a) Магнитосвязанные линейные индуктивности. 3 страница

Рис. 3.22. Модель арсенидгаллиевого полевого транзистора

3.6.3.

n-ch p-ch

Формат схем МС:

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 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 полевого транзистора задается в виде:

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

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

Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом описываются моделью Шихмана-Ходжеса, параметры которой приведены в табл. 4.11.

Таблица 3.16. Параметры модели полевого транзистора

Рис. 3.23. Модель полевого транзистора с управляющим p-n переходом

3.6.4.

n-ch p-ch

Формат схем МС:

Атрибут PART: <имя>

Атрибут VALUE:

[L=<значение>] [W=<значение>] [АD=<значение>]

[АS=<значение>]

+ [РD=<значение>] [РS=<значение>] [NRD=<значение>] [NRS=<значение>]

+ [NRG=<значение>] [NRВ=<значение>] [OFF] [IC=< Vds>[, Vgs[, Vbs]]]

Атрибут MODEL: [имя модели]

Параметр IC задает начальное напряжение сток-исток Vds, затвор-сток Vgs и затвор-подложка Vbs 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. Необязательные параметры приведены в табл. 4.9. Параметры L и W могут быть заданы при описании модели МОП-транзистора по директиве .MODEL; кроме того, параметры L, W, AD и AS по умолчанию принимают значения, присваиваемые в диалоговом окне Global Settings (см. п. 1.4.2. с. 22).

Таблица 3.17. Физико-топологические параметры МОП-транзистора

Модели МОП-транзисторов задаются в виде:

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

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

В программе МС7 МОП-транзисторы описываются тремя разными системами уравнений, выбор которых определяется параметром LEVEL, принимающим значения 1, 2 и 3. Модель первого уровня (LEVEL=1) используется в тех случаях, когда не предъявляются высокие требования к точности моделирования вольт-амперных характеристик транзистора, в частности, при моделировании МОП-транзисторов с коротким или узким каналом. Модели второго (LEVEL=2) и третьего (LEVEL=3) уровней учитывают более тонкие физические эффекты. Параметры трех математических моделей приведены в табл. 3.18.

Таблица 3.18. Параметры модели МОП-транзистора

Рис. 3.24. Модель полевого транзистора с изолированным затвором (МОП-транзистора).

3.6.5. Операционный усилитель (ОРАМР)

Формат схем МС:

Атрибут PART: <имя> Атрибут MODEL: [имя модели]

В программе МС7 имеются модели операционных усилителей трех типов:

LEVEL 1 — простейшая линейная модель, представляющая собой источник тока, управляемый напряжением. ОУ имеет конечное выходное и бесконечное входное сопротивление (тем не менее выводы питания ОУ нужно подключить к схеме, так как в модели они подсоединены к «земле» через сопротивления 1 Ом), рис. 3.25, а;

LEVEL 2 — более сложная линейная модель, состоящая из трех каскадов и имитирующая два полюса передаточной функции ОУ, ограничение скорости нарастания выходного напряжения, конечный коэффициент усиления и конечное выходное сопротивление, рис. 3.25, б;

LEVEL 3 — нелинейная модель, аналогичная той, что применяется в программе PSpice. В ней учитываются ограничения на скорость нарастания выходного напряжения, значения выходного сопротивления на постоянном и переменном токе, ток и напряжение смещения, запас по фазе на частоте единичного усиления, площадь усиления, коэффициент подавления синфазного сигнала, реальные значения диапазона выходного напряжения и тока, рис. 3.25, в, г. Возможен выбор типа входного дифференциального каскада (на биполярных или полевых транзисторах).

Все они имеют одинаковую графику символов. В отличие от программы PSpice, в которой модель ОУ описывается только как макромодель, в программе МС7 также используются и встроенные модели ОУ (LEVEL =1, 2, 3), что упрощает работу с ними и повышает скорость моделирования. Модель ОУ задается по директиве:

.MODEL <имя модели> ОРА ([список параметров])

Перечень параметров модели ОУ приведен в табл. 3.19.

а)

б)

в)

г)

Рис. 3.25. Модели операционного усилителя первого (а), второго (б) и третьего (в) уровней LEVEL

Таблица 3.19. Параметры моделей операционных усилителей

4. Выполнение моделирования

После того как нарисована принципиальная схема переходят к расчету характеристик, выбирая в меню Analysis один из видов анализа:

Transient (Alt+1) — расчет переходных процессов;

AC (Alt+2) — расчет частотных характеристик;

DC (Alt+3) — расчет передаточных функций по постоянному току (при вариации постоянной составляющей одного или двух источников сигналов, вариации температуры или параметров моделей компонентов);

Dynamic DC (Alt+4) — расчет режима по постоянному току и динамическое отображение на схеме узловых потенциалов, токов ветвей и рассеиваемой мощности;

Transfer Function (Alt+5) — расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току;

Sensitivity (Alt+6) — расчет чувствительностей режима по постоянному току.

