesicherten Programmdaten fortgesetzt werden siehe Kapitel 1 14 Mit COMPUTER SAVE INTERVAL number 15 kann das Zeitintervall ge ndert werden Angaben in Minuten Eine weitere Vorsichtsma nahme bieten die Abfragen nach der bisher verbrauchten CPU Zeit sowie der Verweil zeit des Programms im Rechner w hrend der Ausf hrungsphase elapsed time Die maximale CPU Zeit in Se kunden setzt man mit SOLUTION TIME LIMIT number
79. hzeitig anwenden Die Werte unter INITIAL CONDITIONS werden dann als Startwerte f r die Berechnung des Arbeitspunktes genommen Die Anfangsbedingungen lassen sich nicht berechnen wenn Str me durch Widerst nde als unabh ngige Variablen in Tabellen oder Gleichungen auftreten statt dessen kann man 1 durch V R ausdr cken siehe dazu auch Abschnitt 2 9 oder wenn Gr en in Abh ngigkeit von Kapazit ten oder Induktivit ten verwendet werden da diese bei der Berechnung der Anfangsbedingungen noch nicht existieren Achtung enth lt das zu untersuchende Problem Differentialgleichungen P DP kann man die An fangsbedingungen nur mittels der impliziten Integration bestimmen siehe n chster Abschnitt 2 17 2 Implizite Integration Standardm ig werden die Anfangsbedingungen nach der Newton Raphson Methode iterativ berechnet Unter Umst nden konvergiert das Verfahren jedoch nicht oder das Netzwerk enth lt f r dieses Verfahren eine ung ltige Topologie E L Maschen J C Knoten In diesem Fall k nnte man eine TR Analyse mit eingefrorenen Anre gungsfunktionen durchf hren und so lange warten bis sich das Netzwerk auf die Anfangswerte eingependelt hat Diese Methode ist nicht besonders effektiv besonders dann wenn die Zeitkonstanten im Netzwerk wertem ig weit auseinander liegen Hier bietet SCEPTRE alternativ das implizite Integrationsverfahren an das eine Pseudo TR Analyse mit folgen den Parametern durchf hrt
80. ieBen einen oder mehrere GNUPLOT Befehle durch getrennt Kennung und Befehle d rfen 72 Zeichen nicht berschreiten Die Reihenfolge der Kennungen ist beliebig Folgende Kennungen sind vorgesehen term setzt den Terminaltyp und evtl die Ausgabedatei hc setzt den Terminaltyp und die Ausgabedatei f r die Hardcopy Ausgabe cmd GNUPLOT Befehle die bei jeder Zeichnung ausgef hrt werden Beispiel hc set term post land set out lpr term set term X11 cmd set grid set time F r die Papierkopie wird PostScript im Querformat ausgew hlt und die erzeugte Datei direkt an das Druckkommando weitergegeben Die Grafik wird auf einem X11 Terminal ausgegeben Jede Grafik wird mit Gitterlinien und Datum Uhrzeit versehen 75 5 Fortsetzungslaufe CONTINUE Es ist m glich eine TR Analyse fortzusetzen siehe Abschnitt 1 14 Seite 28 Dazu mu man eine Datei anlegen die mindestens folgende Anweisungen enthalten mu CONTINUE RUN CONTROLS STOP TIME END F r ist die neue Simulationszeit einzusetzen die gr er sein mu als die des vorangegangen Laufes Gestar tet wird der Fortsetzungslauf in dem man SCEPTRE mit dieser Datei aufruft Weiterhin ist darauf zu achten da die Dateien pgmsave for und datasave dat von dem fortzusetzenden Lauf vorhanden sein m ssen Da diese Dateien durch jeden SCEPTRE Lauf berschrieben werden mu der Fortsetzungslauf unmittelbar der fortzusetzenden TR Analyse folgen lod
81. ignal Ersatzschaltung AC In diesem Beispiel werden die Zielfunktionen von PEC und VR3 bez glich der unabh ngigen Variablen P1 und EC die mit Toleranzgrenzen versehen sein m ssen minimiert MODEL DESCRIPTION EIN 1 2 1 MODEL 2N706A TEMP R1 2 3 20 5 R2 6 5 emu CE 1 01 5 70 J1 R3 4 1 200 1 2 2 20146 370 92 RA 8 1 4 RB 1 23 Ri 674 1 RC C 2 015 3 4 5 MODEL 2N706A 21 1 DIODE EQUATION 1 E 7 35 I2 4 8 7 MODEL 2N706A J2 1 2 DIODE EQUATION 5 E 7 37 OPTIMIZATION JA E 1 1 J2 VR3 PEC P1T1 P1T2 EC JB 2 1 P1 J1 DEFINED PARAMETERS DEFINED PARAMETERS PEC XEC EC IEC Pl 0 96 0 98 0 9 P3 DIEC P5 DEC 5 P3 X3 EC Q1 A B C A B C P5 X5 IEC OUTPUTS OUTPUTS VCE VCC 41 VR3 VRA CIRCUIT DESCRIPTION RUN CONTROLS Example A10 Darlington pair OPTIMIZATION RUN OPTIMIZATION 40 ELEMENTS RUN INITIAL CONDITIONS ONLY EC 1 6 10 9 5 10 5 END Bei diesem Beispiel treten definierte Parameter sowohl als abh ngige PEC als auch unabh ngige Variablen P1 auf F r die abh ngige Variable mu das vollst ndige Differential vorgegeben werden Als unabh ngige Variablen d rfen definierte Parameter nur dann verwendet werden wenn sie Quel
82. ine Variable angegeben werden Y nl n2 In einer Zeichnung werden gleichzeitig die Werte der n1 n2 Variable als y Werte gezeichnet S nO nl n2 Die Variable wird als x Wert die n1 n2 werden als y Werte benutzt Dies ist die schnellste Art eine Zeichnung zu generieren L Listet die aktuellen Parameter auf D oder P Erstellt eine vollst ndige Zeichnung entsprechend der aktuellen Parameter E oder Q beendet das Programm Alle darzustellenden Gr en k nnen auf den Bereich 100 96 normiert werden mit Scale on und scale off Der Skalierungsfaktor wird beim L Befehl ausgegeben 4 5 2 NGP und GNUPLOT Das NGP Programm schreibt die zu zeichnenden Vektoren in ASCII Dateien und erzeugt gleichzeitig eine Steu erdatei temp GNU Anschlie end wird aus GNU heraus das Grafikpaket GNUPLOT mit dem Kommando gnuplot temp GNU gestartet und damit die ausgew hlten Vektoren automatisch gezeichnet Diese Version l uft nur unter UNIX hnlichen Betriebssystemen Die Dateinamen f r die ASCII Dateien die die Wertepaare der zu zeichnenden Vektoren enthalten werden nach folgendem Schema gebildet VVVVyy_n xxxxxx GNU Es bedeuten 2 mit dem Unterprogramm SYSTEM 74 4 5 Das Grafikprogramm NGP SCEPTRE Output Variable f r die Ordinate n Nummer des Lau
83. ine Zeitkonstanten auftreten Jedes Integrationsverfahren hat f r die Schrittweitenbegrenzung und die Fehlerabsch tzung einen Satz eigener Parameter Nach jedem Integrationsschritt wird der Fehler abgesch tzt und daraus die neue Schrittweite berechnet Wird dabei die unterste Schranke unterschritten bricht das Programm ab mit der Fehlermeldung SMALLER MINIMUM STEP SIZE REQUIRED und dem Index der verursachenden Zustandsvariablen Diese Fehler treten auf wenn die Zeitkonstanten des Netz werkes sehr viel kleiner sind als die gesamte Simulationszeit STOP TIME Man kann den Fehler dadurch behe ben daf man e die Simulationszeit verkleinert e die Elemente die zur Bildung der Zeitkonstanten beitragen berpr ft und die Zeitkonstanten evtl vergr Dert e die minimale Schrittweite verkleinert MINIMUM STEP SIZE voraussichtlich wird man die maximale Anzahl der Integrationsschritte vergr Dern m ssen MAXIMUM INTEGRATION PASSES Treten in einer Schaltung Impulse mit sehr geringer Impulsbreite auf so mu die Schrittweite soweit verringert werden da SCEPTRE diesen Impuls erkennen kann Es empfiehlt sich vor allem bei rechenintensiven Simulationen vorher Testldufe mit jeweils einem der vier Integrationsverfahren durchzuf hren und die Ergebnisse sowie die Rechenzeit kritisch miteinander zu vergleichen Es gibt Simulationsprobleme bei denen das eine oder andere Integrationsverfah
84. ine einfache Inverterschaltung die mit einem RC Netzwerk belastet wird sowie die fiir SCEP TRE aufbereitete Ersatzschaltung Es soll der Einflu von Y Strahlung auf die Funktion der Schaltung untersucht werden Der durch die Strahlung ausgel ste Ladungstransport im Halbleiter wird durch eine zeitabh ngige Strom quelle JX simuliert Der Stromverlauf in Abh nigkeit von der Zeit wird durch Tabelle 1 beschrieben Die An fangsbedingungen Arbeitspunkt werden explizit vorgegeben Es handelt sich hier um eine reine Zeitanalyse F r den Transistor wird die Ersatzschaltung nach Ebers Moll benutzt Die Beschreibung der beiden Dioden J1 und J2 erfolgt durch spannungsgesteuerte Stromquellen mit der in SCEPTRE eingebauten Funktion DIODE EQUATI ON 1 x2 Dabei errechnet sich der Diodenstrom J direkt aus der Diodenspannung VJ nach der Beziehung J z1 exp z gt V J 1 Um den Einflu verschiedener Stromverl ufe von JX beurteilen zu k nnen wird die Schaltung in zwei Wiederholungsl ufen mit ver nderter Tabelle 1 untersucht Abb 3 2 zeigt einen Teil der Ergeb nisse CIRCUIT DESCRIPTION A01 INVERTER CIRCUIT LOADED WITH RC NETWORK ELEMENTS El 7 1 10 E2 1 6 10 3 1 EQUATION 1 5 70 41 CC 3 4 EQUATION 1 8 370 J2 Cl 5 500 R1 1 2 2 R2 2 7 17 6 5 21 5 R4 5 1 18 5 RB 2 3 s3 Abbildung 3 1 Inverterschaltung und f r SCEPTRE aufbereitetes
85. innen diirfen Diese Hilfsvariablen werden in einer arithmetischen Anweisung entspre chend der in FORTRAN blichen Formelfunktion miteinander verkn pft Es k nnen auch externe Unterprogram me aufgerufen werden Alle numerischen Konstanten in der arithmetischen Anweisung m ssen mit Dezimalpunkt geschrieben werden Wird mit komplexen Gr en gerechnet m ssen die Hilfsvariablen mit dem Buchstaben 7 be ginnen Die Anzahl der Hilfsvariablen mu mit der Anzahl der Parameter im EQUATION Aufruf bereinstimmen Die Namen der Hilfsvariablen k nnen in anderen EQUATION Anweisungen wiederbenutzt werden Beispiele ELEMENTS 1 1 0 09 220 50 FUNCTIONS Q9 A B A DSORT 2 DSIN B 6 28 TIME oder DEFINED PARAMETERS WZE 0107 EIN IEIN UNCTIONS 0107 Z1 ZB7X 71 7 7 T wegen der Wahl der Variablennamen siehe Abschnitt 2 19 Seite 44 1 9 FUNCTIONS Abbildung 1 1 Spannungsverlauf 1 9 2 TABLE Anweisung DIODE TABLE name numberl number2 T neue Zeile Die Tabellenwerte werden paarweise durch Kommata getrennt eingegeben Der erste Wert entspricht der unab h ngigen der zweite der abh ngigen Variablen Die Werte der unabh ngigen Variablen m ssen in monoton auf steigender Reihenfolge vorliegen Die Funktion mu eindeutig sein Es k nnen aber zu einem unabh ngigen Wert
