книги / Моделирование аналоговых электронных схем

Рис.3.1. Схема сумматора с операционным усилителем.

Импульсный сигнал еЗ в соответствии с рис.2.4 описывается пара­ метрами у1=0, у2=0.05В, Ю=0, ШФ=ПЗФ=5Е-6с, т=5Е-6с, Т=20Е-6с.

Выполнить расчёт переходного процесса на интервале 0<t<20E-6 с с выводом на печать напряжений в узлах 1, 2, 3, 4, 7, шаг выдачи результа­ тов- 1Е-7 с. Результаты представить в виде таблиц, графиков, а также ис­ пользовать программу PROBE для визуальной оценки результатов расчёта.

Присвоим заданию имя SUM

Задание на моделирование переходного процесса имеет вид : SUM

VII 1 0 SIN(0 0.1 100К0 0 90)

VI2 2 0 SIN(0 0.2 100К 5Е-6 1 0)

VI3 7 0 PULSE(0 0.05 0 5Е-6 5Е-6 5Е-6 20Е-6) RI 1 3 1К

R 2 2 3 1К

R3 7 3 1К

R4 3 4 1К

VI 5 0 10

V2 0 6 10

XI 0 3 5 6 4 UA741/TI

.LIB C:\ELCAD\PSPlCE\tex-inst.lib

.TRAN 0.1US 20US

.PROBE V(l) V(2) V(3) V(4) V(7)

.PRINT TRANV(4)

.PLOT TRAN V(4)

.END

3.3. Составление задания на моделирование схем с биполярными транзисторами.

3.3.1.Моделирование процессов в схеме низкочастотного усилителя.

На рис.3.2 представлена схема усилителя средних и низких частот с отрицательной обратной связью в цепи эмиттера для температурной ком­ пенсации.

Параметры схемы: Rl=40 кОм, R2=4.2 кОм, Кэ=1.5 кОм, RK^ .O KOM, RH=1 кОм, Ra=2 кОм, Сб=20 мкФ, Сэ=20 мкФ, Ск=20мкФ, Еа=12 В,

EBX=0.1sin(27i-50.E3t) В.

Используется транзистор общего назначения тип КТ342А. В качест­ ве аналога можно принять транзистор 2N916, параметры которого имеют­ ся в библиотечном файле bipolar.lib.

Имя задания CXQ1.

Задание на моделирование имеет вид:

CXQ1

R1 2 5 40К

R2 2 3 4.2К RE3 0 1.5К RK4 5 6.0K ROUT7 0 1К RA5 6 2K СВ 1 2 20U

CE3 020U

CK4 7 20U V 6 0 1 2

VIN 1 0 SIN(0 0.1 50K ООО)

Q1 4 2 3 Q2N916

.LIB C:\ELCAD\PSPICE\bipolar.lib

.TRAN l.E-6 5.E-6

.PROBE V(7)

.PRINT TRAN V(7)

.PLOT TRAN V(7)

.END

Заданием предусмотрен вывод напряжения на нагрузке на интервале 0 £ fc£ 5Е-5с с шагом 1Е~6с. Результаты представить в таблице и 1рафиком функции UHATP( t ), а также предусмотрен' просмотр результатов анализа

спомощью программы PROBE.

3.3.2.Моделирование процессов в схеме мультивибратора.

Схема представлена на рис.3.3. Параметры схемы:

R2=R1=1 кОм, R4=R3=40 кОм, RH=38 кОм, С1=С2=357.Е-12Ф. СЗ-5.5Е-9 Ф, Е-12 В.

Сигнал источника напряжения Е моделируется импульсной функци­ ей с длительностью переднего фронта 5нс и частотой £=50кГц. Транзисто­ ры Q1 н Q2 типа КТ340В. Аналогом этого типа в библиотечном файле bipolar.lib является транзистор 2N834.

Рис.3.3. Схема мультивибратора.

Присвоим имя CXQ2.

Заданием предусматривается табличное и графическое представле­ ние напряжения V(6) в узле 6 на интервале 0 £ t £ 120 мкс с шагом 1мкс, а также просмотр результатов расчёта при помощи программы PROBE на экране монитора.

Задание на моделирование имеет вид: CXQ2

RI 1 2 ПС

R2 5 2 1К

R3 3 2 40K

R4 4 2 40К ROUT 6 0 38К Cl 1 3 357Р С2 4 5 357Р СЗ 5 6 5.5N

VI 2 0 PULSE(0 120 5n 5n 200U 200U) Q1 1 4 0Q2N834

Q2 5 3 0 Q2N834

.LIB C:\ELCAD\PSPICE\bipolar.liby

.TRAN IE-6 12Е-5

.PROBE V(6)

.PRINT TRAN V(6)

.PLOT TRAN V(6)

.END

3.4. Моделирование зависимых источников ЭДС и тока.

3.4.1.Источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН).

Е <+узел> <-узел> <+управляемый узел> <-управляемый узел> коэффициент управления^ Если К=10, тогДа Е 1 2 3 4 10.

3.4.2.Источник напряжения,управляемый током (ИНУТ).

Е2 Источник ЭДС El управляется током 12, ко­ торый протекает через источник ЭДС Е2, т.е. V(1,2)=R*I2.

