a) Магнитосвязанные линейные индуктивности. 2 страница

В окне задания параметров пользовательского источника в позиции EXPRESSION необходимо в этом случае указать какая именно зависимость будет использована в качестве источника (в примере это зависимость напряжения V(2) от времени — V(2) vs T), а в позиции FILE имя и путь сохраненного *.USR файла (Можно воспользоваться кнопкой BROWSE).

Отметим, что если во время сохранения кривой переходного процесса название сохраняемой зависимости поменять на LABEL vs T, то позицию EXPRESSION в окне задания параметров можно не заполнять.

Рис. 3.19. Окно задания параметров пользовательского источника

Отметим что задание и работу всех рассмотренных в разделе 3.3 независимых источников иллюстрируют примеры WAVEFORM SOURCES.CIR, MEANDR_EXP_RC.CIR, WAVEFORM_V.CIR из каталога COMPONENTS\SOURCES_ИСТОЧНИКИ.

3.4. Линейные и нелинейные зависимые источники

3.4.1. Зависимые источники линейные и полиномиальные (Dependent Sources)

Линейные зависимые источники

Формат схем:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут VALUE: <коэффициент передачи>

В программе МС7 имеется четыре линейных зависимых источника напряжения и тока:

VofV — источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН);

Vofl — источник напряжения, управляемый током (ИНУТ);

lofV — источник тока, управляемый напряжением (ИТУН).

lofl — источник тока, управляемый током (ИТУТ);

Все они задаются единственным параметром — коэффициентом передачи.

Полиномиальные зависимые источники

В программе МС7 имеется четыре полиномиальных зависимых источника напряжения и тока:

EVofV — источник напряжения, управляемый напряжениями;

HVofl — источник напряжения, управляемый токами;

GlofV — источник тока, управляемый напряжениями.

Flofl — источник тока, управляемый токами;

Формат схем МС7:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут VALUE:

[POLY(<k>)] n1p n1m [n2p n2m...nkp nkm] p0 [p1...pk] [IC=c1[,c2[,c3...[,ck]]]]

[POLY(<k)] v1 [v2...vk] p0 [p1...pk] [IC=c1[,c2[,c3...[,ck]]]]

При наличии ключевого слова POLY управляемый источник Y = Y(Х1, Х2,…, XN) описывается полиномиальной функцией (здесь показан случай для трех переменных):

Здесь , , — управляющие переменные. Они могут быть токами или разностью потенциалов; одновременное управление током и разностью потенциалов не допускается.

Если управляющие переменные — напряжения, то сразу после ключевого слова POLY, попарно указывается список узлов: <номер (или обозначение) положительного узла первого напряжения> <номер (или обозначение) отрицательного узла первого напряжения> ….

Если управляющие переменные — токи, то после ключевого слова POLY указывается список источников ЭДС, через которые протекают управляющие токи. Если таковых в схеме нет, то необходимо ввести в соответствующие ветви нулевые источники ЭДС.

Все коэффициенты полинома вводить не обязательно, но вводить их необходимо подряд без пропусков.

Примеры задания и анализа зависимых линейных и полиномиальных источников приведены в схемных файлах DEPENDENT SOURCES, DEPENDENT SOURCES_POLY из каталога COMPONENTS\SOURCES_ИСТОЧНИКИ.

3.4.2. Линейные управляемые источники, задаваемые преобразованиями Лапласа (Laplace Sources) и Z-преобразованиями (Z Transform Sources)

Линейные четырехполюсники могут задаваться передаточными функциями с помощью управляемых источников. Имена таких источников начинаются с символа L (Laplace Sources) или Z (Z Transform Sources). Передаточные функции задаются с помощью формул — тогда после символа L указывается F — или табличной зависимостью — добавляется символ Т (для Laplace Sources). Например, LFVofV означает задаваемый формулой передаточной функции источник напряжения, управляемый напряжением. Эти источники используются не только при расчете частотных характеристик, но и проведении всех остальных видов анализа.

Laplace Sources

Формат схем МС7:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут LAPLACE для источников LFIofl, LFIofV, LFVofV, LFVofl: <выражение>

Атрибут FREQ для источников LTIofl, LTIofV, LTVofV, LTVofl:

<<частота>,<модуль>,<фаза>>*

Атрибут KEYWORD: [[DB | MAG] [DEG | RAD]] | [R_l]

Входящие в эти определения ключевые слова означают следующее:

DB — модуль передаточной функции задается в децибелах (по умолчанию);

MAG — модуль передаточной функции задается в абсолютных единицах;

DEG — фаза передаточной функции в градусах (по умолчанию);

RAD — фаза передаточной функции в радианах;

R_I — таблица содержит действительные и мнимые части передаточной функции.