86. it dem o a Kommando unterbinden Die Anweisungen PLOT INTERVAL PRINT INTERVAL gehoren zu der Uberschrift RUN CONTROLS und nicht OUTPUTS 9siehe Kapitel 1 10 Ablaufsteuerung 38 2 17 Anfangsbedingungen 2 17 Anfangsbedingungen 2 17 1 Arbeitspunkt Zu Beginn jeder TR Analyse haben die Spannungen an allen Elementen und die Str me durch alle Elemente den Wert Null Dies trifft auch auf Dioden Stromquellen zu Enth lt eine Schaltung Energiespeicher und oder Dioden Stromquellen stellt sich der Arbeitspunkt der Schaltung erst nach einer hinreichend langen Einschaltzeit der Versorgungsspannung ein SCEPTRE bietet die M glichkeit diesen Arbeitspunkt automatisch berechnen zu lassen mit der Anweisung RUN INITIAL CONDITIONS ONLY siehe Seite 14 und Seite 18 Vorsicht ist bei zeitabh ngigen Tabellen geboten Es werden grunds tzlich die Werte zur Zeit 0 eingesetzt Liegt zu dieser Zeit eine Sprungfunktion vor wird der erste Wert angenommen Betrachtet man dazu die Funktion in Abb 1 1 Seite 13 und die dazugeh rige Tabelle TABLE XYZ7 Abschnitt 1 9 2 w rde SCEPTRE zum Zeitpunkt t 0 den Wert 0 annehmen L t man das erste Wertepaar 0 0 in der Tabelle weg ergibt sich f r die Anfangsbedingung der Wert 1 Der Spannungsverlauf ndert sich dadurch nicht Alternativ lassen sich die Anfangsbedingungen auch manuell unter INITIAL CONDITIONS vorgeben siehe Seite 12 Man kann auch beide Verfahren gleic
87. itude bzw Realteil gt J H Am einfachsten lassen sich die Ergebnisse grafisch auswerten mit dem Programm siehe eigene Beschrei bung F r eigene Anwendungen bestehen die M glichkeiten entweder die internen Routinen INTPLT und POST durch eigene Unterprogramme zu ersetzen siehe Kapitel 4 3 oder die DA Datei selber zu verarbeiten 4 5 Das Grafikprogramm NGP Das Programm NGP dient zur grafischen Darstellung von Vektordaten aus der direkten Zugriffsdatei DA di rac Es k nnen maximal 6 Kurven in ein Diagramm gezeichnet werden Die Auswahl der zu zeichnenden Er gebnisvektoren geschieht mittels Indizes statt symbolischer Namen Die Darstellung der Kurven erfolgt in einem selbstskalierenden Koordinatensystem Werden mehrere Kurven gleichzeitig dargestellt richtet sich die Skalierung automatisch nach den Maxima und Minima aller Kurven Enthalt die DA Datei Ergebnisvektoren aus Wiederho lungsl ufen siehe 4 4 k nnen diese Ergebnisse ebenfalls gleichzeitig dargestellt werden Das Programm zeichnet automatisch jede y Variable mit der dazugeh renden x Variablen 73 4 Systeminformationen zur Benutzung von SCEPTRE 4 5 1 Ubersicht der Kommandos Zu Beginn und nach jedem NGP Kommando werden alle Vektoren mit ihrem Index Minimum Maximum Erstel lungsdatum und uhrzeit aufgelistet Der Index wird bei den Kommandos X Y und S ben tigt X nO Als x Werte werden die Werte der nO Variable genommen Es kann nur e
88. len erster und zweiter Ordnung beschrei ben Abbildung 3 11 zeigt einen Teil der Optimierungsergebnisse Erkl rungen ber die Bedeutung der in den Ergebnissen vorkommenden Parametern findet man in den entsprechenden Kapiteln von 1 2 3 7 A11 Kleinsignal Ersatzschaltung AC Abbildung 3 12 zeigt eine Transistorschaltung deren Frequenzverhalten in der Umgebung ihres Arbeitspunktes untersucht werden soll MODEL DESCRIPTION MODEL 101M B C E ELE ENTS RBC BR B 50 RC BR 2 4 9 RE E BR 5 7 8 CC C BR 01 5 5E 12 8 VCC 3 2 88E 7 J2 3 12E 12 CE E BR Q2 3 5E 12 17E 9 J1 JA BR E 332 J2 JB BR C 986 J1 21 E BR DIODE EQUATION 60E 9 38 4 J2 C BR DIODE EQUATION 54 3E 8 38 4 FUNCTIONS 59 3 SCEPTRE Bei spiele INITIAL VALUES OF OPTIMIZATION PARAMETERS OBJECTIVE FUNCTION VR3 NUMBER OF INDEPENDENT VARIABLES 3 NUMBER OF RANDOM STEPS 0 INITIAL H MATRIX FACTOR 1 00000000E 00 CONVERGENCE CRITERION 1 00000000 07 RANDOM STEP SIZE CONTROL 2 00000000 01 MINIMUM FUNCTION ESTIMATE 0 00000000E
