CОЗДАНИЕ АНАЛОГОВЫХ PSPISE - 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 анали за, 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, так как от качества моделей зависит достоверность результатов моделирова ния. В своих примерах я буду пользоваться возможностями самого PSPICE, используя текстовый режим. Это позволит более подробно познакомиться с тем, что на самом деле скрывается под гра фической оболочкой.
Все иллюстрации и примеры в ста тье 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, необ ходимо скопировать их текст в файл с расширением *. cir, затем запустить программу pspice. exe автономно и загру зить их непосредственно в программу PSPICE обычным для WINDOWS программ способом. После того, как в окне появится текст программы, следует на жать кнопку RUN. После этого появит ся окно графического постпроцессора, и, спустя десяток секунд, все представленные графики. Все программы должны работать. Ниже показано тексто вое окно программы PSPICE A / D (рис. 16) и окно графического постпроцессора (рис. 17).
Тестирование диодов
Вольтамперная характеристика диода
Построим вольтамперную характеристику модели стабилитрона Д 814 А. Для начала составим схему измерения (рис. 18). Идея проста: меняя ток через диод, используя возможности директивы. DC (многовариантный расчет режи ма по постоянному току) языка PSPICE, 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.
Измерение времени обратного восстановления диода
Для оценки динамических свойств моделей диодов, попробуем измерить время обратного восстановления моде ли импульсного диода КД 522 А. 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 некото рого времени может протекать большой ток. Для КД 522 А по справочнику [5] гарантируется время обратного восстановления не более 4 не при 11 обр =10 В, 1 пр =10 мА, 1 отсечки =2 мА.
Проверим теперь нашу модель. Создадим условия измерений для модели близкими к тем, которые приведены при указанных параметрах диода КД 522 А в справочнике (рис. 20). Для этого пода дим 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 харак терный выброс тока в обратном направлении. Длительность этого импульса и есть время обратного восстановления. Наша модель показывает значение при мерно 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 рикапы, это важнейшая зависимость. Попробуем построить эту характеристику для импульсного диода КД 522 А. Подадим на диод (рис. 22, Программа -3) линейно нарастающее напряжение с крутизной 50 В /5 мкс в обратном направле нии. При этом р - n переход будет закрыт, а ток через диод, в силу громадного обратного сопротивления, практически будет чисто емкостным и определится следующим уравнением:
Запустим процесс моделирования и посмотрим, как будет изменяться ток ди ода в зависимости от времени рис. 23). Ток будет маленьким, и, чтобы увидеть его одновременно с напряжением, сле дует умножить его средствами графического процессора на -10 7. Поскольку за висимость прилагаемого напряжения от времени линейная, то заменим по оси X время на напряжение источника V 1. Затем поделим графиктока на 10. В результате получим вольтфарадную характеристику диода (рис. 24), где по оси Y значение тока в микроамперах будет чис ленно равно значению емкости диода в пикофарадах.
Программа - 1
D 814 A. cir - ВАХ стабилитрона Д814А.
PROBE V (l); директива предписывающая вывести осцилограмму напряжения * узла 1 с
помощью графического постпроцессора..
II 0 1 DC 10 m; источник постоянного тока.
. DC II -50 m 50 m 0.01 m; расчет режима по постоянному току с вариацией силы * тока в
диапазоне (—5О..,5О)мА с шагом 0.01мА.
* Anod Katod
Dl (1 0)D814A
.model D814AD(Is =.3920E-12N=l.19 RS= 1.25 Cjo=41.15pTT=49.1 In
+ M=0.41 VJ=0.73FC = 0.5BV=8IBV=0.5uEG=l.llXTI=3)
. END
Программа - 2
Diod _ T. cir - Измерение времени обратного восстановления.. OPTIONS RELTOL 0.00001.TRAN10N30N Probe V(2)V(1)I(D1)
.MODEL KD522AD(IS=2.27E-13RS=1.17 CJO = 2.42p M = 0.25 TT=1.38n + VJ=O.68BV=5OIBV=1E-11 EG = 1.11 FC = 0.5XTI=3 N=1)
Rl 1 2 IK
VI 1 0 PULSE 10 -10.01 U 1 P IP; источник напряжения с размахом VI = + 10В V 2=-10 B,
*с задержкой TD = 0 от начала, длительность фронта TF = 1р, длительность спада TR = lp,
""длительность плоской вершины PW =0.01 u, период повторения PER = lm (Рис. 1).
Dl 2 0 KD 522 A
. END
Программа - 3
DiodjO. cir - Вольтфарадная характеристика.. OPTIONS RELTOL 0.00001.TRAN0.01U5U 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=O.68BV=5OIBV=1E-11 EG = 1.11 FC = 0.5XTI=3 N=1)
Dl 0 1 KD522A
VI 1 0 PULSE 0 50 0 5U
.END