|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל מודלים של PSPICE לתוכניות סימולציה. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מיקרו-בקרים המחשבים הופכים זולים יותר במהירות, ומהירות החישובים שלהם עולה. הופיעו תוכניות מצוינות המאפשרות לחובבי רדיו לדמות ולצפות על מסך הצג תהליכים במכשירים אמיתיים, שעבודה ישירה איתם תצריך מכשירי מדידה יקרים מאוד. זה חשוב במיוחד למתחילים, שככלל יש להם רק מולטימטר, ולעתים רחוקות יותר, אוסילוסקופ פשוט. התוכניות הפופולריות ביותר בקרב חובבי רדיו הן MicroCap 5, Electronic Workbench, PSpice (PSpice היא חלק מחבילות Design Center, DesignLab, OrCad-9). תמיד ניתן למצוא אותם על גבי דיסקי לייזר המוצעים על ידי שווקי הרדיו. מה שלא מספיק בדיסקים האלה הם דגמים של רכיבים רדיו-אלקטרוניים מקומיים ומיובאים לתוכניות כאלה. וזהו עושר לא מבוטל, במיוחד אם הדגמים מוכנים על ידי אנשי מקצוע ונבדקים. מבחינה היסטורית, תוכנית PSpice הייתה הראשונה שהופיעה - שפותחה על ידי MicroSim Corporation בתחילת שנות ה-70. מאז היא התפתחה בצורה אינטנסיבית ובשל פשטות שפת הקלט ואמינות האלגוריתמים שבהם נעשה שימוש, הפכה למעין סטנדרט למערכות כאלה. לכן, תוכניות אחרות משתמשות בשפת הקלט PSpice. PSpice מודלים של רכיבים או מכילים את הליבה של תוכנית זו. בעיקרו של דבר, רבים מהם הם קליפות נוחות המאפשרות לך לכתוב משימה בשפה טבעית לחובבי רדיו - שפת המעגלים החשמליים. זה מאוד נוח, מכיוון ששפת הקלט ה"מקורית" של תוכנית PSpice היא קובץ טקסט בקודי ASCII, הדורש כמות גדולה של עבודה ידנית, שהיא מאוד אינטנסיבית ומלווה לרוב בשגיאות. עם זאת, יש תחום שבו שפת הקלט PSpice היא הכרחית. דגמי רכיבים טובים ומהירים עבור תוכניות אלה כתובים בשפת PSpice. במדינות מפותחות, חברות לייצור מעגלים משולבים חייבות לפתח ולפרסם דגמי PSpice של המכשירים שלהן, אחרת לא ייעשה בהם שימוש. עדיין אין מסורות כאלה ברוסיה. לכן, ספריות קיימות של דגמי PSpice בוודאי לא יספקו את חובבי הרדיו, וכיוון אפשרי ליצירתיות רדיו חובבנית יכול להיות יצירת דגמי רכיבים משלהם. הבה נראה בדוגמאות פשוטות שזה די פשוט. כדי שהכל יהיה ברור יותר, בואו נעסוק בטרמינולוגיה של PSpice.
ברור שכדי ליצור רכיב המבוסס על מודל מובנה או מודל מאקרו סטנדרטי, צריך להגדיר את הפרמטרים שלהם. לשם כך, ישנן תוכניות מיוחדות המאפשרות לך להפיק את המודל שלו, בהתבסס על פרמטרי הדרכון עבור רכיב מסוים. העבודה שגרתית מאוד, דורשת נתוני התייחסות מפורטים עבור הרכיבים. ספרי עיון שפורסמו על אלמנטים רדיו, ככלל, אינם מכילים מידע מלא. אז אתה צריך לבצע כמה מדידות עצמאיות או להתייעץ עם יצרנים של אלמנטים רדיו. תהליך זה מתואר בפירוט ב-[1-3]. למרבה הצער, בגרסאות DEMO תוכניות כאלה עובדות עם הגבלות, ומאפשרות לך ליצור רק דגמי דיודה. אבל יש מוצא. יש מספר עצום של דגמים כאלה בספריות הכלולות בערכת ההפצה, ולא קשה לבחור אנלוגי לאלמנטים ביתיים, להקצות לו שם חדש ולערוך אותו בהתאם. אתה יכול לעבוד עם ספריות, לערוך ולהעתיק מודלים באמצעות כל עורך טקסט. בנוסף, עבור חובבי רדיו הדוברים שפות תכנות, כמו BASIC, זו לא תהיה בעיה גדולה לכתוב תוכנית משלהם לחישוב הפרמטרים של דגמי PSPICE באמצעות פרמטרי הדרכון. את הקשרים בין מאפייני הדרכון ופרמטרי הדגם ניתן למצוא ב-[1-3]. המחבר מתכנן ליצור כלי עזר כזה, המותאם לספרי עיון ביתי. סביר למדי להגדיר את המשימה של כתיבת תוכניות גנרטורים למקרומולדי PSPICE כאלה, אשר יצירתם אינה ניתנת בתוכניות סטנדרטיות. משימה מעניינת נוספת עבור חובבי רדיו תהיה יצירת קובץ מצורף מדידה אוטומטי למחשב, שייצור פרמטרים של מודלים של PSpice או מקרומודלים מדגימות בקרה, ואפילו עם אפשרות לעיבוד סטטיסטי. לחובבי רדיו יש ניסיון ביצירת קבצי מדידה המתחברים למחשבים אישיים. נגדים, קבלים, משרנים, דיודות, טרנזיסטורים, מעגלים מגנטיים, קווי תקשורת, מקורות מתח וזרם, סט בסיסי של אלמנטים דיגיטליים וכמה אלמנטים אידיאלים כוללים מודלים מובנים. אבל מה לעשות אם אין דגם מוכן של רכיב. אז אתה צריך להיות מסוגל לפתח מודלים מאקרו משלך. וכאן האפשרויות של PSpice הן באמת אינסופיות. אבני הבניין של מודלים מאקרו הם מודלים משובצים. בשל מגבלות המאמר בכתב העת, נדבר רק על אלה. אשר ישמש בדוגמאות. ראשית, קצת על התכונות של תוכניות בשפת PSpice.
