Taller de distorsión

Podemos usar Ngspice para simular la distorsión en circuitos.

Ten en cuenta si estás introduciendo un comando de shell o un comando de ngspice, y también si estás dando órdenes al shell o a ngspice. Para salir de ngspice, escribe "quit". Se recomienda colocar todos los archivos en un único directorio y utilizarlo para ejecutar la simulación.

clip

v1 es una fuente voltaje independiente. Consulta el capítulo en el manual de Ngspice:

• 4.1 Independent Sources for Voltage or Current

v1 tiene una onda de voltaje sinusoidal. Los parámetros se explican aqui:

• 4.1.2 Sinusoidal

d1 es un diodo de modelo 1N4148, algo común. El diodo (y varios otros componentes) necesita un comando ".model" para especificar sus parámetros. Podés ponerlo en un archivo se llama 1n4148.lib y incluir ese archivo. El contenido del archivo debe ser esto:

.model 1n4148 D(IS=2.5n N=1.9 BV=100 RS=1)

Archivo SPICE (clip.cir)

.title clip
.include 1n4148.lib

v1 sig 0 sin 0 3v 300
r1 sig out 1k
d1 out 0 1n4148

comandos

• ngspice clip.cir (en el shell)
• tran 10us 3s (en ngspice)
• plot v(sig) v(out) xlimit 0 10m (en ngspice)
• plot v(sig) v(out)+1 xlimit 0 10m (en ngspice)
• plot v(sig) v(out) 1000*-1*v1#branch xlimit 0 10m (en ngspice)

amp 1

Archivo SPICE (amp1.cir)

.title amp1
.include TL072.mod

x1 ninv inv cc ee out TL072

vcc cc 0  15
vee ee 0 -15

v1 sig 0 sin 0 3v 1

r1 sig inv 10k
rfb out inv 10k
rninv ninv 0 1

.control
  tran 1ms 30s
.endc

.end

comandos

• ngspice amp1.cir (en shell)
• plot v(sig) v(out) xlimit 0 3 (en ngspice)
• fft v(out) (en ngspice)
• plot mag(v(out)) xlimit 0 10 (en ngspice)

dist 1

Archivo SPICE (dist1.cir)

.title dist1
.include TL072.mod
.include 1n4148.lib

x1 ninv inv cc ee out TL072

vcc cc 0  15
vee ee 0 -15

v1 sig 0 sin 0 3v 1

r1 sig inv 10k
rfb out inv 10k
d1 inv out 1n4148
d2 out inv 1n4148
rninv ninv 0 1

.control
  tran 1ms 30s
.endc

.end

comandos

• ngspice dist1.cir
• plot v(sig) v(out) xlimit 0 3
• fft v(out)
• plot mag(v(out)) xlimit 0 10

amp 2

Vamos a correr una simulación y escuchar a la salida del circuito. Para hacerlo, generamos un archivo que contiene una grabación de los voltages durante la simulación. Convertiramos ese archivo a un archivo de audio, en formato WAV. Para eso, usamos los programas de Spice Audio Tools.

Archivo SPICE (amp2.cir)

.title amp2
.include TL072.mod

x1 ninv inv cc ee out TL072

vcc cc 0  15
vee ee 0 -15

v1 sig 0 sin 0 3v 300

r1 sig inv 10k
rfb out inv 10k
rninv ninv 0 1

.control
  tran 3us 3s
  wrdata out.dat v(out)
.endc

.end

comandos

• ngspice amp2.cir
• python spicetowav.py out.dat out.wav (spicetowav.py)

dist 2

Archivo SPICE

.title dist2
.include TL072.mod
.include 1n4148.lib

x1 ninv inv cc ee out TL072

vcc cc 0  15
vee ee 0 -15

v1 sig 0 sin 0 3v 300

r1 sig inv 10k
rfb out inv 10k
d1 inv out 1n4148
d2 out inv 1n4148
rninv ninv 0 1

.control
  tran 3us 3s
  wrdata out.dat v(out)
.endc

.end

comandos

• ngspice dist2.cir
• python spicetowav.py out.dat distout.wav

1n4148.cir

.model 1n4148 D(IS=2.5n N=1.9 BV=100 RS=1)

TL072.mod

* TL072 OPERATIONAL AMPLIFIER "MACROMODEL" SUBCIRCUIT
* CREATED USING PARTS RELEASE 4.01 ON 06/16/89 AT 13:08
* (REV N/A)      SUPPLY VOLTAGE: +/-15V
* CONNECTIONS:   NON-INVERTING INPUT
*                | INVERTING INPUT
*                | | POSITIVE POWER SUPPLY
*                | | | NEGATIVE POWER SUPPLY
*                | | | | OUTPUT
*                | | | | |
.SUBCKT TL072    1 2 3 4 5
*
  C1   11 12 3.498E-12
  C2    6  7 15.00E-12
  DC    5 53 DX
  DE   54  5 DX
  DLP  90 91 DX
  DLN  92 90 DX
  DP    4  3 DX
  EGND 99  0 POLY(2) (3,0) (4,0) 0 .5 .5
  FB    7 99 POLY(5) VB VC VE VLP VLN 0 4.715E6 -5E6 5E6 5E6 -5E6
  GA    6  0 11 12 282.8E-6
  GCM   0  6 10 99 8.942E-9
  ISS   3 10 DC 195.0E-6
  HLIM 90  0 VLIM 1K
  J1   11  2 10 JX
  J2   12  1 10 JX
  R2    6  9 100.0E3
  RD1   4 11 3.536E3
  RD2   4 12 3.536E3
  RO1   8  5 150
  RO2   7 99 150
  RP    3  4 2.143E3
  RSS  10 99 1.026E6
  VB    9  0 DC 0
  VC    3 53 DC 2.200
  VE   54  4 DC 2.200
  VLIM  7  8 DC 0
  VLP  91  0 DC 25
  VLN   0 92 DC 25
.MODEL DX D(IS=800.0E-18)
.MODEL JX PJF(IS=15.00E-12 BETA=270.1E-6 VTO=-1)
.ENDS

Archivo de WAV de entrada, WAV de salida

Esta simulación consume el contenido de un archivo se llama clean.wav. Genera un archivo se llama out.wav.

Consulte en el manual de Ngspice

• 8.2.9 Filesource (PWL sourced from file)
• 8.1 Code Model Element
• 8.1.1 %v represents a single-ended voltage port
• 8.1.1 Square brackets ([ ]) are used to enclose vector input nodes.
• 13.5.78 General Form: Shell: Call the command interpreter
• 13.5.56 General Form: Pre_<command>: execute commands prior to parsing the circuit

Necesitas esos archivos en el mismo directorio con el archivo SPICE (wav_in.cir):

1. wavtospice.py
2. spicetowav.py
3. clean.wav

Archivo SPICE (wav_in.cir)

.title wave input

a1 %v([in]) filesrc

.model filesrc filesource (file="in.dat" amploffset=[0] amplscale=[100] timeoffset=0 timescale=1 timerelative=false amplstep=false)

.model 1n4148 D(IS=2.5n N=1.9 BV=100 RS=1)

r1 in out 1k
d1 out 0 1n4148
d2 0 out 1n4148

.control
  pre_shell python3 wavtospice.py clean.wav in.dat
  tran 0.02m 10
  wrdata out.dat v(out)
  shell python3 spicetowav.py out.dat out.wav
.endc

comandos

Nota: Pasar la opción -b hace que se ejecute y luego finalice. Consulte "12.3 Command line options for starting ngspice" en el manual

• ngspice -b wav_in.cir

Ahora podés escuchar out.wav.