Реферати українською » Информатика, программирование » Моделі аналогових пасивних компонентів програмного пакету MicroCAP-7


Реферат Моделі аналогових пасивних компонентів програмного пакету MicroCAP-7

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Зміст

Запровадження

1.Резистор (>Resistor)

2.Конденсатор (>Capacitor)

3.Индуктивность (>Inductor)

4. Взаємнаиндуктивность і магнітний сердечник (До)

5.Трансформатор (>Transformer)

6. Лінія передачі (>Transmission line)

7.Диод (>Diode) істабилитрон (>Zener)

Укладання

Список літератури


Запровадження

Усі компоненти (аналогові і цифрові), у тому числі складається електрична принципова схема, мають математичні моделі двох типів:

1. Вбудовані математичні моделі стандартних компонентів, як-отрезистори, конденсатори, діоди, транзистори, незалежні і залежні джерела сигналів, вентилі та інших., які можуть змінитися користувачами; можна тільки змінювати значення це параметрів;

2.Макромодели довільних компонентів,составляемие користувачами на власний розсуд зі стандартних компонентів.

Натомість вбудовані моделі поділяються на дві категорії:

· прості моделі,характеризуемие малим кількістю параметрів, які можна вказати безпосередньо на схемою як атрибутів (наприклад, модель резистора описується одним – трьома параметрами, причому частина їх можна зробити на схемою невидимими, ніж захаращувати креслення);

· складні моделі,характеризуемие велику кількість параметрів, які заносять у бібліотеки моделей (наприклад, модель біполярного транзистора характеризується 52 параметрами).

У конкурсній програміМС7 використовується двояке описмоделируемого устрою: як креслення його принципової електричної чи функціональною схеми або у вигляді текстового описи в форматіSPICE. З іншого боку, під час упорядкування принципової схеми частина параметрів моделей компонентів задаються у вигляді їхнього атрибутів і вказуються безпосередньо на схемою — такі називатимемо моделями в форматі схем. Інші моделі задаються в текстовому вікні з допомогою директив .>MODEL і .>SUBCKT за правиламиSPICE — так і називати моделями в форматіSPICE. У конкурсній програміМС7 моделі всіх напівпровідникових приладів, операційних підсилювачів, магнітних сердечників, ліній передачі й компонентів цифрових пристроїв мають форматSPICE.

У меню компонентів в розділ пасивні компоненти (>Passivecomponents) включенірезистори, конденсатори, індуктивності, лінії передачі, високочастотні трансформатори, взаємні індуктивності, діоди істабилитрони.

Зазначимо, що значення опорів, ємностей іиндуктивностей може бути числом чи вираженням, залежать від часу, вузлових потенціалів, різниці вузлових потенціалів чи струмів гілок, температури та інших параметрів (причому безпосередня залежність параметрів від часу у програміPSpice не передбачена, тутMicro-Cap явно лідирує).


1.Резистор (>Resistor)


Формат схемМIСROCAP-7:

>Атрибут PART: <ім'я>                                                        ;позиційне позначення

>Атрибут >VALUE: <значення> [>ТС=<ТС1>[,<ТС2>]]           ;величина опору

>Атрибут >MODEL: [ім'я моделі]

>Атрибут >FREQ: [<вираз>] — наприклад10*f*v(10), у своїй значення атрибутаFREQ заміняє значення атрибутаVALUE при розрахунку режими з постійному току і проведенняАС-анализа (тутf — частота), при розрахунку перехідних процесів опір резистора одно значенням атрибутаVALUE;

>SLIDER_MIN — мінімальне відносне значення опору, змінюваного якDynamic DC з допомогоюдвижкового регулятора;

>SLIDER_MAX — максимальне відносне значення опору, змінюваного якDynamic DC з допомогоюдвижкового регулятора;

Опір резистора, обумовлений параметром <значення>, то, можливо числом чи вираженням, які мають у собіизменяющиеся у часі перемінні, наприклад100+V(10)*2. Ці висловлювання можна використовувати лише за аналізі перехідних процесів. У режимі АС ці висловлювання обчислюються для значень змінних як по постійному току.