השורות הנותרות מתייחסות לתיאור הטופולוגיה והרכיבים. להערות יש תפקיד תומך. הנחיות שולטות בהתקדמות התהליך החישובי, גישה למודלים ומקרומודלים ותפוקת תוצאות הדמיה. קווי תיאור טופולוגיה מגדירים רשמית את המעגל החשמלי של המכשיר, ומציינים את הצמתים לחיבור פיני הרכיבים והדגמים שלהם מודלים וגרפיקה של PSPICE על מנת להשתמש במודל Pspice שנוצר בתוכנות בעלות מעטפת גרפית מפותחת, למשל, MicroCap 5 או DesignLab, יש צורך, תוך שימוש ביכולות השירות של חבילות אלו, לכלול אותו בספריות ה-PSPice הקיימות וליצור גרפיקה מתאימה. סמל, רצוי בהתאם ל- GOST. המשך העבודה עם הרכיב החדש לא יהיה שונה מהקיים. יצירת רכיבים אנלוגיים עם מודל מובנה הפרמטרים של רכיבים אנלוגיים עם מודל מובנה מצוינים בשתי דרכים: ישירות על משפט המתאר את מיקומו של הרכיב במעגל; באמצעות הוראת .MODEL, המתארת דגמי רכיבים מובנים. הצורה הכללית של תיאור הדגם: .MODEL <שם רכיב> 1AKO:<שם דגם אב-טיפוס>] <שם סוג דגם> ([<פרמטרים של דגם>=<ערך> [<מפרט וריאציה אקראית של ערך פרמטר>]1 [T_MEA-SURED=<ערך>] [[ T_AB8=<value>] או [T_REL_GLOBAC=<value>] או [T_REL_LOCL=<value>]]) כאשר: <שם רכיב> הוא השם של התקן ספציפי, לדוגמה: RM. KD503. KT315A; [AKO:<שם דגם אב-טיפוס>] - הגדרה של דגם באמצעות אב טיפוס קיים (זה מאפשר להקטין את גודל הספרייה). יש לציין רק את הפרמטרים השונים בתיאור; <שם סוג דגם> - שם סטנדרטי של הדגם האידיאלי המובנה (טבלה 1); [<model parameters>=<value> [<מפרט פיזור אקראי של ערך פרמטר>]] - בסוגריים מציינים רשימת ערכים של פרמטרי מודל הרכיבים. אם רשימה זו חסרה או לא מלאה, ערכי פרמטרי הדגם החסרים מוקצים כברירת מחדל. כל פרמטר יכול לקחת ערכים אקראיים ביחס לערכו הנומינלי, אבל זה משמש רק לניתוח סטטיסטי.
הפרמטרים של דגמים רבים תלויים בטמפרטורה. ישנן שתי דרכים לקבוע את הטמפרטורה של רכיבים פסיביים והתקני מוליכים למחצה. ראשית, הוראת .MODEL מציינת את הטמפרטורה שבה נמדדים הפרמטרים הכלולים בה T_MEASURED=<value>. ערך זה מחליף את טמפרטורת ה-TNOM שנקבעה בהוראת .OPTIONS (ברירת מחדל 27 מעלות צלזיוס). שנית, ניתן להגדיר את הטמפרטורה הפיזית של כל מכשיר, תוך עקיפת הטמפרטורה הגלובלית שנקבעה על ידי הוראות .TEMP, .STEP TEMP או .DC TEMP. ניתן לעשות זאת באמצעות אחד משלושת הפרמטרים הבאים: T ABS - טמפרטורה מוחלטת (ברירת מחדל 27°C); T_REL_GLOBAL - הבדל בין טמפרטורות מוחלטות לגלובאליות (ברירת מחדל - 0), כך T_ABS = טמפרטורה גלובלית + T_REL_GLOBAL, T_REL_LOCL - טמפרטורה יחסית, הטמפרטורה המוחלטת של המכשיר הנבדק שווה לטמפרטורה המוחלטת של אב הטיפוס בתוספת הערך של ה-T_REL_LOCL פָּרָמֶטֶר כל פרמטרי הדגם מסומנים ביחידות SI. כדי לקצר את הערך, נעשה שימוש בקידומות מיוחדות (טבלה 2). מותר להוסיף להם סמלים אלפביתיים כדי לשפר את בהירות הייעודים, למשל, 3, ZkOhm, 100pF, 10uF, 144MEG, WmV.
צורת התיאור של הכללת רכיב במעגל: <תו ראשון + המשך > רשימת צמתים> [<שם הדגם>] <אפשרויות> כל שורה שאינה מתחילה בתו "." (נקודה) נחשבת כתיאור רכיב. שם הרכיב מורכב מתו ראשון סטנדרטי (טבלה 3), הקובע את סוג הרכיב, והמשך שרירותי של לא יותר מ-130 תווים.
מספרי צומת החיבור של הרכיבים בתרשים מפורטים בסדר ספציפי שנקבע עבור כל רכיב. שם דגם - שם הדגם של הרכיב שסוגו נקבע לפי התו הראשון. לאחר מכן, ניתן לציין את הפרמטרים של מודל הרכיב. נַגָד צורת התיאור של הכללת נגד במעגל: R<name> <node(+)> <node(-)> [<שם דגם>] <ערך התנגדות> טופס תיאור דגם: .MODEL <שם הדגם> RES(<פרמטרי דגם>) רשימת הפרמטרים של מודל הנגדים ניתנת בטבלה. ארבע.
דוגמאות: RL30 56 1.3K; נגד RL עם התנגדות של 1,3 קילו אוהם, מחובר לצמתים 30 ו-56. R2 12 25 2.4K TC=0.005, -0.0003; נגד R2 עם התנגדות של 2.4 קילו אוהם, מחובר לצמתים 12 ו-25 ובעל מקדמי טמפרטורה TC1 = 0.005 °C-1 TC2 = -0.0003 °C-2. R3 3 13RM 12K .MODEL RM.RES (R = 1.2 DEV = 10% TC1 = 0.015 TC2 = -0.003): נגד R3 עם התנגדות של 12 kOhm, מחובר בין צמתים 3 ו-13. עם מודל RM, תוך התחשבות בהתפשטות הטכנולוגית של הדירוג ובעל מקדמי טמפרטורה TC1 = 0,015 °C-1 TC2 = 0.003 °C-2; R הוא מקדם המידתיות בין ערך ההתנגדות המשמש בסימולציה לבין הערך הנומינלי שצוין. דגמים של קבלים ומשרן נראים דומים. קַבָּל צורת התיאור של הכללת קבל במעגל: C<name> <node(+)> <node(-)> (<שם דגם>) ערך קיבולת> טופס תיאור דגם: .MODEL <שם הדגם> CAP (<פרמטרי דגם>) רשימת הפרמטרים של מודל הקבלים ניתנת בטבלה. 5.
