home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Learning Games / Learning Games (1995)(Maple Media).iso / wac13 / aciran.doc < prev    next >
Text File  |  1992-07-13  |  33KB  |  769 lines

  1.                          ACIRAN V1.3 for Windows
  2.                        Linear AC Circuits Analysis
  3. Introduction.
  4.  
  5. This Help file is a small subset of the printed manual supplied to registered
  6. users.
  7.  
  8. ACIRAN is a Linear AC Circuit Analysis Program designed to ease small signal
  9. ac analysis of active and passive circuits. ACIRAN can handle Resistors,
  10. Capacitors, Inductors, Transformers(Ideal), Fets, Transistors, Operational
  11. Amplifiers, Transmission Lines, and Voltage Controlled Current Sources.
  12.  
  13. To save time and ease design a number of Fet,Opamp and Transistor
  14. model parameters have been supplied. More complex models can be built up using
  15. passive components and Voltage Controlled Current sources.
  16.  
  17. Installation.
  18.  
  19.  ACIRAN V1.3 was created using the Turbo Pascal for Windows Compiler (V 1.0)
  20. and is able to support co-processors, if you machine has a floating point chip
  21. this is detected by ACIRAN and used for all calculations, if you do not have a
  22. co-processor, it is simulated by software.
  23.  
  24. Before using ACIRAN first make a backup copy on another disk, then put the
  25. original in a safe place.
  26.  
  27. Create a working directory on your hard disk, and create a new group,
  28. e.g. CAD to hold Aciran, and install its icon.
  29.  
  30. Getting Started.
  31.  
  32. The main menu offers the following selection:
  33.  
  34. File   Edit   Config   Data   Analyse   Results   Graph              Help
  35.  
  36. These are explained below.
  37.  
  38. File provides the following sub-menu
  39.  
  40. New
  41. Open
  42. Save
  43. Save As
  44. Printer SetUp
  45. Exit
  46.  
  47. New is used to enter a new circuit description to ACIRAN and as it clears
  48. any previous circuit from memory you should save any data that you have
  49. in memory first. You will be given a warning first.
  50.  
  51. Open allows you to load a previously saved circuit for analysis or
  52. modification. Circuits are expected to have extension .CIR or .CTS
  53. (automatically appended by ACIRAN). You will be presented with a Filebox.
  54. Use the cursor keys or mouse to highlight the file you wish to load and
  55. then press return or click the OK button.
  56.  
  57. Save allows you to save your circuit description to disk. If you are entering
  58. a large circuit then you should save it periodically.
  59.  
  60. Save_As allows you to save your circuit under a new name, perhaps to save
  61. a diffenent version. Save_As will be called the first time a circuit is
  62. saved as it will not have an existing filename.
  63.  
  64. Printer SetUp will allow you to configure your printer, e.g. select landscape
  65. or portrait mode.
  66.  
  67. Exit will exit from ACIRAN and take you back to Windows. Any circuit
  68. description held in memory will be lost so make sure you have saved any
  69. data that you want to keep. ACIRAN will give a warning if you have not
  70. saved your circuit and have made changes.
  71.  
  72. Edit allows you to make changes to the circuit description such as adding
  73. or deleting components and changing component values. Edit has its own
  74. sub-menu which will be described later.
  75.  
  76. Config allows you to set up certain flags and to request additional circuit
  77. parameters such as impedance and return loss. This information is stored
  78. along with the circuit details in the files. The Config dialog box will
  79. be descibed later.
  80.  
  81. NetList allows you to inspect your circuit description by listing the
  82. components,their values and circuit connections. You can send the data to
  83. a printer by selecting Print from the system menu of the Netlist Window.
  84.  
  85. Analyse instructs ACIRAN to analyse the circuit in memory. Logarithmic and
  86. Linear frequency sweeps are allowed. ACIRAN can also carry out Monte-Carlo
  87. analysis if component tolerances have been entered.
  88.  
  89. Results offers the choice to Display or File. To view the results select
  90. Display, to obtain a hard copy of these result the Print option should be
  91. selected from the system menu of the Results Window. Results can also be
  92. stored in a text file for later use.
  93.  
  94. Graph will plot various parameters such as Gain or phase against frequency.
  95. A Hard copy can be obtained by selecting Print from the system menu.
  96.  
