5.3. Программа расчета параметров моделей аналоговых компонентов Model Editor
5.3. Программа расчета параметров моделей аналоговых компонентов Model Editor
Программа Model Editor (ранее имевшая название Parts) рассчитывает по паспортным данным параметры моделей полупроводниковых приборов (диодов, биполярных, полевых и МОП-транзисторов, составных транзисторов Дарлингтона, статически индуцированных биполярных транзисторов), ферромагнитных сердечников, макромоделей операционных усилителей, компараторов напряжения, регуляторов и стабилизаторов напряжения, источников опорного напряжения. Краткое описание большинства этих моделей дано в разд. 4.2 и [7].
Математические модели компонентов записываются в библиотечные файлы с расширением имени *.LIB. При желании можно составить файлы отдельных моделей, имеющие расширение имени *.MOD. Помимо параметров математических моделей в файлы *.LIB программа Model Editor заносит также протокол ввода паспортных данных, так что при уточнении отдельных параметров нет необходимости вводить заново все паспортные данные. В файлах отлаженных библиотек протокол паспортных данных обычно удаляется, чтобы уменьшить объем файлов и сделать их удобочитаемыми.
Программа Model Editor вызывается щелчком мыши по одноименной пиктограмме (ее экран изображен на рис. 5.5). Она управляется с помощью команд ниспадающего меню. Кроме того, имеется набор пиктограмм для быстрого вызова наиболее употребительных подкоманд. Краткое описание команд программы Model Editor приведено в табл. 5.4.
Рис. 5.5. Экран программы Model Editor
Таблица 5.4. Команды программы Model Editor
|
|
|
|
|
Команда |
Назначение |
|
|
|
Меню File (Файл) |
|
|
New |
Создание файла библиотеки моделей |
|
|
Open (Ctrl+O) |
Загрузка файла библиотеки моделей для последующего редактир'о-вания |
|
|
Save |
Сохранение внесенных изменений в текущей библиотеке |
|
|
Save As... |
Сохранение внесенных изменений в новом библиотечном файле, имя которого указывается по дополнительному запросу |
|
|
Print... |
Печать графиков одного или нескольких окон |
|
|
Print Preview |
Просмотр графиков перед печатью |
|
|
Page Setup... |
Настройка параметров страницы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Команда |
Назначение |
|
|
Create Capture Parts |
Создание библиотеки графических символов (*.OLB) для текущей библиотеки моделей |
|
|
1, 2, ... |
Список последних четырех загруженных файлов |
|
|
Exit (Alt+F4) |
Завершение работы с графическим редактором |
|
|
|
Меню Edit (Редактирование) |
|
|
Cut (Ctrl+X, Del) |
Удаление фрагмента текста |
|
|
Copy (Ctrl+C) |
Копирование фрагмента текста |
|
|
Past (Ctrl+V) |
Размещение в тексте содержания буфера обмена |
|
|
Delete (Del) |
Удаление выбранного компонента из текущей библиотеки (его имя указывается в списке компонентов) |
|
|
Find |
Нахождение фрагмента текста |
|
|
Replace |
Замена фрагмента текста |
|
|
|
Меню View (Просмотр) |
|
|
Normal |
Вывод графического окна |
|
|
Model Text |
Вывод окна текста |
|
|
Fit |
Изменение масштаба изображения графика так, чтобы на полном экране разместился весь график |
|
|
In |
Увеличение масштаба изображения графика |
|
|
Out |
Уменьшение масштаба изображения графика |
|
|
Area |
Вывод на весь экран окаймленной части изображения графика |
|
|
Previous |
Возвращение к предыдущему масштабу изображения графика |
|
|
Redraw |
Перечерчивание экрана |
|
|
Pan-New Center |
Расположение графика симметрично относительно точки расположения курсора без изменения масштаба |
|
|
Toolbars... |
Настройка меню инструментов |
|
|
Status Bar |
Вывод строки состояний |
|
|
Model List |
Вывод списка компонентов текущей библиотеки |
|
|
Parameters |
Вывод таблицы параметров |
|
|
|
Меню Model (Модель) |
|
|
New |
Создание новой модели компонента: указывается имя модели на строке Model и выбирается ее тип из списка From Model |
|
|
Copy From... |
Копирование параметров существующей модели из текущей библиотеки под новым именем в нее же |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Команда |
Назначение |
|
|
iBIS transistor... |
Трансляция модели формата IBIS (из файла с расширением имени *.IBS) в формат PSpice |
|
|
Export... |
Запись параметров текущей модели в отдельный текстовый файл *.MOD |
|
|
Import... |
Импортирование в файл текущей библиотеки *.LIB текстового файла *.MOD |
|
|
Меню Plot (Отображение графиков) |
|
|
|
Add Trace... |
Построение дополнительного графика при указанной температуре |
|
|