דוגמאות: C1 1 4 10i; קבל C1 עם קיבולת של 10 uF מחובר בין צמתים 1 ו-4. C24 30 56 100pp. קבל C24 עם קיבולת של 100 pF מחובר בין צמתים 30 ו-56. מַשׁרָן צורת התיאור של הכללת הסליל במעגל: ל <node(+)> <node(-)> (<שם הדגם>] ערך השראות> טופס תיאור דגם: .MODEL <שם הדגם> IND (<פרמטרי דגם>) רשימת הפרמטרים של מודל המשרן ניתנת בטבלה. 6.
דוגמה: L2 30 56 100u; סליל L2 עם השראות של 100 μH מחובר בין צמתים 30 ו-56. DIODE צורת התיאור של הכללת הדיודה במעגל: D<name> <node(+)> <node(-)> [<שם דגם>] טופס תיאור דגם: .MODEL <שם מודול> D [<פרמטרי דגם>) רשימת הפרמטרים של מודל הדיודה ניתנת בטבלה. 7.
דוגמאות לדגמים של דיודות ביתיות: .MODEL KD503A D (IS=7.92E-13 + RS=2.3 CJO=1.45p M=0.27 + TT=2.19E-9 VJ=0.71 BV=30 + IBV=1E-11 EG= 1.11 FC=0.5 XTI=3 + N=1.JJ) .MODEL KD522A D (IS=2.27E-13 + RS=1.17 CJO=2.42p M=0.25 + TT=2.38n VJ=0.68 BV=50 IBV=1E-11 + EG= 1.11 FC=0.5 XTI=3 N= 1) .MODEL KD220A D (IS=1.12E-11 + N=1.25 RS=7.1E-2 CJO=164.5p + TT=1.23E-9 M=0.33 VJ=0.65 BV=400 + IBV=1E-11 EG=1.11 FC=0.5XTI=3) .MODEL KD212A D (IS=1.26E-10 + N=1.16 RS=0.11 CJO= 140.7p M=0.26 + TT-J.27E-8 VJ=0.73 BV=200 + IBV= 1E-10 EG-1.JJ FC=0.5 XT1=3) .MODEL KS133A D (fS=89E-15 + N=1.16 RS=25 CJO=72p TT=57n + M=0.47 VJ=0.8 FC=0.5 BV=3.3 IBV=5u + EG=1.11 XTI=3). דגם D814A D (IS=.392E- J2 + N=1.19 RS=1.25 CJO=41.15p + TT=49.11n M-0.41 VJ=0.73 FC=0.5 + BV=8 IBV=0.5u EG=1.11 XTI=3) .MODEL D814G D (IS=.1067E-12 + N=1.12 RS=3.4 CJO=28.08p + TT=68.87n M=0.43 VJ=0.75 FC=0.5 + BV^11 IBV= 1 ו-EG= 1.11 XTI=3 ) TRANSISTOR BIPOLAR צורת התיאור של הכללת טרנזיסטור דו קוטבי במעגל: 0<name> <צומת אספן> <צומת בסיס> <צומת פולט> [<שם דגם>) טופס תיאור דגם: .MODEL <שם דגם> NPN [<פרמטרי דגם>); מבנה npn של טרנזיסטור דו קוטבי .MODEL <שם הדגם> PNP [<פרמטרי דגם>'; מבנה pnp של טרנזיסטור דו קוטבי רשימת הפרמטרים של מודל הטרנזיסטור הדו-קוטבי ניתנת בטבלה. שמונה.
TRANSISTOR שדה עם CONTROL PN JUNCTION צורת התיאור של הכללת טרנזיסטור אפקט שדה 8: o"<name> <צומת ניקוז> <צומת שער> <צומת מקור> (<שם דגם>] טופס תיאור דגם: .MODEL <שם הדגם> NJF [<פרמטרי דגם>], FET עם n-channel .MODEL <שם דגם> PJF [<פרמטרי דגם>]; טרנזיסטור אפקט שדה p-channel רשימת הפרמטרים של מודל הטרנזיסטור של אפקט שדה ניתנת בטבלה. 9.