>Рис. 1. Вікно завдання параметрів резистора

Параметри, описують модель резистора вMICROCAP-7, наведені у табл. 1.

Таблиця 1. Параметри моделі резистора

Позначення >Параметр >Размерность Значення за умовчанням

R

Масштабний множник опору 1

>ТС1

Лінійний температурний коефіцієнт опору

°З-1

0

>ТС2

>Квадратичний температурний коефіцієнт опору

°З-2

0

>ТСЕ

>Экспоненциальний температурний коефіцієнт опору %/°З 0

>NM

Масштабний коефіцієнт спектральною щільності шуму 1

>T_MEASURED

Температура виміру °З

>T_ABS

Абсолютна температура °З

>T_REL_GLOBAL

Відносна температура °З

>T_REL_LOCAL

Різниця між температурою пристрої імодели-прототипа °З

Якщо описі резистора <ім'я моделі> опущений, його опір одно параметру <опір> вОмах. Якщо <ім'я моделі> відзначено й у директиві .>MODEL відсутня параметрТСЕ, то температурний чинник дорівнює

>TF = 1 +ТС1(Т –TNOM)+TC2(T –TNOM)2;

якщо параметрТСЕ зазначений, то температурний чинник дорівнює

>TF =1,01>TCE(T->TNOM)  .

Тут Т — поточне значення температури (вказується по директиві .>TEMP);TNOM = 27 °З — номінальна температура (вказується з вікна GlobalSettings).

>Параметр <значення> може бути як позитивним, і негативним, але з рівним нулю. Опір резистора визначається вираженням:

<>значение>*R*ТF*МF,

деМF=1±<разброс у відсотках,DEV чиLOT>/100.

>Спектральная щільність теплового струму резистора вираховується за формулоюНайквиста:

P.Sі(>f)=4kT/<сопротивление>*NM.

Для резисторів з негативним опором у цій формулі береться абсолютне значення опору.


2.Конденсатор (>Capacitor)


Формат схемМIСROCAP:

>Атрибут PART: <ім'я>

>АтрибутVALUE: <значення> [>IC=< початкова значення напруги>]

>АтрибутMODEL: [ім'я моделі]

>АтрибутFREQ: [<вираз>] — наприклад10*SQRT(f), у своїй значення атрибутаFREQ заміняє значення атрибутаVALUE під час проведенняАС-анализа (тутf — частота), при розрахунку перехідних процесів ємність конденсатора дорівнює значенням атрибутаVALUE.

Ємність конденсатора, обумовлена параметром <значення>, то, можливо числом чи вираженням, у тому числі у собіизменяющиеся у часі перемінні, наприклад100+V(10)*0.002*TIME. Ці висловлювання можна використовувати лише за аналізі перехідних процесів. У режимі АС цей вислів обчислюється для значень змінних як по постійному току.

>Рис. 2. Вікно завдання параметрів конденсатора


Параметри моделі конденсатора наведені у табл. 2.

Таблиця 2. Параметри моделі конденсатора

Позначення >Параметр >Размерность Значення за умовчанням

З

Масштабний множник ємності 1

>VC1

Лінійний коефіцієнт напруги

У–1

0

>VC2

>Квадратичний коефіцієнт напруги

У–2

0

>ТС1

Лінійний температурний коефіцієнт ємності

°З–1

0

>ТС2

>Квадратичний температурний коефіцієнт ємності

°З–2

0

>T_MEASURED

Температура виміру °З

>T_ABS

Абсолютна температура °З

>T_REL_GLOBAL

Відносна температура °З

>T_REL_LOCAL

Різниця між температурою пристрої імодели-прототипа °З

Якщо описі конденсатора <ім'я моделі> опущений, його ємність дорівнює параметру <значення> вфарадах, інакше вона визначається вираженням

<>значение>С(1 +>VCV+VC2V2)[1 +>TC1(T-TNOM)+TC2(T-TNOM)2].