4.1. Расчет передаточных функций по постоянному току (DC —Alt+3)

В режиме DC рассчитываются передаточные характеристики по постоянному току. Ко входам цепи подключаются один или два независимых источника постоянного напряжения или тока. В качестве выходного сигнала может рассматриваться разность узловых потенциалов или ток через ветвь, в которую включен резистор. При расчете режима DC программа закорачивает индуктивности, исключает из схемы конденсаторы и затем рассчитывает режим по постоянному току при нескольких значениях входных сигналов. Например, при подключении одного источника постоянного напряжения может рассчитываться передаточная функция усилителя, а при подключении двух источников — семейство статических выходных характеристик транзистора. Как правило, режим анализа DC и используется в основном для этих двух целей: построения вольтамперных характеристик полупроводниковых и электронных приборов (см. каталог схем ANALYSIS\DC\ВАХи_Приборов) и снятия передаточных характеристик усилителей постоянного тока не содержащих реактивных компонентов (см. схемы DIFFAMP, MOSDIFF, UA741, UA709, RCA3040из каталога Analysis\DC)

После перехода в режим DC программа МС7 проверяет правильность схемы. При отсутствии ошибок программа составляет топологическое описание схемы, выполняет подготовку к численному расчету нелинейных уравнений итерационным методом Ньютона-Рафсона и открывает окно задания параметров моделирования DC Analysis Limits.

4.1.1. Задание параметров моделирования DC Analysis Limits

В окне задания параметров расчета передаточных характеристик по постоянному току, показанном на рис. 4.1, имеются следующие разделы.

К о м а н д ы:

Run — начало моделирование. Щелчок на пиктограмме в строке инструментов или нажатие F2 также начинает моделирование. Моделирование может быть остановлено в любой момент времени нажатием на пиктограмму или клавишу Esc. Последовательные нажатия на пиктограмму прерывают и затем продолжают моделирование;

Add — добавление еще одной строки спецификации вывода результатов после строки, отмеченной курсором. На этой строке устанавливается способ отображения результатов и аналитические выражения для построения графиков. При наличии большого количества строк, не умещающихся на экране, появляется линейка прокрутки;

Delete — удаление строки спецификации вывода результатов, отмеченной курсором;

Expand — открытие дополнительного окна для ввода текста большого размера при расположении курсора в одной из граф, содержащих выражения, например Y Expression;

Stepping — открытие диалогового окна задания вариации параметров;

Properties — открытие диалогового окна задания параметров вывода результатов моделирования (окон графиков, текстовых надписей, толщины и цвета линий и др.);

Help— вызов раздела DC Analysis системы помощи.

Рис. 4.1. Задание параметров расчета в режиме DC

Ч и с л о в ы е п а р а м е т р ы:

Variable 1 — задание первой варьируемой переменной.

В графе Method выбирается метод варьирования переменной (Auto — выбираемый автоматически; Linear — линейный, задаваемый в графе Range по формату Final[,lnitial[,Step]], если опустить параметр Step (шаг), то шаг будет принят равным (Final— lnitial)/50, если опустить параметр Initial, то начальное значение будет положено равным нулю, если изменяется только один источник, то можно оставить строку пустой; Log — логарифмический; List — в виде списка значений, разделяемых запятыми).

В графе Name из списка, открываемого нажатием на кнопку , выбирается имя варьируемой переменой — величины источника постоянного напряжения или тока, температуры или имени одного из компонентов, имеющих математические модели; при выборе в графе Name имени такого компонента в расположенном справа окне выбирается варьируемый параметр его математической модели.

Variable 2 — задание второй варьируемой переменной. Если она отсутствует, то в графе Method выбирается None.

Number of Points — количество точек, выводимых в таблицы, т. е. количество строк в таблице вывода результатов, минимальное значение равно 5. При выводе в таблицы применяется линейная интерполяция.

Temperature — диапазон изменения температуры в градусах Цельсия; при выборе параметра Linear имеет формат High[,Low[,Step]]; если параметр Step (шаг) опущен, то выполняется анализ при двух значениях температуры Low (минимальной) и High (максимальной), если опущены оба параметра Low и Step, то расчет проводится при единственной температуре, равной High, при выборе параметра List указывается список температур, разделяемых запятыми. При изменении температуры изменяются параметры компонентов, имеющие ненулевые температурные коэффициенты ТС, а также ряд параметров полупроводниковых приборов. Значение установленной здесь температуры может использоваться в различных выражениях, она обозначается как переменная TEMP.

Maximum change, % — максимально допустимое приращение графика первой функции на одном шаге (в процентах от полной шкалы). Если график функции изменяется быстрее, то шаг приращения первой переменной автоматически уменьшается.

О п ц и и:

Run Options — управление выдачей результатов расчетов: