книги / Моделирование аналоговых электронных схем

j=Io(EXP(bu)-l), где Io и b-коэффициенты,которые могут быть опре­ делены по экспериментально снятой характеристике диода. При этом ис­ пользуется одна точка на обратной ветви ВАХ диода с координатами i1,U1 и вторая точка на прямой ветви с координатами i2, U2. Коэффициенты на­ ходятся из решения системы il=Io(EXP(bul)-l), i2=lo(EXP(bu2)-l). Можно также принять 1оток насыщения при обратном включении диода и 27 С, b=q/KT, где к-постоянная Больцмана, q-заряд электрона, Т-абсолютная температура р-n перехода. Модель диода (рис.4.1) на входном языке моде­ лирования, принятом для системы PSPICE, запишется:

G1 уз1 уз2 VALUE={Io(EXP(bV(y3l,y32))-l)} RUT уз1 уз2 1MEG

СВ уз1 уз2 ЮР

В этой модели параметр резистора RUT принят равным 1MEG. При помощи этого элемента моделируется ток утечки диода. Параметр емкост­ ного элемента СВ принят 10 пФ. При помощи этого элемента моделирует­ ся емкость между анодом и катодом диода. Эти параметры могут прини­ мать и другие значения в зависимости от типа используемого диода. В конкретной анализируемой схеме величины уз1, уз2, lo, b принимают кон­ кретные численные значения. В качестве примера запишем задание на мо­ делирование переходного процесса в схеме рис.4.2,

diodpw

VI 1 и sin(0 1 5 0 0 0 0) LI 1 2 0.495

R 1 3 0100 С1 3 0 50U

G1 2 3 VALUE={1E-6*(EXP(25 V(2,3))-1)} RUT 2 3 1MEG

СВ 2 3 ЮР

.TRAN 0.00IS 0.04S

.PROBE V(3) V(0,1) V(2,3)

.END

В этом задании принято Io^O^A, b=25 1/B, RUT=OMEG, В-ЮпФ. Интегрирование выполняется на интервале 0...0.4 сек, шаг выдачи резуль­ татов 0.001 сек. Как следует из результатов анализа схемы рис.4.2 при на­ личии индуктивного элемента напряжение на диоде во время перехода от открытого состояния к закрытому содержит высокочастотные колебания. Так, при L=0.495 Гн период этих колебаний составляет 0.0006 сек. а ам­ плитуда напряжения на диоде почти в 1.4 раза больше амплитуды входно­

го напряжения. Наличие этих колебаний создает дополнительные трудно­ сти при анализе переходных процессов. При определенных значениях па­ раметров схемы, система не в состоянии выполнить анализ. Как правило, в таких случаях анализ схемы заканчивается досрочно с сообщением, что расчет закончен при превышении заданного числа итераций.

4.2.Моделирование схем, содержащих диодные мостовые схемы.

При моделировании диодных мостовых схем, каждый из диодов моста заменяется в соответствии с теоремой компенсации схемой, пока­ занной на рис.4.1. После этого диодная схема представляется макромоде­ лью. Для макромодели однофазной мостовой схемы примем имя МОСТ2,для трехфазной имя МОСТЗ. Запишем эти макромодели на вход­ ном языке моделирования PSP1CE. Для однофазной мостовой схемы:

.SUBCKT МОСТ2 Ы Ь2 Н1 Н2 [PAPAMS:IS=l.E-6Ъ=25] G1 HI В1 VALUE= {IS (EXP(b*V(H1 ,В1))-1)}

G2 B1 Н2 VALUE={lS (EXP(b V(Bl,H2))-l)}

G3 HI B2 VALUE={IS (EXP(b V(Hl,B2))-l)}

G4 B2 H2 VALUE={IS (EXP(b V(B2,H2))-l)} R1H1B11MEG

R2B1 H2 1MEG

R3 HI B2 1MEG

R4 В2 Н2 1MEG Cl HI В1 ЮР C2B1 H2 ЮР СЗ Н1 В2 ЮР С4 В2 Н2 ЮР

.ENDS МОСТ2

После имени макромодели следует перечисление узлов, входных В1

иВ2 и выходных Н1 и Н2. После этого указываются параметры модели 1S

иb и их численные значения. Затем идут четыре строчки с описанием управляемых источников тока, четыре строчки с описанием сопротивления утечки и четыре строчки с описанием емкостей, включенных параллельно источникам тока. Заканчивается описание макромодели строчкой. ENDS МОСТ2. Для вызова этой макромодели в тексте описания схемы должна быть строка XI MOCT2[PARAM:IS=l.E-6 Ь=25].

Для трехфазной мостовой диодной схемы описание макромодели имеет вид:

.SUBCKT M0CT3 bl Ь2 ЬЗ HI Н2 [PAPAMS:IS=l.E-6 b=25] G1 HI Bl VALUE={IS (EXP(b V(H131))-l)}

G2 Bl H2 VALUE={IS (EXP(b V(Bl,H2))-l)}

G3 HI B2 VALUE={IS(EXP(b-V(Hl,B2))-l)}

G4 B2 H2 VALUE={IS(EXP(bV(B2,H2))-l)}

G5 HI B3 VALUE={IS (EXP(b V(H133))-l)}

G6 B3 H2 VALUE={IS (EXP(b V(B3,H2))-l)} R1 HI Bl 1MEG

R2B1H2 1MEG

R3 HI B2 1MEG

R4B2H2 1MEG

R5 HI B3 1MEG

R6 B3 H2 1MEG Cl HI Bl 10P C2B1H2 10P C3 HI B2 10P C4B2H2 10P C5 HI B3 10P C6B3H2 10P

.ENDS MOCT3

Для иллюстрации использования этих макромоделей запишем зада­ ние на моделирование переходного процесса в схеме, приведенной на рис.4.3.

Схеме присвоено имя LAR1. LARI

VI 01 sin(0 250 50 0 00) V2 02 sin(0 250 50 0 0 120) V3 03 sin(0 250 50 0 0 240)

XI 1 2 3 4 5 MOCT3 [PARAMS:IS=1 .E-4 b=25] R 4 5 100

C 4 5 10U

.Subkt MOCT3 Bl B2 B3 HI H2 [PARAMS:IS=l.E-6 b=25] G1 HI Bl VALUE={IS-(EXP(b-V(Hl,B!))"!)}

G2 B l H2 VALUE={IS*(EXP(b V(B 1 ,H2))-1)}

G3 HI B2 VALUE={IS (EXP(b V(Hl,B2))-l)}

G4 B2 H2 VALUE={IS(EXP(bV(B232))-l)}

G5 HI B3 VALUE={IS-(EXP(b-V(Hl,B3))-l)}

G6 B3 H2 VALUE={IS(EXP(bV(B3,H2))-l)} R1 HI Bl 1MEG

R2B1 Н2 1MEG R3 HI B2 1MEG R4 B2 H2 1MEG R5 HI B3 1MEG R6 ВЗ H2 1MEG Cl HI B1 ЮР C2B1H2 10P C3 HI В2 ЮР С4 В2 Н2 ЮР С5 Н1 ВЗ ЮР С6 ВЗ Н2 ЮР

.ENDS МОСТЗ

.END

После имени задания в последующих трех строках записаны сину­ соидальные ЭДС с амплитудой 250 В и взаимным сдвигом фаз 120 граду­ сов. Затем записано подключение макромодели с именем МОСТЗ, которая подключается к узлам 1, 2, 3, 4, 5, в квадратных скобках указываются па­ раметры макромодели. В двух последующих строках описаны резистив­ ный и емкостной элементы схемы, которые подключаются к узлам 4 и 5. Затем включается в текст задания на моделирование схемы, описание трехфазной мостовой диодной схемы, которое было приведено ранее. За­ канчивается задание словом .END.

В аварийном режиме работы мостовой схемы при пробое одного из диодов в записанных макромоделях мостовых схем исключается строка q описанием соответствующего источника тока.

Рис. 4.1. Схема замещения силового диода.

1 2V 3

- /*ГЛ-»БЧ—f ---- j

e=lsm314tbf|Rl= =J=C1=50мкф X____________ f t 00 ом]

0

Рис. 4.2. Выпрямительная схема с одним диодом

0

Рис 4.3. Схема, для анализа переходных процессов, содержащая ди­ одные мостовые схемы. (Трехфазная выпрямительная схема.)

Библиографический список.

1. Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSP1CE для схемотехни­ ческого моделирования на ПЭВМ., вып.З.-Москва, Радио и связь. 1992. 109 с.

2.Banzhaf W.Computer aided circuit analysis using SPICE.-Prentice Hall,1989.

3.Воробьев Е.П., Сенкин K.B. Интегральные микросхемы производства

СССР и их зарубежные аналоги. Справочник, -М, Радио и связь, 1990.

4.Нефедов А.В., Гордеева В.И. Отечественные полупроводниковые при­ боры и их зарубежные аналогиям.-1995,"Ky6R-a".

5.Г1ерельман Е.Л., Петухов В.М. Новые транзисторы. Справочник. Солон, Микротех, Москва, 1994.

6.Петухов В.М. Полупроводниковые приборы. Транзисторы. -М., Рикел, Радио и связь, 1995.

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Описание приемов работы с системой PSPIC E .---------------------------		3
1.1 Структура файловой организации системы..........	- .............................	3
12. Главное меню системы..................................................	.........................4
1.3. Создание нового файла с заданием на моделирование......................		11
1.4. Загрузка файла.................. ..........	.......................12
1.5.Редактирование ошибок................................................	—.....................	13
1.б.Выполнение анализа.	.............................. 13
1.7.Завершение работы с системой...............................................................		14
2. Формирование задания на моделирование схемы...............	..................	14
2.1. Структура задания ча моделирование....... ..............	«..........................	14
2.2. Способы записи чисел в системе PSPICE.............................................		15
2.3. Описание имён элементов и компонентов...........................................		16
2.4. Описание параметров элементов и компонентов................................		16
2.5. Описание видов анализа и установок..............		...............17
2-б.Огображение результатов расчета...... ..........		21

2.7.Составление задания на моделирование линейной :;спи постоянного

тока........................................................................................................................

23

2.8.Составление задания для многовариантного Анализа цепи

постоянного тока.		....................		.....................23
2.9. Пример составления задания на выполнение частотного анализа. ..						24
2.10.Описание синусоидального и импульсного источников					ЭДС	и
тока	..........................................					25.
2.11. Пример составления задания для расчет переходного процесса.						...27
3.	Анализ	переходных	процессов в цепях	гранзисторамн и
операционными усилителями. ...............................................................					...........	28
3.1 .Включение		в задание на	моделирование макромоделей		типовых
компонентов............................................................................................				— ........		28

3.2.Пример составления задания на моделирование схемы с

операционным усилителем...............	—.— «..................................................	30
33.Пример составления задания на моделирование схем с биполярными
транзисторами________________ ________________ ____««.«.....		______ 32

33.2. Моделирование процессов в схеме мультивибратора._________ 33

3.4.Моделирование зависимых источников ЭДС и тока.________ __«35

3.4.1.Источник напряжения* управляемый напряжением (ИНУН).____35

3.4.2.Источник напряжения*управпяемый током (ИНУТ).-----------	-----35
3.43Источник тока* управляемый напряжением (ИТУН).___________35
3.4.4. Источник тока* управляемый током (ИТУТ)---------------------------	36

5.5. Макромодель малосигнальной линеаризованной схемы биполярного
транзистора.......................	36
3.5.1. Описание макоомодели подсхемы в тексте задания.......................	36
3.52. Вызов макромодели из библиотечного файла.................................	37
3.5.3. Описание макромодели линеаризованной П-схемы биполярного
транзистора...........................................................................................................	38
3.5.4. Пример описания задания на моделирование с ...............................	39
4. Моделирование переходных в цепях с силовыми диодами..............	40
4.3 .Модель полупроводникового силового диода......................................	40
4.2.Моделирование схем, содержащих диодные мостовые схемы..........	42
Библиографический список...........................................................................	45

Леонид Петрович Гаврилов Галина Ивановна Смирнова

МОДЕЛИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

Редактор А.В. Алешин Литературный редактор Л.В. Омельянович

Лицензия № 020456 от 4.03.92.

Подписано в печать 26.02.97. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл.печ.л.2,79. Усл.кр.-отт. 11,16. Уч.-изд.л. 3,0. Тираж 300 экз. С 106.

Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет).

117454 Москва, просп. Вернадского, 78