דוגמאות לדגמי טרנזיסטורים: דגם IDEAL NPN; טרנזיסטור אידיאלי. .model KT3102A NPN (ls=5.258f Xti=3 + Eg=1.11 Vaf=86 Bf=185 Ne=7.428 + lse=28.21n lkf=.4922 Xtb=1.5 Var=25 + Br=2.713 Nc=2 l21.2sc=25. p lkr=.52 Rb=1.65 + Rc=9.92 Cjc=65lp Vjc=.33 Mjc=.5 + Fc=.11.3 Cje=69p Vje=.33 Mje=57.7 + Tr=611.5ln Tf=52p ltf =.80 Vtf=2 + Xtf=XNUMX) .model KT3102B NPN (ls=3.628f Xti=3 h Eg= 1.11 Vaf=72 Bf=303.3 Ne=l3.47 + lse=43.35n lkf=96.35m Xtb=1.5 Var=30 + Br=2.201 Nc=2 lsc=5.5 =1p lkr=.37 Rb=1.12 + Rc=11.02 Cjc=65p Vjc=.33 Mjc=.5 + Fc"-.13.31 Cje=69p Vje=.33 Mje=.41.67 + Tr=493.4n Tf =12p W=.50 Vtf-2 + Xrf=XNUMX) .model KT3107A PNP (ls=5.2f Xti=3 + Eg= 1.11 Vaf=86 Bf= 140 Ne=7.4 lse=28n + lkf=.49 Xtb= 1.5 Var=25 Br=2.7 Nc=2 + lsc=21 p lkr=.25 Rb=50 Rc= 1.65 Cjc= 10p + Vjc=.65 Mjc=.33 Fc-.5 Cje=11.3p Vje=.7 + Mje=.33 Ti=58n Tf=62p ltf=52 Vtf= 80 + Xtf=2) .model KT312A NPN (ls=21f Xti=3 + Eg=1.11 Vaf=126.2 Bf-06.76 Ne=1.328 + lse=189f Ikf=.l64 Nk=.5 Xtb=1.5 Br=1 + Nc" 1.385 lsc=66.74 lkr=1.812 + Rc=0.897 Rb=300 Cjc=8p Mjc=.29 + Vjc=.692 Fc=.5 Cje=2653p Mje=.333 + Vje=.75 Tr= 10n Tf-1.743n Itf = 1) .model 2T630A NPN (ls=17.03f Xti=3 + Eg=1.11 Vaf=l23 Bf=472.7 Ne= 1.368 + Ise=l63.3f lkf=.4095 Xtb=1.5 var=75 + Br=4.804 Nc=2 ls=1.35 1p 21kr=.14.2 + Rb=0.65 Rc=2 Cjc=24L69p Vjc=.33 + Mjc=.5 Fc=.34.4 Cje=69p Vje=.33 + Mje=.50.12 Tg=1.795p Tf=65n ltf=.60 + Vtf=1.1 Xtf=XNUMX) מתח בלתי תלוי ומקורות שוטפים טופס תיאור מקור: \/<name> <node{+)> <node(-)> [^C]<value> [AC<amplitude>[phase)] [<אות>(<פרמטרים>)] 1<name> <node(+)> <node(-)> [(0С]<סימן> [AC<amplitude> [פאזה]] [<אות>(<פרמטרים>)] הכיוון החיובי של הזרם נחשב לכיוון מהצומת (+) דרך המקור לצומת (-). עבור מקורות, אתה יכול לציין ערכים לחישובים של זרם ישר ומעבר זרם DC (ברירת מחדל - O), לניתוח תדרים של AC (משרעת ברירת מחדל - 0; שלב מצוין במעלות, ברירת מחדל - 0). עבור תהליך חולף, <אות"> יכול לקחת את הערכים הבאים: EXP - צורת גל מקור מעריכי, PULSE - מקור דופק, PWL - מקור פולינומי. SFFM - מקור מאופנן תדר, SIN - צורת גל מקור סינוסואיד. דוגמאות: V2 3 0 DC 12; מקור מתח 12 V. מחובר בין צמתים 3 ו-0. VSIN 2 O SIN(0 0.2V 1MEG); מקור מתח סינוסי 0.2 וולט עם תדר של 1 מגה-הרץ עם רכיב קבוע של 0 וולט. 11 (4 11) DC 2mA; מקור זרם של 2 mA מחובר בין צמתים 4 ו-11. ISIN 2 0 SIN(0 0.2m 1000); מקור זרם סינוסואידי 0.2 mA עם תדר של 1000 הרץ עם רכיב קבוע של 0 mA. מתח תלוי ומקורות שוטפים מקורות תלויים נמצאים בשימוש נרחב בבניית מאקרומודלים. השימוש בהם מאפשר אמצעים פשוטים לדמות כל קשר בין מתח לזרם. בנוסף, בעזרתם קל מאוד לארגן את העברת המידע מבלוק פונקציונלי אחד לאחר. ל-B PSpice יש מודלים מובנים של מקורות תלויים: E - מקור מתח נשלט על ידי מתח (INUN); F - מקור זרם נשלט על ידי זרם (ITUT); G - מקור זרם מבוקר מתח (ITUN); H - מקור מתח מבוקר זרם (INUT). צורת תיאור של מקורות תלויים: תו ראשון<name> <node(+)> <node(-)> <פונקציית העברה> התו הראשון של השם חייב להתאים לסוג המקור. הכיוון החיובי של הזרם נחשב לכיוון מהצומת (+) דרך המקור לצומת (-). לאחר מכן, ציין את פונקציית ההעברה, אותה ניתן לתאר בדרכים שונות: פולינום כוח: POLY (<ביטוי>): נוסחה: VALUE=(<ביטוי>): טבלה: TABLE (<ביטוי>): טרנספורמציה של Laplace: LAPLACE (<expression>): טבלת תדרים: FREQ (<ביטוי>); פולינום צ'בישב: CHEBYSHEV (<ביטוי>). דוגמאות: E1 (12 1) (9 10) 100: מקור מתח נשלט על ידי מתח בין צמתים 9 ו-10. מחובר בין צמתים 12 ו-1 בהגבר של 100. EV 23 56 VALUE={3VSQRT(V(3.2)+ +4*SIN(I(V1)}: מקור מחובר בין צמתים 23 ו-56, עם תלות תפקודית במתח בין צמתים 3 ו-2 ובזרם של מקור VI . EN 23 45 POLY(2) (3.0) (4,6) 0.0 13.6 0.2 0.005: מקור מתח לא ליניארי המחובר בין צמתים 23 ו-45. תלוי במתח בין צמתים 3 ו-0 V{3.0) וצמתים 4 ו-6 V( 4.6). התלות מתוארת על ידי הפולינום EN=0 + 13.6V3,0 + 0.2V1,6 + 0.005V3,02. EP 2 0 TABLE (V(8))=(0.0) (1.3.3) (2.6.8): מקור מחובר בין צמתים 2 ו-0. בהתאם למתח בצומת 8. נמדד ביחס לחוט המשותף. לאחר מכן, לאחר סימן השוויון, רשומות שורות הטבלה המציינות זוג ערכים (קלט, פלט). ערכי ביניים משולבים באופן ליניארי. El 8 0 Laplace {v (10)} = {exp (-0.0rs)/ (1+0.rs)}; ציון פונקציית ההעברה לפי Laplace. G1 (12 1) (9 10) 0.1; מקור זרם V(9.10) מבוקר מתח עם רווח של 0.1. כאן ראוי לתת דוגמאות לייעוד משתנה בתוכניות PSpice: V(9) - מתח בצומת 9, נמדד ביחס לחוט המשותף. V(9.10) - מתח בין צמתים 9 ו-10. V(R12) - נפילת מתח על פני הנגד R12v VB(Q1) - מתח בבסיס הטרנזיסטור Q1. VBE(Q1) - מתח פולט בסיס של טרנזיסטור Q1 l(D1) - זרם של דיודה D1. 1С(02) - זרם אספן של טרנזיסטור Q2. מודלים של רכיבי לימוד ניתן לבחון מודלים של רכיבים באמצעות תוכנות סימולציה. באמצעות מעטפת גרפית, קל מאוד ליצור מעבדה וירטואלית לבדיקת המאפיינים הסטטיים והדינמיים של אלמנטים קיימים ונוצרים. זה יאפשר לקבוע את מידת ההתאמה של תכונותיהם לפרמטרי הייחוס של רכיבים אמיתיים, לבחור אנלוגים בין מודלים של רכיבים זרים, או ללמוד מודל לא ידוע בפירוט. עם זאת, בדוגמאות שניתנו, נעשה שימוש ביכולות של PSpice עצמו. הבה נשתמש בהנחיית .OS (חישוב רב-תכליתי של מצב DC) של שפת PSpice ונבנה משפחה של מאפייני פלט של טרנזיסטור דו-קוטבי של מבנה npn, המחובר במעגל עם פולט משותף (איור 1).