Delete Trace |
Удаление графика, имя которого выбрано щелчком курсора |
|
|
Axis Settings |
Задание диапазонов значений по осям X, Y: |
|
|
Data Range Диапазон изменения (Auto Range — выбираемый автоматически, User Defined — назначаемый пользователем) |
|
|
|
Linear/Log Линейная/логарифмическая шкала |
|
|
|
Trace Variable Выбор имени независимой переменной (только для оси X) — температуры или любого параметра модели |
|
|
|
Меню Tools (Инструменты) |
|
|
|
Extract Parameters |
Расчет параметров модели на основании введенных данных |
|
|
Customize... |
Настройка меню инструментов |
|
|
Options... |
Конфигурирование режима автоматического создания символов компонентов после составления их математических моделей |
|
|
Меню Window (Окно) |
|
|
|
Cascade |
Каскадное расположение открытых окон |
|
|
Tile |
Последовательное расположение открытых окон |
|
|
Arrange Icon |
Упорядочивание расположения иконок свернутых окон в нижней части экрана |
|
|
1, 2, ... |
Список открытых окон |
|
|
Меню Help (Помощь) |
|
|
|
Help Topics... (F1) |
Вывод содержания, предметного указателя и средств поиска терминов встроенной инструкции |
|
|
Web Resources |
Выход в Интернет: |
|
|
PSpice Home Page Загрузка сайта www.orcad.com |
|
|
|
Customer Support Выход на службу технической поддержки www.orcad.com/technical |
|
|
|
About Model Editor |
Вывод номера версии программы и ее регистрационного номера |
|
|
|
|
|
Поясним принцип работы с Model Editor на примере создания модели диода. Сначала по команде File>New указывается имя файла библиотеки моделей диодов (создается новый файл с расширением имени *.LIB). Далее по команде Model>New вводится имя модели компонента (например D814) и в предлагаемом списке типов моделей выбирается его тип (например DIODE). Доступны следующие типы моделей (рис. 5.6):
Bipolar Transistor (NPN, PNP) — биполярные n-p-n- и p-n-p-транзисторы;
Magnetic Core — ферромагнитный сердечник;
Diode — диод;
Darlington Transistor — составной транзистор Дарлингтона;
Ins Gate Bipolar Tran — статически индуцированный биполярный транзистор с каналом n-типа;
Junction FET (N-, P-CHANNEL) — полевые транзисторы с каналами п- и р-типа;
MOSFET (NMOS, PMOS) — МОП-транзисторы с каналами п- и р-типа;
Operational Amplifier — операционный усилитель;
Voltage Comparator — компаратор напряжения;
Voltage Reference — стабилизатор напряжения;
Voltage Regulator — регулятор напряжения.
Рис. 5.6. Выбор типа компонента и ввод его имени
К именам компонентов, имеющих встроенные модели, программа к введенному на панели Name имени добавляет префикс в соответствии с типом модели: к имени диода — букву D, биполярного транзистора — Q, полевого транзистора — J, МОП-транзистора — М, статически индуцированного биполярного транзистора -- Z, магнитного сердечника — К. Имена моделей остальных компонентов, представляющих собой макромодели, остаются неизменными. Например, если ввести имя модели диода 522А, то программа Model Editor присоединит к нему префикс D и в библиотеку будет занесена модель D522A. К именам макромоде-лей, к которым относятся транзисторы Дарлингтона, операционные усилители, компараторы, регуляторы и стабилизаторы напряжения, префикс не добавляется.
После ввода имени и типа модели в нижней части экрана программы выводится список параметров модели (рис. 5.18). В столбце Parameter Name указаны имена параметров, в столбце Value — их значения, в столбце Active галочками помечены параметры, значения которых оцениваются на текущей закладке, в столбце Fixed галочками помечены не изменяемые параметры. Первоначально всем параметрам модели присваиваются значения по умолчанию (указаны в графе Default).
Паспортные данные вводятся порциями, характеризующими различные режимы работы компонента. Каждому режиму соответствует отдельная закладка (см. рис. 5.5), на которой вводятся паспортные данные компонента и отображаются графики. Эти данные вводятся в двух режимах:
1) ввод координат отдельных точек характеристик, например, ВАХ диода, зависимости барьерной емкости р-n-перехода от напряжения смещения и т.п. (на рис. 5.7, ана закладке Forward Current вводятся данные ВАХ диода). При вводе данных можно пользоваться масштабными множителями, указанными в табл. 4..3. Эти данные рекомендуется вводить в порядке возрастания независимой переменной;
2) ввод значений отдельных параметров устройства (например, на рис. 5.7, б на закладке Reverse Recovery вводятся значения, характеризующие рассасывание носителей заряда).
