Kontakty

Najlepší program na vytváranie modelov korenia. Vytvorte model pomocou generátorov modelov. Schéma zapojenia nového komponentu

  • 22.04.2019

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Dobrá práca na stránku ">

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/

Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/

Na začiatku práce bolo cieľom vytvoriť korenie-modely súčiastok pre modelovanie obvodu v prostredí Altium Designer.

Počas simulácie je potrebná podrobná dokumentácia prvku, pretože výsledok simulácie závisí od parametrov, ktoré definujú vlastnosti materiálov.

Existujú hotové modely korenia pre niektoré prvky špecifikovanej schémy, ktoré poskytuje vývojár komponentov. Na simuláciu obvodu boli stanovené parametre polovodičové zariadenia, indukčné prvky a niektoré digitálne komponenty.

Úvod

1. Príprava dát

1.2 Prvky

1.2.1 Rezistor

1.2.2 Kondenzátor

1.2.3 Indukčnosť

1.2.4 Vzájomná indukčnosť

2. Definícia parametrov

2.1 Stanovenie parametrov diódy.

2.2 Stanovenie parametrov tranzistora.

2.3 Definícia modelu korenia digitálnych komponentov.

Záver

Literatúra

Aplikácia

Úvod

Až donedávna sa výpočtové metódy používali len veľmi málo na výpočty v procese navrhovania elektronických obvodov. Kvalifikovaný inžinier by mohol syntetizovať jednoduché schémy s použitím minima výpočtov. Vytvoril rozloženie elektronický obvod, vykonali merania, vykonali zmeny a v dôsledku toho dostali konečnú verziu obvodu.

Situácia sa v poslednom čase výrazne zmenila. Osobné počítače sa stali dostupnými, takže malé firmy a dokonca jednotlivých používateľov si ich môže dovoliť. V tomto smere budú mať nepochybne čoraz väčší význam výpočtové metódy. Ak sa na tento problém pozrieme z iného uhla pohľadu, môžeme konštatovať, že technický pokrok umožnil navrhnúť veľké funkčné bloky obsahujúce tisíce vzájomne prepojených tranzistorov v jednom obvode. Je zrejmé, že vývoj takýchto obvodov je nemožný s experimentálnym ladením na doske. Okrem pokroku vo vývoji počítačov boli všetky aspekty modelovania a návrhu obvodov silne ovplyvnené štyrmi hlavnými inováciami v numerických metódach: operáciami s riedkymi maticami, lineárnymi viackrokovými metódami riešenia systémov algebraických a diferenciálne rovnice, metóda konjugovaného modelu na výpočet citlivosti a použitie nelineárneho programovania v optimalizačných problémoch.

Nedávno sa sprístupnilo veľké množstvo obvodových simulačných systémov využívajúcich jednu alebo viacero z vyššie uvedených inovácií. Väčšina z nich je dosť drahá a pre bežného používateľa v Rusku prakticky nedostupná a študentské verzie sú buď veľmi obmedzené, alebo vyžadujú značné počítačové zdroje.

Jedným zo systémov, ktoré efektívne riešia problémy so simuláciou obvodov, je systém Spice (Simulačný program s dôrazom na integrovaný obvod), vyvinutý na Katedre elektrotechniky a počítačových vied Kalifornskej univerzity v Berkeley.

Tento systém je navrhnutý tak, aby simuloval nelineárne elektrické obvody v statický režim(DC), dočasné (prechodné) a frekvenčné domény(AC). Simulovaný obvod môže obsahovať rezistory, kondenzátory, tlmivky, nezávislé zdroje napätia a prúdu, päť typov závislých zdrojov, dlhé vedenia, spínače a päť typov polovodičových prvkov: diódy, bipolárne tranzistory(BJT), tranzistory s efektom poľa (JFET), tranzistory s arzenidom gália (MESFET) a tranzistory MOS (MOSFET).

ale široké využitie systém Spice je komplikovaný tým, že je určený na obsluhu UNIXové systémy a nemá grafické rozhranie, ktoré sa už používateľom systému Windows stalo známe.

1. Príprava dát

1.1 Príprava počiatočných údajov

korenie model polovodičový digitálny

Príprava počiatočných údajov pre výpočet prebieha v súlade s popisom vstupného jazyka systému Spice. V systéme modelovania okruhu Spice sú počiatočné údaje pre výpočet rozdelené do troch častí:

a) Pokyny popisujúce topológiu elektrického obvodu a význam prvkov.

b) Pokyny popisujúce parametre modelov prvkov obvodu.

c) Pokyny popisujúce výpočtovú úlohu vrátane typu výpočtu a jeho parametrov.

Prvou inštrukciou v zdrojových údajoch je hlavička vypočítanej schémy a posledný pokyn- ".END" označuje koniec popisu schémy. Poradie inštrukcií v zdrojových dátach je ľubovoľné, s výnimkou riadkov, ktoré sú pokračovaním inštrukcií, ktoré musia nasledovať striktne po začiatku inštrukcie.

Pokyny popisujúce prvky obvodu zahŕňajú názov prvku, uzly obvodu, ku ktorému je pripojený, a parametre, ktoré určujú elektrické charakteristiky prvku. Prvé písmeno v názve prvku určuje jeho typ. Napríklad názvy R1, ROUT, RSE v pokynoch popisujúcich prvky naznačujú, že tieto pokyny opisujú prvky typu odporu. Podrobné pokyny s popisom rôzne prvky schémy budú uvedené nižšie.

Polia v pokynoch môžu byť oddelené medzerami, čiarkou ",", znakom rovnosti "=" a ľavými zátvorkami "(" a pravým ")". Pokyny môžu byť napísané na viacerých riadkoch. V tomto prípade je znak "+" napísaný ako prvý znak v pokračovaní riadku. Číslovanie uzlov v popise topológie obvodu sa vykonáva v ľubovoľnom poradí, avšak uzol „zem“, voči ktorému sa budú merať potenciály zostávajúcich uzlov, musí mať číslo „0“. Každý uzol musí byť galvanicky spojený so zemou.

Medzi hlavné typy výpočtov patria:

a) výpočet v statickom režime (DC), t.j. určenie napätí, prúdov, výkonov v momente, keď sú vytvorené všetky prechodové javy v obvode;

b) výpočet prechodných procesov (Transient), t.j. určenie napätí, prúdov, výkonov ako funkcie času v rozsahu od t = 0 do t = Tkon;

c) výpočet frekvenčné charakteristiky(AC), t.j. určenie frekvenčnej odozvy, fázovej frekvenčnej odozvy, LAFC vo frekvenčnom rozsahu od f = Finit do f = Ffin. V tomto prípade je obvod simulovaný v režime malého signálu.

Dôležitú úlohu pri príprave počiatočných údajov zohráva správna formulácia výpočtového problému, ktorá odráža kompromis medzi želaním projektanta obvodu a možnosťami systému modelovania obvodov Spice.

1.2 Prvky

Systém Spice dokáže simulovať elektrické obvody obsahujúce rezistory, kondenzátory, induktory, nezávislé zdroje napätia a prúdu, päť typov závislých zdrojov, dlhé vedenia, spínače a päť typov polovodičových prvkov: diódy, bipolárne tranzistory (BJT), tranzistory s efektom poľa (JFET). ), arzenid - gálium tranzistory (MESFET) a MOS - tranzistory (MOSFET).

1.2.1 Rezistor

Pokyny na popis rezistora:

RXXXXXXX N1 N2 HODNOTA

N1 a N2 sú uzly na zapnutie odporu v obvode.

HODNOTA - odpor odporu v Ohmoch môže byť kladný alebo záporný, ale nemôže byť nulový.

1.2.2 Kondenzátor

Pokyny na popis kondenzátora:

CXXXXXXX N + N- HODNOTA

N + a N- kladných a záporných uzlov spínania kondenzátora.

VALUE je kapacita kondenzátora vo Faradoch.

IC - hodnota napätia na kondenzátore (vo Voltoch) v čase t = 0, platí len ak je v inštrukcii TRAN nastavený príznak UIC.

1.2.3 Indukčnosť

Návod na popis indukčnosti:

LYYYYYYY N + N- HODNOTA

N + a N- kladných a záporných uzlov spínania indukčnosti.

VALUE je hodnota indukčnosti v Henry.

IC - hodnota prúdu v indukčnosti (v ampéroch) v čase t = 0, platí len ak je v inštrukcii TRAN nastavený príznak UIC.

1.2.4 Vzájomná indukčnosť

Návod na popis vzájomnej indukčnosti:

KXXXXXXX LYYYYYYY LZZZZZZZ HODNOTA

LYYYYYYY a LZZZZZZZ sú názvy vzájomných indukčností.

VALUE väzbový koeficient K, ktorý sa môže meniť od 0 do 1.