89. n da sich die maximalen und minimalen Werte um nicht mehr als 5 6 Zehnerpotenzen unterscheiden und sich in der N he von 1 bewegen Weit auseinander liegende Werte verschlechtern oder verhindern sogar die Konvergenz der iterativen Verfahren e Werden Modelle benutzt z B aus einer permanenten Bibliothek mu unbedingt kontrolliert werden ob das Modell und die Schaltung in die das Modell eingef gt werden soll das gleiche Einheitensystem ver wenden e Bei gr eren bzw komplexen Schaltungen empfiehlt es sich die Schaltung schrittweise in Betrieb zu neh men und anhand von Einzelsimulationen die Richtigkeit der Modelle und Ersatzschaltungen zu berpr fen e Nichtlinearititen sollten m glichst durch gesteuerte Quellen beschrieben werden statt passive Elemente R C L zu benutzen TEs stehen jedoch eine Reihe von Anweisungen zur Verf gung die in manchen Situationen hilfreich sein k nnen siehe Kapitel 1 10 Test hilfen 30 2 3 Zeitabh ngige Induktivit ten und Kapazit ten 2 3 Zeitabh ngige Induktivit ten und Kapazit ten Der verwendete L sungsansatz liefert falsche Resultate wenn bei der TR Analyse Induktivit ten bzw Kapazit ten von der Zeit abh ngen siehe auch 3 Kapitel 1 7 Gilt f r eine Kapazit t C f t mu eine Stromquelle Vo dc dem Kondensator parallel geschaltet werden F r eine zeitabh ngige Induktivit t L f t korrigiert eine in Reihe geschaltete Spannungsquelle E I Le den Fehler
90. nnungsquelle EC TABLE C TIME vorgegeben Die Regeldifferenz wird mit Hilfe des Operationsverst rkers und der beiden Transistoren verst rkt und wirkt ber einen Magnetanker auf ein Servoventil Die Regelabweichung wird durch einen induktiven Geber in eine Regelspannung umgewan delt demoduliert und dem Regler mit umgekehrten Vorzeichen mit Hilfe der gesteuerten Spannungsquelle EA wieder zugef hrt Die Gr e PDIS stellt die Regelgr e dar deren Verlauf in Abbildung 3 15 zu sehen ist Der Zusammenhang zwischen dem Spulenstrom ILTORK und PDIS wird durch eine bertragungsfunktion beschrieben und kann in SCEPTRE direkt mit Hilfe der definierten Parameter und ihrer Ableitungen PX1 PX2 DPX1 DPX2 berechnet werden Durch die Verwendung von Nullstromquellen lassen sich Spannungen zwischen beliebigen Knotenpunkten verlust und r ckwirkungsfrei messen Mit der Nullstromquelle 757 erh lt man z B das Differenzsignal VJ57 am Eingang des Operationsverst rkers In dem folgenden Listing wurde die Modellbeschreibung der Transistoren und des Operationsverst rkers aus Platz gr nden weggelassen CIRCUIT DESCRIPTION A13 torquer closed loop step response test circuit parameters for a 2 step increase from 88 point in displacement schedul ELEMENTS J57 57 0 0 R128 71 72 511 dT 73 0 0 R129T 80 79 95 JDR 72 0 0 R131 70 82 66 583 JR1 73 82 0 R132 8
91. ntscheiden 22 1 12 Modelle 1 12 2 Modellaufruf Ein Modell wird unter CIRCUIT DESCRIPTION ELEMENTS mit folgender Anweisung in das Netzwerk ein gefiigt name nodel node2 MODEL modelname Ge Tos EX cance a vaie 11 SUPPRESS Ke Vies PRINT PERM oder TEMP gibt an ob es sich um ein permanent oder tempor r gespeichertes Modell handelt modelname ist der Name des Modells unter dem es gespeichert oder definiert wurde Alle internen Modellnamen Elemente Knotenpunkte usw werden um den Bezugsnamen name erweitert siehe folgendes Beispiel Damit ist jeder interne Modellname eindeutig gekennzeichnet auch wenn das gleiche Mo dell mehrere Male eingef gt wird SCEPTRE behandelt dann dieses Modell so als ob es direkt unter CIRCUIT DESCRIPTION definiert worden w re Da unter CIRCUIT DESCRIPTION die Namensl nge begrenzt ist emp fiehlt es sich die im Modell internen frei w hlbaren Namen sowie den Bezugsnamen m glichst kurz zu w hlen entsprechend der Angaben in Tabelle 1 2 Beispiel Aufruf des o a Modells 2N1734B T1 13 4 GND MODEL 2N1734B PERM Will man sich auf eine Gr e in dem eingef gten Modell beziehen mu diese Gr e um den Bezugsnamen T1 erweitert werden z B CET1 CCT1 J1T1 ICETI usw Mit CHANGE k nnen die Werte von Netzw
92. nzen von SCEPTRE Wird eine Grenze berschritten wird der Lauf mit einer entsprechenden Fehlernachricht abgebrochen 80 Programmgr fe Maximum Netzwerkelemente 300 Knotenpunkte 301 Ableitungen von Quellen DE DJ 50 Definierte Parameter P 200 Definierte Parameter W 50 Definierte Parameter DP 200 Gegeninduktivit ten M 50 Argumente in EQUATION Anweisungen 50 Tabellen nderungen in Modellen 15 EQUATI ON nderungen in Modellen 15 Ausgabeunterdr ckungen in Modellen 10 Ausgabevariablen 100 Anfangsbedingungen 100 EQUATION Anweisungen insgesamt ca 5000 Zeichen Folgezeilen f r EQUAT ION Anweisung 20 Tabellen insgesamt 800 Wertepaare Abbruchbedingungen TERMINATE STOP 10 Permanent gespeicherte Modelle 250 Externe Modellknotenpunkte 25 Interne Modellknotenpunkte 301 AC Quellen 1 plus 2 Ordnung 50 Unabh ngige AC Strom und Spannungsquellen 50 Kommentarkarten 11 Tabelle B 1 Programmkapazitat C Ubersicht aller Anweisungen und internen Variablen Tabelle C 1 enth lt eine bersicht aller SCEPTRE Anweisungen und internen Variablen die einen Bezug zu diesen Anweisungen haben SCEPTRE Anweisungen Variable Index START TIME T