По команде Tools>Extract Parameters рассчитываются параметры модели на основании введенных данных, на экране вычерчивается аппроксимирующая функция и значками отмечаются введенные точки, на основании которых она построена; значения же рассчитанных параметров модели отображаются в таблице (см. рис. 5.5, графа Value).
а)
б)
Рис. 5.7. Ввод координат графиков (а) и значений отдельных параметров (б)
По команде Plot>Trace Add возможно построить семейство характеристик при нескольких значениях температуры. По умолчанию предлагается построить графики характеристик при изменении температуры (рис. 5.8). Имя варьирумой переменной изменяется по команде Plot>Axis Settings на панели Trace Variable. Например, для диодов возможна вариация параметров М, CJO, VJ и FC.
Рис. 5.8. Построение температурных зависимостей
Построение модели завершается командой записи обновленных данных в библиотечный файл File>Save.
Далее приведем списки вводимых паспортных данных для компонентов, включенных в программу Model Editor, и перечень параметров их математических моделей. Звездочками * в приводимых ниже перечнях отмечены параметры, не оцениваемые в программе Model Editor; им по умолчанию присваиваются типичные значения.
Диоды. Паспортные данные диода, которые вводит пользователь (тип модели DIODE), и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе, приведены в табл. 5.5.
Таблица 5.5. Диоды
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
||
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
|||
|
Forward Voltage (Прямая ветвь ВАХ) |
|
||||
|
Vfwd, Ifwd |
Координаты точек ВАХ диода |
IS RS |
10- 4 А 0,1 Ом |
|
|
|
|
|
N |
1 |
|
|
|
|
|
IKF |
0 |
|
|
|
|
|
XTI* |
3 |
|
|
|
|
|
EG* |
1,11 В |
|
|
|
Junction Capacitance (Барьерная емкость) |
|
||||
|
Vrev, Cj |
Зависимость барьерной емкости перехода от модуля напряжения обратного смещения |
CJO VJ М |
1 пФ 0,75 В 0,3333 |
|
|
|
|
|
FC* |
-0,5 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
||
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
|||
|
Reverse Leakage (Сопротивление утечки) |
|
||||
|
Vrev, Irev |
Зависимость тока утечки от абсолютной величины напряжения обратного смещения |
ISR NR |
100 пА 2 |
|
|
|
Reverse Breakdown (Напряжение стабилизации) |
|
||||
|
Vz |
Абсолютная величина напряжения пробоя (стабилизации) при токе Iz |
BV IBV |
100 В 100 мкА |
|
|
|
Iz |
Ток пробоя (стабилизации) |
|
|||
|
Zz |
Дифференциальное сопротивление на участке пробоя в точке (Iz, Vz) |
|
|||
|
Reverse Recovery (Рассасывание носителей заряда) |
|
||||
|
Trr |
Время рассасывания носителей заряда |
ТТ |
5 не |
|
|
|
Ifwd |
Ток диода в прямом направлении до переключения |
|
|||
|
Irev |
Обратный ток диода после переключения |
|
|||
|
Rl |
Эквивалентное сопротивление нагрузки (включая выходное сопротивление генератора) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Биполярные транзисторы. В табл. 5.6 приведены паспортные данные биполярного транзистора (Bipolar Transistor: NPN, PNP), которые вводит пользователь, и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе.
Таблица 5.6. Биполярные транзисторы
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
|
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
||
|
V(be) (sat) Voltage (Напряжение на р-я-переходе в режиме насыщения) |
|
|||
|
Vbe |
Смещение база-эмиттер в режиме насыщения |
IS RB XTI* EG* |
10- 5 А 3 Ом 1,11 В |
|
|
Vce |
Смещение коллектор-эмиттер в режиме насыщения |
|
||
|
Output Admitance (Выходная проводимость) |
|
|||
|
Ic, hoe |
Зависимость выходной проводимости при холостом ходе на выходе hoe от тока коллектора 1с |
VAF |
100 В |
|
|
Vce |
Смещение коллектор-эмиттер Vce=5 В |
|
||
|
Forward DC Beta (Статический коэффициент передачи по току) |
|
|||
|
Ic, hFE |
Зависимость статического коэффициента усиления тока в схеме ОЭ в нормальном режиме hFE от тока коллектора 1с. Измерения проводились при смещении коллектор-эмиттер Vce=l В |
BF NE ISE XTB* NK* |
100 1,5 0 1,5 0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
|
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
||
|
Vce(sat) Voltage (Напряжение насыщения коллектор-эмиттер) |
|
|||
|
Ic, Vce |
Зависимость напряжения насыщения коллектор-эмиттер Vce от тока коллектора Iс. Отношение тока коллектора к току базы в режиме насыщения Ic/Ib=10 |
BR NC ISC IKR RC |
1 2 0 0 0 |
|
|
С-В Capacitance (Барьерная емкость коллектор-база) |
|
|||
|
Vcb, Cobo |
Зависимость выходной емкости Cobo в режиме холостого хода на выходе от напряжения обратного смещения коллектор-база Vcb |
CJC VJC MJC FC* |
2 пФ 0,75 В 0,3333 0,5 |
|
|
Е-В Capacitance (Барьерная емкость эмиттер-база) |
|
|||
|
Veb, Cibo |
Зависимость входной емкости Cibo в режиме холостого хода на входе от напряжения обратного смещения эмиттер-база Veb |
CJE V.JE MJE |
5 пФ 0,75 В 0,3333 |
|
|
Storage Time (Время рассасывания заряда) |
|
|||
|
Ic, ts |
Зависимость времени рассасывания ts от тока коллектора 1с. Отношение тока коллектора к току базы в режиме насыщения Ic/Ib=10 |
TR |
10 не |
|
|
Gain Bandwidth (Площадь усиления) |
|
|||
|
Ic, ГГ |
Зависимость граничной частоты коэффициента передачи тока ГГ в схеме с ОЭ от тока коллектора 1с. Смещение коллектор-эмиттер Vce=10 В |
TF ITF XTF VTF* |
1 НС 1 0 10В |
|
|
|
|
|
|
|
Статически индуцированный биполярный транзистор. Паспортные данные статически индуцированного биполярного транзистора (Ins Gate Bipolar Transistor), которые вводит пользователь, и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе, приведены в табл. 5.7.
Таблица 5.7. Статически индуцированные биполярные транзисторы
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
||
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
|||
|
Fall Time (Время спада) |
|
||||
|
Icmax |
Абсолютное значение максимального тока коллектора при температуре 25 °С |
AGD AREA TAU |
5*10 -5 см 25*10 -6 м 27,1 мкс |
|
|
|
Bvces |
Абсолютное значение максимального напряжения пробоя коллектор-эмиттер при коротком замыкании затвор-эмиттер |
|
|||
|
tf |
Время спада тока коллектора при индуктивной нагрузке при заданных значениях Ic, Vce |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
|
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
||
|
Ic |
Ток коллектора |
WB |
9*10 -5 м |
|
|
Vce |
Напряжение коллектор-эмиттер |
|
||
|
Transfer Characteristics (Проходная характеристика) |
|
|||
|
Vge, Ic |
Зависимость тока коллектора 1с от смещения затвор-эмиттер Vge |
КР VT |
0,38 А/В 2 2 В |
|
|
Saturation Characteristics (Характеристики насыщения) |
|
|||
|
Vce, Ic |
Зависимость тока коллектора 1с от напряжения коллектор-эмиттер Vce в режиме насыщения |
KF |
1 А/В 2 |
|
|
Vge |
Напряжение затвор-эмиттер, при котором проведены измерения |
|
||
|
Gate Charge (Заряд области затвора) |
|
|||
|
Qge |
Заряд области затвор-эмиттер в состоянии «включено» |
CGS COXD VTD |
12,4 нФ/В 235 нФ/В 2 -5 В |
|
|
Qgc |
Заряд области затвор-коллектор в состоянии «включено» |
|
||
|
Qg |
Общий заряд затвора в состоянии «включено» |
|
||
|
Vg |
Напряжение на затворе, при котором измерен заряд Qg |
|
||
|
Vce |
Напряжение на коллекторе, при котором измерены Qge, Qgc, Qg |
|
||
|
Ic |
Ток коллектора, при котором измерены Qge, Qgc, Qg |
|
||
|
|
|
|
|
|
Полевые транзисторы. Паспортные данные полевого транзистора (Junction FET: N-, P-CHANNEL), которые вводит пользователь, и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе, приведены в табл. 5.8.
Таблица 5.8. Полевые транзисторы
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
||
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
|||
|
Transconductance (Передаточная проводимость) |
|
||||
|
Id, gFS |
Зависимость проводимости прямой передачи gFS от тока стока Id |
BETA ВЕТАТСЕ* RS RD |
0,001 -0,5 1 Ом 1 Ом |
|
|
|
Output Conductance (Выходная проводимость) |
|
||||
|
Id, gOS |
Зависимость выходной проводимости gOS от тока стока Id |
LAMBDA |
0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
||
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
|||
|
Transfer Curve (Проходная характеристика) |
|
||||
|
Vgs, Id |
Зависимость тока стока Id от смещения затвор-исток Vgs |
VTO VTOTC* |
-2,5В -0,0025 |
|
|
|
Yds |
Смещение сток-исток |
|
|||
|
Reverse Transfer Capacitance (Проходная емкость) |
|
||||
|
Vgs, Crss |
Зависимость проходной емкости Crss от смещения затвор-исток Vgs |
CGD М РВ FC* |
1 пФ 0,3333 1 0,5 |
|
|
|
Yds |
Смещение сток-ис'гок |
|
|||
|
Input Capacitance (Входная емкость) |
|
||||
|
Vgs, Ciss |
Зависимость входной емкости Ciss от смещения затвор-исток Vgs |
CGS |
1 пФ |
|
|
|
Vds |
Смещение сток-исток |
|
|||
|
Passive Gate Leakage (Ток утечки затвора в пассивном режиме) |
|
||||
|
Vdg, Igss |
Зависимость тока утечки затвора Igss от смещения сток-затвор Vdg |
IS ISR N NR XTI* |
10- 15 А 10- 12А 1 2 3 |
|
|
|
Active Gate Leakage (Ток утечки затвора в активном режиме) |
|
||||
|
Vdg, Ig |
Зависимость тока утечки затвора Ig от смещения сток-затвор Vdg |
ALPHA VK |
10- 6 100В |
|
|
|
Id |
Ток стока |
|
|||
|
Noise Voltage (Уровень внутреннего шума) |
|
||||
|
Freq, en |
Зависимость от частоты эквивалентной спектральной плотности напряжения шума, приведенного ко входу |
KF AF* |
10 -18 1 |
|
|
|
Id |
Ток стока |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
МОП-транзисторы. В табл. 5.9 приведены паспортные данные МОП-транзистора (MOSFET: NMOS, PMOS), вводимые пользователем, и список параметров его математической модели третьего уровня (LEVEL = 3), которые рассчитываются в программе.
Расчет параметров математических моделей отечественных МОП-транзисторов с помощью программы Model Editor затруднен ввиду того, что в паспортных данных отсутствуют значения зарядов Qg, Qgs.
Таблица 5.9. МОП-транзисторы
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
||
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
|||
|
Transconductance (Передаточная проводимость) |
|
||||
|
Id, gFS |
Зависимость проводимости прямой передачи gFS от тока стока Id |
RS КР W L |
20*10- 320*10- 6 * 0,5 2*10- 6 |
|
|
|
Transfer Curve (Проходная характеристика) |
|
||||
|
Vgs, Id |
Зависимость тока стока Id от смещения затвор-исток Vgs |
VTO |
3 В |
|
|
|
Rds (on) Resistance (Сопротивление канала в состоянии «включено») |
|
||||
|
Id |
Ток стока |
RD |
10- 3 Ом |
|
|
|
Rds |
Статическое сопротивление сток-исток |
|
|||
|
Vgs |
Смещение затвор-исток |
|
|||
|
Zero-Bias Leakage (Сопротивление утечки канала при нулевом смещении на затворе) |
|
||||
|
Idss |
Ток стока при нулевом потенциале затвора и напряжении Yds |
RDS |
1 МОм |
|
|
|
Yds |
Смещение сток-исток при измерении тока Idss |
|
|||
|
Turn-On Charge (Объемный заряд в состоянии «включено») |
|
||||
|
Qgd |
Общий заряд области затвора |
CGSO CGDO |
40 пФ 10 пФ |
|
|
|
Qgs |
Заряд области затвор-исток, необходимый для переключения |
|
|||
|
Yds |
Постоянный потенциал истока (по умолчанию 50 В) |
|
|||
|
Id |
Ток стока (по умолчанию 50 А) |
|
|||
|
Output Capacitance (Выходная емкость) |
|
||||
|
Yds, Coss |
Зависимость выходной емкости Coss от смещения сток-исток Yds |
CBD РВ MJ FC* |
1 нФ 0,8 В 0,5 0,5 |
|
|
|
Switching Time (Время переключения) |
|
||||
|
tf |
Время переключения |
RG |
5 Ом |
|
|
|
Id |
Ток стока |
|
|||
|
Vdd |
Постоянный потенциал истока (по умолчанию 20 В) |
|
|||
|
Zo |
Выходное сопротивление генератора импульсного напряжения (по умолчанию 5 Ом) |
|
|||
|
Reverse Drain Current (Ток стока в инверсном режиме) |
|
||||
|
Vsd, Idr |
Зависимость напряжения прямого смещения перехода исток-сток Vsd от обратного тока стока Idr |
IS N RB |
10- 15 А 1 10-3 Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Операционные усилители. После выбора в начальном меню программы Model Editor режима Operational Amplifier необходимо по запросам программы указать тип транзистора входного каскада и наличие внутренней/внешней коррекции:
Technology — BJT (биполярный транзистор) или JFET (полевой транзистор);
Input — NPN или PNP (для биполярного транзистора) и NJF или PJF (для полевого транзистора);
Compensation — Internally (внутренняя) или Externally (внешняя коррекция).
