II. Работа с файлами

Созданная схема может быть сохранена на диске в файле с расширением .cir последовательностью команд File/Save(Ctrl/S) или кнопкой панели инструментов.            

  Открытие существующего файла со схемой реализуется командами File/Open (Ctrl/O) или кнопкой панели инструментов.                                                                                                                   

 Переход к созданию новой схемы - команды File/New (Ctrl/N).

 Модифицированная схема в активном окне может быть возвращена к исходному виду, хранящемуся на диске, кнопкой            .

  

III. Компоненты

ППСТП MicroCap включает набор базовых компонентов: резисторы, ёмкости, индуктивности, диоды, биполярные и полевые транзисторы, трансформаторы, линии задержки, источники постоянного и переменного сигнала, цифровые элементы, элементы отображения, управляемые ключи, а также макро- и подцепи, которые могут использоваться в качестве базовых компонентов. Для базовых компонентов определены модели, которые хранятся в библиотеках - файлах с расширениями .lib (текстовая форма моделей) или .lbr (двоичная форма). В целом базовый компонент представляет тройку (рис. 2), т.е.

       Рис. 2

в процессе работы компоненту можно переопределять модель или образ (визуальное отображение компонента на экране). Создание новых компонентов или модификация существующих производится встроенным в ППСТП Редактором Компонентов (РК), который запускается последовательностью команд Windows/Component Editor.

Библиотеки также могут пополняться путем импорта моделей, созданных сторонними разработчиками.

При  этом  модель  диода  строится  на  основе  следующего  набора  параметров  (табл. 1).

Таблица 1

№	Параметр	Обозначение	Физический смысл
1	Saturation current(IS)	IS	Ток насыщения
2	Zener voltage	BV	Напряжение пробоя
3	Minimum forward resistance	Rs	Минимальное прямое сопротивление
4	Zero-bias junction capacitance	CJO	Барьерная емкость при нулевом сме-щении
5	Reverse leakage resistance	RL	Сопротивление утечки
6	Energy gap (0.6 to 1.3)	EG	Ширина запрещенной зоны
7	Grading coefficient	M	Коэффициент барьерной емкости
8	Junction potential	VJ	Контактная разность потенциалов
9	Transit time	TT	Время пролета

Ток через диод определяется на основе следующего математического выражения:

I=IS0 * EXP(V/VT - 1),

где IS - ток насыщения (А), V - напряжение на переходе (В), VT - тепловой потенциал (В). Ток насыщения в отечественной литературе обычно называется тепловым или обратным током.

Биполярный транзистор представлен хорошо известной моделью Эберса-Молла /1/. Он задается указанием типа (NPN, PNP), после чего фиксируется либо номер модели, либо имя транзистора. Основные параметры модели указаны в табл. 2.

Таблица 2

№	Параметр	Обозначение	Физический смысл
1	Forward beta	BF	Коэффициент передачи тока базы в прямом включении
2	Ideal maximum reverse beta	BR	Идеальный коэффициент передачи то-ка базы в инверсном включении
3	Temperature coefficient for betas	XTB	Температурный коэффициент для параметра BF
4	Saturation current	IS	Ток насыщения
5	Energy gap	EG	Ширина запрещенной зоны
6	CJC	CJC	Емкость коллекторного перехода при нулевом смещении
7	CJE	CJE	Емкость эмиттерного перехода при нулевом смещении
8	Base resistance	RB	Сопротивление базы
9	Collector resistance	RC	Сопротивление коллектора
10	Forward Early voltage	VAF	Напряжение Эрли в прямом направлении
11	Ideal forward transit time	TF	Время переноса заряда в нормальном режиме
12	Ideal reverse transit time	TR	Время переноса заряда в инверсном режиме
13	MJC	MJC	Коэффициент аппроксимации барьер-ной емкости коллекторного перехода
14	VJC	VJC	Контактная разность потенциалов коллекторного перехода
			Продолжение табл. 2
№	Параметр	Обозначение	Физический смысл
15	MJE	MJE	Коэффициент аппроксимации барьер-ной емкости эмиттерного перехода
16	VJE	VJE	Контактная разность потенциалов эмиттерного перехода
17	CJS	CJS	Емкость коллектор-подложка
18	Emitter resistance	RE	Cопротивление эмиттера
19	Temperature exponent for IS	RE	Температурный показатель экспоненты для тока насыщения

 

Токи эмиттерного и коллекторного переходов вычисляются в соответствии с уравнениями Эберса-Молла, а нелинейные емкости переходов находятся из выражений:

СJC = CJC0/(1+VCB/VJC)^MJC; CJE = CJE0/(1+VEB/VJE)^MJE,

где

CJC, CJE - емкости коллекторного и эмиттерного переходов соответственно (Ф),

CJC0, СJE0 - емкости коллекторного и эмиттерного переходов при нулевом напряжении коллектор-база соответственно (Ф),

VJC, VJE - пороговые напряжения коллекторного и эмиттерного переходов (В),

MJC, MJE - коэффициенты аппроксимации.

При анализе в частотной области используется малосигнальная линеаризованная модель транзистора.

МОП-транзистор (часто называемый МДП - транзистором) - полупроводниковый прибор, управляемый напряжением и имеющий структуру "металл - окисел - полупро-водник". Прибор имеет канал между выводами истока и стока, проводимость которого зависит от напряжения приложенного к затвору, отделенному от канала окислом (диэлектриком). МОП-транзистор задается указанием типа канала (NMOS, PMOS) и последующим указанием номера модели или имени транзистора. Модель МОП-транзис-тора (MOS (MOSFET) - metal-oxide-semiconducter (metal-oxide-semiconducter field-effect transistor)) описывается 13-ю параметрами, представленными в табл. 3.

 

Таблица 3

№	Параметр	Обозначение	Физический смысл
1	Zero bias threshold voltage	VTO	Пороговое напряжение (напряжение отсечки)
2	Beta factor	BETA	Коэффициент пропорциональности в выражении для тока стока
3	Gate-drain capacitance	CGD	Диффузионная ёмкость затвор-сток
4	Gate-source capacitance	CGS	Диффузионная ёмкость затвор-исток
5	Drain resistance	RD	Объемное сопротивление стока
6	Source resistance	RS	Объемное сопротивление истока
7	Beta temp. coef.	BTC	Температурный коэффициент BETA
8	VT temp. term	VTTC	Температурный коэффициент порогового напряжения
9	Body effect coefficient	CAMMA	Параметр порога подложки
10	Gate-channel capacitance	CGC	Диффузионная ёмкость затвор-канал
11	Channel-length modulation	LAMBDA	Коэффициент модуляции длины канала
12	Surface inversion potential	PHI	Потенциал поверхности
13	Output capacitance	COUT	Выходная ёмкость

Семейство выходных характеристик МОП-транзистора с n-каналом описывается системой уравнений:

I = 0, если VGS-VT0 <=0 (режим отсечки);

I = BETA(VGS-VT)**2 *(1+LAMBDA*VDS ), если 0<VGS-VT<VDS (режим насыщения);

I = BETA[2(VGS-VT)-VDS]VDS(1+LAMBDA*VDS) , если 0<VDS<VGS-VT (линейный режим).

где VGS,VDS - напряжения затвор-исток и сток-исток соответственно (B);

VT=VT0+GAMMA - напряжение отсечки c учетом влияния материала подложки (В);

ВETA - удельная крутизна транзистора. Для интегральных транзисторов определяется как KP*W/L, где КР=С (С=1/h,  (С - удельная ёмкость на единицу поверхности, h - толщина диэлектрика под затвором)), W - эффективная ширина канала, L - эффективная длина канала. Для дискретных транзисторов коэффициент BETA определяется как

BETA=1/2RON(VGS-VT-VDS), где RON=VDS/IDS - выходное сопротивление.

Модель транзистора с каналом р-типа имеет противоположную полярность напряжений VGS, VDS и VT.

При анализе переходных процессов модель дополняется межэлектродными емкостями, при частотном анализе полная модель заменяется линеаризованной.

Постоянные источники напряжения (Battery) и тока (Isource) предполагают указание только численных значений выходного сигнала в формате (регистр при вводе единиц измерения значения не имеет):

- 15V или 12.5 (напряжение);

- 12mA или .012 (ток).

Параметры источника синусоидального сигнала приведены в табл. 4.

Таблица 4

Имя	Параметр	Единицы измерения	Значение по умолчанию
F	Частота	Гц	106
A	Амплитуда	В	1
DC	Постоянная составляющая	В	0
PH	Фаза	рад	0
RS	Внутреннее сопротивление	Ом	0.001
RP	Повторяющийся период экспоненцирования	сек	0
TAU	Постоянная времени экспоненцирования	сек	0

При TAU=0 значения выходного сигнала источника в каждый момент времени TIME определяются по формуле

V = A * sin(2 * PI * F * TIME + PH) + DC.

В табл. 5 описаны параметры источника прямоугольных сигналов.

  Таблица 5

Имя	Параметр	Единицы измерения	Значение по умолчанию
VZERO	Постоянное смещение (уровень нуля)	В	0
VONE	Максимальное напряжение (уровень единицы)	В	5
P1	Момент начала положительного перепада	сек	10-7
P2	Момент конца положительного перепада	сек	1.1*10-7
P3	Момент  начала отрицательного перепада	сек	5*10-7
P4	Момент окончания отрицательного перепада	сек	5.1*10-7
P5	Момент окончания нижнего уровня	сек	10-6

В интервале 0-Р1 выходное напряжение источника остается постоянным и равно VZERO.

В интервале Р1-Р2 оно меняется по закону VZERO+((VONE-VZERO)/(P2-P1))*(T-P1).

В интервале Р3-Р2 выходное напряжение снова постоянно и равно VONE.

В интервале Р4-Р3 оно меняется по закону VONE+((VZERO-VONE)/(P4-P3))*(T-P5).

В интервале Р5-Р4 выходное напряжение снова постоянно и равно VZERO.

Параметр Т определяется как Т=TIME mod P5, где TIME - время моделирования. При этом должно выполняться условие Р5 ³ Р4 ³Р3 ³ Р2 ³ Р1.

Выбор компонентов в состав схемы производится посредством кнопок панели инструментов (здесь представлены пиктограммы резистора, ёмкости, земли, диода, биполярного транзистора n-p-n, инвертора, постоянного источника и генератора пульсаций) и опциями команды Component главного меню. Опции Primitives предполагают выбор вида компонента и дальнейшую его параметризацию конкретной моделью. Окно параметризации (ОП) появляется на экране при фиксации местоположения компонента в рабочей области. Параметр Part определяет имя компонента, которое автоматически создается системой и используется в дальнейшем для его идентификации. Параметр Value определяет номинал пассивного элемента. Сложные элементы (транзисторы, генераторы и т.п.) требуют определения параметра Model. Нажатие кнопки Edit позволяет перейти к перечню параметров модели с указанием их численных значений, доступных не только для просмотра, но и для редактирования.

Для пассивных компонентов параметризацию можно ограничить только указанием номинала. Опции Library предполагают сразу выбор компонента на основе конкретной модели. Именно здесь произведена иерархическая структуризация типов компонентов. Так, например, среди диодов выделены выпрямительные диоды, стабилитроны (Zener diode), варикапы (varactor) и др.

Самый короткий путь выбора компонента с заранее известной моделью - последовательность команд Component/FindComponent, что приводит к появлению окошка, в которое вводится тип модели.

Опция Animation позволяет выбирать компоненты, изображение которых меняется в процессе моделирования (управляемые переключатели, знакосинтезирующие индикаторы и т.д.).

При обозначении элементов в ППСТП используется американская символьная и графическая нотация. Так, например, резистор обозначается как                   , а полевой транзистор с управляющим p-n-переходом обозначается как JFET (junctionfield-effect transistor). При желании с помощью Shape Editor и Component Editor графические изображения элементов могут быть заменены на европейские.