93. processing 4 5 Das Grafikprogramm NGP 4 5 1 bersicht der 4 5 2 4 5 3 Konfigurationsdatei ngp rc 5 Fortsetzungslaufe CONTINUE Inhaltsverzeichnis iii Inhaltsverzeichnis A Dioden und Transistor Ersatzschaltbilder B Programmkapazitat C Ubersicht aller Anweisungen und internen Variablen 77 80 81 Abbildungsverzeichnis 1 1 2 1 2 2 2 3 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 3 10 3 11 3 12 3 13 3 14 3 15 4 1 All 2 sSpannungsverlauf i a eye erg x ON S PE Rer RUN Bag ee XO POR eee Ast 13 Zeitmul plexsignal ENEE ak Den mat rn ey Ue Sa ea 42 Die periodische Funktion 43 Die periodische Funktion FSINSQ 43 Inverterschaltung und fiir SCEPTRE aufbereitetes Ersatzschaltbild 45 Spannung VC1 in Abh ngigkeit von JX entsprechend TABLE 1 46 Emitterfolger mit bertrager Transistor Ersatzschaltbild 47 Spannungen VL1 und VL2 bertrager 49 Darlington Schaltung 49 Ergebnisse der Gleichstromanalysen 51 Kleinsignal Schaltung Ersatzschaltbild mith Parametern 51 Erg
94. rammabbruch 27 1 SCEPTRE Anweisungen CIRCUIT DESCRIPTION IC FOR RERUNS MASTER RESULTS IC FOR RERUNS PRECEDING RESULTS RERUN DESCRIPTION RUN INITIAL CONDITIONS ONLY oder RUN IC VIA IMPLICIT F r nderungen in Modellen gelten die gleichen Regeln Es ist nur darauf zu achten da die Elementnamen um den Bezugsnamen erweitert werden Beispiel MODEL DESCRIPTION MO ABCDEFG PERM 1 7 8 9 ELEMENTS Lr Rl 1 2 1 DEFINED PARAMETERS Pl 2 7 FUNCTIONS ABLE 1 CIRCUIT DESCRIPTION ELEMENTS 8 4 9 1 2 MODEL ABCDEFG RERUN DESCRIPTION ELEMENTS R1T8 0 98 DEFINED PARAMETERS P1T8 3 1 FUNCTIONS TABLE 1 T8 1 14 CONTINUE Die CONTINUE Anweisung erlaubt dem Benutzer einen ordnungsgem abgeschlossenen Rechenlauf fortzuset zen Sie kann nur auf TR Analysen angewandt werden Bei Wiederholungsl ufen wird der letzte durchgef hrte Lauf fortgesetzt Eine nderung im zu untersuchenden Netzwerk ist nicht m glich Es k nnen nur Anweisungen unter RUN CONTROLS ge ndert werden und zwar e STOP TIME e COMPUTER TIME LIMIT 12 siehe auch Kapitel 1 10 Ablaufsteuerung 28 e MAXIMUM INTEGRATION PASS e INTEGRATION ROUTINE e USE JACOBIAN
95. ren versagt oder unverh ltnism ig viel Rechenzeit ben tigt Auf die Problematik der numerischen Integrationsverfahren wird in 2 und besonders in 9 Kapitel 3 5 eingegangen 2 9 Definition abhangiger Quellen Es ist wichtig da abh ngige Quellen richtig in SCEPTRE definiert werden damit sie verz gerungsfrei bei einer Transientanalyse zur Verf gung stehen Es gibt vier Arten von abh ngigen Quellen 3siehe Kapitel 1 10 TR Analyse 4SCEPTRE listet stets alle Zustandsvariablen zusammen mit dem zugeh rigen Index auf 5siehe Kapitel 2 7 33 2 Allgemeine Hinweise 1 widerstandsabh ngige Spannungsquellen Exx nodel node2 constant VRyy 2 widerstandsabh ngige Stromquellen Jxx nodel node2 constant IRyy 3 Dioden Stromquellen 1 Ordnung Jxx nodel node2 DIODE EQUATION x1 x2 Jxx nodel node2 DIODE TABLE 4 diodenabh ngige Stromquellen 2 Ordnung Jxx nodel node2 variable Jyy wobei eine Stromquelle 1 Ordnung sein mu Diese Quellen m ssen exakt so definiert werden andernfalls erkennt SCEPTRE diese Quellen nicht richtig So kann z B die Schreibweise Exx nodel node2 X1 constant VRyy zu einem computational delay f hren da SCEPTRE die Spannungsquelle Exx nicht als widerstandsabh ngig erkennt Die richtige Definition von abh ngigen Quellen f hrt im allgemeinen zu k rzeren Rechenzeiten bei der DC und TR Analyse Nicht richtig
96. ry October 1972 23 W Kaplan Ordinary Differential Equations Addison Wesley Reading Mass 1958 Section 10 2 pp 400 401 24 eb da Section 10 4 Heun s Method pp 402 403 25 K G Ashar H N Ghosh A W Aldridge L J Patterson Transient Analysis and Device Characterization of ACP Circuits IBM Journal of Research and Development Vol 7 p 218 1963 26 P E Chase Stability Properties of Predictor Corrector Methods for Ordinary Differential Equations Journal A C M 9 October 1962 pp 457 468 27 R J Kuhler Application of Generator Analysis Methods AFAPL TR 77 31 NTIS AD A042071 28 Wm C Davidon Variable Metric Method for Minimization AEC Research and Development Report ANL 5990 REV 1959 29 M J Box A Comparison of Several Current Optimization Methods and the Use of Transformation in Cons trained Problems The Computer Journal 9 pp 67 77 1966 30 M J Box D Davies W G Swann Non Linear Optimization Techniques Imperial Chemical Industries Ltd Monograph No 5 1969 3Deutsches Elektronen Synchrotron 2000 Hamburg 52 85 Literaturverzeichnis 31 Variable Metric Minimization SHARE Routine No 1117 AN Z013 A3 SHARE Inc Suite 750 25 Broadway New York NY 10004 32 J C Bowers J E O Reilly OG A Shaw SUPER SCEPTRE A Program for the Analysis of Electrical Mechanical Digital and Control Systems University of South Florida Tampa Florida 33620