Тут V — напруга на конденсаторі при розрахунку перехідних процесів. При розрахунку частотних характеристик (режим АС) ємність вважається постійної величиною, обумовленою у робітничій точці по постійному току.

3.Индуктивность (>Inductor)

Формат схемМIСROCAP-7:

>Атрибут PART: <ім'я>

>АтрибутVALUE: <значення> [>IС=<начальний струм>]

>АтрибутMODEL: [ім'я моделі]

>АтрибутFREQ: [<вираз>] — наприклад10u*(F/100), у своїй значення атрибутаFREQ заміняє значення атрибутаVALUE під час проведенняАС-анализа (тут F — частота), при розрахунку перехідних процесівиндуктивность дорівнює значенням атрибутаVALUE.

>Индуктивность, обумовлена параметром <значення>, то, можливо числом чи вираженням, у тому числі у собіизменяющиеся у часі перемінні, наприклад100+I(L2)*2. Ці висловлювання можна використовувати лише за аналізі перехідних процесів. У режимі АС ці висловлювання обчислюється для значень змінних як по постійному току.

Параметри моделі індуктивності наведені у табл. 3.

Таблиця 3 Параметри моделі індуктивності

Позначення >Параметр >Размерность Значення за умовчанням

L

Масштабний множник індуктивності 1

IL1

Лінійний коефіцієнт струму

А–1

0

IL2

>Квадратичний коефіцієнт струму

А2

0

 

>ТС1

Лінійний температурний коефіцієнт індуктивності

°З1

0

 

>ТС2

>Квадратичний температурний коефіцієнт індуктивності

°З2

0

 

>T_MEASURED

Температура вимірів °З —

 

>Т_АВС

Абсолютна температура °З —

 

>T_REL_GLOBAL

Відносна темпера туру °З —

 

>T_REL_LOCAL

Різниця між температурою пристрої імодели-прототипа °З —

 

>Рис. 3. Вікно завдання параметрів котушки індуктивності

Якщо описі опущений <ім'я моделі>, тоиндуктивность дорівнює параметру <значення> в Генрі, інакше вона визначається вираженням

<>значение>L(1 +>IL1*I+IL2*I2)[>1+TC1(T–TNOM)+TC2(T-TNOM)2].

Тут I — струм через котушку індуктивності при розрахунку перехідних процесів. При розрахунку частотних характеристик (режим АС)индуктивность вважається постійної величиною, обумовленою у робітничій точці по постійному току.

4. Взаємнаиндуктивность і магнітний сердечник (До)


Формат схем МС:

>Атрибут PART: <ім'я>

>АтрибутINDUCTORS: <ім'я індуктивності>

>АтрибутCOUPLING: коефіцієнт зв'язку>

>АтрибутMODEL: [ім'я моделі]

Порядок перерахування імениндуктивностейLyyy,Lzzz ... байдужий, знак взаємної індуктивності визначається позитивними напрямами струмівиндуктивностей щодо почав обмоток.Параметром взаємної індуктивності є коефіцієнт зв'язку.

В одному сердечнику поміщається одна чи кілька обмоток із конкретними іменамиLyyy,Lzzz... Усі обмотки мають однакову <коефіцієнт зв'язку>. Тут 2 варіанта: а)магнитосвязанними може бути лінійні індуктивності (без сердечника);нелинейние індуктивності з нелінійним магнітним сердечником, обумовлених параметрами моделіCORE.

a)Магнитосвязанние лінійні індуктивності.

Коефіцієнт зв'язку K>ij двох обмоток (і, j) визначається вираженням:

де Lі, Lj — індуктивності обмоток; M>ij — їх взаємнаиндуктивность. Напруга на котушці Lі, з урахуванням взаємної індукції визначається вираженням:

,

Де Iі — струмвтекающий в висновок (+) обмотки (>помечен на схемою точкою). І тут при введення в схему пов'язанихиндуктивностей у вигляді вставки елемента K, у відчиненому вікні параметрів задається лише позиційне позначення сердечникаKN, позиційні позначення всіх котушок індуктивності (>INDUCTORS) із якими пов'язане й коефіцієнт зв'язку (>COUPLING) (див. рис. 4., а). Ім'я моделі сердечника у своїй не вводиться.