מאפיין המוצא הוא התלות של זרם האספן של הטרנזיסטור במתח בקולט שלו. עבור ערכים שונים של זרם הבסיס אנו מקבלים משפחה של מאפייני פלט. החישוב בוצע עבור טרנזיסטור KT315A (איור 2) וטרנזיסטור אידיאלי עם פרמטרי ברירת מחדל (איור 3).
משימת הדוגמנות בצורת טקסט נראית פשוטה מאוד (טבלה 10).
כדי לחשב את מאפיין המתח הזרם של טרנזיסטור אידיאלי, בתוכנית עליך להסיר את הכוכבית בתחילת השורה (* Q1 120 IDEAL) ולהוסיף אותה בשורה (Q1 1 2 0 KT315A). עדיף לכתוב הערות בטקסט התוכנית באנגלית או לפחות באותיות לטיניות, מכיוון שתוכניות דוגמנות בדרך כלל אינן תומכות באלפבית הקירילי. במאמר, הערות ניתנות ברוסית לצורך הבהירות. מאפיין המתח הזרם של דיודת הזנר D814A בנוי באופן דומה - התלות של המתח בזרם (איור 4, 5, טבלה 11).
כעת הבה ננצל את היכולות של הנחיות .DC ו-.TEMP (שינוי טמפרטורה) ונבנה משפחה של מאפייני העברה של טרנזיסטור אפקט שדה KP303D המחובר במעגל מקור משותף (איור 6, טבלה 12).
מאפיין ההעברה של טרנזיסטור אפקט שדה הוא התלות של זרם הניקוז במתח בין השער למקור. עבור ערכי טמפרטורה שונים, ניתן לבנות משפחה של מאפיינים (איור 7), שכן המודל לוקח בחשבון את תלות הטמפרטורה של פרמטרי הטרנזיסטור.
כדוגמה להערכת המאפיינים הדינמיים של מודלים, נבנה משפחה של מאפייני תדר של טרנזיסטור KT315A בארבעה ערכים של זרם הקולטור. ערכת המדידה מוצגת באיור. 8.
לשם כך, אנו משתמשים ביכולות של הנחיות .AC (חישוב תגובת תדר) ו-.STEP (ניתוח רב משתנים), נסח משימת מודלים (טבלה 13) ונחשב IB(Q1) ו-lC(Q1).
לאחר ביצוע הסימולציה, אנו משווים את התוצאות שהתקבלו (איור 9) עם הפרמטרים מתוך ספר העזר [4].
לשם כך, נמשיך כדלקמן. הפוסט-מעבד הגרפי של תוכניות מידול מאפשר לך לבצע פעולות מתמטיות על גרפים. זה יאפשר לנו לשרטט את היחס בין זרם האספן IC(Q1) לזרם הבסיס IB(Q 1). כתוצאה מכך, אנו מקבלים את תגובת התדר של המודולוס של מקדם העברת הזרם של הטרנזיסטור בזרמי אספן שונים. באמצעות מצב מדידת הסמן, נקבע את המודולוס של מקדם ההעברה הנוכחי בתדר של 100 מגה-הרץ. עבור כל האפשרויות, המספרים מוצגים בגרפים. לאחר שבדקנו אותם עם ספר העיון, נראה שהדגם המוצע של הטרנזיסטור KT315A, בהתחשב בהתפשטות, קרוב למציאות. (לפי ספר העיון: lh21eI = 2,5 ב Ik = 1 mA, Uk = 10 V). התלות של מאפייני התדר של הטרנזיסטור בזרם האספן עולה בקנה אחד גם עם התיאוריה ועם הנתונים המופיעים בספרי עיון. לסיכום סעיף זה, יש לומר כי דגמים מובנים, למרות המספר העצום של פרמטרים שנלקחו בחשבון, מתפשרים במהירות על עצמם. מכשירי המוליכים למחצה המדומים מעבירים בקלות זרמים עצומים ועמידים בפני מתחים עצומים. די להרחיב את גבולות המתח והזרם בדוגמאות הנחשבות כאן (ראה איור 1, ב) ויתברר כי מודל הטרנזיסטור המובנה אינו לוקח בחשבון את תופעת התמוטטות של צמתים p-n. מודלים של נגדים, קבלים, משרנים וטרנזיסטורים גם אינם לוקחים בחשבון קיבול טפילי, השראות והתנגדות, דבר שחשוב מאוד כאשר מדמים פעולת מכשיר בתדרים גבוהים. ניתן לומר אותו דבר על דגמים מובנים אחרים. לכולם יש היקף מוגבל, וככלל, לא לוקחים בחשבון משהו. מכאן נובעת המסקנה: דרושים דגמים מתקדמים יותר, נקיים מחסרונות אלו. כמוצא אחרון, כדי למנוע, למשל, התמוטטות של טרנזיסטורים, עליך להפעיל דיודות עם דגם נטול אינרציה במקביל למעברי הטרנזיסטור ובחירה מתאימה של פרמטר BV. ניתן לקחת בחשבון השפעות טפיליות על ידי "שקילת" הדגמים המובנים עם קבלים, סלילים ונגדים. מודלים מובנים הם כמו אבני בניין המאפשרות לך לבחון את כל אפשרויות הדוגמנות. בשביל זה הם אידיאליים. באמצעות השיטות הנדונות להלן, תוכל ליצור מודלים יעילים ומושלמים של רכיבים יסודיים. יצירה ויישום של