97. s around a circuit s DC operating point ELEMENTS EAC 1 B 0 2 0 R1 B 2 25 4 R2 2 1 2000 R3 2 3 11500 RLOAD 3 4 100 El 1 4 20 T1 2 3 1 MODEL 101M VR2 VR3 COMPLEX PLOT RUN CONTROLS RUN INITIAL CONDITIONS PRINT EIGENVALUES PRINT EIGENVECTORS RUN AC I N NITIAL FREQUENCY 1 INAL FREQUENCY 1E6 UMBER FREQUENCY STEPS 20 TYPE FREQUENCY RUN LINEAR Es wird eine kombinierte DC AC Analyse durchgefiihrt Dabei ist folgendes zu beachten bei der DC Analyse werden alle AC Quellen Null gesetzt Umgekehrt werden bei der AC Analyse alle DC Quellen Null gesetzt Aus diesem Grund sollte man AC Quellen von DC Quellen mittels einer Kapazit t oder eines gro en Widerstandes hier R1 entkoppeln Au erdem werden bei der AC Analyse die Diodenquellen durch entsprechende Widerst n de die dem Arbeitspunkt des Transistors entsprechen ersetzt 61 3 SCEPTRE Beispiele Teilausdruck der Simulationsergebnisse OUTPUTS BEFORE AC RUN 1 3023927E 01 VCET1 3 6223429E 01 CET 2 3449600 12 CET1 1 1243506E 09 JATI 1 8027600 07 JBT1 6 5009336 02 21 1 6 5932389 02 J2T1 5
98. s Newton Raphson Verfahrens ein impliziter Algorithmus aufgerufen Innerhalb der DC Analyse stehen vier spezielle Verfahren zur Verf gung die neben den Steuerkarten unter RUN CONTROLS zus tzlich noch Anweisungen unter CIRCUIT DESCRIPTION ben tigen F r MONTE CARLO OPTIMIZATION und WORST CASE unter ELEMENTS bzw DEFINED PARAMETERS mindestens eine Gr e mit Toleranzgrenzen angegeben werden Unabh ngig von der Reihenfolge der Steueranweisungen werden falls verlangt die Toleranzanalysen in der Reihenfolge 1 SENSITIVITY 2 MONTE CARLO 3 WORST CASE und 4 OPTIMIZATION durchgef hrt Sensitivity Es gen gt die Anweisung RUN SENSITIVITY 14 1 10 RUN CONTROLS Monte Carlo Der Aufruf lautet RUN MONTE CARLO number 10 Mit number kann die Anzahl der Iterationen variiert werden Die Verteilung der Zufallszahlen wird gesteuert mit UNIFORM GAUSSIAN DISTRIBUTION Man kann die Anfangszufallszahl vorgeben mit INITIAL RANDOM NUMBER number 127263527 Diese Zahl sollte positiv ungerade und neun Stellen lang sein I Format Soll bei Wiederholungsl ufen immer mit der gleichen Zufallszahl begonnen werden erreicht man dies durch INITIAL RANDOM NUMBER DEFAULT Zus tzliche Informationen zu jeder Monte Carlo Iteration erh lt man mit LIST MONTE CARLO DE
99. t positiv wenn die induzierten Span i e 12 nungen der Gegen und Selbstinduktivit ten in einer Wicklungs L2 anordnung die gleichen Richtungen haben F r das dargestellte Beispiel gilt L1 MI2 L1 12 valu M13 11 13 valu L3 M23 2 13 valu 1 5 ELEMENTS nodel Rname VRname Rname nodel node2 value IRname node2 nodel Cname VCname Cname nodel node2 value ICname node2 nodel Lname VLname Lname nodel node2 value ILname node2 nodel Ename Ename nodel node2 value node2 nodel Jname vonane Jname nodel node2 value node2 Tabelle 1 5 Festlegung von Strom und Spannung bei allgemeinen Zweipolen 1 SCEPTRE Anweisungen 1 5 3 Widerstandsabhangige Quellen E name nodel node 2 constant VR J name nodel node 2 constant IR 1 5 4 Gesteuerte Stromquellen Gesteuerte Stromquellen dienen vorwiegend zur Simulation von Halbleiterschaltungen Stromquellen 1 Ordnung DIODE TABLE DIODE EQUATION J name nodel node2 Stromquellen 2 Ordnung J namel nodel node2 value J name2 Jname2 ist eine Stromquelle 1 Ordnung 1 5 5 Zeitliche Ableitungen von Quellen Treten in einem Netzwerk Maschen auf die nur eine Spannun gsquelle und einen Kondensator bzw eine Strom quelle und eine Induktivit t enthalten verlangt
100. ter PL in das Vektorelement z B P 2 umbenannt in der Formelfunktion steht aber PL d h der FORTRAN Compller setzt f r PL Hausnummern ein Man umgeht diese Gefahr wenn man alle ben tigten Parameter in der Funktion als Argumente bergibt ELEMENTS CX QC PL VCX FUNCTIONS A 1 B DLOG 2 B 2 13 Wahl der Zustandsvariablen SCEPTRE w hlt die Zustandsvariablen nach eigenen Kriterien aus Die Reihenfolge der Netzwerkbeschreibungen unter ELEMENTS spielt dabei eine gewisse Rolle Durch Umsortierung der Eingabeanweisungen w hlt SCEPTRE unter Umst nden andere Zustandsvariablen aus Zus tzlich sollte man unter RUN CONTROLS die Anweisung NO ELEMENT SORT einf gen Von der Wahl der Zustandsvariablen und den Zeitkonstanten im Netzwerk h ngt die Integrationsschritt weite ab Unter Umst nden k nnen g nstigere Integrationsschrittweiten erzielt werden Bei umfangreichen Simu lationen empfiehlt es sich daher um Rechenzeit zu sparen diese Methoden vorher auszuprobieren 36 2 14 Berechnung von Integralen 2 14 Berechnung von Integralen Da die Ableitungen definierter Parameter spezifiziert werden k nnen gibt es eine einfache M glichkeit Integrale zu berechnen Soll die Funktion f t mit dem Anfangswert f 0 number integriert werden lauten die Anwei sungen unter DEFINED PARAMETERS DPname f t Pname number