Для источников типа LFIofV, LFIofl, LFVofV и LFVofl в качестве параметра задается формула передаточной функции комплексной переменной S. Например:

1/(1+.001*S+1E-8*S*S)

При расчете частотных характеристик (режим АС) переменная S заменяется на 2×p×j×F. При расчете режима по постоянному току (режим DC) полагается S=0. При расчете переходных процессов (режим Transient analysis) отыскивается импульсная переходная характеристика четырехполюсника путем обратного преобразования Фурье его передаточной функции, затем путем свертки импульсной характеристики с входным сигналом отыскивается выходное колебание.

Для источников типа LTIofV, LTIofl, LTVofV и LTVofl задается таблица передаточной функции. Частота задается в герцах, модуль передаточной функции в децибелах или абсолютных единицах, фаза в градусах или радианах. При указании ключевого слова R_I вместо модуля и фазы передаточной функции задаются значения ее действительной и мнимой части. Значения передаточной функции указываются в порядке возрастания частоты. Для расчета передаточной функции между опорными точками применяется линейная интерполяция в логарифмическом масштабе. Значения передаточной функции вне заданного диапазона частот полагаются равными их значениям в крайних точках.

Примеры использования лапласовых зависимых источников см. в схемных файлах: LAPLACE SOURCE_01, LAPLACE SOURCE_05 из каталога COMPONENTS\SOURCES_ИСТОЧНИКИ.

Z Transform Sources

Формат схем МС7:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут ZEXP: <выражение для z-прео6разования>

Атрибут CLOCK FREQUENCY: <частота дискретизации для z-преобразования>

Рис. 3.20. Задание источника Z-TRANSFORM

Например, цифровой фильтр с передаточной функцией

задается с помощью управляемого источника Е1. При схемном вводе атрибуту ZEXP присваивается значение в виде переменной ZFILTER, которая в свою очередь определяется с помощью директивы .DEFINE:

.DEFINE ZFILTER .10285*(Z+1)*(Z* Z-.070621*Z+1)/((Z-.55889)*(Z* Z-1.1579*Z+.76494))

Частота дискретизации 24 кГц задается с помощью атрибута CLOCK FREQUENCY=24k.

Примеры моделирования цифровых фильтров приведены в схемных файлах Z-TRANSFORM SOURCE_01… Z-TRANSFORM SOURCE_04 из каталога COMPONENTS\SOURCES_ИСТОЧНИКИ.

3.4.3. Функциональные источники сигналов (Function Sources)

Управляемые источники Function sources, имена которых начинаются с N, задаются функциональными зависимостями во временной области.

Формат схем МС7:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут VALUE для источников NFV и NFI: <формула>

Атрибут TABLE для источников NTIofl, NTIofV, NTVofV, NTVofl: (<x2>,<y2>) ... (<xk>,<yk>)

Нелинейные зависимые источники напряжения NFV и тока NFI описываются произвольной функциональной зависимостью от напряжений и токов схемы, например:

10*Sin(2*PI*1E6*T)*V(3)*l(L1)*EXP(-V(IN)/100ns)

K*POW((V(Plate)-V(Cathode)+Mu*(V(Grid) – V(Cathode))),1.5)

Зависимые источники NTVofl, NTIofl, NTIofV и NTVofV задаются таблицей зависимостей значений выходного сигнала Yk от значений входного сигнала Xk. Значения отсчетов выходного сигнала Y указываются в порядке возрастания аргумента X. Для расчета выходного сигнала между опорными точками применяется линейная интерполяция. Значения сигнала Y вне заданного диапазона изменения аргумента полагаются равными их значениям в крайних точках.

Приведем пример: (-.01,-10) (.01,10)

Для источника NTVofl выходной сигнал — ЭДС источника, аргумент — ток входной ветви. Для источника NTIofl выходной сигнал — ток источника, аргумент — ток входной ветви. Для источника NTIofV выходной сигнал — ток источника, аргумент — напряжения на входных зажимах. Для источника NTVofV выходной сигнал — ЭДС источника, аргумент — напряжение на входных зажимах.