מקרומודולים אם אי פעם למדת שפות תכנות, אתה בטח יודע מהי תת שגרה. זוהי תוכנית שתוכננה במיוחד אשר מודול התוכנית הראשי ניגש אליה שוב ושוב. בפועל, זה אומר מודל מאקרו. טופס תיאור מודל מאקרו: .SUBCKT <שם מאקרו> <רשימה + צמתים חיצוניים> + [PARAMS:<<שם פרמטר> = + <ערך>>] + [TEXT:<<שם פרמטר טקסט> + =<טקסט>>] <מחרוזות המתארות סכימת מודל מאקרו> .ENDS הנחיית .SUBCKT היא הכותרת הראשית של המאקרומודל. הוא מגדיר את תחילתו של המאקרומודל, שמו וצמתי החיבור למעגל החיצוני. קווים לתיאור דיאגרמת המקרו-מודל - רשימה של אופרטורים בסדר אקראי המתארים את הטופולוגיה וההרכב של המאקרומודל. ההנחיה ENDS מגדירה את הסוף של גוף המאקרומודל. מילת המפתח PARAMS מגדירה רשימה של פרמטרים המועברים מתיאור המעגל הראשי לתיאור המאקרומודל. מילת המפתח TEXT מגדירה משתנה טקסט המועבר מתיאור המעגל הראשי לתיאור המאקרומודל. טופס לתיאור הכללת מקרומודל בתרשים: X<name> <צמתי חיבור> [<שם + מאקרומודל>] + [PARAMS:<<שם פרמטר> = + <ערך>) + (TEXT:<<text + שם פרמטר>=<text>] אופרטור זה קובע שבמעגל מחובר מאקרומודל לצמתים שצוינו, המתואר על ידי האופרטור .SUBCKT. המספר והסדר של הצמתים הרשומים חייבים להתאים למספר ולסדר של הצמתים הרשומים בהוראת SUBCKT המתאימה. מילות המפתח PARAMS ו-TEXT מאפשרות לך להגדיר את ערכי הפרמטרים המוגדרים בתיאור המאקרו מודל כארגומנטים, ולהשתמש בביטויים אלה בתוך המאקרומודל. דוגמה ליצירת מודל מאקרו פשוט הדוגמה הנתונה מדגימה את פתרון הבעיה חזיתית. חובבי רדיו משתמשים לעתים קרובות בשערים לוגיים דיגיטליים כדי לבצע פונקציות אנלוגיות, כגון הגברה או הפקת אותות. למידול מפורט של מכשירים כאלה, הגיוני לבנות מאקרומודל מדויק של אלמנט ההיגיון. בואו ניקח בחשבון את האלמנט הלוגי 2I-NOT של המיקרו-מעגל K155LAZ. בעת יצירת מודל מאקרו, עליך לבצע את העבודה הבאה:
כתוצאה מכך, אנו מקבלים קובץ טקסט (טבלה 14).
עם גישה זו ליצירת מודל מאקרו, יש צורך:
יש לציין כי בעיות מתעוררות תמיד עם פרמטרי התייחסות, במיוחד עבור רכיבים אינטגרליים. באשר לתיאור המדויק של מעגלי מיקרו, הוא מתפרסם לעיתים רחוקות; בעיקר תמצאו את הפשוטים ביותר, וגם אז עם שגיאות. למרבה הצער, עד לאחרונה, זה רק לעתים רחוקות הפריע לאיש. עם זאת, ככל שזה נראה מוזר במבט ראשון, הגישה שתוארה לעיל בעת יצירת מקרומודל עדיין אינה מספקת ערובות לבניית מודל מתפקד היטב. כיצד ליצור מודל מאקרו מהיר פשוט? פתרון בעיה זו חזיתית אינו תמיד הדרך האמיתית ליצירת מאקרומודל טוב. מודלים שנבנו ב"שיטה" זו ידרשו משאבי מחשוב רבים ויהיו בעלי ביצועים נמוכים, כלומר, חישוב המעגל יהיה איטי מאוד. בואו נזכור כמה טרנזיסטורים על שבב יכולים להיות מיקרו-מעגלים מודרניים! לכן, חשוב מאוד להיות מסוגל לבנות מקרומודלים פשוטים, תוך החלפת תת-מערכות בודדות של מעגלים מיקרוניים ביחידות שוות. במקרה זה, איכות הדגם יכולה אפילו להשתפר, במיוחד אם מדמה מיקרו-מעגל משולב מאוד. בואו ניצור מאקרו מודל PSpice הפשוט שלנו של המשווה K521CAZ. יתכנו גם כאן מקרים קיצוניים. אתה יכול, למשל, ליישם פונקציית משווה באמצעות מקור תלוי. הדגם יתברר כפשוט ומהיר יחסית, אך הוא לא ישקף את הפיזיקה של המכשיר האמיתי. לכן יש צורך לחפש פיתרון פשרה בין דיוק המודל לביצועיו. בואו נסתכל מה זה המשווה K521SAZ. זה מיישם את הפונקציה של השוואה בין שני אותות אנלוגיים. אם ההבדל בין האותות בתשומות חיובי, תפוקת המשווה תהיה גבוהה, אם שלילית, התפוקה תהיה נמוכה. השוואת אות מבוצעת על ידי מגבר דיפרנציאלי בכניסה. שלב הפלט מיושם על טרנזיסטור עם אספן ופולט פתוחים. מידע זה כבר מספיק כדי לסנתז את המודל הפשוט ביותר, אך עובד למדי, של מיקרו-מעגל זה (איור 11).