  97. To enter a circuit select New and enter a circuit name. This is for your
  98. benifit only, and appears in listings.
  99.  
  100. Next you will see a dialog box of component types, use the normal selection
  101. methods to choose a component type. If  the  component type is Fet, Opamp
  102. or Transistor you will be asked if you wish to load model parameters from
  103. disk. If you select to do so you will be presented with another file
  104. selection box, to choose the component model. More about this later.
  105.  
  106. An Example
  107. A number of examples are included on the disk.
  108. They will provide the most ideal method of learning ACIRAN. Enter the first
  109. one from the keyboard. The circuit is shown below:
  110.  
  111. RC Filter.
  112.              R1
  113. node 1      ________                                          node 2
  114.   0---------|       |---------------------o-------------------------0
  115.             --------                      |
  116.           100 +/- 0.5%                    |
  117.                                          ----
  118.                                          |  | R2
  119.                                          |  |
  120.                                          |  | 10 +/- 2%
  121.    INPUT                                 ----               OUTPUT
  122.                                           |
  123.                                           o node 3
  124.                                           |
  125.                                         ----- 0.001uF +/- 10%
  126.                                         _____
  127.                                           |     C1
  128.                        node 0             |
  129.   0_______________________________________o_________________________0
  130.  
  131. Select New from the File Menu.
  132. Enter the circuit description 'RC Filter' <cr>.
  133.  
  134. When  the Select component box is displayed,choose a resistor, and a form
  135. will appear on the screen ,you will be asked for the component identifier,
  136. enter 'R1' and press <TAB>.(Up to 5 characters can be entered for the
  137. component identifier).
  138.  
  139. You will now move to the next input field, you will then be asked for the
  140. value of R1. Enter 100 <TAB>.
  141.  
  142. You will then be asked for the tolerance in %. Enter 0.5 <TAB>. (The
  143. leading Zero is essential).
  144.  
  145. Next you will be asked 'From Node', Enter 1 <TAB>, and then 'To node',
  146. Enter 2 <TAB>.
  147.  
  148. The convention in ACIRAN is that the INPUT NODE is ALWAYS 1 and the GROUND
  149. NODE is ALWAYS 0. The OUTPUT NODE is variable(more about this later).
  150.  
  151. Once you have completed the form you must press enter or click the OK
  152. button to exit and save you data.
  153.  
  154. If you press Cancel the data will be ingored. You can move around the input
  155. form changing the information using the edit keys, until you are happy with
  156. what you have entered. Previously entered data that is presented and can be
  157. accepted by entering <cr>.
  158.  
  159. Enter component R2 in the same way, it is not important which way round
  160. the passive component is connected.
  161.  
  162. To enter C1 select Capacitor, and for the value enter 0.001u. the 'u' or 'U'
  163. at the end tell ACIRAN that the value is in microfarads.
  164.  
  165. A number of multiplier options are allowed and upper or lower case can be
  166. interchanged in all cases except 'M' and 'm'.
  167.  
  168. The multipliers accepted by ACIRAN are
  169.  
  170.    'G' or 'g'      Giga   =   x1E9
  171.    'M'             Mega   =   x1E6
  172.    'K' or 'k'      Kilo   =   x1E3
  173.    'm'             milli  =   x1E-3
  174.    'U' or 'u'      micro  =   x1E-6
  175.    'N' or 'n'      nano   =   x1E-9
  176.    'P' or 'p'      pico   =   x1E-12
  177.  
  178. These multipliers can be entered in a number of formats, eg 1k2, 1K2,1.2K
  179. 1200 12e2,12E2 and 1.2e3 are all acceptable and identical .
  180.  
  181. Now that the circuit has been entered click Cancel in response to next
  182. component and you will be asked for the Output node.
  183.  
  184. If you press <cr> without entering any data ACIRAN will assign the highest
  185. node used to the output node. In this circuit this is not the case and you
  186. must enter 2 <cr>.
  187.  
  188. It is advisable to save your work and so as soon as the main menu returns
  189. press Alt-F for File then Alt-S for Save, or use the mouse.
  190.  
  191. When asked for a file name enter any valid filename, remember to omit any file
  192. extension.
  193.  
  194. You can check your circuit configuration by selecting NetList. The circuit
  195. listing is displayed. You can scroll through it using the scroll bar on
  196. the left of the window, or by pressing the up/down arrow keys or PageUp and
  197. PageDn keys. To Print the data select Print from the windows system menu.
  198.  