б) >Магнитосвязанние котушки з нелінійним магнітним сердечником. При описі кожної обмоткиLyyy..., згаданої на складі сердечника в позиціїINDUCTORS, змінюється сенс параметра <значення>. Тобто. чисельна значення,задаваемое в позиціїVALUE вікна параметрів котушки індуктивності тепер визначає неиндуктивность, а число витків відповідної обмотки сердечника. І тут в позиціїMODEL вікна параметрів сердечника K вводиться ім'я моделі нелінійного магнітного сердечника (можливо, з відкривається у тому ж вікні списку, див. рис. 4., б). Модель магнітного сердечника є варіантом моделіДжилса-Атертона, у якомубезгистерезисная криванамагниченностиферромагнетика є гіперболічної функцією напруженості магнітного поля H (>coth).

            

а) б)

>Рис. 4. Вікна завдання параметрів сердечника: а) — лінійного; б— нелінійного

Отже, у разі використання нелінійного магнітного сердечника величина, що задається в позиціїVALUE може бути вираженням, а мусить бути цілим позитивним числом.

Параметри моделі магнітного сердечника наведені у табл. 4. УSPICE використовується така модель дляLEVEL=2, із тією лише відзнакою, щобезгистерезисная крива має іншу простішу аналітичну залежність від напруженості магнітного поля H (див. лекціїММЭ).

Таблиця 4. Параметри моделі магнітного сердечника

Позначення >Параметр >Размерность Значення за умовчанням

>AREA

Площа поперечного перерізумагнитопровода

див2

1

>PATH

Середня довжина магнітної силовий лінії див 1

>GAP

>Ширина повітряного зазору див 0

MS

>Намагниченность насичення >А/м

>400103

A

>Параметр формибезгистерезисной кривоюнамагничивания >А/м 25

З

Постійна пружного усунення доменних кордонів 0,001

До

Постійна необоротною деформації доменних стінок >А/м 25

>ALPHA

>Параметр ефективності поля >2E-5

Основні рівняння для використовуваного варіанта моделіДжилса-Аттертона:

N — кількість витків обраної обмотки сердечника

>Ma(H) — залежністьбезгистерезиснойнамагниченности від напруженості магнітного поля H (>безгистерезисная криванамагничивания)

H — напруженість магнітного поля

>HE — ефективна напруженість магнітного поля

B — магнітна індукція в сердечнику

M —намагниченностьферромагнетика сердечника

I — струм,протекающий через обрану обмотку сердечника

V — напруга на клемах котушки сердечника

Слід зазначити що розрахунки нелінійних магнітних елементів програміMICROCAP-7 здійснюються над системі СІ. У конкурсній програмі прийнята наступна система одиниць:намагниченность М — [>A/м], магнітна індукція B — [Гаусс], напруженість магнітного поля H — [>Эрстед]. Розрахунки у програмі здійснюються за формулам:

Основне диференціальний рівнянняДжилса-Атертона, що пов'язує змінанамагниченности з величиною напруженості М і передісторією системи:

;           

;    

Див. приклад схему >CORE3 з каталогуCOMPONENTSPASSIVECOMP і його аналіз.


5.Трансформатор (>Transformer)


Формат схем МС:

>Атрибут PART: <ім'я>

>АтрибутVALUE: <>индуктивность первинноїобмотки>,<индуктивность вторинноїобмотки>,коеффициент зв'язку>

У конкурсній програміМС7 є модель ідеальногодвухобмоточного трансформатора без втрат (>TRANSFORMER), як параметрів що його позиціїVALUE вікна задаються значенняиндуктивностей обмоток і коефіцієнт зв'язку, наприклад:0.01uH,0.5uH,.98.

>Трансформатор також може бути заданий як сукупністьмагнитосвязанних котушок індуктивності, розташованих на лінійному сердечнику (K).

Ще одна спосіб завдання трансформатора — яксхеми–макромодели, що міститьмагнитосвязанние індуктивності. Так було в програмному пакеті є вбудована модельдвухобмоточного трансформатора з середньої точкою >Component/>Analog >Primitives/>Macros/>Centap.