1.2.5 Dióda a Zener

Formát MC obvodov

Atribút PART:<имя>

VALUE atribút:

Atribút MODEL: [názov modelu]

Parameter Oblasť nastavuje faktor násobnosti tak, aby zohľadňoval zapojenie viacerých paralelných diód (parametre modelu diódy sa vynásobia alebo vydelia touto hodnotou). Parameter IC nastavuje počiatočné napätie na dióde Vd pri výpočte prechodových javov, ak je na paneli Limity analýzy prechodov deaktivovaná možnosť Pracovný bod. Zapínanie kľúčové slovo OFF vyradí diódu z obvodu počas prvej iterácie výpočtu DC režimu.

Model diódy je nastavený smernicou MODEL<имя модели>0 [(parametre modelu)]

Uveďme príklad diódového modelu D104A: .model D104A D (IS = 5,81E-12 RS = 8,1 N = 1,15 TT = 8,28NS CJO = 41,2PF VJ = 0,71 M = 0,33 FC = 0,5 EGTI = 1,1 3)

Matematický model diódy je nastavený parametrami uvedenými v tabuľke. 1.

Tabuľka 1. Parametre modelu diódy

Označenie

Parameter

Predvolená hodnota

jednotka merania

Typ modelu: 1 - SPICE2G, 2 - PSpice

Saturačný prúd pri teplote 27°C

Objemový odpor

Emisný faktor (nedokonalosť)

Parameter rekombinačného prúdu

Emisivita (nedokonalosť) pre ISR prúd

Limit prúdu pri vysokej rýchlosti vstrekovania

Čas prenosu nabitia

Bariérová kapacita pri nulovej odchýlke

Rozdiel kontaktného potenciálu

Faktor hladkosti p-n križovatka(1/2 pre ostré, 1/3 pre hladké)

Band gap

Koeficient nelinearity bariérovej kapacity dopredného spoja

Reverzné prierazné napätie (kladná hodnota)

Počiatočný prierazný prúd zodpovedajúci BV (kladná hodnota)

Koeficient neideálnosti v prelomovej časti

Počiatočný nízky prierazný prúd

Koeficient nedokonalosti v oblasti prerušenia nízkej úrovne

Teplotný koeficient saturačného prúdu IS

Lineárny teplotný koeficient IKF

Lineárny teplotný koeficient BV

Štvorcový teplotný koeficient BV

Lineárny teplotný koeficient RS

Kvadratický teplotný koeficient RS

Pomer šumu blikania

Exponent vo vzorci blikajúceho šumu

Odolnosť proti úniku spoja

Meranie teploty

Absolútna teplota

Relatívna teplota

Rozdiel medzi teplotou diódy a prototypovým modelom

Rovnice, podľa ktorých sa robí výpočet pri modelovaní diód a iných polovodičových zariadení, ak je to potrebné, nájdete v.

Ryža. 1. Okno pre nastavenie parametrov diód Obr. 2. Model diódy

Zenerove diódy sú rovnakého modelu ako diódy. Pri výbere zenerovej diódy je potrebné venovať pozornosť parametru modelu BV - spätné prierazné napätie, v skutočnosti je to stabilizačné napätie pri opätovnom zapnutí diódy. Pozrite si schematické súbory príkladov simulácií DIÓDA A ZENER z adresára COMPONENTS \ PASSIVE COMP.

Diódy sa vyberajú pomocou nasledujúcich ciest v menu KOMPONENTY / Analógové základné prvky / Pasívne komponenty / Dióda, KOMPONENTY / Analógová knižnica / DIÓDA (ďalej v podmenu požadovaný typ dióda). Zenerove diódy - KOMPONENTY / Analógové primitívy / Pasívne komponenty / ZENER, KOMPONENTY / Analógová knižnica / Dióda / ZENER.

2. Definícia parametrov

2.1 Stanovenie parametrov diódy

Na určenie parametrov modelov diód bol použitý systém Microwave Office CAD, keďže v tomto programe je možné určiť najväčší počet parametrov, ktoré sú znázornené na obrázku.

Obr. 3. Parametre diódy v MWO

Parametre sú identifikované referenčnými údajmi poskytnutými výrobcom v dokumentácii k prvku. Pre modelovanie je potrebné zostaviť schému odstraňovania charakteristiky prúdového napätia a pripojte súbor s referenčnými údajmi k programu. Graf musí zobrazovať dve charakteristiky pre experimentálny a laditeľný model.

Obr. Schéma na odstránenie I - V charakteristiky diódy

Po optimalizácii sa hodnoty charakteristík zhodujú a program určí požadované parametre prvku.

Ryža. 5.VAC diódy po úprave hodnôt

Vo formáte korenia vyzerá model diódy takto:

Model 2D803AC9 D (Is = 0,00417320696989924 m Rs = 0,00970840355989861 N = 3,36233928910005 Xti = 0,14920118678931777186789517 10,04 m = 0,149201186789517 777 B7849317777778789517

Cjo = 125792976,565639p M = 0,0623015057189436 Fc = 0,0634667940847039)

2.2 Stanovenie parametrov tranzistora

Na výpočet parametrov modelov polovodičových súčiastok, ale aj magnetických jadier môžete použiť program Model v prostredí MicroCap. Na obrázku je znázornené rozhranie programu.

Obr. 6. Rozhranie modelového programu

Na rozdiel od predchádzajúceho prípadu tu nie je potrebné vykonať proces úpravy, ale viac presný model budete musieť požiadať o ďalšie referenčné údaje. Po identifikácii údajov v programe sa zostaví graf a určia sa parametre korenia modelu. Týmto spôsobom boli získané modely tranzistorov, ktoré sú potrebné pre simuláciu obvodu. Pre tranzistor 2T3117A je prezentovaný model korenia

MODEL 2T3117A NPN (IS = 501,657F

BF = 282,144 NF = 1,16176 VAF = 100

IKF = 1,05431 ISE = 20,5297F

NE = 1,36131 BR = 2 IKR = 988,851

ISC = 1,181988E-017 RE = 543,714 miliónov

RC = 1,00912 U CJE = 39,2628 P

VJE = 700 MJE = 499,227 M

CJC = 31,2633 P VJC = 699,997 mil

MJC = 499,832 M TF = 493,812 P

XTF = 499,971 M VTF = 10

ITF = 9,69242 mil. TR = 176,624 N)

2.3 Definovanie modelu korenia digitálnych komponentov

Model digitálneho komponentu pozostáva z dvoch častí: modelu I/O a modelu časovania. Časový model určuje oneskorenia šírenia digitálnych štátov a nižšie obmedzenia trvania akcie digitálnych signálov... Model rozhrania definuje odpory, ekvivalentné obvody a spínacie časy analógovo-digitálneho rozhrania. Na obrázku je znázornená štruktúra komponentu 7410 (3INE)

Ryža. 7. Štruktúra komponentov 7410

Ak chcete simulovať obvod, musíte vytvoriť model pre digitálny komponent, ktorý obsahuje šesť Schmittových spúšťačov-invertorov. Pre tento príklad existujú štandardné modely času a rozhrania. Ak chcete vytvoriť podobvod, musíte pridať šesť spúšťačov, nastaviť uzemnenie a výkon komponentu a správne špecifikovať všetky kolíky mikroobvodu. Text podobvodu vo formáte Spice je uvedený nižšie.

Obr 8. Mikroobvod 1594tl2t

SUBCKT SCHMITT A1 Y1 A2 Y2 A3 Y3 DGND Y4 A4 Y5 A5 Y6 A6 DPWR

Voliteľné: DPWR = $ G_DPWR DGND = $ G_DGND

Parametre: MNTYMXDLY = 0 IO_LEVEL = 0

U1 inv DPWR DGND

U2 inv DPWR DGND

DLY_14 IO_STD_ST MNTYMXDLY = (MNTYMXDLY) IO_LEVEL = (IO_LEVEL)

U3 inv DPWR DGND

DLY_14 IO_STD_ST MNTYMXDLY = (MNTYMXDLY) IO_LEVEL = (IO_LEVEL)

U4 inv DPWR DGND

DLY_14 IO_STD_ST MNTYMXDLY = (MNTYMXDLY) IO_LEVEL = (IO_LEVEL)

U5 inv DPWR DGND

DLY_14 IO_STD_ST MNTYMXDLY = (MNTYMXDLY) IO_LEVEL = (IO_LEVEL)

U6 inv DPWR DGND

DLY_14 IO_STD_ST MNTYMXDLY = (MNTYMXDLY) IO_LEVEL = (IO_LEVEL)

Model DLY_14 ugate (tplhTY = 15ns tplhMX = 22ns tphlTY = 15ns tphlMX = 22ns)

Model IO_STD_ST uio (

DRVH = 130 DRVL = 130

ATOD1 = "ATOD_STD_ST" ATOD2 = "ATOD_STD_ST"

ATOD3 = "ATOD_STD_ST" ATOD4 ​​​​= "ATOD_STD_ST"

DTOA1 = "DTOA_STD" DTOA2 = "DTOA_STD"

DTOA3 = "DTOA_STD" DTOA4 = "DTOA_STD"

TSWHL1 = 3,310 ns TSWHL2 = 3,310 ns

TSWHL3 = 3,310 ns TSWHL4 = 3,310 ns

TSWLH1 = 2,115 ns TSWLH2 = 2,115 ns

TSWLH3 = 2,115 ns TSWLH4 = 2,115 ns

DIGPOWER = "DIGIFPWR")

Záver

Výsledkom práce boli vytvorené knižnice komponentov v CAD Altium Designer pre modelovanie obvodu zosilňovača. Schematické komponenty sú popísané pomocou modelov napísaných v jazyku Spice. Zložitosť modelovania spočíva v tom, že pri tvorbe modelov je potrebné brať do úvahy veľké množstvo parametrov, ktoré sú známe iba výrobcovi súčiastky. Preto je pri vytváraní potrebná podrobná dokumentácia k prvku. Výsledok simulácie tiež závisí od výberu metódy výpočtu. V dôsledku práce boli parametre modelov stanovené dodatočne softvérové ​​balíky... Výsledok práce bude známy po procese modelovania.

Literatúra

1. V.V. Frisk. Základy teórie obvodov. Použitie rozloženia mikrovlnnej rúry na simuláciu elektrické obvody na osobnom počítači.

2. M.A. Amelina, S.A. Ameline. Program na simuláciu obvodu MicroCAP. Verzie 9, 10.

3.S.R. Tumakovský. Spice je prvé zoznámenie.

Aplikácia

Vedecké a technické úspechy posledných rokov priamo alebo nepriamo súvisia s úspechom polovodičového priemyslu.

Počas posledných dvoch desaťročí simulačné schopnosti neustále zaostávali za tempom vývoja technológií a rastúcimi požiadavkami polovodičového priemyslu.

Vznik nových modelov vyvolal nové problémy overovania, spoľahlivosti, presnosti, štandardizácie, školenia.

Kvalitu konštrukčnej technológie charakterizuje počet cyklov na elimináciu chýb pri navrhovaní, percento parametrických chýb vo vyrábaných produktoch, veľkosť kryštálu a technické parametre produktu. Požiadavky na kvalitu prevedenia sa neustále zvyšujú. Spôsobujú to nielen prirodzené požiadavky trhovej konkurencie, ale aj používanie polovodičov v oblastiach súvisiacich s podporou ľudského života, umelými orgánmi, vesmírom a vojenským vybavením.

Súčasne s problémom spoľahlivosti modelu vzniká problém rýchlosti modelovacích nástrojov, čo vedie k potrebe použitia extrémne zjednodušených tranzistorových modelov a približných metód modelovania. elektronické obvody... V súčasnosti používané modely a metódy sa zrodili ako výsledok boja protikladov medzi ich presnosťou, spoľahlivosťou a výpočtovou efektívnosťou.

Na získanie ekonomického kompaktného modelu sa používajú zjednodušujúce predpoklady, ktoré nevyhnutne vedú k strate spoľahlivosti modelovania a zvýšeniu neistoty v znalosti oblasti jeho prípustnej aplikácie.

Maximálnu presnosť a spoľahlivosť majú programy na simuláciu klasických obvodov (programy podobné SPICE), ktoré sú založené na strojovom zostavovaní sústavy obyčajných diferenciálnych rovníc elektrického obvodu a ich riešení bez použitia zjednodušujúcich predpokladov. Používajú numerické metódy Runge-Kutta alebo Gearovu metódu na integráciu systému diferenciálnych rovníc, Newton-Raphsonovu metódu na linearizáciu systému nelineárnych algebraické rovnice a Gaussova metóda alebo LU rozklad na riešenie sústavy lineárnych algebraických rovníc. Modifikácie týchto metód sú zamerané na zlepšenie konvergencie alebo výpočtovej účinnosti bez zjednodušenia pôvodného problému.

Pre zvýšenie rýchlosti simulácie programov podobných SPICE s minimálnym poklesom spoľahlivosti sa používajú metódy, ktoré boli pôvodne vyvinuté pre logickú simuláciu (metódy zrýchlenej simulácie, „fast-SPICE simulation“). Medzi ne patrí modelovanie len aktívnej časti obvodu, t.j. cesty šírenia signálu, berúc do úvahy časovú nečinnosť (latenciu) podobvodov, použitie tabuľkových modelov aktívnych prvkov, použitie rôznych časových krokov a rôznych numerických metód pre rôzne podobvody, použitie makromodelov a kombinácie rôzne metódy modelovanie na rôznych úrovniach hierarchie projektu VLSI (hybridné elektro-logické modelovanie), modelovanie na diskrétnej mriežke premenných, používanie po častiach lineárnych modelov prvkov, exponenciálne prispôsobenie, zohľadnenie izomorfizmu podobvodov atď.

Kombinácia týchto techník umožňuje zvýšiť rýchlosť modelovania 10-100 krát a o rovnakú hodnotu zväčšiť limitný rozmer modelovanej reťaze. Hlavnou charakteristikou takýchto programov je obmedzujúca veľkosť elektrického obvodu, ktorú umožňujú simulovať v primeranom čase.

Základným dôvodom poklesu spoľahlivosti pri použití metód zrýchleného modelovania je, že na získanie spoľahlivých kritérií na zjednodušenie pôvodného problému je potrebné najskôr získať jeho presné riešenie. V opísaných prípadoch takéto riešenie a priori neexistuje. To znamená, že všetky hodnoty, na základe ktorých sa rozhoduje o latencii, výskyte udalosti alebo kroku mriežky atď., sú spočiatku nepresné. Z tohto dôvodu sa pri popise vlastností simulačných programov spolu s pojmom presnosti používa aj pojem spoľahlivosť. Spoľahlivosť je chápaná ako pravdepodobnosť, že výsledok simulácie má očakávanú presnosť. Dôveryhodnosť v v tomto prípade nesúvisí so stochastickým charakterom skúmaného objektu.

Napriek tomu, že modelovacie systémy podobné SPICE majú najvyššiu presnosť, potreba jej ďalšieho zvyšovania existuje od vzniku programu SPICE až do súčasnosti.

Väčšina simulačných programov je založená na algoritmoch a dokonca používa zdrojový kód programu UC Berkeley SPICE-2G6 a má jazyk na popis vstupných obvodov, ktorý odvtedy prežil a stal sa de facto štandardom. Tu vznikol pojem „SPICE-like“ nástroje na modelovanie obvodov, ktorý sa používa v prípadoch, keď je potrebné zdôrazniť, že program nepoužíva zjednodušujúce predpoklady, ktoré znižujú spoľahlivosť výsledku, ako napríklad pri „zrýchlenom „modelovacie systémy.

Všetky komerčné programy sú v stave neustálej modernizácie a prispôsobovania sa potrebám zákazníkov, takže ich charakteristika sa neustále mení, aj keď v podstate sa mierne líšia. Hlavným rozdielom je dôvera v kvalitu produktu a v kvalitu technická podpora... Najbežnejšie modelovacie nástroje podobné SPICE sú Eldo od Mentor Graphics, HSPICE od Synopsys, Inc., SmartSpice (Silvaco International), Spectre a PSpice (Cadence Design Systems).

Existuje aj mnoho ďalších simulačných programov s menej známymi značkami: SEQUEL (Indian Institute of Technology), AIM-Spice (AIM-Software), DrSpice (Deutsch Research), Ngspice (ngspice.sourceforge.net), AVOSpice (AVOCAD), LTspice (Linear Technology), WinSpice (www.winspice.com), mentalSPICE (www.mental.com), balík IsSpice od ICAP (Intusoft), CircuitMaker (Protel International) atď.

Simulátory podobné SPICE si zachovávajú rovnaké numerické metódy ako pôvodný softvér SPICE. Modifikácie sa vykonávajú najmä na rozšírenie konvergenčnej domény. Zlepšenie výkonu a obmedzujúci rozmer reťaze je dosiahnuté vďaka viac efektívne využitie pamäte, optimalizácia kódu, aplikácia metód rozkladu (modelovanie po častiach), viacvláknové spúšťanie programu na viacjadrové procesory a viacprocesorové počítače, berúc do úvahy riedke matice, optimálny výpočet prúdy komplexné modely tranzistorov, čo zaberá až 80 % podľa Cadence (www.cadence.com) a až 30 % podľa údajov celkového času simulácie. Využívajú aj zoskupovanie reťazcov do silne spojených, ktoré sú riešené Newton-Raphsonovou metódou a voľne zviazané, ktoré sú riešené metódou „one-step relaxation“ (www.mentorg.com).

Uvedené techniky môžu skrátiť čas simulácie až 10-krát v porovnaní s pôvodný program SPICE a zvýšiť limitný rozmer simulovaného obvodu na niekoľko stotisíc tranzistorov pre 32-bitové procesory a až niekoľko miliónov tranzistorov pre 64-bitové. Dodatočné zrýchlenie simulácie je možné získať na viacprocesorových počítačoch.

Samostatným problémom s topologickými normami menšími ako 0,1 μm a frekvenciami nad 1 GHz je modelovanie dlhé rady prevodovky, keď ich nemožno nahradiť plošným RC obvodom. Distribuované prenosové vedenia sú opísané systémom lineárne rovnice s S-parametrami.

Vzhľadom na to, že na modelovanie rádiofrekvenčných obvodov sa používajú metódy, ktoré sa výrazne líšia od metód klasický program SPICE (metóda nulovania a metóda harmonickej rovnováhy), takéto programy sú samostatné komerčné produkty(SmartSpice RF, HSpice RF atď.).

Technológia mikroelektromechanických systémov (MEMS), ktorá sa objavila asi pred 10 rokmi, podnietila mnohé spoločnosti, aby zahrnuli simulačné nástroje pre tieto systémy do programov podobných SPICE. Takéto programy vám umožňujú analyzovať projekt obsahujúci súčasne elektrické, mechanické a hydraulické prvky, ako aj bloky automatických riadiacich systémov.

Dizajnový softvér VLSI sa tradične používa na pracovných staniciach Sun alebo HP, ale v posledné roky väčšina firiem sa rýchlo prispôsobila softvér Komu Kompatibilné s IBM PC počítače so systémom Windows, Linux a Solaris.

Programy na simuláciu obvodov možno použiť v spojení s programami na simuláciu tepelných procesov, s programami na prístrojovo-technologickú simuláciu, s programami na simuláciu systémov (napríklad Simulink z r. balík MATLAB) a so skutočnými komponentmi systémov a obvodov. Takéto spojenie sa vykonáva pomocou iteračných algoritmov pre spojovacie riešenia získané v heterogénnych softvérových a hardvérových systémoch.

Programy na simuláciu obvodov používajú jazyky na popis obvodov SPICE, HSpice, AHDL, VHDL-AMS, Verilog-A a Verilog-AMS. ale koncový užívateľčastejšie využíva grafický vstup elektrických obvodov, ktorý nevyžaduje prístup k symbolickým jazykom.

Je potrebné zdôrazniť, že mnohé firmy zakrývajú podstatu použitých algoritmov a neposkytujú metodiku na hodnotenie modelovacej chyby, obmedzujúc sa na deklarovanie komerčne atraktívnych ukazovateľov. Absencia kritiky však zvyšuje nepredvídateľnosť výsledku a spoľahlivosť modelovania v skutočnosti nie je určená technickými vlastnosťami programu, ale dôverou v spoločnosť, jej reputáciou, históriou a autoritou spoločnosti. vývojový tím. V tomto smere sú dôležité pokusy o vývoj štandardov na hodnotenie kvality simulátorov, ktoré však čelia problémom rýchlo starnúcich štandardov v porovnaní s procesmi prispôsobovania programov rýchlo rastúcim potrebám CAD trhu.

Tepelná simulácia

Tepelné procesy sa zvyčajne modelujú pomocou ich podobnosti elektrické procesy... Na tento účel sa rovnica vedenia tepla prevedie do diskrétnej formy metódou konečných rozdielov alebo konečných prvkov, potom sa pomocou teórie podobnosti skonštruuje a modeluje ekvivalentný elektrický obvod pomocou programu podobného SPICE.

Tento spôsob modelovania však vyžaduje pomerne veľké výpočtové zdroje, a preto ho nemožno vždy použiť ako súčasť CAD systému. Na simuláciu obvodu, berúc do úvahy zahrievanie prvkov elektrického obvodu, sa používajú zjednodušené elektrotepelné modely pozostávajúce z bežného kompaktného modelu a tepelného modelu (napríklad vo forme RC obvodu), ktorý približne odráža dynamika zmeny teploty tranzistora. Ako výsledok elektrická simulácia sú známe prúdy a napätia elektrického obvodu, ktoré umožňujú vypočítať výkon (Pi a P2 na obr. 2.45) uvoľnený tranzistormi, ktorý je vstupnou hodnotou tepelného modelu (obr. 2.45 b). Pomocou tepelného modelu sa vypočíta hodnota teploty (Fj a F<й на рис. 2.45), которое, в свою очередь, является входной величиной электрической модели. Таким образом, электрическая и тепловая модели образуют контур с обратной связью, моделирование которого возможно выполнить только итерационным методом.

Pri spoločnom modelovaní dynamiky tepelných a elektrických procesov vzniká problém tuhosti spojený s veľkým (o niekoľko rádov) rozdielom časových konštánt elektrického a tepelného obvodu. Druhým problémom je zabezpečiť konvergenciu iteračného procesu.

Uverejnené na Allbest.ru

...

Podobné dokumenty

    Koncepcia modelov digitálnych zdrojov signálu. Programy na simuláciu obvodov digitálnych zariadení. Nastavenie parametrov simulácie. Stanovenie maximálneho výkonu. Modely digitálnych súčiastok, hlavné metódy ich vývoja.

    ročníková práca, pridaná 12.11.2014

    Charakteristika hlavných komponentov pre štúdium číslicových obvodov. Postup pri práci s modelovacím systémom. Vlastnosti štruktúry komponentov pre modelovanie digitálnych obvodov, štúdium dosky pre bezpečnosť, vývoj časti rozhrania a algoritmov.

    ročníková práca, pridaná 7.12.2013

    Technické vlastnosti digitálneho komparátora. Popis digitálnych a analógových komponentov: mikroobvody, snímače, indikátory, aktívne prvky, ich symboly a princíp činnosti. Algoritmus zariadenia, konštrukčné a schematické diagramy.

    semestrálna práca, pridaná 29.04.2014

    Približný výpočet elektrických parametrov obvodu dekodéra CMOS s dvoma vstupmi. Určenie hodnôt komponentov výkresu rozloženia obvodu. Vykonávanie analýzy obvodov pomocou programu T-Spice pri dodržaní špecifikovaných technických podmienok.

    semestrálna práca, pridaná 7.1.2013

    Technológia end-to-end dizajnu. Vývoj základného elektronického obvodu zariadenia. Zdôvodnenie výberu digitálnych elektronických komponentov. 3D modelovanie: vývoj modelu trupu, 3D tlač. Vývoj programu mikrokontroléra.

    práca, pridané 22.08.2017

    Technologická cesta výroby polovodičových súčiastok. Výroba polovodičových doštičiek. Inštalácia kryštálov do držiakov kryštálov. Montáž a tesnenie polovodičových súčiastok. Kontrola kvality a elektrických charakteristík.

    ročníková práca, pridaná 24.11.2013

    Klasifikácia digitálnych zariadení. Modely digitálneho signálu. Metódy amplitúdovej, fázovej a frekvenčnej modulácie. Technika merania konverzných charakteristík ADC. Syntéza štrukturálneho, funkčného a schematického diagramu generátora testovacieho signálu.

    práca, pridané 19.01.2013

    Stručný popis OZE. Vytvorenie súboru schémy zapojenia. Navrhovanie knižnice prvkov. Tvorba 3D modelu PCB a Gerberových súborov. Vytvorenie dosky plošných spojov. Kontrola správnosti elektrického zapojenia. Zostavenie projektu.

    semestrálna práca, pridaná 17.05.2014

    Vývoj systému nakladania betónových dielcov, ktorý zabezpečuje automatickú signalizáciu pri nakladaní dielcov a dodávke betónových dielcov v danom poradí. Popis kontaktných a bezkontaktných obvodov. Výpočet napájacieho zdroja.

    semestrálna práca, pridaná 28.12.2014

    Oblasti použitia meracích postupov. Meranie chýb v komunikačných systémoch, na analógových a digitálnych rozhraniach. Inštalácia S-pripojení za základnú cenu. Nastavenie komponentov synchrónnych systémov. Testovanie signalizačných a komunikačných ciest.

Simulátor obvodu SPICE poskytuje aj simuláciu diód počas simulácie obvodu. Modely diód sú založené na špecifikáciách jednotlivých zariadení opísaných v konkrétnych produktových listoch a špecifikáciách procesov, ktoré nie sú uvedené v popisoch zariadení. Niektoré informácie prevzaté z údajového listu pre 1N4004 sú zobrazené na obrázku nižšie.

Definícia diódy začína názvom prvku diódy, ktorý musí začínať na „d“ plus voliteľné znaky. Príklady názvov prvkov diód: d1, d2, dtest, da, db, d101. Dve čísla uzlov určujú, ako sú anóda a katóda pripojené k iným komponentom. Za číslami uzlov nasleduje názov modelu s odkazom na nasledujúci príkaz „.model“.

Riadok vyhlásenia o modeli začína „.model“, za ktorým nasleduje názov modelu zodpovedajúci jednej alebo viacerým definíciám diód. Potom "d" znamená, že dióda sa má simulovať. Zvyšok deklarácie modelu je zoznam doplnkových parametrov diódy v tvare ParameterName = ParameterValue. Príklad 1 takéto parametre nepoužíva. Príklad 2 definuje niekoľko parametrov. Zoznam parametrov diódy je uvedený v tabuľke nižšie.

Základný tvar: d [názov] [anóda] [katóda] [názov_modelu] .model ([názov_modelu] d...) Príklad1: d1 1 2 mod1 .model mod1 d Príklad2: D2 1 2 Da1N4004 .model Da1N4004 D (IS = 18,8n RS = 0 BV = 400 IBV = 5,00u CJO = 30 M = 0,333 N = 2)

Najjednoduchší spôsob získania modelu SPICE je rovnaký ako pri získaní údajového listu: pozrite sa na webovú stránku výrobcu. V tabuľke nižšie sú uvedené parametre modelu pre niektoré diódy. V druhom prípade môžete vytvoriť model SPICE podľa parametrov uvedených v technickom popise. Tretím prípadom, ktorý sa tu neuvažuje, je meranie parametrov reálneho zariadenia. Potom vypočítajte, porovnajte a prispôsobte parametre modelu SPICE k výsledkom merania.

Ak parametre diódy nie sú špecifikované ako v prvom príklade vyššie, použijú sa predvolené parametre prevzaté z tabuliek vyššie a nižšie. Toto sú predvolené modely diód v integrovaných obvodoch. Určite sú vhodné na predbežnú prácu s diskrétnymi zariadeniami. Pre dôležitejšiu prácu použite modely SPICE dodávané výrobcom, predajcami softvéru SPICE a inými zdrojmi.

Parametre SPICE niektorých diód: sk = Schottky, Ge = germánium, iné = kremík
ElementJERsNTTCJOMVJEGXTIBVIBV
Predvolené1E-140 1 0 0 0.5 1 1.11 3 ∞ 1 m
1N5711 sk315n2.8 2.03 1,44n14:000.333 - 0.69 2 70 10u
1N5712 sk680p12 1.003 50 p1,0 p0.5 0.6 0.69 2 20 -
1N34 Ge200p84 m2.19 144n4,82 p0.333 0.75 0.67 - 60 15u
1N414835p64 m1.24 5,0n4,0 p0.285 0.6 - - 75 -
1N389163n9,6 m2 110n114p0.255 0.6 - - 250 -
10A04 10A844n2,06 m2.06 4,32u277p0.333 - - - 400 10u
1N4004 1A76,9 n42,2 m1.45 4,32u39,8 p0.333 - - - 400 5u
Technický list 1N400418,8n- 2 - 30p0.333 - - - 400 5u

V opačnom prípade zadajte niektoré parametre uvedené v údajovom hárku. Najprv vyberte hodnotu pre parameter SPICE N medzi 1 a 2. Toto je potrebné pre rovnicu diódy (n). Massobrio vo svojej knihe „Modelovanie polovodičových zariadení s SPICE“ odporúča „... n, emisivita je zvyčajne okolo 2“. V tabuľke vyššie vidíme, že výkonové usmerňovacie diódy 1N3891 (12 A) a 10A04 (10 A) využívajú približne 2. Prvé štyri riadky v tabuľke nie sú relevantné, pretože predstavujú Schottkyho diódu, Schottkyho diódu a germániová dióda a kremíková dióda pre malé signály. Saturačný prúd IS je odvodený z rovnice diódy, hodnoty (V D, ID) v grafe vyššie a N = 2 (n v rovnici diódy).

I D = I S (e V D / nV T - 1)

VT = 26 mV (pri 25 °C)

V D = 0,925 V (pri 1 A na grafe)

1 A = I S (e (0,925 V) / (2) (26 mV) - 1)

Číselné hodnoty IS = 18,8n a N = 2 sú uvedené v poslednom riadku tabuľky vyššie pre porovnanie s modelom výrobcu 1N4004, ktorý je výrazne odlišný. Štandardne je RS nastavená na 0. To oceníte neskôr. N, IS a RS sú dôležité statické parametre jednosmerného prúdu.

Rashid vo svojej knihe SPICE for Power Electronics and Electric Power navrhuje, aby TT, t D, čas prechodu, bol aproximovaný z obnoviteľného náboja Q RR, parametra údajového listu (v našom prípade nie je k dispozícii) a I F, dopredného prúdu.

I D = I S (e V D / nV T - 1) t D = Q RR / I F

Akceptujeme TT = 0 pre nedostatok Q RR. Aj keď by bolo rozumné vziať TT, ako podobnú usmerňovaciu diódu 10A04, 4,32u. TT dióda 1N3891 nie je vhodná ako usmerňovač rýchlej obnovy. CJO, kapacita prechodu s nulovou odchýlkou ​​sa odhaduje z vyššie uvedeného grafu C J versus VR. Kapacita pri napätí najbližšie k nule na grafe je 30 pF pri 1 V. Ak simulujete odozvu na vysokorýchlostné prechody, ako pri spínaných zdrojoch, potom by sa v modeli mali brať do úvahy parametre TT a CJO.

Faktor plynulosti prechodu M súvisí s dopingovým profilom prechodu. Nie je súčasťou technického popisu zariadení. Zvolíme M = 0,333, čo zodpovedá lineárnej plynulosti prechodu. Vysokovýkonné usmerňovacie diódy v tabuľke vyššie používajú nižšie hodnoty M.

Berieme predvolené hodnoty pre VJ a EG. Mnoho iných diód používa VJ = 0,6, ako je uvedené v tabuľke vyššie. Usmerňovacia dióda 10A04 však používa predvolenú hodnotu, ktorú použijeme pre náš model 1N4004 (údajový list 1N4001 v tabuľke vyššie). Pre kremíkové a usmerňovacie diódy použite predvolenú hodnotu EG = 1,11. Vyššie uvedená tabuľka zobrazuje hodnoty pre Schottkyho a germániové diódy. Vezmite XTI = 3, štandardný teplotný koeficient IS pre kremíkové zariadenia. Pre XTI Schottkyho diódy pozri tabuľku vyššie.

Výňatok z údajového listu znázorneného na obrázku vyššie udáva I R = 5 μA a VR = 400 V, čo zodpovedá IBV = 5u a BV = 400. Parametre modelu 1n4004 SPICE odvodené z údajového listu sú uvedené v poslednom riadku tabuľky vyššie pre porovnanie s modelom výrobcu vyššie. BV je potrebné iba vtedy, ak sa simulácia vykonáva so spätným napätím vyšším ako je spätné prierazné napätie diódy, ako je to v prípade zenerových diód. IBV, Reverse Breakdown Current, sa často vynecháva, ale dá sa zadať, ak je uvedený aj BV.

Na obrázku nižšie je znázornený diagram na porovnanie modelu výrobcu, modelu odvodeného z údajového listu a predvoleného modelu s použitím predvolených parametrov. Na meranie prúdov cez diódy sú potrebné tri slepé zdroje 0 V. Zdroj 1 V mení svoje výstupné napätie z 0 na 1,4 V v krokoch po 0,2 mV. Pozrite si pokyny DC v netliste v tabuľke nižšie. DI1N4004 je model výrobcu a Da1N4004 je model, ktorý sme vyrobili.

Parametre SPICE netlist: (D1) DI1N4004 model výrobcu, (D2) Da1N40004 model odvodený z datasheetu, (D3) predvolený model:

* Okruh SPICE<03468.eps>od XCircuit v3.20 D1 1 5 DI1N4004 V1 5 0 0 D2 1 3 Da1N4004 V2 3 0 0 D3 1 4 Predvolená V3 4 0 0 V4 1 0 1 .DC V4 0 1400mV Da14N 0,012m = 0 BV = 400 IBV = 5,00u CJO = 30 + M = 0,333 N = 2,0 TT = 0) .MODEL DI1N4004 D (IS = 76,9n RS = 42,0m BV = 400 IBV = 5,03u CJO = 5,03u CJO = 5,03u CJ. 0,333 N = 1,45 TT = 4,32u) .MODEL Predvolená hodnota D .koniec

Porovnávame tri vzory na obrázku nižšie a údaje v grafoch v tabuľke nižšie. VD je napätie aplikované na diódu na porovnanie prúdov modelu výrobcu, nášho vypočítaného modelu a predvoleného modelu diódy. Posledný stĺpec „1N4004 graf“ je údaj z charakteristiky prúd-napätie z údajového listu, ktorý je znázornený na obrázku vyššie, a s ktorým by sa naše výsledky mali zhodovať. Porovnanie prúdov troch modelov s posledným stĺpcom ukazuje, že predvolený model je dobrý pri nízkych prúdoch; model výrobcu je dobrý pri vysokých prúdoch; a náš model, vypočítaný z technického popisu, je najlepší pri prúdoch do 1 A. Bod 1 A je takmer ideálny, keďže výpočet IS je založený na napätí diódy pri 1 A. Náš model výrazne nadhodnocuje hodnoty prúdu ​nad 1 A.