  199. Check that the circuit connections are correct.
  200.  
  201. If you do not wish to enter the circuit yourself you can load it from the disk
  202. by selecting Open at the main menu and loading 'EXAMPL1'.
  203.  
  204. Now analyse the circuit by Selecting Analyse at the main menu.
  205.  
  206. A frequency input form will appear, you must complete at least the
  207. first three entries, some have minimum default values already
  208. loaded.
  209.  
  210. You can select Log or Linear sweep from the Config box, the default is Log.
  211. For the moment leave it as Log.
  212.  
  213. Now enter the start frequency. Enter 100k and press <TAB>.
  214.  
  215. Enter End frequency 100M (note capital 'M' for Megahertz).
  216.  
  217. Finally enter the number of frequency steps, 10 <cr>.
  218.  
  219. Leave the default number of passes as 1. Remember to press return or click
  220. OK once you are satisfied with the input data.
  221.  
  222. If however you enter a number of Passes > 1 then ACIRAN will analyse your
  223. circuit that number of times, and on each pass it will vary the component
  224. values within the tolerance limits you specified for each  component.
  225. This feature will be discussed later.
  226.  
  227. ACIRAN will now analyse your circuit from 100 kilohertz to 100 megahertz
  228. in 10 Logarithmic steps. The Sweep mode selected will remain in force in
  229. future analysis unless you specifically change it. During Analysis the 
  230. frequency sweep mode and range are displayed and a counter shows the percentage
  231. of the analysis completed. You Can abort the run by pressing Escape or
  232. clicking on the Cancel button. In either case you will get a message when
  233. the analysis is over. NOTE: Due to the numerically intensive nature of this
  234. program there may be a few seconds delay between the user aborting the run
  235. and Aciran recognising the abort message as it only checks the message queue
  236. once during each frequency pass.
  237.  
  238. Select Results to see a table of results. Only Gain, Phase and Time Delay
  239. are shown by default, to see impedance or return loss you must check the
  240. boxes in the Config dialog box. To print select Print from system menu.
  241.  
  242. Close the Results window, or minimize it. Select Graph and choose
  243. Magnitude. If your printer has Graphics capability you can obtain hard copies
  244. by selecting Print from the system menu of the Graph Window.
  245.  
  246.  
  247. The results for the RC Filters are shown below.
  248.  
  249. Transmission Results for RC Filter - See Printed Manual
  250.  
  251. Monte-Carlo
  252. Select Analyse again, but this time change the number of tolerance passes
  253. to 3 . It is not necessary to enter the Start and End frequencies again,or
  254. the number of steps, as ACIRAN will remember the previous values. You can
  255. however change any one of them (or all) if you wish. It is only necessary
  256. that you do not try to violate the input requirements (such as End frequency
  257. coming before Start frequency or a Log sweep on too small a frequency range).
  258.  
  259. Keep the same frequency range and number of steps as before, and so enter <TAB>
  260. for each entry. This time during Analysis the window text shows the current
  261. Monte-Carlo pass being executed. At each pass the circuit is analysed using
  262. component values selected at random from within component tolerance limits.
  263.  
  264. After analysis ACIRAN will output the results but this time the heading Upper
  265. Limit appears. This shows the upper limits reached during the Monte-Carlo
  266. passes. The Lower Limits are printed next. If you select Graph you will see not
  267. one but two graphs showing the spread of results obtained. This tolerance
  268. analysis lets you see how your circuit is likely to vary in performance
  269. due to component tolerances. In this example only 3 passes  have been selected
  270. but in practice several hundred passes may be needed to give a representative
  271. picture.
  272.  
  273. However this would take a lot longer and for large circuits the time can become
  274. excessive especially if there are a large number of frequencies.
  275.  
  276. The largest number of passes is 32767.
  277.  
  278. Editing
  279. Having entered the circuit (either from the keyboard or from disk), it is
  280. necessary to be able to modify it, in order to fine tune it.
  281.  
  282. At the Main menu select modify, and a sub-menu appears with the
  283. following selection:
  284.  
  285.  
  286.     Add
  287.     Change
  288.     Delete
  289.     Replace 
  290.     Name 
  291.     Output 
  292.  