101. tine gleichen Namens ersetzt werden welches folgende Struktur aufweisen mu SUBROUTINE POST lpost COMMON TAPES NOUTP INTAPE LIBTP INOUTP COMMON CNTRLS CNTRL 160 DOUBLE PRECISION CNTRL XRUNNO EQUIVALENCE CNTRL 32 XRUNNO CHARACTER 8 HEADNG 9 11 CHARACTER 8 OUTREQ 100 DOUBLE PRECISION TEMP XTYPE REAL BUFFER 3000 COMP LEX CBUF 1500 EQUIVALENCE CBUF 1 BUFFER 1 CHARACTER 1 CK 100 LOGICAL LAC lpost REWIND INOUTP C nrunno 0 master run 0 rerun number NRUNNO NINT XRUNNO 1 C AC or TR run READ INOUTP XTYPE LAC FALSE IF NINT XTYPE EQ 1 LAC TRUE C headings READ INOUTP TEMP LENHDG NINT TEMP IF LENHDG GT 0 THEN DO 10 N 1 LENHDG READ INOUTP 1 9 10 CONTINUE END IF C no of output requests READ INOUTP TEMP LNINDX NINT TEMP DO 20 N 1 LNINDX READ INOUTP OUTREO N 20 CONTINUE 71 4 Systeminformationen zur Benutzung von SCEPTRE C AC formats i e DEGEGREES RADIANS COMPLEX IF LAC READ INOUTP CK I I 1 LNINDX KOUNT 0 C fill output buffer 30 READ INOUTP NGRPS IF NGRPS EQ 0 GO TO 99 KOUNT KOUNT NGRPS LEND NGRPS LNINDX IF THEN D READ INOUTP CBUF K K 1 LEND 5 D
102. ts chlich auszudruckenden Ergebnisse l t sich mit MAXIMUM PRINT POINTS number 1000 steuern Unterdr cken der Druckausgabe erreicht man indem man number gleich Null setzt Zus tzlich kann man sich die Ergebnisse zu bestimmten Zeitintervallen ausdrucken lassen PRINT INTERVAL number Mehrfachplotterzeichnungen werden unter OUTPUTS angefordert Die L nge dieser Zeichnungen in Zeilen wird durch PLOT INTERVAL number gesteuert Sie ergibt sich aus dem Quotienten STOP TIME PLOT INTERVAL und kann maximal 2000 Zeilen betragen Fehlt diese Anweisung wird f r jede Ausgabegr e eine einfache Plotterzeichnung angefertigt 1 10 8 Wiederholungslaufe Bei Wiederholungsl ufen siehe Kapitel 1 13 werden die Anfangsbedingungen jeweils neu berechnet Sie k nnen aber auch explizit f r jeden Lauf angegeben werden Es besteht au erdem die M glichkeit als Anfangsbedingung die Ergebnisse des 1 Laufs oder vorherigen Laufs einzusetzen und zwar mit der Anweisung ECEDING ASTER IC FOR RERUNS d PR RESULTS 9Es werden immer die Ergebnisse der letzten DC Analyse als Anfangsbedingungen eingesetzt Die Toleranzanalysen werden unabh ngig von der Reihenfolge der Steueranweisungen in der Reihenfolge SENSITIVITY MONTE CARLO WORST CASE und OPTIMIZATION durchgef hrt 1 10 RUN CONTROLS 1 10 9 Ablaufsteuerung Man kann eine Simulation in Abh n
103. unabhiingig von der Art der Ausgabe I4RADIANS DEGREES COMPLEX 29 2 Allgemeine Hinweise Dieses Kapitel enth lt wichtige Hinweise zur Benutzung von SCEPTRE Au erdem wird auf m gliche Fehler quellen und deren Ursache eingegangen 2 1 Fehlerdiagnose SCEPTRE verf gt ber eine umfangreiche Fehlerdiagnose Die Fehlermeldungen werden in 3 Klassen eingeteilt warning only es handelt sich dabei im allgemeinen um unkritische Fehler z B Syntaxfehler die SCEP TRE berichtigen kann die Simulation wird ausgef hrt simulation deleted Fehler dieser Kategorie verhindern eine anschlie ende Simulation die Eingabedaten wer den jedoch weiter gepr ft execution terminated bei schwerwiegenden Fehlern wird die Fehlerdiagnose abgebrochen Neben Syntaxfehlern und elementaren Verst en gegen die Eingabestruktur werden auch Fehler aufgedeckt die sich aus der Gesamtheit der Schaltung ergeben z B computational delay unzul ssige Netzwerktopologien etc Im allgemeinen sind die Fehlernachrichten so gezielt da man unschwer die Ursache entdecken kann Es gibt aber auch F lle bei denen eine unrichtige Schreibweise z B die Null statt des Buchstabens eine Flut von verwirrenden Fehlermeldungen ausl sen kann Neben diesen Eingabefehlern gibt es auch logische Fehler die man erst anhand der Ergebnisse erkennt Hier kann SCEPTRE keine Hilfe bieten 2 2 Einige Grundregeln e Physikalische Einheiten sollten so gew hlt werde