Porovnanie modelu výrobcu, modelu vypočítaného z datasheetu a predvoleného modelu s prúdovo-napäťovou charakteristikou diódy 1N4004 z datasheetu
IndexVDModel výrobcuVzor pre tých. popisPredvolený modelGraf 1N4004
3500 7 000 000 e-011,612924e + 001.416211e-025.674683e-030.01
4001 8.002000e-013,346832e + 009,825960e-022.731709e-010.13
4500 9 000 000 e-015,310740e + 006.764928e-011,294824e + 010.7
4625 9,250000e-015,823654e + 001,096870e + 003,404037e + 011.0
5000 1 000 000 e-007,395953e + 004,675526e + 006,185078e + 022.0
5500 1,100000e + 009,548779e + 003,231452e + 012,954471e + 043.3
6000 1,200000e + 001,174489e + 012,233392e + 021,411283e + 065.3
6500 1,300000e + 001,397087e + 011,543591e + 036,741379e + 078.0
7000 1,400000e + 001,621861e + 011,066840e + 043.220203e + 0912.

Riešením je zvýšiť RS z predvolenej hodnoty, ktorá je RS = 0. Zmena RS z 0 na 8 m v modeli údajového listu spôsobí, že krivka prekročí 10 A (tu nie je znázornené) pri rovnakom napätí ako model výrobcu. Zvýšenie RS na 28,6 m posunie krivku ďalej doprava, ako je znázornené na obrázku nižšie. To vedie k presnejšej zhode nášho modelu s grafom z údajového listu (obrázok vyššie). Tabuľka nižšie ukazuje, že prúd pri 1,224470e + 01 A zodpovedá grafu pri 12 A. Prúd pri 0,925 V sa však zhoršil z 1,096870e + 00 na 7,318536e-01.

Druhý test na zlepšenie modelu vypočítaného z údajového listu v porovnaní s modelom výrobcu a predvoleným modelom Da1N4004 D (IS = 18,8n RS = 28,6 m BV = 400 IBV = 5,00 u CJO = 30 + M = 0,333 N = 2,0 TT = 0) Zmena inštrukcie RS = 0 na RS = 28,6 m v modeli Da1N4004 znižuje prúd pri VD = 1,4 V na 12,2 A
IndexVDModel výrobcuVzor pre tých. popisGraf 1N4004
3505 7,010000e-011,628276e + 001.432463e-020.01
4000 8 000 000 e-013,343072e + 009.297594e-020.13
4500 9 000 000 e-015,310740e + 005.102139e-010.7
4625 9,250000e-015,823654e + 007.318536e-011.0
5000 1 000 000 e-007,395953e + 001,763520e + 002.0
5500 1,100000e + 009,548779e + 003,848553e + 003.3
6000 1,200000e + 001,174489e + 016,419621e + 005.3
6500 1,300000e + 001,397087e + 019,254581e + 008.0
7000 1,400000e + 001,621861e + 011,224470e + 0112.

Odporúčané cvičenie pre čitateľa: znížte N tak, aby sa prúd pri VD = 0,925 V obnovil na 1 A. To môže zvýšiť prúd (12,2 A) pri VD = 1,4 V, čo si vyžaduje zvýšenie RS na zníženie prúdu na 12 A .

Zenerova dióda. Existujú dva prístupy k simulácii zenerovej diódy: nastavenie parametra BV v inštrukcii modelu na zenerove napätie alebo simulácia zenerovej diódy s podobvodom obsahujúcim svorkovú diódu nastavenú na zenerove napätie. Príklad prvého prístupu nastavuje prierazné napätie BV na 15 pre model 15V zenerovej diódy 1n4469 (IBV je voliteľné):

Model D1N4469 D (BV = 15 IBV = 17 m)

Druhý prístup simuluje zenerovu diódu s podobvodom. Svorka D1 a VZ na obrázku nižšie simuluje 15 V spätné prierazné napätie zenerovej diódy 1N4477A. DR dióda zohľadňuje predpätú vodivosť zenerovej diódy v podobvode.

Tunelová dióda. Tunelová dióda môže byť modelovaná pomocou podobvodu SPICE a dvojice tranzistorov s efektom poľa (JFET).

Gunnova dióda. Gunnova dióda môže byť tiež modelovaná ako pár tranzistorov s efektom poľa.

Poďme si to zhrnúť

  • Diódy sú opísané v SPICE s použitím inštrukcie pre komponent diódy odkazujúcej na výraz .model. Inštrukcia modelu obsahuje parametre popisujúce diódu. Ak nie sú zadané žiadne parametre, model použije predvolené hodnoty.
  • Statické parametre jednosmerného prúdu zahŕňajú N, IS a RS. Parametre spätného členenia: BV, IBV.
  • TT a CJO sú potrebné na presné dynamické modelovanie.
  • Odporúčame používať modely dodané výrobcom.
S rozvojom LTspice a zložitosťou simulovaných obvodov je často potrebné prezentovať už vypracované uzly vo forme nového komponentu. LTspice to umožňuje vytvorením symbolu komponentu a súboru Spice preň. Samotný proces premeny schematického modelu na symbol v Helpe a v jeho ruských prekladoch je však opísaný veľmi zle až nezrozumiteľne. Nie je prekvapujúce, že začiatočníci majú otázku - "kam zapriahnuť koňa?" Dúfam, že sa tento príspevok ukáže ako dobrý doplnok k druhému video tutoriálu na LTspice a bude užitočný pre tých, ktorí študujú tento simulátor sami.
1.1 O ideálnom modeli transformátora
Pozrime sa teda, ako vzniká nový komponent na príklade vytvorenia symbolu ideálneho trojvinutého transformátora. Chcem okamžite vysvetliť, prečo bol ako príklad vybraný ideálny trojvinutý transformátor. Faktom je, že v štandardnom priečinku sym, z ktorého sa komponenty volajú na zaradenie do modelovaného obvodu, tento primitív (symbol) absentuje. Help LTspice v prípade takejto potreby navrhuje použiť model lineárneho (neideálneho) transformátora vo forme súboru vzájomne prepojených indukčností s väzbovým koeficientom jedna. Pre spravodlivosť treba poznamenať, že v priečinku „Educational“ z adresára „examples“ nájdete súbor IdealTransformer.asc, ktorý predstavuje model dvojvinutého ideálneho transformátora využívajúceho 4 napäťovo riadené zdroje prúdu ( ITUN alebo G v terminológii Spice) ... Tento model ale pôsobí dosť ťažkopádne a navyše nebol povýšený na úroveň symbolu.

Súčasne sú známe kompaktnejšie modely ideálnych transformátorov Spice, z ktorých jeden je opísaný v článku L.G. Meares a Charles E. Hymowitz "Modely SPICE pre výkonovú elektroniku"
www.intusoft.com/articles/satcore.pdf
Re-refrén tohto modelu, povýšený na úroveň symbolu, pod rovnakým názvom ako autori článku, no s menšími bezzásadovými zmenami, nájdete v obrovskom archíve LTspiceIV.zip spomínanom vo videu bsvi tutoriál (súbory XFMR1.asy a XFMR2.asy, SUBCKT k nemu v súbore Sborka.lib) Tento model budeme brať ako prototyp pre naše ďalšie potešenie. Zároveň však vezmime do úvahy jednu zaujímavú poznámku z Help LtspiceIV:
„Je lepšie použiť G zdroj posunutý s odporom na aproximáciu E zdroja, ako použiť E zdroj. Napätím riadený prúdový zdroj posunutý s odporom bude počítať rýchlejšie a spôsobí menej problémov s konvergenciou ako napätím riadený zdroj napätia. Výsledná nenulová výstupná impedancia je tiež reprezentatívnejšia pre praktický obvod.
V preklade to znie takto:
„Je lepšie použiť impedančne posunutý G-zdroj (VCO) na aproximáciu E-zdroja (VCO je napäťovo riadený zdroj napätia), ako len použiť E-zdroj. Napäťovo riadený prúdový zdroj posunutý rezistorom sa považuje za rýchlejší a spôsobuje menej problémov s konvergenciou ako napäťovo riadený zdroj napätia. Okrem toho získané výsledky viac reprezentujú skutočné obvody vďaka nenulovej impedancii.
Prejdime teraz k základnému modelu ideálneho dvojvinutého transformátora od L.G. Meares a Charles E. Hymowitz,

Obr. 1 Model ideálneho transformátora navrhnutý Christopherom Bassom
Vidíme, že vstupné napätie primárneho vinutia (porty 1 a 2) ako riadiace ide do zdroja napätia E. Jeho výstupné napätie cez zdroj napätia s nulovým výstupom VM ide na porty 3, 4 a používa sa ako napätie sekundárne vinutie. Zdroj VM sa používa ako prúdový snímač pre prúdom riadený zdroj prúdu F. Napätie získané na rezistore RP z prúdu tečúceho zo zdroja F reprodukuje samoindukciu EMF primárneho vinutia. Rezistor RS vytvára v sekundárnom obvode nenulovú výstupnú impedanciu. Oba tieto odpory RP a RS slúžia na elimináciu singularity matice obvodov. Transformačný pomer sa nastavuje parametrom Ratio, ktorý sa rovná pomeru počtu závitov sekundárneho vinutia k počtu závitov primárneho vinutia. Zoznam modelu (Netlist v podmienkach LTspice) je zobrazený na ľavej strane obrázku. Upozorňujeme, že vstupné napätie môže byť aplikované na ľubovoľný pár portov patriacich do rovnakého vinutia. Z tohto dôvodu nezáleží na tom, čo sa považuje za primárne vinutie a čo je sekundárne vinutie. Dôležité je len správne nastavenie parametra Ratio. Modely transformátorov s viacerými vinutiami vznikajú paralelným zapojením primárnych vinutí niekoľkých transformátorov s dvojitým vinutím. Príklad konštrukcie trojvinutého transformátora je znázornený na nasledujúcom obrázku 2:


Ryža. 2 Trojvinutý ideálny transformátor podľa vzoru K. Basso

1.2 Možnosti implementácie symbolu nového komponentu
LTspice má schopnosť reprezentovať vo forme symbolu určitý funkčne úplný celok vo všeobecnej schéme komplexného elektronického zariadenia v troch formách:

1) Ako súčasť nižšej úrovne hierarchickej schémy vyššej úrovne.
V bežnej inžinierskej praxi sa takéto hierarchické členenie zložitého zariadenia na bloky, podbloky, moduly atď.
2) Ako primitívum s preddefinovanými a nemennými vlastnosťami.
V tomto zmysle je vytvorený symbol ako polovodičové zariadenie alebo mikroobvod.
Žiadne zmeny v takomto primitívnom (symbole) nie je možné vykonať priamo zo simulovaného obvodu vyššej úrovne. Takáto reprezentácia má zmysel v prípade viacnásobného opakovania tohto uzla vo všeobecnej schéme a plnej dôvery, že nie sú potrebné žiadne úpravy.

3) Ako primitívum (symbol) s možnou zmenou jednotlivých parametrov priamo zo simulovaného obvodu.

Uvažujme najskôr o tom, ako vzniká model nášho ideálneho trojvinutého transformátora v prípade jeho použitia ako prvku nadradeného obvodu, teda s hierarchickou konštrukciou simulovaného obvodu. Náš model postavíme zo štandardných primitív LTspice.

1.3 Schéma zapojenia nového komponentu
Vývoj modelu začína elektrickou schémou funkčnej jednotky. Najprv sa rozhodnime o umiestnení nášho vývoja v programe LTspice. Vytvorme nový priečinok v adresári LTspiceIV. Nazvime to Moje projekty. Na monitore počítača to vyzerá asi takto:


Do tohto priečinka uložíme naše pracovné súbory.
Otvorte okno New Schematic v LTspice a nakreslite schému nášho modelu

Ryža. 3 Schéma zapojenia modelu ideálneho trojvinutého transformátora
Uložíme si ho do priečinka My Proects pod názvom Ideal_Trans3.asc.
1.4 Úprava komponentov obvodu
Vyššie uvedená schéma vyžaduje určité objasnenie a dodatočnú prácu. Najprv musíte upraviť atribúty komponentov. Ak to chcete urobiť, presuňte kurzor na komponent, ktorý chcete upraviť. Potom kliknutím pravým tlačidlom myši otvorte dialógové okno Editor atribútov komponentov. V našom prípade je potrebné upraviť atribúty komponentov F1, G1, V1, F2, G2, V2. Okrem toho musia byť uvedené hodnoty odporu rezistorov R1, R2, R3, čo sa vykonáva pomocou špecializovaného editora rezistorov. Smernica Spice sa používa aj ako prostriedok na nastavenie hodnôt atribútov komponentov obvodu.
.Pomer parametrov1 = *** Pomer2 = ***.
Je možné zadať akékoľvek kladné hodnoty pomeru. Index 1 sa vzťahuje na horný výstup s portami "c" a "d", index 2 na spodný výstup s portami "e" a "f".
Po druhé, mali by ste vziať do úvahy niektoré funkcie programu LTspice. Takže pre ITUT F musí byť kľúčové slovo Gain prítomné v atribúte Value. Pri použití symbolu obojstranného portu majte na pamäti, že tento šesťhranný symbol má iba jeden aktívny roh, ktorý poskytuje elektrické pripojenie. Práve k nemu by mal byť dodaný vodič z externého komponentu, ktorý sa používa napríklad pri testovaní obvodu funkčne úplného uzla. To isté by sa malo urobiť s vodičmi pochádzajúcimi zo samotnej funkčnej jednotky. Kolíky obvodu určeného na konverziu na symbol sú lepšie rozlíšiteľné pomocou písmen. Ako vyzerajú výsledky úpravy atribútov vytvoreného symbolu si môžete pozrieť na nasledujúcich obrázkoch:

Ryža. 4 Parametre komponentov ideálneho modelu trojvinutého transformátora
Všimnite si, že v hodnotách atribútu Hodnota zdrojov G1 a G2 sa objavuje koeficient 1e6. Toto je mierkový faktor, ktorý sa zadáva pre 1 μΩ bočníkové odpory R1 a R2.
1.5 Testovanie elektrického obvodu nového komponentu
Po vytvorení diagramu budúceho symbolu ho otestujme. Za týmto účelom nakreslite zdroj testovacieho signálu, prvky, ktoré simulujú zaťaženie, potrebné spojenia v poli pracovného výkresu a spustite prechodovú analýzu Tran. Správnosť vytvoreného modelu trojvinutého transformátora sa posudzuje podľa zobrazenia vstupných a výstupných signálov v okne analýzy prechodových javov. Príklad vzorovej testovacej schémy a získané výsledky testu sú znázornené na nasledujúcom obrázku:


Ryža. 5 Testovací obvod ideálneho modelu trojvinutého transformátora a výsledky testu
1.6 Vytvorte nový súbor knižnice modelu komponentov
Keď sa ubezpečíme, že model funguje, vytvoríme súbor jeho knižnice. Ak to chcete urobiť, odstráňte všetky dodatočné prvky zavedené na testovanie zo súboru Ideal_Trans3.asc. Ďalej pomocou príkazového riadku View-> SPICE Netlist otvorte obsah netlistu, t.j. Netlist. Kliknutím na pravé tlačidlo a pohybom kurzora vyberte celý text. Opätovným stlačením pravého tlačidla dostaneme ponuku upraviť výber ako nezávislý výpis (Independent Netlist) alebo vygenerovať Expended Listing (Generate Expended Listing).


Ryža. 6 Zvýraznenie Netlist na konverziu do súboru Ideal_Trans3.cir
Vyberieme prvý a po stlačení pravého tlačidla myši sa otvorí okno „Uložiť ako“ s návrhom uložiť text ako súbor s príponou .cir do nášho priečinka „Moje projekty“. Kliknite na "Uložiť" a získajte súbor Ideal_Trans3.cir. Tento súbor však zatiaľ nie je vhodný na priame použitie a vyžaduje dodatočné úpravy. Ak to chcete urobiť, otvorte ho v programe LTspice, urobte výber a skopírujte ho do poznámkového bloku. Odstráňte prvý riadok a vložte ho:
.subckt Ideal_Trans3 a b c d e f
Predposledný riadok vymažeme. Posledný riadok napíšeme to takto:
.končí Ideal_Trans3
Potom súbor uložte ako súbor knižnice pod názvom Ideal_Trans3.lib do priečinka Moje projekty. Tým je práca s výpisom hotová.
1.7 Vytvorenie podmienky grafický obrázok symbol
Ďalej pristúpime k vytvoreniu grafického obrazu symbolu ideálneho trojvinutého transformátora. Existujú dve možnosti akcie:
1) Na vygenerovanie symbolu použite samotný program LTspice. Príkazový riadok beží
"Hieragia -> Otvoriť tento hárok" s Symbol "(to znamená, "Hierarchia -> Otvoriť symbol tejto stránky ") a keďže zatiaľ neexistuje žiadny symbol, bude nasledovať návrh na jeho automatické vygenerovanie. kontakty. Môže byť mierne upravený tak, aby priniesol viac pohodlný výhľad.