על מנת לדמות באופן מלא את מאפייני הקלט והפלט של המשווה, מותקנים טרנזיסטורים בכניסה וביציאה. עם זאת, המגבר הדיפרנציאלי פשוט מאוד. הפולטים של צמד הדיפרנציאליים משתמשים במקור זרם אידיאלי, למעשה הוא מיושם באמצעות מספר טרנזיסטורים. החיבור לשלב הפלט נעשה באמצעות מקור זרם מבוקר מתח. השבב האמיתי משתמש גם בכמה טרנזיסטורים. לפיכך, בעת בניית מודל פשרה זה, צמתים רב-טרנזיסטור מוחלפים בצמתים מופשטים ואידיאליים, אך תוך שמירה על המאפיינים החיצוניים של המכשיר. ל-PSPice יש כלים מושלמים לבטא, אפילו במקרים מורכבים יותר, כל מאפיינים של מכשירים אמיתיים עם דיוק מספיק למטרות מעשיות. הבה נקצה ייעודי מיקום לכל רכיבי המעגל, נמנה את הצמתים ונתאר את המאקרומודל של המשווה בשפת הקלט PSpice (טבלה 15).
כעת נבדוק כיצד המאקרומודל המתקבל מבצע את הפונקציות של משווה. לשם כך, נצייר מעגל בדיקה (איור 12).
לאחר מכן נערוך משימת מידול (טבלה 16) ונחשב את מאפיין ההעברה של מודל זה (איור 13)
מאפיין ההעברה של המשווה הוא התלות של מתח היציאה על הפרש המתח בכניסות. מהמאפיינים המחושבים ניתן לראות זאת. למרות הפשטות של המודל, המשווה התברר כפונקציונלי למדי. בדוגמה זו, השתמשנו במודל המאקרו של הרכיב בפעם הראשונה, תוך תיאור החיבור שלו במעגל עם הקו X1 (0 1 2 0 4 3) K521СЗ. שימו לב ששמות האלמנטים במאקרו-מודל הם מקומיים וניתן להתעלם מהם בעת מתן שמות לרכיבים במעגל החיצוני. הגיע הזמן לדמות יחידה אלקטרונית כלשהי המיוצרת על המשווה K521SAZ. לדוגמה, גלאי משרעת מדויק (איור 14, טבלה 17).
תוצאות הסימולציה מוצגות באיור. 15 ו-16.
נקרא למקרומודל המשווה מקובץ הספרייה C:\USERLlB\kompar.lib. כדי לציין את הספריות שבהן המודלים מאוחסנים, השתמש בהנחיית .LIB, אותה יש לתאר במשימת הדוגמנות. אז אין צורך לכלול תיאור של המאקרומודל בטקסט. טופס הצהרה: .LIB [<שם קובץ הספרייה^]. זכור שבאופן כללי, מאקרומודל עשוי לכלול מאקרומודלים אחרים. לפיכך, על ידי השלכת הוראות הבקרה והצבת תיאור גלאי השיא בין Subckt ו-. בדרך זו תוכלו לחבר דגמים מורכבים בצורה קומפקטית מאוד אם תכינו תחילה את הרכיבים הסטנדרטיים הדרושים ולאחסן אותם בקובץ ספרייה נפרד. יצירת מודלים המתייחסים לשונות טכנולוגית ולהשפעת הטמפרטורה על מאפייני הרכיבים לפרמטרים של כל האלמנטים יש התפשטות ו. בנוסף, הם גם תלויים בטמפרטורה. החיים של חובבי רדיו יהפכו למשעממים למדי ללא הבעיות הללו, מכיוון שאי אפשר יהיה ליצור תכנון לא פעיל מחלקים ניתנים לשירות, בהנחיית הדיאגרמה הנכונה. הטבע סיפק לנו הזדמנות כזו. תוכניות סימולציה מאפשרות לך לזהות מכשירים שביצועיהם תלויים בטמפרטורה ובשונות בפרמטרים של הרכיבים. לשם כך, ניתוח סטטיסטי מתבצע בשיטת מונטה קרלו וניתוח רב משתנים. עם זאת, עליך להצטייד בדגמי רכיבים מתאימים. בדגמי PSpice המובנים, כדי לקחת בחשבון את ההתפשטות וההשפעה של הטמפרטורה, יש: "מפרט של פיזור אקראי של ערך פרמטר", "מקדם טמפרטורה ליניארי", "מקדם טמפרטורה ריבועי". "מקדם טמפרטורה אקספוננציאלי". בנוסף, ניתן לשלוט בטמפרטורה של רכיבים בודדים באמצעות הפרמטרים T_MEASURED. T ABS. T_REL_GLOBAL. T_REL_LOCL, שהוא לפעמים שימושי. בניתוח רב משתנים, משתנה יכול להיות לא רק טמפרטורה, אלא גם כמעט כל פרמטר מודל שיכול להשתנות עקב כל השפעה פיזית של הסביבה החיצונית או השפלה של פרמטרים של רכיבים לאורך זמן. ברור שאם מקרומודלים נבנים על בסיס מודלים כאלה, אז יהיה להם גם פיזור אקראי ותלות בטמפרטורה. למעשה, במקרה של בניית מקרומודלים, גישה פשוטה כזו אינה מתאימה לחלוטין. כפי שהוזכר לעיל, בעת בניית מקרומודלים, נעשה שימוש בסיסי בהפשטות והנחות. כתוצאה מכך, דיאגרמת המקרו-מודל כמעט ולא תואמת את הדיאגרמת המקורית. בנוסף, זה פשוט בלתי אפשרי עבור חובב רדיו לעקוב אחר החיבורים התרמיים האמיתיים בין האלמנטים המשולבים במיקרו-מעגל. לכן, מאקרומודל בנוי ממרכיבים יציבים, ואז אלמנטים עם פיזור ותלות בטמפרטורה מוצגים באופן ממוקד. אבל הם עושים את זה ככה. כדי להציג את המאפיינים הסטטיסטיים והטמפרטורה המשמעותיים ביותר של המכשיר המדומה. גישה זו מתאימה להתחשבות בהשפעה של השפעות פיזיות אחרות, אם כי אינה היחידה. כך. עם קרינה מייננת, המשפיעה כמעט על כל הפרמטרים של הרכיבים, נוח יותר להחזיק מספר עותקים של ספריות במינונים שונים. לאחר מכן, באמצעות הוראת .LIB, כל ספריות הרכיבים מוחלפות בהתאם למינון המתקבל. לאחר מכן ניתן לשלב את התוצאות על גרף אחד. כדוגמה ליצירה ושימוש במודלים עם פריסת פרמטרים ותלות בטמפרטורה, נדמה מסנן (איור 17, טבלה 18) המשמש ברדיוטלפוניה, הפועל בתנאי אקלים קשים. טווח טמפרטורות - מ -40 עד +80 "C. בדגמים של כל הרכיבים, מפורטים הפרמטרים של פיזור טכנולוגי וחוסר יציבות טמפרטורה של הפרמטרים העיקריים.