  293. and  selection is made as before.
  294.  
  295. Add allows you to extend your circuit provided there is enough room to do
  296. so. If you had previously saved your circuit (which you ought to do on a
  297. regular basis) it will allow you to carry on building your circuit from where
  298. you left off.
  299.  
  300. Change allows you to change a components identifier, Reference, value,
  301. tolerance, and nodal connections. If you wish to change the component type
  302. delete the component and add a new one of the correct type.
  303.  
  304. Delete allows the deletion of a component. Yoy will be asked to confirm
  305. that you wish to delete it.
  306.  
  307. Name allows you to change the circuit identifier (or name) of the circuit.
  308.  
  309. Output allows you to change the output node. If you wish you can look at
  310. nodes internal to the circuit to see their response. In some cases a circuit
  311. may have more than one output node, for example a circuit with one input
  312. and two complementary outputs, perhaps with a constant phase shift between
  313. the two outputs.
  314.  
  315. How to Modify a Circuit
  316. Now change the value of C1 to shift the response of the RC Filter.
  317.  
  318. If you have exited ACIRAN restart it and load 'EXAMPL1'.
  319. Select Edit and then select Change. You will be presented with a Pick
  320. list, select C1, by double clicking it, or selecting it then selecting OK.
  321. When asked for the value enter 0.002u <cr>.
  322.  
  323. The new value will be assigned to C1. Quit Editing and display the
  324. circuit listing, check that C1 has the new value. Select Analyse and test
  325. the circuit response. If you have not exited from ACIRAN you will not have
  326. to re-enter the Start,End and frequency Step values,nor the Output node.
  327. From the output results (and graphs) you can see the effect of the circuit
  328. change. If you wish you can save this circuit, either as a new one under a
  329. new filename,or you can overwrite the old circuit description.
  330.  
  331. Suppose for the sake of instruction it is decided that R2 should be changed
  332. from a resistor to an inductor, this would give a notch Filter.
  333.  
  334. This can be done by first deleting R2 and then adding an inductor L1.
  335.  
  336. Do this in two stages to show the effect on the circuit listing.
  337.  
  338. From the main menu select Edit, and then Delete. Select R2 from the list.
  339.  
  340. Select Add, Chose Inductor, Enter the component identity as 'L1', it's
  341. value as 0.33u (0.33 micro-henry), Tolerance 10, and its connections
  342. 'From node' 2,'To node' 3.
  343.  
  344. Check the circuit listing.
  345.  
  346. Re-Analyse the circuit and check that it is now a notch filter. Use the
  347. same frequency range. If you have not exited ACIRAN you need not re-enter
  348. this data. 
  349.  
  350. Now that you have changed the circuit you should give it a new name.
  351. Enter the Edit menu and select Name.
  352. Enter 'RLC Notch Filter' <cr>. 
  353. You may wish to save your new circuit under a new filename. Select Save_As.
  354.  
  355. Transmission Results for RLC - See Printed Manual
  356.  
  357. How to Configure Aciran.
  358. ------------------------
  359. At the Main menu select 'C' for Config, and a dialog box appears with the
  360. following selection:
  361.  
  362.   Format Polar or Cartesian checkbox
  363.   Returnloss On or Off checkbox
  364.   Impedance On or Off checkbox
  365.   Sweep Logarithmic or Linear checkbox
  366.   Tolerance On or Off checkbox
  367.   Beep On or Off checkbox
  368.   Generator Reference Impedance edit window
  369.   Load Reference Impedance edit window
  370.  
  371. Format allows you to select the format used for impedance results. A
  372. choice of Polar or Cartesian coordinates is available. Choice is made by
  373. pressing clicking on the relevant checkbox, the other box will be unchecked.
  374.  
  375. IF you select  Polar (this is the default setting) then impedance results
  376. will be output as a Magnitude and Phase angle. On the other hand if you
  377. select Cartesian then impedance results will be output as a Real and Imaginary
  378. part.
  379.  
  380. Returnloss
  381. ReturnLoss is calculated with respect to the input and output referance 
  382. impedances. The default is 100Mohm real for both input and output. This means
  383. that your circuit is analysed without taking into account the effect of 
  384. realistic source and load impedances.
  385.  
  386. You can change the Source and Load referance impedances to more practical
  387. values and Input and Output impedances will be calcuated taking these
  388. referances into account, or if you leave them unchanged you will get the open
  389. circuit input and output impedances without loading effects. Once you have
  390. changed the referance impedances they will remain changed until you load
  391. or enter a new circuit, or specifically alter them. ALL config options are
  392. saved along with the circuit data to save having to change it every time
  393. the circuit file is loaded.
  394.  
  395. Impedance and ReturnLoss calculations are automatically performed, they are not
  396. displayed unless checked in the config box. The Graphs are available always.
  397. Once you have changed the referance impedances they will remain in effect
  398. until you load or enter a new circuit, or specifically alter them again.
  399.  
  400. This will be illustrated later by an example.
  401.  
  402. Sweep allows you to change the sweep mode (Logarithmic or Linear). If you 
  403. start a New circuit the Sweep mode defaults to Logarithmic. This mode
  404. will remain in force until changed by means of the Config Sweep command.
  405.  
  406. Tolerance simply toggles the Tolerance entries flag on and off. If, in order
  407. to save time you selected no tolerance entries for a circuit, and at a later
  408. date wanted to see the effect of tolerance on your circuit due to one or
  409. more components, you can turn on tolerance by means of this switch. All the
  410. components will originally have 0% tolerance but you can change this by
  411. using the Change feature.
  412.  
  413. Beep allows you to turn off the warning beeps that are issued by ACIRAN
  414. should you not wish to disturb others. The only exception is the case where
  415. you are about to exit ACIRAN or load a new circuit, and have not saved your
  416. work.
  417.  
  418. Generator
  419. This option allows you to set up the source referance impedance. You may enter
  420. values in the same format as that used for resistors (ie multipiers are 
  421. accepted).
  422.  
  423. Load
  424. This option allows you to set up the load referance impedance. You may enter
  425. values in the same format as that used for resistors (ie multipiers are 
  426. accepted).
  427.  
  428. Further Examples
  429.  
  430. You have now covered most aspects of ACIRAN with the exception of MODELS.
  431. How to create your own MODELS using any wordprocessor is explained in the
  432. Appendix, for the moment simply examine how you can use the ones supplied on
  433. the disk. To do this look at some more examples which make use of MODELS.
  434.  
  435. The next circuit (EXAMPL2 on the disk) uses a single transistor in a common
  436. emitter amplifier, and is shown below:
  437.  
  438. Transistor Amplifier See Printed Manual
  439.  
  440. Note that both power supply rails are numbered node zero. This is because
  441. as far as AC analysis is concerned the power supply is an AC short circuit,
  442. normally due to decoupling capacitors. You could add a DC Voltage Source
  443. which is included for compatibility with PSpice. The Voltage source will be
  444. treated as a short for AC Analysis purposes.
  445.  
  446. Enter the circuit as shown. When you select component type Transistor you
  447. will be asked if you want to load model parameters, enter 'Y'.
  448.  
  449. You will be presented with a filebox similar to the type used for loading
  450. circuit files, select a 'BC107'.
  451.  
  452. How to add more models will be covered later.
  453.  
  454. If you enter 'N' for loading a model file  ACIRAN will assume that you are
  455. unable to supply a model file and will ask you for details of the transistor
  456. which must be entered from the keyboard. 
  457.  
  458. In either case once the Transistor parameters are loaded you will be 
  459. presented with a Transistor Form, most of the details will be filled in if
  460. you loaded model parameters from disk (This is also true for FET and OPAMP)
  461. model files). You must enter a circuit identifier,(this is needed to select
  462. the component from a Pick List during subsequent edit operations), also
  463. for the Base, Collector, and Emitter node connections, and these should
  464. be entered with reference to the above circuit.
  465.  
  466. The default collector current is 1mA, this can be altered once you have
  467. calculated the DC current.
  468.  
  469. Analyse the circuit from 10 hertz to 10 Megahetrz in 10 Log steps. The resistor
  470. R5 is not needed by ACIRAN but was added so that the results of the ACIRAN
  471. analysis could be compared with the output from a proprietary Circuit Analysis
  472. package that runs on a Vax under VMS4.6.
  473.  
  474. The results compared almost exactly at low frequencies and only at higher
  475. frequencies could any significant differance be spotted.
  476.  
  477. This is due to the type of transistor model used by ACIRAN which is a simple
  478. model requiring only 3 nodes. A more precise model can be used which requires
  479. one extra node for each transistor, and the same circuit using just such a
  480. model is illustrated in EXAMPL3.
  481.  
  482. Transistor Amplifier Results - See Printed Manual
  483.  
  484. A Transistor can be modeled using the Hybrid PI model as show below:
  485.  
  486. Hybrid PI Model See Printed Manual
  487.  
  488. The three nodes B,C,E are the same as before,however an extra node b' is
  489. needed to model the Transistor base spreading resistance. The parameters
  490. shown can be calculated from manufactures test data and are dependant on
  491. the small signal 'h' parameters, the transition frequency FT, collector
  492. current and the transistor internode capacitances.
  493.  
  494. In EXAMPL3 the BC107 transistor has been modeled in this way. Methods of
  495. calculating the Hybrid parameters can be found in the Appendix. The only
  496. new component type is the Voltage controlled Current Source 'gm'.
  497.  
  498. The Source is a four terminal device which can be used to model all kinds of
  499. active devices such as Fets and Opamps. The From node is the current source,in
  500. this case the Collector, and the To node is the current drain. The + control
  501. node is the drive source for the current generator, here the Base, and the
  502. - control node is the drive sink, for a CE circuit it is the Emitter.
  503.  
  504. Analyse EXAMPL3 over the same frequency range as EXAMPL2 and examine the
  505. differences.
  506.  
  507. The rest of this manual will describe the circuit examples supplied on the
  508. disk. Each example was chosen to exhibit certain features of ACIRAN.
  509.  
  510. All resistors are 1% and all capacitors 10% unless stated otherwise.
  511.  
  512. EXAMPL4
  513.  
  514. This is a simple transformer coupled stage connecting a 50 ohm source to a 1k
  515. load. As ACIRAN references both Input and Output to ground it is necessary
  516. to connect the transformer primary and secondary windings to ground for
  517. analysis. In practice these connections could be omitted to provide DC
  518. isolation.
  519. In transformer coupled amplifier stages where the second stage is referenced
  520. to ground there is no problem and the transformer can be connected as normal.
  521.  
  522. As stated before ACIRAN models Ideal transformers, whereas in reality
  523. transformers have winding resistance and inductance.These imperfections
  524. are modeled by adding resistors and inductors to the circuit as shown below.
  525.  
  526. RP and RS are the primary and secondary DC winding resistances for the
  527. transformer. The inductors LP and LS simulate the transformer inductances.
  528. The primary has 1000 turns and the secondary 1080, therefore as a ratio to
  529. one is required, enter 1.080 into the transformer form at the ratio field.
  530.  
  531. Analyse the circuit from 20 to 20k in 10 Logarithmic steps.
  532.  
  533. Transformer Coupled Stage See Printed Manual
  534. Transformer Stage Results - Stage See Printed Manual
  535.  
  536. EXAMPL5
  537. This is an Elliptic-function Bandpass Filter. The filter is to work into
  538. a 10K Load from a 10K Source. Select Config and check ReturnLoss.
  539. You should then change the source and Load referance impedances,Zin and
  540. Zout, the default is 100Mohms real. You can change these to 10K real and
  541. 0 ohms imaginary.
  542.  
  543. Quit Config and analyse the filter. The filter has a passband from
  544. approximately 15khz to 20khz. Using a Linear sweep examine the response
  545. from 12khz to 24khz in 10 steps. Notice that the filter response changes
  546. sharply below 15khz and above 20khz. Now examine the response from 15khz
  547. to 20 khz in 40 steps, in order to see how much ripple exists in the passband.
  548.  
  549. Elliptic-Function Bandpass filter See Printed Manual
  550.  
  551. Transmission Results for Elliptic BandPass Filter -  See Printed Manual
  552.  
  553. EXAMPL6
  554. This is a VHF/Video amplifier using an FET.The circuit is show below:
  555. Again note that both power rails are at node 0. 
  556. Analyse the circuit from 1M to 200M on a Log sweep.
  557.  
  558. Fet Amplifier See Printed Manual
  559. Fet Amplifier Results - See Printed Manual
  560.  
  561. EXAMPL7
  562. This example is of a Twin-T notch filter and illustrates the use of an Opamp.
  563. The circuit is shown below:
  564.  