Примеры определения и использования функциональных источников приведены в схемных файлах FUNCTION SOURCE_01…FUNCTION SOURCE_03, FUNCTION (TABLE) SOURCE из каталога COMPONENTS\SOURCES_ИСТОЧНИКИ.

3.5. Смесь (Miscellaneous)

В раздел Miscellaneous (Смесь) помещены ключи, стрелки и контакты.

3.5.1. Ключ (Switch)

Формат схем МС7:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут VALUE: <[V | Т | I] <n1, n2>[,Ron>[,<Roff>]]

При расчете переходных процессов используются ключи, управляемые разностью потенциалов, током (через индуктивность) и коммутируемые в определенные моменты времени. Это наиболее старый вид ключей, применяемых в ранних версиях программы МС. В последней версии используются также ключи типа S и W (см. ниже), имеющие более плавный переход между состояниями "включено" и "выключено". В ключах SWITCH приняты обозначения:

V — управление разностью потенциалов;

I — управление током;

Т — переключение в определенные моменты времени;

n1, n2— значения управляющей величины, при которых происходят переключения;

Ron, Roff — сопротивления ключа в замкнутом и разомкнутом состояниях.

Если n1<n2, то ключ замкнут (находится в состоянии ON) при управляющем сигнале n1<Х<n2 и разомкнут (находится в состоянии OFF), когда Х<n1 или Х>n2.

Если же n1>n2, то ключ разомкнут (OFF) при управляющем сигнале n1>Х>n2 и замкнут (OFF), когда Х>n1 или Х<n2.

Для ключей типа V управляющий сигнал X представляет собой разность потенциалов между управляющими выводами ключа.

Для ключей типа I управляющий сигнал X представляет собой ток через индуктивность, включенную между управляющими выводами ключа.

Для ключей типа Т управляющий сигнал X представляет время, при этом управляющие выводы ключа должны быть заземлены.

При выполнении расчетов частотных характеристик или режима по постоянному току ключ заменяется постоянным сопротивлением.

Приведем примеры спецификации ключей: V,2,3 l,2ma,3ma,0.01,1MEG Т, 5us, 6us.

Примеры всех указанных видов ключей Switch и графики переходных процессов с их участием в схемном файле SWITCH_01 из каталога COMPONENTS\MISC.

3.5.2. Ключ, управляемый напряжением (S)

Формат схем МС:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут MODEL: <имя модели>

Параметры ключа задаются по директиве

.MODEL <имя модели> VSWITCH (VON=<значение> VOFF=<значение> RON=<значение> ROFF=<значение>)

Параметры модели ключа, управляемого напряжением, приведены в табл. 3.13.

Если VON>VOFF, то ключ замкнут при управляющем напряжении Vynp>VON и разомкнут при Vyпp<VOFF. На интервале VOFF<Vynp <VON сопротивление ключа плавно изменяется от значения ROFF до RON.

Если VON<VOFF, то ключ замкнут при Vyпp <VON и разомкнут при Vупр>VOFF.

Таблица 3. 13. Параметры модели ключа

3.5.3. Ключ, управляемый током (W)

Формат схем МС:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут REF: <имя источника тока, управляющего ключом>

Атрибут MODEL: <имя модели>

Параметры ключа задаются по директиве

.MODEL <имя модели> ISWITCH (ON=<значение> IOFF=<значение> RON=<значение> ROFF=<значение>)

Смысл этих параметров такой же, как для ключа, управляемого напряжением, только параметр ION по умолчанию равен 1 мА.

Примеры моделирования ключей, управляемых напряжением (S) и током (W) приведены в схемном файле SWITCH_02 из каталога COMPONENTS\MISC.

3.5.4. Устройство выборки-хранения Sample and Hold

Атрибут PART: <имя>

Атрибут INPUT EXPRESSION: <функция>

Атрибут SAMPLE EXPRESSION: [<логическое выражение>]

Атрибут PERIOD: <значение>

Устройство выборки хранения представляет собой аналоговое запоминающее устройство, которое запоминает аналоговый сигнал в заданные моменты времени и хранит это значение в течение определенного времени, равного периоду дискретизации.

В поле атрибута INPUT EXPRESSION вносится функция напряжений, токов и (возможно) времени, которая будет обрабатываться устройством выборки-хранения.