באמצעות הנחיות .AC, .TEMP ו-.MC, נחשב את תגובת התדר של המסנן והווריאציות שלו עם שינויי טמפרטורה ושונות בפרמטרים של האלמנטים. ברור מיד (איור 18) שהמאפיינים של המסנן תלויים מאוד בטמפרטורה, וטלפון כזה יעבוד גרוע. המסקנה ברורה - יש צורך לבחור אלמנטים יציבים ומדויקים יותר עבור מסנן זה על מנת לקבל מכשיר עובד.
דוגמה לבניית מודלים מקצועיים להלן מודלים סטנדרטיים של PSpice של מגברים תפעוליים עם טרנזיסטורים דו-קוטביים (K140UD7, איור 19, טבלה 19) ואפקט-שדה (K140UD8, איור 20, טבלה 20) בכניסה.
שים לב שהם לא כוללים את כל הטרנזיסטורים מלבד הקלט. יש לכך השפעה מועילה על הביצועים של מאקרומודלים. עם זאת, הם לוקחים בחשבון בצורה מדויקת תופעות רבות המתרחשות במכשיר אמיתי. שימו לב לשימוש המאסיבי במקורות תלויים ובלתי תלויים. זהו הכלי העיקרי לבניית מקרומודלים טובים של מיקרו-מעגלים מורכבים. שלב הדיפרנציאל הקלט מדגמן את נוכחותו של זרם ערבוב ואת התלות של קצב העלייה של מתח המוצא במתח ההפרש בכניסה. Capacitor Cee (Css) מאפשר לך להציג את האסימטריה של דופק הפלט op-amp בחיבור שאינו מתהפך. קבל C1 וקיבול הצומת של הטרנזיסטורים מדמים את האופי הדו-קוטבי של תגובת התדר של מגבר ההפעלה. מקורות זרם מבוקרים ga, gcm ונגדים r2, rо2 מדמים הגברת מתח דיפרנציאלית ומצב משותף. באמצעות קבל C2, המחובר לפי שיקול דעתו של המשתמש, ניתן לדמות תיקון פנימי או חיצוני של מגבר ההפעלה. האי-ליניאריות של שלב הפלט של מגבר אופ-מגבר מעוצב על ידי אלמנטים של דין. לִטבּוֹל. ro1 (הם מגבילים את זרם המוצא המרבי) ו-dc, de, vc, ve (הם מגבילים את תנודת מתח המוצא). הנגד rр מדמה צריכת DC על ידי המיקרו-מעגל. דיודה מגן DP. עם זאת, הניסיון מלמד שלא תמיד נדרשים דגמים כבדים, מכיוון שהמחיר עבור זה הוא ביצועים מופחתים. זה הגיוני לפתח לעצמך ספרייה של מאקרומודלים פשוטים כדי לא לבזבז זמן בהמתנה לתוצאות כאשר אתה רק צריך "לבדוק" את הרעיון. בנוסף, אסור לשכוח שתמיד אפשר ליצור דגם מתקדם יותר מסטנדרטי או מקצועי. במקרה הספציפי שלנו, דגמי המאקרו הנתונים של Op-amp אינם מדגמים את כל המאפיינים של מכשירים אמיתיים וניתן לשפר אותם. זה חל על מאפייני טמפרטורה, סטטיסטיים, רעש ומעל לכל, על התנגדות קלט. קיבול הקלט של המגבר הוא אפס, מכיוון שהקיבולים אינם מצוינים בדגם הטרנזיסטור. חסרון נוסף הוא היעדר תיאור של התמוטטות (פתיחת דיודות הגנה או התמוטטות הפיכה של צומת פולטים) באותות כניסה גדולים של סגירה, והרשימה עוד ארוכה. בהתבסס על כל מה שנאמר, נגבש גישה פורמלית כללית לבניית מאקרומודלים של רכיבים אנלוגיים. המבנה הפשוט ביותר של המאקרומודל יכול להיות מיוצג כמורכב משלושה בלוקים המחוברים בסדרה: הראשון מתאר את מאפייני הקלט, השני - מאפייני ההעברה (עיוותים ליניאריים ולא ליניאריים), השלישי - מאפייני הפלט. מידע מועבר מבלוק לבלוק באמצעות מקורות זרם או מתח תלויים. מספר בלוקים, סוגם. התפלגות הפונקציות ומספר הנתיבים המקבילים עשויים להיות שונים אם המשימה דורשת זאת. לאחר שיצרה סט סטנדרטי של מודלים עבור בלוקים כאלה, אפשר להעלות את היצירה של מאקרומודלים ממש בזרם. לפיכך, יצירת מודל טוב דורשת חומר עזר נרחב, אינטואיציה, ידע בפיזיקה של מוליכים למחצה ומכשירים אלקטרוניים, הנדסת חשמל, הנדסת רדיו, הנדסת מיקרו-מעגלים, עיצוב מעגלים, מתמטיקה ותכנות. המשימה מיועדת רק לחובבי רדיו עם האנרגיה היצירתית הבלתי ניתנת להדחקה שלהם. ספרות
מחבר: O. Petrakov, מוסקבה
התמצקות של חומרים בתפזורת
30.04.2024 ממריץ מוח מושתל
30.04.2024 תפיסת הזמן תלויה במה מסתכלים
29.04.2024
▪ פוטונים במקום אלקטרונים למעבדים מהפכניים
▪ קטע באתר מוני חשמל. מבחר מאמרים ▪ מאמר ממי פחד וולט דיסני? תשובה מפורטת ▪ מאמר מפעיל תחזוקה של יחידות קירור פריאון. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה ▪ מאמר בשאלת הרווח של אנטנות VHF. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל ▪ מאמר שלוש מזרקות. ניסוי פיזי
בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר
www.diagram.com.ua |
ראה מאמרים אחרים סעיף 
חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:
כל השפות של דף זה