  565. Twin-T Filter See Printed Manual
  566. Analyse the circuit from 10 hertz to 2k hertz in 10 Linear steps.
  567. Note that the notch frequency occurs at about 1khz.
  568. Twin-T Filter Results - See Printed Manual
  569.  
  570. EXAMPL8
  571. This is a Single Bandpass Filter section. It has a response curve which
  572. is the inverse of exampl7. It is designed to have a centre frequency of
  573. 3.6khz and a 3dB bandwidth of 60Hz. Analyse the circuit on a Linear sweep
  574. from 3.0khz to 4.5khz in 10 steps.
  575.  
  576. Note that R6 is variable in order that the circuit response can be finely
  577. adjusted.Experiment by changing the value of R6.
  578.  
  579. Single Bandpass Filter See Printed Manual
  580. Single BandpassFilter Results - See Printed Manual
  581.  
  582. EXAMPL9
  583. This circuit is an active delay line with a gain of 20dB and a 100uS constant
  584. within 3% to 3khz. Up till now the circuit Amplitude has been of paramount
  585. importance, but this is not always the case. The Time or Group delay has
  586. an important part to play especially in telecommunication circuits where
  587. poor Group delay response can introduce distortion. 
  588.  
  589. It is also possible to look at the open circuit input and output impedance.
  590. In this example select Config and then select Cartesian format. Do not
  591. change the referance impedance from the default of 100Mohms.
  592.  
  593. In this example the circuit provides not only gain but almost constant
  594. Time-delay for frequencies up to 3khz. 
  595.  
  596. Analyse the circuit on a Linear sweep from 100hz to 3khz.
  597. 100uS delay Line See Printed Manual
  598. Delay Line Results - See Printed Manual
  599.  
  600. EXAMPL10 
  601. This is quite a large circuit and demonstrates how ACIRAN can handle even
  602. the most complex analysis.
  603.  
  604. LowPass Filter See Printed Manual
  605. Low Pass Filter Results - See Printed Manual
  606.  
  607. The circuit is a five stage GIC Elliptic-function Low Pass filter. It is
  608. to have low insertion loss and ripple in the pass band up to 260Hz, and
  609. to have a minimum attenuation outside the passband of 60dB at 270Hz.
  610.  
  611. In practice variable resistors are needed to adjust the GIC to obtain the
  612. desired response.
  613.  
  614. Analyse the circuit from 100 to 300Hz in 10 Linear steps. This circuit will
  615. take several minutes to Analyse.
  616.  
  617. Exampl11
  618. This example uses a Transmission line as a quarter wavelength transformer to
  619. match an impedance of 95 ohms real to a load of 50 ohms real. The frequency of
  620. interest is 150Mhz (2m wavelength) which gives a line length of 50cm (2m/4).
  621.  
  622. The impedace of the line to give the required match is equal to the square root
  623. of the source impedance multiplied by the load impedance ie.
  624.  
  625.         sqrt(95 * 50) = 69ohms
  626.      
  627. Transmission Line Transformer See Printed Manual
  628.  
  629. Where Zo = characteristic impedance
  630.       L  = length in cm
  631.       Er = relative permeability
  632.  
  633. The configure menu is entered and the load impedance set to 50 + j 0.00 and
  634. the generator impedance to 95 + j 0.00. Select Return loss and Linear Sweep.
  635. Analyse the circuit from 148Mhz to 152Mhz in 4 steps, the results are:-
  636.  
  637. Transmission Results for Transmission Line Transformer - See Printed Manual
  638.  
  639. Exampl12
  640. This example makes use of transmission lines to match a source impedance to
  641. a complex load by means of a Stub Tuner. The theory of Stub Tuner matching is
  642. beyond the scope of this manual and the reader should refer to relevant text
  643. books.
  644.  
  645. Stub Tuner See Printed Manual
  646.  
  647.  A Stub can be open or short circuit, it is better to use a short otherwise
  648. it tends to radiate. The circuit was analysed over the same frequency range
  649. as before. The source generator was set to 50 + j 0.00 ohms and the load set
  650. to 100 + j 50.00, ie complex.
  651.  
  652. Transmission Results for Single Stub Match - See Printed Manual
  653.  
  654. Where Zo = characteristic impedance
  655.       L  = length in cm
  656.       Er = relative permeability
  657.  