В поле атрибута SAMPLE EXPRESSION вносится логическое выражение, при выполнении которого (истинности значения), устройство осуществляет отслеживание входной функции (повторяет во времени функцию, заданную в поле INPUT EXPRESSION). При невыполнении этого логического выражения, на выходе устройства — значение, запомненное в момент времени перехода логического выражения из истинного в ложное состояние. Таким образом, при задании поля SAMPLE EXPRESSION момент перехода логического выражения из ложного в истинное — это поступление команды на выборку (слежение) за входной функцией; а момент перехода из истинного в ложное — это поступление команды на хранение. В этом случае значение, указанное в поле PERIOD игнорируется.

В поле атрибута PERIOD указывается интервал времени, через который будут производиться выборки сигнала. На это же время происходит и запоминание выборки. Значение этого атрибута принимается во внимание при анализе, если поле атрибута SAMPLE EXPRESSION не заполнено. Примеры работы устройства выборки-хранения см. в схемных файлах SAMPLE AND HOLD_01… SAMPLE AND HOLD_04 из каталога COMPONENTS\MISC.

3.5.5. Стрелки (Arrow) и контакты (Bubble)

Если в графе Definition редактора компонентов Component Editor (разд. 2.3) выбран тип Blank (пустой), то компонент такого типа не имеет электрических свойств, не участвует в моделировании и предназначен лишь для нанесения на схему дополнительной информации. К таким компонентам относится Arrow — стрелка, указывающая, в частности, направление тока, и Bubble — контакт, помеченный текстовой меткой.

3.6. Активные компоненты (Active components)

В программе МС7 используются в большинстве случаев (за исключением модели нелинейного магнитного сердечника) те же математические модели полупроводниковых приборов, что и программа PSpice [4]. При необходимости полную информацию по моделям активных приборов (включая и формулы по которым производится расчет при моделировании), можно взять из [4] (на русском языке) и из [6] (на английском языке, есть файл в формате pdf). Появился также фрагмент перевода на русский [6], касающийся моделей активных приборов.

3.6.1. Биполярный транзистор (Bipolar transistor — BJT)

n-p-n p-n-p

Атрибут PART: <имя>

Атрибут VALUE: [Area] [OFF] [IC=<Vbe>[,Vce]]

Атрибут MODEL: [имя модели]

Модели биполярных транзисторов задаются в виде

.MODEL <имя модели> NPN [(параметры модели)]

.MODEL <имя модели> PNP [(параметры модели)]

Параметр Area задает коэффициент кратности для учета подключения нескольких параллельных транзисторов (параметры модели транзистора умножаются или делятся на эту величину). Параметр IC (Initial Conditions) задает начальное напряжение база-эмиттер Vbe и коллектор-эмиттер Vсе при расчете переходных процессов, если на панели Transient Analysis Limits выключена опция Operating Point. Включение ключевого слова OFF исключает транзистор из схемы при проведении первой итерации расчета режима по постоянному току.

В программе МС7 используется схема замещения биполярного транзистора в виде модели Гуммеля-Пуна, которая автоматически упрощается до более простой модели Эберса-Молла, если опустить некоторые параметры. Список параметров полной математической модели биполярного транзистора приведен в табл. 3.14.

