Моделирование_Эл_Схем_150129 (1178827), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для последующего изменения задания на моделирование надо нажать кнопку “EDIT SIMULATION SETTINGS” 
.
4.1. Параметры (Parametric Sweep)
Моделирование может выполняться при различных параметрах. Прежде всего, параметром для моделирования может быть температура (Temperature (Sweep)) при заданной в окне “Run the simulation at temperature” температуре или при разных температурах, заданных списком в окне “Repeat the simulation for each of the temperatures:”, например, -40 27 85.
Кроме того, параметром в Parametric Sweep может быть источник напряжения (Voltage source), источник тока (Current source), глобальный параметр (Global Parameter), в качестве которого может быть сопротивление резистора, емкость конденсатора индуктивность катушки или параметры сигналов генераторов
4.2. Глобальный параметр (Global Parameter)
Глобальный параметр создается при помощи элемента PARAM из библиотеки SPECIAL, который можно разместить в произвольном месте схемы. Для задания глобального параметра номинальное значение элемента надо заменить на произвольное имя глобального параметра в фигурных скобках. Например, сопротивление 1k резистора заменить на {R} (в фигурных скобках). Затем выделить элемент PARAMETERS: и через правую кнопку мыши войти в редактор (Edit Properties) свойств параметра, в котором надо нажать кнопку New Column…, и в окне Name, открывшегося меню ввести имя данного параметра R (без фигурных скобок), а в окне Value номинальное значение (например, 1k), которое будет использоваться, если нет вариации данного параметра, и после этого нажать OK. Далее в окне Options меню задания на моделирование Simulations Settings активизировать Parametric Sweep, выбрать Global parameter и в окне Parameter name ввести имя параметра, и в конце пределы и характер сканирования.
После создания задания на моделирование в меню пробников 
необходимо выбрать пробник напряжения, разности напряжений, тока или мощности. Пробник тока надо устанавливать строго на конце вывода компонента, ток которого измеряется. Для этого вывод компонента должен быть соединен только с одним проводником. Пробники напряжения можно устанавливать в любое место проводника, а пробник мощности на центр элемента.
Открыть окно задания на моделирование можно и из окна результатов моделирования кнопкой 
.
Перед стартом моделирования (кнопкой 
) необходимо проверить, не остались ли свободными аналоговые или входные выводы компонентов. Свободными можно оставлять только выводы выходов активных компонентов.
4.3. Временные диаграммы (Time Domain (Transient))
В режиме Time Domain (Transient) необходимо в окне “Run Time” установить длительность интервала моделирования в секундах (s), миллисекундах (ms), микросекундах (us), или наносекундах (ns), а в окне “Start saving data after” задержку начала сохранения данных моделирования. В окне “Maximum step size” можно ничего не устанавливать, тогда автоматически выбирается достаточно малый, для многих случаев шаг, моделирования.
Цифровые и аналоговые сигналы отображаются в разных полях окна результатов моделирования. Если к выводу дискретного элемента подключён аналоговый элемент, то сигнал этого вывода отображается как аналоговый. Все аналоговые сигналы отображаются на одном графике в одном масштабе соответствующем самому “большому” сигналу.
Кнопка 
включает и выключает курсор в окне результатов моделирования. Стартовые A2 и текущие A1 координаты курсора отображаются в отдельном окне 
. Смещение текущих координат курсора A1 относительно стартовой точки A2 отображаются в строке dif. Кнопка 
ставит метки, т.е. позволяет сохранять на графике текущие координаты курсора.
Кнопки 
устанавливают курсор в характерных точках графиков.
Кнопки 
или 
включают (выключают) логарифмический масштаб горизонтальной или вертикальной оси координат, если на ней нет точки ноль.
Кнопка 
(Evaluate Measurement) позволяет выполнять измерения по результатам моделирования.
Кнопка 
(Fourier) включает дискретное преобразование Фурье результатов моделирования.
Для увеличения или уменьшения частей графика на верхней панели меню есть кнопки:
ZOOM IN – увеличение около выбранной точки окна результатов моделирования.
ZOOM OUT – уменьшение. Действие аналогично ZOOM IN.
ZOOM AREA – увеличение выделенной области.
ZOOM FIT – возращение исходного размера графика.
4.3.1. Пример моделирования временных диаграмм (Time Domain (Transient))
На рис.8 приведен пример временных диаграмм моделирования работы схемы рис.7.
Рис.8. Пример временных диаграмм моделирования работы схемы рис.7
В этом примере только один аналоговый сигнал UDAC, остальные сигналы: CLR, CLK, Q[2:0], Q3 - цифровые. Триггеры счетчика переключаются по спаду сигнала синхронизации. Короткие отрицательные выбросы напряжения UDAC появляются, когда переключаются несколько триггеров и вызваны их последовательным переключением в асинхронном счетчике. Состояние счетчика ACB3 Q= 3+1 повторяется дважды из-за запрета переключения счетчика сигналом NQ3 дополнительного JK-триггера.
Двойные линии цифровых сигналов Q3 и неопределенность Q[2:0] на начальном участке отображают неопределенность начальных условий моделирования до появления импульса сброса (инициализации) CLR. Во всех схемах содержащих элементы с “памятью” (триггеры, регистры, счетчики,…) перед началом моделирования необходимо поводить инициализацию.
Резисторы цифроаналогового преобразователя можно и непосредственно подключить к выходам триггеров без буферных элементов U1A-U1D (рис.5), но тогда все сигналы выходов триггеров будут отображаться, как аналоговые, на одном графике, что неудобно для анализа логических сигналов.
4.4. Вольтамперные и переходные характеристики (DC Sweep)
В режиме DC Sweep вначале надо установить первичный источник сканирования Primary Sweep. Им может быть источник напряжения (Voltage source), источник тока (Current source), глобальный параметр (Global parameter) или температура (Temperature). В меню SWEEP VARIABLE в окне NAME указать имя источника. Имена элементов указаны над ними. После этого надо в SWEEP TYPE назначить начальное значение (START VALUE), конечное значение (END VALUE), и шаг сканирования (INCREMENT) для линейной шкалы, или число точек (Points/Decade) на декаду или (Points/Octave) октаву для логарифмической шкалы. Можно также установить список точек моделирования.
4.4.1. Примеры моделирования вольтамперных характеристик (DC Sweep)
На рис.9 приведен пример схем моделирования характеристик диодов: а – с источником напряжения, б – с источником тока. Для схемы рис.9,а проведено сканирование по напряжению источника V1 с параметрами: START VALUE = -1V, END VALUE = 0.05V, INCREMENT = 1mV. При трех значениях температуры: 17, 27 и 37 градусов Цельсия. Результаты моделирования приведены на рис.10.
а) б)
Рис.9. Примеры схем моделирования характеристик диодов: а – с источником напряжения, б – с источником тока
Рис.10. Пример зависимости тока диода D1N4148 от напряжения при трех значения температуры: 17, 27 и 37 градусов Цельсия
Полученные результаты хорошо согласуются с положениями теории p-n перехода. Ток запертого перехода (обратный ток) слабо зависит от напряжения, но сильно зависит от температуры. Прямой ток сильно зависит от напряжения и от температуры.
На рис.9 приведены результаты моделирования для схемы рис.9,б при токе источника I1 (IDC) равном 1мА и при сканировании по температуре: START VALUE = -50, END VALUE = 100, INCREMENT=1. При постоянном токе диода напряжение на нём Ud(T) линейно уменьшается с ростом температуры с коэффициентом, примерно равным минус 2 мВ/градус. Это хорошо согласуется с экспериментом. Вторая кривая этого рисунка (Id(T)) является зависимостью тока диода в логарифмическом масштабе от температуры, но при постоянном напряжении на диоде равном 0.5 В (рис.9,а). Из этой кривой видно, что известное эмпирическое свойство о двукратном изменении тока p-n перехода при изменении температуры на 10 градусов справедливо только для небольшого диапазона температур.
Рис.11. Пример зависимости от температуры напряжения при постоянном токе 1мА (Id*100) и тока диода D1N4148 ( в dB) при постоянном напряжении 0.5 В
На рис.12 приведена схема моделирования выходной характеристики биполярного n-p-n транзистора. Здесь V1 является первичным источником сканирования, а I1 - параметром.
Рис.12. Пример схемы моделирования выходных вольтамперных характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером
На рис.13 приведены результаты моделирования для схемы рис.12 в диапазоне напряжений V1 от -0.5 В до +0.5 В при четырех значениях параметра (тока базы транзистора). Отрицательные напряжения соответствуют инверсному, а положительные нормальному режиму работы n-p-n транзистора. В рабочей области напряжений ток коллектора пропорционален току базы и мало зависит от напряжения В области насыщения сопротивление насыщения уменьшается с увеличением тока базы.
Рис.13. Примеры результатов моделирования выходных вольтамперных характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером
4.5. Частотные характеристики (AC Sweep)
В режиме AC Sweep первичным источником сканирования быть только источник переменного напряжения VAC или источник переменного тока IAC. В AC sweep type надо указать начальную (Start frequency), конечную (End frequency) и полное число точек для линейной шкалы или число точек на декаду (Points/Decade) или октаву (Points/Octave) для логарифмической шкалы.
4.5.1. Пример моделирования частотных характеристик
На рис.14. приведен пример двух схем моделирования частотных характеристик резонансных усилителей с биполярными транзисторами, включенными по схеме с общим эмиттером и общей базой
а) б)
Рис.14. Пример двух схем моделирования частотных характеристик резонансных усилителей с биполярными транзисторами, включенными по схеме: а - с общим эмиттером, б - с общей базой
В этих схемах источниками сигналов являются генераторы тока, постоянные и переменные составляющие которых подобраны так, чтобы при напряжении питания Vdd=+5 В токи коллекторов транзисторов были примерно равны. Характеристическое сопротивление контура равно 100 Ом, добротность - 20, эквивалентное сопротивление - 2 кОм, резонансная частота – 1.59155 МГц. Результаты моделирования частотных характеристик резонансных усилителей рис.16 при двух значениях напряжения источника питания:+5 В и +3 В приведены на рис.15. Полученные результаты хорошо согласуются с классическими положениями учебников радиотехники.
В усилителе с транзистором, включенным по схеме с общей базой, напряжение питания почти не влияет на частотную характеристику. Транзистор практически не увеличивает потери в контуре, имеется только небольшое смещение максимума частотной характеристики относительно резонансной частоты контура, вызванное барьерной емкостью коллекторного перехода.
В усилителе с транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером, напряжение питания заметно влияет на частотную характеристику. Транзистор вносит большие потери в контур и существенно смещает максим частотной характеристики относительно резонансной частоты контура.
Рис.15. Примеры результатов моделирования частотных характеристик резонансных усилителей рис.16 при двух значениях напряжения источника питания:+5 В и +3 В
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