Усі 3способa завдання трансформатора у схемі для моделювання ілюструє приклад >TRANSFORMER з каталогуCOMPONENTSPASSIVECOMP.


6. Лінія передачі (>Transmission line)


Формат схем МС:

>Атрибут PART: <ім'я>

>АтрибутVALUE:Z0=<значение> [>ТD=<значение>] [>F=<значение> [>NL=<значение>]] — для ідеальної лінії передач без втрат;

>АтрибутVALUE:LEN=<значение>R=<значение>L=<значение>G=<значение>C=<значение> — для лінії передач з утратами;

>АтрибутMODEL: [ім'я моделі]

Модель лінії передачі характеризується параметрами, зазначеними в табл. 5., а схема заміщення ділянки довгою лінії представлена на рис. 5.

Лінія передач без втрат при розрахунку перехідних процесів виконує роль лінії затримки, при розрахунку частотних характеристик вона становить собоюбезинерционное ланка.

Для лінії передач з утратами аналітично розраховується комплексний коефіцієнт передачі лінії. Аналіз перехідних процесів проводиться за допомогою інтеграла пакунки з імпульсної характеристикою лінії, яка обчислюється як перетворення Фур'є коефіцієнта передачі (що потребує великих витрат часу). Приклади моделювання ліній передачі без втрат — >TLINE_01, >TLINE_02, >TLINE_03; лінії передачі з утратами — >TLINE_L_3. Схеми перебувають у каталозіCOMPONENTSPASSIVECOMP.


>Рис. 5. Схема заміщення лінії передачі

Таблиця 5. Параметри моделі лінії передачі

Позначення >Параметр >Размерность Значення за умовчанням

Ідеальна лінія без втрат

>Z0

>Волновое опір >Ом

>TD

Час затримки сигналу з

F

Частота до розрахункуNL гц

>NL

Електрична довжина на частоті F (щодо довжини хвилі) 0,25

Лінія з утратами

R

>Погонное опір >Ом/м

L

>Погоннаяиндуктивность >Гн/м

G

>Погонная провідність >См/м

З

>Погонная ємність >Ф/м

>LEN

Довжина лінії м

>Рис. 6. Вікно завдання параметрів лінії передачі


7.Диод (>Diode) істабилитрон (>Zener)

Формат схем МС:

>Атрибут PART: <ім'я>

>АтрибутVALUE: [>Area] [OFF] [>IC=<Vd>]

>АтрибутMODEL: [ім'я моделі]

>Параметр >Area задає коефіцієнт кратності для обліку підключення кількох паралельних діодів (параметри моделі діода множаться чи діляться з цього величину).ПараметрIC задає початкова напруга надиодеVd при розрахунку перехідних процесів, якби панеліTransientAnalysisLimits виключена опціяOperating Point. Включення ключового слова OFF виключає діод з схеми під час проведення першої ітерації розрахунку режими з постійному току.

Модель діода задається директивою

.>MODEL <ім'я моделі>0[(параметри моделі)]

Наведемо приклад моделі діодаД104А:

.>modelD104A D (>IS=5.81Е-12RS=8.1N=1.15TT=8.28NSCJO=41.2PFVJ=0.71M=0.33FC=0.5EG=1.11XTI=3)

Математична модель діода задається параметрами, перерахованими у табл. 6.

Таблиця 6. Параметри моделі діода

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація

Позначення >Параметр Значення за умовчанням Одиниця виміру

 

>Level

Тип моделі: 1 —SPICE2G, 2 —PSpice 1

 

>IS

Струм насичення за нормальної температури27°С

10–14

А

 

>RS

>Объемное опір 0 >Ом

 

N

Коефіцієнт емісії (неідеальності) 1

>ISR

>Параметр струму рекомбінації 0 А

>NR

Коефіцієнт емісії (>неидеальности)для струмуISR 2

>IKF

Граничний струм високого рівняинжекции > А

>TT

Час перенесення заряду 0