Рис.3.5.ИНУТ

Взадании на моделирование такой источник запишется так:

Н<+узел> <-узел> <имя управляющего источника нанряжения> коэффициент управления >.

Если принять в схеме коэффициент управления К=100, тогда источ­

ник ЭДС Е] можно записать: H 1 1 2 V2 100.

3.4.3.Источник тока, управляемый напряжением (ИТУН).

На рис.3.6 — источник тока, включённый между узлами 1 н 2 и управляемый напряжением между узлами 3 и 4; Ii2=gV(3,4), где g — коэф­ фициент управления.

В задании на моделирование такой источник описывается предложе- I 3 4 нием:

G <+узел> <-узел> <+управляющий узел> <- управляющий узел> коэффициент управления>.

При g=0.1 задание на ИТУН рис.3.6 будет

иметь вид: G 1 2 3 4 0.1.

Рис.З.б.ИТУН

3.4.4. Источник тока, управляемый током (ИТУТ).

Если коэффициент управления £=10, а источнику ЭДС Е2 присвоить имя V2, тогда задание для схемы рис.3.7 будет иметь вид: F 1 2 V2

10.

3.5. Макромодель малосигнальной линеаризованной схемы биполяр­ ного транзистора.

Система PSP1CE позволяет использовать макромодели, созданные пользователем системы. ЭтоСюгут быть макромодели подсхем, фрагмен­ тов цепи или отдельных устройств, состоящих из типовых элементов или компонентов.

Эти макромодели могут записываться определённым образом либо непосредственно в текст задания, либо в библиотечный файл.

3.5.1. Описание макромодели подсхемы в тексте задания.

Запись такой макромодели в тексте задания на моделирование начи­ нается директивой .SUBCKT и заканчивается директивой .ENDS. Между ними помещаются описания компонентов, входящих в состав макромоде­ ли.

ся полный путь к библиотечному файлу, вторая записывается по формату

Хххх <узлы> <имя макромодели>.

Например, пусть имя макромодели будет PNPMOD для П - модели

биполярного р-п-р транзистора и NPNMOD для П - модели биполярного п-

р-n транзистора. В схеме транзистор подключается к узлам 0-1-2, им соот­

ветствуют узлы в макромодели 1-2-3. Тогда задание запишется так :

XI 0 1 2 NPNMOD

.LIB C:\ELCAD\PSPICE\L1NTR.LIB.

В библиотечном файле с именем LINTR.LIB, который входит в ката­

лог системы PSP1CE директории ELCAD на диске С записывается макро­

модель :

.SUBCKT NPNMOD 1 2 3

[ строки

i описания

I макромодели

.ENDS

3.5.3. Описание макромодели линеаризованной П-схемы биполярно­ го транзистора.

Линеаризованная модель биполярного транзистора при замещении его 11схемой представлена на рис.3.8.

Значение параметров модели :

RB=25...100 Ом, RBE= 150... 1000 Ом, RBK=1E6...1E7 Ом, RKE=1E5...1E6 Ом, СВЕ=10...200 пФ, Свк=0.2...6 пФ, СКЕ=0.1...1 пФ, gm=(0.2...2)E-2 А/В.

Рис.3.8.Линеаризованная схема замещения биполярного транзистора.

Описание макромодели для схемы рис.3.8 :

.SUBCKT NPNMOD 2 1 О RB 1 4 100

R B E 44 500

R K E 251E

RBK4 2 1Е6 СВЕ 4 5 100Р С В К 42 5Р СКЕ2 5 1Р

G 5 2 4 5 1.5Е-2(

.ENDS

3.5.4. Пример описания задания на моделирование с использованием П-модели транзистора.

Для примера рассмотрим схему усилителя (рис.3.2), с использовани­ ем П-образной схемы замещения транзистора Q1, макромодель которой NPNMOD описана в разделе 3.5.3.

Запишем задание на моделирование схемы. Имя задания CXIQL1N и описание имеет вид:

CX1QLIN

R1 2 5 40К

R2 2 3 8K

RE3 0 1.5K

RK4 5 3.1K

ROUT 7 0 810 RA 5 О Ж

СВ 1220U CE3 020U CK4 7 20U

VIN 1 О S1N(0 0.1 50К0 0 0) XI 4 2 3 NPNMOD

.SUBCKT NPNMOD 2 1 5

Г строки

iописания (раздел 3.5.3) I макросов

.ENDS

.TRAN IE-6 5Е-5

.FOUR 50K V(7)

.PRINT TRAN V(7)

.PLOT TRAN V(7)

.END

Итак, заданием на моделирование предусмотрен расчёт переходного процесса на интервале 0...50 мкс, построение таблиц и графика выходного напряжения, разложение его в ряд Фурье и отображение на экране мони­ тора (программа PROBE).

4. Моделирование переходных процессов в цепях с силовыми дио­

дами.

4.1 .Модель полупроводникового силового диода.

В соответствии с теоремой компенсации нелинейный элемент элек­ трической цепи может быть представлен идеальным источником тока, тж и напряжение на котором равны току и напряжению на нелинейном эле­ менте. В предлагаемой модели диода параллельно источнику тока включа­ ется резистор с сопротивлением Ryr, учитывающий ток утечки через диод, и емкостной элемент с емкостью СВ. Модель диода представлена на рис.4ЛТок источника описывается аналитическим выражением вида: