Источник - http://www.dian.ru/sh_soft.html

Создание аналоговых PSPICE-моделей радиоэлементов

Изучение моделей компонентов

В этом разделе описаны некоторые методы тестирования моделей дискретных аналоговых радиоэлементов, приведены схемы измерения и тексты заданий на моделирование в формате PSPICE. Задания настроены на конкретный тип модели радиоэлемента, тестирование которого описывается в данной статье. При тестировании каких-либо других элементов, в программах надо разобраться и кое-где их доработать. Как правило, все сводится к заданию других пределов изменения токов и напряжений, времени анализа, выбора нагрузки, установки требуемого режима модели компонента по постоянному току. Если к этому подойти творчески, то некоторые тесты можно использовать для разработки тестов для моделей других типов и, в том числе, макромоделей.

Модели компонентов можно и нужно исследовать. Делается это с помощью тех же программ моделирования. Используя графическую оболочку, достаточно просто создать целую виртуальную лабораторию по тестированию статических и динамических характеристик уже имеющихся и создаваемых компонентов. Это позволит установить степень соответствия свойств моделей справочным данным на компоненты, подобрать аналоги среди моделей зарубежных компонентов или детально исследовать неизвестную модель. На это стоит потратить время,

что на самом деле скрывается под графической оболочкой.

Все иллюстрации и примеры в статье подготовлены с помощью системы сквозного проектирования OrCAD 9.2. В ее состав отдельной программой, способной работать самостоятельно в текстовом режиме, входит PSPICE A/D. Чтобы увидеть, как работают представленные в примерах программы, необходимо скопировать их текст в файл с расширением *.cir, затем запустить программу pspice.exe автономно и загрузить их непосредственно в программу PSPICE обычным для WINDOWS программ способом. После того, как в окне появится текст программы, следует нажать кнопку RUN. После этого появится окно графического постпроцессора, и, спустя десяток секунд, все представленные графики. Все программы должны работать. Ниже показано текстовое окно программы PSPICE A/D (рис.16) и окно графического постпроцессора (рис. 17).

Тестирование диодов

Вольтамперная характеристика диода

Построим вольтамперную характеристику модели стабилитрона Д814А Для начала составим схему измерения (рис. 18). Идея проста: меняя ток через диод, используя возможности директивы .DC (многовариантный расчет режима по постоянному току) языка PSPICE,

Измерение времени обратного восстановления диода

Для оценки динамических свойств моделей диодов, попробуем измерить время обратного восстановления модели импульсного диода КД522А. Известно, что после изменения полярности напряжения приложенного к реальному диоду с прямого на обратное, он запирается не мгновенно, а с некоторой задержкой. При этом через диод в обратном направлении в течение некоторого времени может протекать большой ток. Для КД522А по справочнику [5] гарантируется время обратного восстановления не более 4 не при Uo6p=10 В, 1пр=10мА, 1отсечки=2 мА.

Проверим теперь нашу модель. Создадим условия измерений для модели близкими к тем, которые приведены при указанных параметрах диода КД522А в справочнике (рис. 20). Для этого подадим на модель диода разнополярный импульс напряжения амплитудой 10 В через резистор сопротивлением 1 кОм. Запустим задание на моделирование (Программа-2) и посмотрим, как будет изменяться ток диода (рис. 21) Действительно, на графике тока имеется характерный выброс тока в обратном направлении. Длительность этого импульса и есть время обратного восстановления. Наша модель показывает значение примерно 3,4 не. Это соответствует реальности с учетом нормального разброса параметров диодов и созданных условий измерений.

Вольтфарадные характеристики диода

Еще одна важная характеристика диода — вольтфарадная. Это зависимость емкости р-n перехода от величины приложенного в обратном направлении напряжения. Для таких приборов, как ва-

Рис. 16. Текстовый редактор PSPICE

SLWHATILI-1 KmUD -bj.1 »SLWCHATILI-1 I

|№ E-* :■» £^ja^ L-Л - tfti U*

F : . |«ч1йгстТ" \-.T,<e ■ ■■+

Fjn.t ,._:im                                                                           IIIIMMII ЯК

Рис. 17. Окно графического постпроцессора PSPICE

так как от качества моделей зависит достоверность результатов моделирования. В своих примерах я буду пользоваться возможностями самого PSPICE, используя текстовый режим. Это позволит более подробно познакомиться с тем,

посмотрим, как будет меняться напряжение на диоде. Составим задание на моделирование (Программа-1) и запустим его. Полученные результаты (рис. 19) подтверждают, что мы имеем дело со стабилитроном указанного типа.