2) Samostatne nakresliť mnemotechnicky zmysluplnejší obraz nového komponentu, ktorý zodpovedá jeho obvyklému obrazu.

Poďme podľa druhej možnosti. Otvorte okno na vytvorenie nového symbolu pomocou príkazového riadku "Súbor -> Nový symbol". Ďalej pomocou ponuky "Draw" nakreslite symbol, ktorý nám vyhovuje. Nižšie je uvedený príklad polotovaru na vytvorenie ideálneho symbolu trojvinutia transformátora:


Ryža. 7 Prázdny symbol pre ideálny trojvinutý transformátor
Na obrázku vidíme akýsi symbol pre transformátor, obdĺžnik, ktorý ho orámuje, ikony výstupných kontaktov, ako aj veľa červených kruhov. Ide o takzvané kotviace body na vytváranie kruhových oblúkov reprezentujúcich vinutia, ako aj na ukotvenie priamych čiar a konvenčných symbolov z dostupnej abecedy. Časovo najnáročnejšie je kreslenie oblúkov. Poradie umiestňovania kotviacich bodov pre oblúky smerujúce nahor alebo nadol konvexne je uvedené nižšie:


Ryža. 8 Postup na nastavenie kotviacich bodov pri kreslení oblúkov
Pri kreslení oblúkov je pre získanie kvalitnej kresby potrebné riadiť sa súradnicami kotviacich bodov, ktoré sú zobrazené v ľavom dolnom rohu výkresového poľa. Všetky súradnice musia mať hodnotu, ktorá je násobkom 8. Po dokončení práce na vytvorení prázdneho symbolu ho umiestnite pod názvom Ideal_Trans3.asy do novovytvoreného priečinka "Trans", ktorý umiestnite do adresára "sym" programu LTspice. To nám dá možnosť vyvolať vytvorený model do vyvíjaného obvodu kliknutím na tlačidlo "Component" rovnako ako pri iných komponentoch.

Obrázok 3: AC analýza lokality v stupňoch

Prenos priamy prúd charakteristické je, že graf ukazuje napätie na výstupe zľava doprava, počínajúc od 0 V do 5 V a ukazuje vstupné napätie zhora nadol od -0,15 do 0,15 V. Vždy, keď sledujem takýto graf, prepadne ma nostalgia, pri spomienke na tie časy, keď som chcel prepnúť spínače na prednej strane PDP-8 a načítať programy z papierovej pásky. Ale to je už iný príbeh. Táto zápletka, samozrejme, nie je podľa dnešných štandardov fantáziou, no neposkytuje potrebné informácie.

Obrázok 4: AC analýza Pozemok k radiánom

Namiesto výberu jednej premennej na zobrazenie v riadku č. 10 som vybral všetky premenné na zobrazenie. To ukazuje, že výstupná impedancia je cca.

A vstupná impedancia je cca

Na riadku 20 som vykonal Fourierovu analýzu napätia v časovej oblasti, aby som našiel harmonický obsah skreslenej sínusovej vlny. Musel som uviesť hlavnú frekvenciu 5 MHz ako, rovnakú ako bola uvedená zdrojový súbor a mala by sa skontrolovať Fourierova analýza napätia uzla. Ako by ste očakávali od stlačeného sínusového výstupu, celkové harmonické skreslenie (THD) je pomerne vysoké.

Obrázok 5: AC analýza miesta ako funkcia magnitúdy

Ak máte problémy s SPICE, bude to s najväčšou pravdepodobnosťou s obvodom, ktorý nemôžete analyzovať. Dobrou správou je, že SPICE3 sa v tomto ohľade zlepšuje a vy máte určitú kontrolu nad tým, ako sa určujú numerické riešenia. Keď SPICE vypočítava uzlové napätia a prúdy vetvy, používa chybové prahy na určenie, kedy simulácia dosiahne svoju odozvu, to znamená, kedy dosiahne numerickú konvergenciu. Je možné nastaviť tri prahy riadenia parametrov na. Vyhlásenie možnosti a nazývajú sa ABSTOL, VNTOL a RELTOL. ABSTOL je najmenší prúd, ktorý chcete odobrať SPICE. Zvýšenie ABSTOL z predvolených 12pA môže pomôcť pri zbližovaní simulácií. VNTOL je najmenšie napätie, ktoré má SPICE akceptovať. Zvýšenie VNTOL z predvolených 10B môže pomôcť pri zbližovaní simulácií.RELTOL je pomer numerickej odpovede zistenej počas aktuálnej iterácie k numerickej odpovedi zistenej počas poslednej iterácie. Zvýšenie RELTOL môže pomôcť konštantnej analýze konvergovať, ale zvýšenie RELTOL môže tiež viesť k prechodným problémom analýzy. Ak dostanete od SPICE varovanie, že „časový krok je príliš malý“, RELTOL je pravdepodobne príliš dlhý.

Parametre ITL1 až ITL6 riadia počet iterácií, ktoré sa majú vykonať, kým sa SPICE vzdá, a kontrolné metódy sa používajú na dosiahnutie konvergencie.

Je zrejmé, že presnosť výsledkov simulácie môže byť lepšia ako konvergencia prahových hodnôt použitých počas analýzy. Ak nepotrebujete prahy uvoľniť, nebude to predstavovať problém, pretože tolerancie hodnôt a zmien komponentov vo výkonnostnej zložke sa oplatí prezentovať oveľa väčší rozpor medzi simuláciou nominálneho výkonu a skutočným meraním výkonu.

Obrázok 6: Sínusová vlna vstupného a výstupného napätia

Zhrnutie

Tento článok nie je ani zďaleka vyčerpávajúci. SPICE môže urobiť pre vás a ako ho využiť naplno. SPICE je všadeprítomný a užitočný pre inžinierov a existuje už takmer 30 rokov. Ak nepoužívate SPICE, dúfam, že ste aspoň zazreli Engineer's Bread and Butter.

Jazyk a systém SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) bol vytvorený pred viac ako dvadsiatimi rokmi na Katedre elektrotechniky a počítačových vied Kalifornskej univerzity v Berkeley. Jazyk je určený na opis elektrických obvodov rôznej zložitosti a používa sa na výpočet obvodov v časovej a frekvenčnej oblasti, ako aj v statickom režime. Tieto typy výpočtov sa v inžinierskej praxi využívajú najčastejšie. Počas simulácie sú nimi nahradené všetky prvky obvodu. matematických modelov... Modely SPICE sú teda kompletné.

Jazyk SPICE a systémy na ňom založené sa používajú v mnohých CAD systémoch; existujú ich rôzne modifikácie. Napríklad OrCAD 9.2 používa PSPICE. Všimnite si, že systém OrCAD poskytuje výpočet logické zariadenia založené booleovská algebra... Okrem PSPICE existujú aj ďalšie programy WinSPICE (nekomerčný program, voľne distribuovaný), HSPICE, XSPICE atď. Jazyky používané vo všetkých systémoch majú oproti pôvodnej verzii SPICE drobné rozdiely a doplnky.

Jazyk SPICE možno použiť iba na simuláciu digitálnych uzlov elektrické signály... To znamená použitie kompletných modelov mikroobvodov SPICE. Hlavná ťažkosť vznikajúca pri úplnej simulácii vnútorného elektrického obvodu mikroobvodu, keď počítačom podporovaný dizajn, je spojená s dimenziou výpočtového problému a vysokým rádom sústav rovníc popisujúcich digitálny uzol. Už pre mikroobvody s priemerným stupňom integrácie sa množstvo výpočtov stáva neprimerane veľkým.

Jednou z metód, ktorá môže výrazne zmenšiť rozmer problému, je využitie makromodelov. Dajú sa však skonštruovať len pre veľmi obmedzenú triedu digitálnych prvkov – spúšťačov a logických brán.

Ďalšou ťažkosťou vznikajúcou pri spôsobe úplného modelovania obvodov digitálneho uzla na základe modelov jeho základných prvkov SPICE je nedostatočný voľný prístup k základným elektrickým obvodom, najmä s hodnotením pasívnych a charakteristikami aktívnych prvkov. Naopak, väčšina veľkých firiem sa snaží tieto informácie utajiť (najmä pre nový vývoj). technická dokumentácia len niekedy vedú k mikroobvodom Bloková schéma, ktorý pre zostavovanie modelov SPICE neposkytuje prakticky nič.

Preto v súčasnosti výrobcovia čipov prakticky prestali distribuovať svoje modely SPICE. Všetko väčší rozvoj dostane nový prístup na simuláciu mikroobvodov na základe popisu IBIS.




Súvisiace články

Najnovšie články
Populárne články
Voľba redaktora
rzdoro.ru