  658. At first appearance the passive line seems to have a gain, this is due to
  659. the impedance transformation, and although a voltage gain is produced the
  660. current gain is less than unity and so is the power gain.
  661.  
  662. Appendix
  663. ACIRAN uses model files to hold descriptions of Transistors Fets and Opamps.
  664. You can create your own model files and add them to the Models directory using
  665. any text editor or wordprocessor such as WordStar (Do not use any control
  666. codes). Details can be found in the Printed Manual.
  667. The model for the BC107 transistor used in EXAMPL2 is
  668.  
  669. BC107
  670. 2.7k
  671. 18U
  672. 192
  673. 35%
  674. 300M
  675.  
  676. The file consists of lines of text. Each line contains ONE and only one
  677. parameter and all parameters MUST be supplied. The information can be obtained
  678. from manufacturers data sheets.
  679.  
  680. The first line contains the component name 'BC107' ( max of 8 characters).
  681. Next comes the value of hie, followed by hoe and hfe. The tolerance value
  682. refers to hfe.
  683. Transistor hfe values can vary enormously even for the same type of transistor.
  684. The 'h' parameters of a transistor vary with temperature and collector current.
  685.  
  686. Last comes the value of FT. Note the use of multipliers, hie could just have
  687. easily been written as 27e2, 27E2 or 2700. Transistor model files MUST be
  688. given the extension .TRN.
  689.  
  690. The Fet model file for the 2N4393 Fet used in EXAMPL6 is shown below:
  691.  
  692. 2N4393
  693. 15m
  694. 45%
  695. 11.5p
  696. 2p
  697.  
  698. Again the same rules apply as for the transistor file. First comes the name,
  699. followed by the transconductance gm, the tolerance for gm, the Fet capacitances
  700. Cgs and Cgd. Fet model files MUST have the file extension .FET.
  701.  
  702. The last model type supported by ACIRAN is the Opamp model. The model file
  703. for the LM124 opamp is listed below:
  704.  
  705. LM124
  706. 100M
  707. 600
  708. 100
  709. 1M
  710. 50%
  711.  
  712. First comes the component name followed by the input impedance and the output
  713. impedance. Next is the open loop gain in dB and the Gain Bandwidth Product GBW.
  714. The tolerance refers to the open loop gain. Most opamps have a very high
  715. open loop gain in excess of 100dB. Manufacures data sheets give conservative
  716. values for open loop gain and it is well controlled.
  717. Opamp model files MUST have the extension .AMP.
  718.  
  719. The Hybrid Pi model for a Transistor is illustrated below: See Printed Manual
  720.  
  721. The symbols have the following meaning:
  722.  
  723. rbb = Base spreading resistance
  724. rbe = Input impedance
  725. rbc = Feedback Impedance (effect of Vce changes on Base modulation)
  726. rce = C-E Impedance
  727. Cc = Collector-junction barrier capacitance
  728. Ce = Overlap diode capacitance
  729. gm = Transistor Transconductance
  730.  
  731. If the CE 'h' parameters are known at low frequencies at a given collector
  732. current Ic (see manufacturers data sheets) then the impedances can be
  733. calculated in the following order:
  734.  
  735.      |Ic|     |Ic ma |
  736. gm = ----  =  --------
  737.       VT        26
  738.  
  739.       hfe
  740. rbc = ---
  741.       gm
  742.  
  743. rbb = hie - rbe
  744.  
  745.       rbe
  746. rbc = ---
  747.       hre
  748.  
  749.              1                           1
  750. rce =  -------------        where gbc = ---
  751.        hoe-(1+hfe)gbc                   rbc
  752.                                             
  753. The capacitance Cc is the measured CB output capacitance with the input
  754. open (Ie = 0), and is usually specified by the manufacturers as Cob.
  755.  
  756. Ce is experimentally determined from a measurement of FT, the frequency
  757. at which the CE short-circuit current gain drops to unity.
  758.          gm
  759. Ce =  -------    PI = 3.14159
  760.       2*PI*FT
  761.  
  762. Typical values for a Hybrid PI model at room temperature and for Ic = 1.3mA
  763. are
  764.  
  765. gm = 50mA/V     rbb = 100 ohms      rbe = 1k     rbc = 4Mohm
  766.  
  767. rce = 80Kohm    Cc = 3pF            Ce = 100pF
  768. END.
  769.