104. ungsabfall VR3 als auch ber den Strom IR3 berechnet Aus Pern folgt f r das vollst ndige Differential OPgriN dP D I EIN JIEN EIN den IN Da Eryn const und nicht zu den unabh ngigen Variablen geh rt ergibt sich in der SCEPTRE Schreibweise PEIN X1 EIN IEIN P2 X2 EIN GPEIN P2 DIEIN D F r die Leistung PR3 erh lt man 2 DI DR gru Pins ap 3 und in der SCEPTRE Schreibweise 99 3 SCEPTRE Beispiele PR3 X3 R3 IR3 IR3 P4 X4 2 IR3 R3 PS X5 IR3 IR3 GPR3 P4 DIR3 P5 DR3 Bezieht man die Leistung auf den Spannungsabfall VR3 so ergibt sich Prr3 OP dPrr3 SIL 4 OPRR3 DV und in der SCEPTRE Schreibweise PRR3 X6 IR3 VR3 7 7 P8 X8 IR3 GPRR3 P7 DIR3 P8 DVR3 Abbildung 3 9 zeigt die Ergebnisse der Empfindlichkeitsanalyse Wie man erkennt ergeben sich fiir die Leistungen PR3 und PRR3 die gleichen partiellen Ableitungen bzw Empfindlichkeiten 3 6 3 09 Worst Case Analyse Aufgabe der Worst Case Simulation ist es Extremwerte einer Zielfunktion abh ngige Netzwerkvariable zu finden f r Werte einer oder mehrerer unabh ngiger Netzwerkvariablen die Toleranzen haben m ssen
105. yntax siehe Abschnitt 2 4 1 SCEPTRE Anweisungen circuit model description Knotenpunkte 6 31 Elemente 3 21 Definierte Parameter 6 3T Tabellennamen 5 21 EQUATION Namen 5 21 Modellnamen 1 18 18 Ausgabevariablen 6 31 Modellaufrufe 3T Tabelle 1 2 Lange der frei wahlbaren Namen Widerstand KQ Kapazit t F pF nF Induktivit t H uH H mH Strom A mA A mA Spannung V V kV V Zeit S ns ms us Frequenz Hz GHz kHz MHz Tabelle 1 3 Beispiele f r Ma einheiten Die markierten Namen d rfen auch mit numerischen Zeichen beginnen z B 2N3055 als Modellname oder 0 als Knotenpunktname Die mit T versehenen Zahlenangaben sind empfohlene Werte und sollten m glichst nicht berschritten werden Die Ma einheiten k nnen frei gew hlt werden Sie m ssen nur die Verkn pfungsgleichungen L 1 e U IR r 5 RC f widerspruchsfrei erfiillen siehe Tabelle 1 3 Aufer den Netzwerkelementen k nnen in SCEPTRE auch Tabellen arithmetische Anweisungen und andere Gr Den definiert werden Sie werden ebenfalls durch ihren 1 Buchstaben gekennzeichnet entsprechend Tabelle 1 4 In jeden Stromzweig legt man eine Stromrichtung f r die Spannungsquellen die Polaritat fest Dabei ist zu beach ten da SCEPTRE bei Verbrauchern Spannungs und Strompfeile gleichsinnig bei Quellen gegensinnig annimmt Buchstabe Bedeutung P definierter
106. zwei abh ngige Werte angegeben werden um Sprungfunktionen zu beschreiben siehe Beispiel Zwischenwerte in den Tabellen werden linear inter oder extrapoliert Beispiel Beschreibung einer Spannungsfunktion nach Abbildung 1 1 TABLE 27 Oy Oy Ol 225 dy 4 224453 6 3 6 0 5 100 0 5 Wird die Tabelle als DIODE TABLE definiert nimmt SCEPTRE an daf der erste Wert der Diodenspannung der zweite dem entsprechenden Diodenstrom entspricht 8 besonders wichtig f r das letzte Wertepaar 13 1 SCEPTRE Anweisungen 1 10 RUN CONTROLS Zu diesem Kapitel geh ren eine Reihe von Steuerkarten mit denen sich der Rechenablauf einer Simulation in weiten Grenzen steuern l t Es stehen drei Analysearten zur Verf gung die teilweise miteinander kombiniert werden k nnen 1 10 1 DC Analyse Soll nur eine Gleichstromanalyse durchgef hrt werden gen gt die Anweisung RUN INITIAL CONDITIONS ONLY In diesem Fall wird die DC Analyse mit dem Newton Raphson Algorithmus durchgef hrt Die maximale Anzahl der Iterationen kann zus tzlich beeinfluBt werden mit NEWTON RAPHSON PASS LIMIT number 100 Die Konvergenzkriterien f r die Iteration konnen ebenfalls ge ndert werden durch die Anweisungen RELATIVE CONVERGENCE number 10 ABSOLUTE CONVERGENCE number 10 Mit RUN IC VIA IMPLICIT wird anstatt de
107. zwerk Maschen bestehend aus Spannungsquellen und Kapazit ten bzw Knotenpunkte die nur ber Stromquellen und Induktivit ten erreichbar sind mu bei variablen Quellen die erste zeitliche Ableitung vorgegeben werden 2 6 1 DC AC und TR Analyse Bei keiner der drei Analysearten d rfen in dem Netzwerk Maschen vorhanden sein die ausschlie lich aus Span nungsquellen bestehen voltage source loop Ebenso sind Knotenpunkte verboten die nur ber Stromquellen zu erreichen sind all current source cut set 31 2 Allgemeine Hinweise 2 6 2 DC Analyse Sollen Anfangsbedingungen berechnet werden d rfen in dem Netzwerk keine Maschen auftreten die nur aus Spannungsquellen und Induktivit ten bestehen Ebensowenig sind Knotenpunkte zugelassen die nur ber Kapazi t ten und Stromquellen zu erreichen sind Dem Problem im letzten Fall kann man dadurch begegnen da man den fraglichen Knotenpunkt ber einen Widerstand der das Verhalten der Schaltung nicht beeinfluBt z B mit Masse verbindet Man kann diese Einschr nkung umgehen indem man die Anfangsbedingungen nicht ber eine Gleichstromanalyse sondern ber eine Transientanalyse berechnet Die notwendige Syntax lautet dann RUN INITIAL CONDITIONS ONLY RUN IC VIA IMPLICIT Man kann dieses Verfahren auch anwenden falls die Gleichstromanalyse nicht konvergiert siehe Kapitel 2 17 2 7 Computational Delay Eine der berragenden F higkeiten von SCEPTRE besteht in

1. SCEPTRE-Anweisungen

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