Таблица 3.14. Параметры модели биполярного транзистора

Имя параметра	Параметр	Значение по умолчанию	Единица измерения
IS	Ток насыщения при температуре 27°С	1E-16	А
BF	Максимальный коэффициент усиления тока в нормальном режиме в схеме с ОЭ (без учета токов утечки)
BR	Максимальный коэффициент усиления тока в инверсном режиме в схеме с ОЭ
NF	Коэффициент эмиссии (неидеальности) для нормального режима
NR	Коэффициент эмиссии (неидеальности) для инверсного режима
ISE*	Ток насыщения утечки перехода база-эмиттер		А
ISC*	Ток насыщения утечки перехода база-коллектор		А
ISS	Ток насыщения p-n перехода подложки		А
NS	Коэффициент эмиссии тока p-n-перехода подложки
IKF*	Ток начала спада зависимости BF oт тока коллектора в нормальном режиме	¥	А
IKR*	Ток начала спада зависимости BR от тока эмиттера в инверсном режиме	¥	А
NE*	Коэффициент эмиссии тока утечки эмиттерного перехода	1,5
NC*	Коэффициент эмиссии тока утечки коллекторного перехода
NK	Коэффициент перегиба при больших токах	0.5
VAF	Напряжение Эрли в нормальном режиме	¥	В
VAR*	Напряжение Эрли в инверсном режиме	¥	В
RC	Объемное сопротивление коллектора		Ом
RE	Объемное сопротивление эмиттера		Ом
RB	Объемное сопротивление базы (максимальное) при нулевом смещении перехода база-эмиттер		Ом
RBM*	Минимальное сопротивление базы при больших токах	RB	Ом
IRB*	Ток базы, при котором сопротивление базы уменьшается на 50% полного перепада между RB и RBM	¥	А
TF	Время переноса заряда через базу в нормальном режиме		с
TR	Время переноса заряда через базу в инверсном режиме		с
XTF	Коэффициент, определяющий зависимость TF от смещения база-коллектор
VTF	Напряжение, характеризующее зависимость TF от смещения база-коллектор	¥	В
ITF	Ток, характеризующий зависимость ТF от тока коллектора при больших токах		А
PTF	Дополнительный фазовый сдвиг на граничной частоте транзистора		град.
CJE	Емкость эмитгерного перехода при нулевом смещении		пФ
VJE (РЕ)	Контактная разность потенциалов перехода база-эмиттер	0,75	В
MJE (ME)	Коэффициент, учитывающий плавность эмиттерного перехода	0,33
CJC	Емкость коллекторного перехода при нулевом смещении		Ф
VJC (PC)	Контактная разность потенциалов перехода база-коллектор	0,75	В
MJC(MC)	Коэффициент, учитывающий плавность коллекторного перехода	0,33
CJS (CCS)	Емкость перехода коллектор-подложка при нулевом смещении		Ф
VJS (PS)	Контактная разность потенциалов перехода коллектор-подложка	0,75	В
MJS (MS)	Коэффициент, учитывающий плавность перехода коллектор-подложка
XCJC	Коэффициент расщепления барьерной емкости база-коллектор по отношению к внутренней базе		~
FC	Коэффициент нелинейности барьерных емкостей прямосмещенных переходов	0,5
EG	Ширина запрещенной зоны	1,11	эВ
XTB	Температурный коэффициент BF и ВR		—
XTI(PT)	Температурный экспоненциальный коэффициент для тока IS		—
TRE1	Линейный температурный коэффициент RE		°C-1
TRE2	Квадратичный температурный коэффициент RЕ		°C-2
TRB1	Линейный температурный коэффициент RВ		°C-1
TRB2	Квадратичный температурный коэффициент RB		°C-2
TRM1	Линейный температурный коэффициент RВМ		°C-1
TRM2	Квадратичный температурный коэффициент RВМ		°C-2
TRC1	Линейный температурный коэффициент RС		°C-1
TRC2	Квадратичный температурный коэффициент RС		°C-2
KF	Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкер-шума
AF	Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкер-шума от тока через переход
T_MEASURED	Температура измерений	—	°С
T_ABS	Абсолютная температура	—	°С
T_REL_GLOBAL	Относительная температура	—	°C
T_REL_LOCAL	Разность между температурой транзистора и модели-прототипа		°C
* Для модели Гуммеля-Пуна.

Рис. 3.21. Модель биполярного транзистора

3.6.2. Арсенид-галлиевый полевой транзистор (GaAsFET)

Формат схем МС7:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут VALUE: [Area] [OFF] [IC=<Vds>[,Vgs]]

Атрибут MODEL: [имя модели]

Параметр Area задает коэффициент кратности для учета подключения нескольких параллельных транзисторов (параметры модели транзистора умножаются или делятся на эту величину). Параметр IC (Initial Conditions) задает начальное напряжение сток-исток Vds и затвор-сток Vgs при расчете переходных процессов, если на панели Transient Analysis Limits выключена опция Operating Point. Включение ключевого слова OFF исключает транзистор из схемы при проведении первой итерации расчета режима по постоянному току.

Модель арсенид-галлиевого полевого транзистора задается в виде:

.MODEL <имя модели>GASFET [(параметры модели)]

Арсенид-галлиевые полевые транзисторы (GaAsFET) являются приборами с каналом n-типа и имеют три модели, предложенные Куртисом (Curtice), Рэйтеоном (Raytheon) и TriQuint модель. Модель Куртиса дает удовлетворительные результаты лишь при расчете статического режима. Остальные модели отражают и динамические характеристики арсенид-галлиевого транзистора. Параметры трех математических моделей приведены в табл. 3.15.

Таблица 3.15. Параметры модели арсенид-галлиевого транзистора