-50...50 мА

Рис. 18. Схема измерения ВАХ стабилитрона Д814А

D У.

D1 Д814А

00

И

софт

R1 1 к

V1 = -10 B V2 = 10 B TD = 0 TR = 1 пФ TF = 1 пФ PW = 0,01

(j\\\

ф D1

-*■ КД522А

00

PER = 1,0

Рис. 20. Схема измерения времени

обратного восстановления модели диода

КД522А

V1, V2 — размах импульсного источника

напряжения V1.

TD — начальная задержка.

TR — длительность заднего фронта.

TF — длительность переднего фронта.

PW — длительность плоской вершины.

PER — период импульсного сигнала.

рикапы, это важнейшая зависимость. Попробуем построить эту характеристику для импульсного диода КД522А. Подадим на диод (рис. 22, Программа-3) линейно нарастающее напряжение с крутизной 50 В/5 мкс в обратном направлении. При этом р-п переход будет закрыт, а ток через диод, в силу громадного обратного сопротивления, практически будет чисто емкостным и определится следующим уравнением:

|Д-Сд

dV(t) dt

Разрешим это уравнение относительно Сд и получим:

Сд

!д

dV(t)

dt

ода в зависимости от времени (рис. 23). Ток будет маленьким, и, чтобы увидеть его одновременно с напряжением, следует умножить его средствами графического процессора на -10⁷. Поскольку зависимость прилагаемого напряжения от времени линейная, то заменим по оси X время на напряжение источника V1. Затем поделим график тока на 10. В результате получим вольтфарадную характеристику диода (рис. 24), где по оси Y значение тока в микроамперах будет численно равно значению емкости диода в пикофарадах.

dV(t)

где--------— крутизна линейно нараста-

dt

ющего напряжения 50 В/5 мкс = 10⁷ .

Отсюда получим формулу для емкости.

|Д

Сд

или окончательно

Сд(пф) = 0,11д(мкА)

Запустим процесс моделирования и посмотрим, как будет изменяться ток ди-

Сравнение полученных результатов со справочником [5] говорит о том, что модель соответствует действительности.

Олег Петраков

petrakov@mtu-net.ru

Продолжение следует

Программа 1

D814A.cir - ВАХ стабилитрона Д814А.

PROBE V(l) ; директива предписывающая вывести осцилограмму напряжения * узла 1 с

помощью графического постпроцессора..

II 0 1 DC 10m ; источник постоянного тока.

.DC II -50m 50m 0.01m ; расчет режима по постоянному току с вариацией силы * тока в

диапазоне (-50.. .50)мА с шагом 0.01мА.

* Anod Katod

Dl (1 0) D814A

.model D814A D (Is=.3920E-12 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)

.END

Программа 2

Diod_T.cir - Измерение времени обратного восстановления. .OPTIONS RELTOL 0.00001 .TRAN 10N 30N Probe V(2) V(1) I(D1)

.MODEL KD522A D (IS=2.27E-13 RS=1.17 CJO=2.42p M=0.25 TT=1.38n + VJ=0.68 BV =50 IBV= IE-11 EG=1.11 FC=0.5 XTI=3 N=1)

Rl 1 2 IK

VI 1 0 PULSE 10 -10 .01U IP IP ; источник напряжения с размахом VI =+10В V2=-10B,

*с задержкой TD=0 от начала, длительность фронта TF= lp, длительность спада TR= lp,

•длительность плоской вершины PW=0.01u, период повторения PER= lm (Рис. 1).

D1 2 0 KD522A

.END

Программа 3

Diod_C.cir - Вольтфарадная характеристика. .OPTIONS RELTOL 0.00001 .TRAN 0.01U 5U Probe I(D1) V(1)

.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= IE-11 EG=1.11 FC=0.5 XTI=3 N=1)

Dl 0 1 KD522A

VI 1 0 PULSE 0 50 0 5U

.END