В табл. 5.10 приведены паспортные данные ОУ, которые вводит пользователь, и список параметров его макромодели, которые рассчитываются в программе.
Таблица 5.10.Операционные усилители
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
|
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
||
|
Large Signal Swing (Параметры для большого сигнала) |
|
|||
|
+Vpwr |
Напряжение источника положительного напряжения (15 В) |
VC VE |
2В 2 В |
|
|
-Vpwr |
Напряжение источника отрицательного напряжения (-15 В) |
|
||
|
+Vout |
Максимальное значение выходного напряжения положительной полярности (13 В) |
|
||
|
-Vout |
Максимальное значение выходного напряжения отрицательной полярности (—13 В) |
|
||
|
+SR |
Максимальная скорость нарастания выходного напряжения положительной полярности (500-10 В/с) |
|
||
|
-SR |
Максимальная скорость нарастания выходного напряжения отрицательной полярности (500-10 В/с) |
|
||
|
Pd |
Потребляемая мощность в статическом режиме (50 мВт) |
|
||
|
Open Loop Gain (Коэффициент усиления без цепи обратной связи — входной каскад на БТ) |
|
|||
|
Сс |
Емкость коррекции (30 пФ) |
BF1 BF2. С2 СЕЕ QA GCM IS1 IS2 IEE RC |
75 75 30 пФ 0 189-10- 6 1,9- 10- 9 8-10-' 6 8-10- 16 15-10 16 5305 |
|
|
Ib |
Входной ток смещения (100 нА) |
|
||
|
Av-dc |
Коэффициент усиления постоянного напряжения (200 тыс.) |
|
||
|
f-Odb |
Частота единичного усиления (1 МГц) |
|
||
|
CMRR |
Коэффициент подавления синфазного сигнала (100 тыс.) . |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
|
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
||
|
Ibos |
Входной ток смещения |
RE REE RP |
1832 13 810 18 160 |
|
|
Vos |
Напряжение смещения нуля |
|
||
|
Open Loop Gain (Коэффициент усиления без цепи обратной связи — входной каскад на ПТ) |
|
|||
|
Сс |
Емкость коррекции (10 пФ) |
BETA С2 CSS GA GCM IS ISS RD RSS RP |
789*10- 6 10 пФ 0 63*10- 6 63*10- 11 15*10- 125*10- 6 15,9 40*10 6 |
|
|
Av-dc |
Коэффициент усиления постоянного напряжения (200 тыс.) |
|
||
|
f-Odb |
Частота единичного усиления (1 МГц) |
|
||
|
CMRR |
Коэффициент подавления синфазного сигнала (100 тыс.) |
|
||
|
Ibos |
Входной ток смещения (30 пА) |
|
||
|
Vos |
Напряжение смещения нуля |
|
||
|
Open Loop Phase (Фазочастотная характеристика без цепи обратной связи) |
|
|||
|
Phi |
Запас по фазе на частоте единичного усиления, град. (60°) |
C1 |
8,6 пФ |
|
|
Maximum Output Swing (Предельные значения выходных сопротивлений) |
|
|||
|
Ro-dc |
Выходное сопротивление на низких частотах (75 Ом) |
R01 R02 GB |
50 Ом 25 Ом 424,4 |
|
|
Ro-ac |
Выходное сопротивление на высоких частотах (50 Ом) |
|
||
|
los |
Максимальный ток короткого замыкания (20 мА) |
|
||
|
|
|
|
|
|
Замечания.
1. По умолчанию параметрам математической модели присваиваются значения параметров конкретных ОУ. Выше для конкретности приведены параметры модели ОУ 140УД7 (аналог мA741).
2. Частота единичного усиления f-Odb связана с частотой первого полюса f 1 соотношением f-Odb = f 1 Av-dc . Запас по фазе Phi на частоте единичного усиления определяется отношением частоты единичного усиления к частоте второго полюса f 2
Phi = 90° - arctg(f-Odb / f 2 ),
где арктангенс вычисляется в градусах.
3. Для ОУ с внешней коррекцией указывается значение емкости корректирующего конденсатора Сс, для которого приведено значение запаса по фазе Phi и другие параметры ОУ.
4. В справочных данных обычно приводится полное выходное сопротивление Rвых = Ro-ac + Ro-dc. Его надо разделить на две составляющие, ориентируясь на приближенное соотношение Ro-dc = 2Ro-ac.
5. В последних версиях OrCAD учитывается напряжение смещения нуля ОУ.
Компараторы напряжения. После выбора в начальном меню программы Model Editor режима Voltage Comparator необходимо ответить на ряд запросов программы:
Input Stage — NPN, PNP (тип биполярного транзистора во входном каскаде);
Output Stage Connection — to -V Supply или to Ground (указывается, подключен ли транзистор выходного каскада к источнику отрицательного напряжения или предусмотрен независимый вывод «земли» выходного каскада).
Паспортные данные компараторов напряжения, которые вводит пользователь, и список параметров его макромодели, которые рассчитываются в программе, приведены в табл. 5.11.
Таблица 5.11. Компараторы напряжения
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
||
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
|||
|
Transfer Function (Переходная характеристика) |
|
||||
|
+Vpwr |
Напряжение источника положительного напряжения |
BF1 BF5 RP VI |
2000 10350 505 0 |
|
|
|
-Vpwr |
Напряжение источника отрицательного напряжения |
|
|||
|
+Vicr |
Максимальное значение положительного перепада синфазного напряжения |
|
|||
|
-Vicr |
Максимальное значение отрицательного перепада синфазного напряжения |
|
|||
|
Ib |
Входной ток смещения |
|
|||
|
Avd |
Коэффициент усиления напряжения постоянного тока |
|
|||
|
Rl |
Сопротивление нагрузки |
|
|||
|
Pd |
Потребляемая мощность |
|
|||
|
Falling Delay (Задержка спада напряжения) |
|
||||
|
Vst |
Перепад входного напряжения |
TR3 |
594 нc |
|
|
|
Vod |
Перевозбуждение входного напряжения |
|
|||
|
td |
Длительность задержки |
|
|||
|
Transition Time (Время переключения) |
|
||||
|
Vst |
Перепад входного напряжения |
TF5 |
7 нc |
|
|
|
Vod |
Перевозбуждение входного напряжения |
|
|||
|
ttr |
Длительность фронта нарастания выходного напряжения |
|
|||
|
Rising Time (Время нарастания напряжения) |
|
||||
|
Vst |
Перепад входного напряжения |
TR5 |
384 нc |
|
|
|
Vod |
Перевозбуждение входного напряжения |
|
|||
|
td |
Длительность фронта спада выходного напряжения |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
По умолчанию параметрам математической модели присваиваются значения параметров типовых компараторов каждого типа. Выше для конкретности указаны параметры компаратора 1401СА1 (аналог LM319).
Стабилизатор напряжения. В табл. 5.12 приведены паспортные данные стабилизатора напряжения (Voltage Reference), которые вводит пользователь, и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе.
Таблица 5.12. Стабилизаторы напряжения
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
||
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
|||
|
Revers Dynamic Impedance (Динамическое сопротивление) |
|
||||
|
Ir, Rz |
Зависимость обратного тока Ir от динамического сопротивления Rz |
NZ RZ |
10- 3 0,5 Ом |
|
|
|
Reference Voltage (Напряжение стабилизации) |
|
||||
|
Vref |
Напряжение обратного пробоя |
RBV IRMAX |
2,5 кОм 30 мА |
|
|
|
Ir |
Обратный ток, при котором измерено напряжение Vref |
|
|||
|
Irmax |
Модуль максимального значения тока пробоя |
|
|||
|
Temperature Drift (Температурная нестабильность) |
|
||||
|
Temp, Vref |
Зависимость напряжения обратного пробоя 'Vref от температуры |
ТС1 ТС2 |
10- 5 -7*10- 7 |
|
|
|
Reverse Characteristics (Характеристики режима обратного включения) |
|
||||
|
Vr, Ir |
Зависимость обратного напряжения Vr от обратного тока Ir |
IREV NREV |
200 мкА 50 |
|
|
|
Forward Characteristics (Характеристики рабочего режима) |
|
||||
|
Ifwd, Vfwd |
Зависимость потребляемого тока Ifwd от напряжения Vfwd |
IS N RS IKF XTI |
10- 14 А 1 0,1 Ом 0 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Регулятор напряжения. В табл. 5.13 приведены паспортные данные регулятора напряжения (Voltage Regulator), которые вводит пользователь, и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе.
Таблица 5.13. Регуляторы напряжения
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
||
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
|||
|
Reference Voltage (Напряжение стабилизации) |
|
||||
|
Vref |
Напряжение стабилизации |
VREF N |
1,25В 2 |
|
|
|
Dropout |
Напряжение отпускания |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Параметры модели |
|
||
|
Имя |
Значение по умолчанию |
|
|||
|
(Vi-Vo)max |
Максимальная разница между входным и выходным напряжением |
|
|
|
|
|
IOmin |
Минимальный выходной ток |
|
|||
|
Adjustment Pin Current (Ток установки) |
|
||||
|
ladj |
Ток установки |
BETA |
50 мкСм |
|
|
|
Output Impedance (Выходное сопротивление) |
|
||||
|
Zout |
Выходное сопротивление на низких частотах |
VAF CPZ |
100В 1 мкФ |
|
|
|
Zero |
Частота нуля выходного комплексного сопротивления |
|
|||
|
RR |
Неравномерность ослабления пульсаций на низких частотах, в децибелах |
|
|||
|
Frequency |
Частота, на которой измерены Zout и RR |
|
|||
|
IO |
Выходной ток, при котором измерены Zout и RR |
|
|||
|
Current Limit (Предельные значения выходного тока) |
|
||||
|
Ютах |
Максимальный выходной ток |
RB2 ESC1 ESC2 EFB1 EFB2 ЕВ |
200 Ом 0,5 -0,1 25 -1 100 |
|
|
|
lofb, Vi-Vo |
Зависимость тока обратной связи lofb от разницы между входным и выходным напряжением Vi-Vo |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Магнитный сердечник. Программа Model Editor в настоящее время оценивает параметры модели магнитного сердечника (Magnetic Core) уровня LEVEL=2, в которой не учитываются эффекты взаимодействия доменов и частотно-зависимые потери. Наиболее адекватно эта модель описывает ферриты и молибденовые пермаллои. Использованная в предыдущих версиях программы PSpice модель уровня LEVEL=1 больше не используется из-за своей малой достоверности. Особенно значительные ошибки были замечены при моделировании сердечников, имеющих зазоры — в текущей версии PSpice они устранены. Программа Model Editor на основании экспериментальных данных оценивает параметры, отражающие физические свойства магнитных материалов. При создании файлов моделей сердечников из одного материала с разной геометрией удобно использовать конструкцию АКО (см. разд. 4.2 ). Пользователь вводит по точкам кривую намагничивания и указывает значение начальной магнитной проницаемости, на основании чего программа рассчитывает параметры его модели (напряженность магнитного поля Н указывается в эрстедах, магнитная индукция В — в гауссах; см. табл. 5.14).
После задания значения начальной магнитной проницаемости и ввода по точкам кривой гистерезиса рассчитываются параметры модели магнитного сердечнка. Далее для конкретной конструкции трансформатора или дросселя в окне Parameters вводят значения геометрических размеров сердечника AREA, PATH, GAP и PACK.
Таблица 5.14. Магнитные сердечники
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметры модели |
|
|
|
Символы данных |
Справочные данные |
Значение Имя |
|
|
|
|
|
|
по умолчанию |
|
|
Hysteresis Curve (Кривая гистерезиса) |
|
|||
|
Н (Oers.) |
Координаты кривой намагничивания |
MS |
10 6 А/м |
|
|
В (Gaus's) |
|
А |
1000 A/M |
|
|
|
|
С |
0,2 |
|
|
м |
Начальная магнитная проницаемость |
К |
500 |
|
|
|
(Initial Perm.) |
AREA* |
0,1 см 2 |
|
|
|
|
GAP* |
0 CM |
|
|
|
|
PACK* |
1 |
|
|
|
|
PATH* |
1 CM |
|
|
|
|
LEVEL* |
2 (не изменяется) |
|
|
|
|
|
|
|
Замечание.
Наибольшая сложность в применении программы Model Editor состоит в отсутствии в справочниках на полупроводниковые приборы необходимых данных. И более того, рядом данных, приводимых в справочниках, нельзя пользоваться. Например, для диодов указывается, что «постоянный обратный ток при U 06p = 28 В не более 0,2 мкА». Это утверждение верно, так как действительная величина обратного тока намного меньше и составляет примерно 0,1 нА, но использовать эти данные для создания математической модели нельзя. Поэтому при расчете параметров математических моделей приходится самостоятельно проводить измерения их параметров или обращаться к изготовителям. Ситуация частично облегчается тем, что для каждого конкретного полупроводникового прибора нет нужны знать абсолютно все параметры его математической модели. Так, например, для стабилитрона не нужны данные о времени рассасывания носителей заряда, а для импульсных диодов, наоборот, не нужны данные о напряжении стабилизации. Поэтому в каждом конкретном случае нужно ограничить набор оцениваемых параметров и перед применением программы Model Editor провести измерения недостающих характеристик. В любом случае желательно пользоваться математическими моделями, созданными фирмами-производителями и доступными через Интернет.
Создание символов компонентов. В OrCAD 9.2 имеется возможность автоматического создания символов компонентов по завершении создания их математических моделей в Model Editor. Для этого в диалоговом окне команды Tools>Options устанавливается необходимая конфигурация (рис. 5.9):
Always Create Symbols when Saving Model — включение/выключение режима автоматического создания символов после сохранения библиотеки их моделей;
Save Symbols To — выбор библиотеки символов, в которую должны быть записаны вновь созданные символы;
Base Symbols On — использование при создании символов графики аналогичных символов в указанной библиотеке.
Рис. 5.9. Конфигурирование создания символов компонентов
5.18a.gif
5.18b.gif
5.19.gif
5.20a.gif
5.20b.gif
5.21.gif
5.22.gif