Глава 5 моделирование активных элементов

5.1. Введение

Большинство рассчитываемых схем содержат активные эле­менты, которые по необходимости должны заменяться моделью, составляемой из обычного набора элементов (R, L, С и четырех типов управляемых источников), причем некоторые из этих эле­ментов могут быть нелинейными. Получив описание схемы, ча­сто забывают о приближенном характере модели и при расчете характеристик схемы необоснованно завышают точность. Столь явное несоответствие объясняется историческими причинами, так как до недавнего времени моделирование концентрировалось на схемах, работающих в режиме малого сигнала. Все имеющиеся в распоряжении разработчика параметры и характеристики не­линейных режимов являются сугубо эмпирическими (например, времена переключения транзисторов) и недостаточно точны для прецизионного моделирования. Эти практические соображения, безусловно, ограничивают общность и уменьшают область при­менения рассматриваемых здесь методов моделирования.

Цели данной главы состоят в следующем: 1) получить мо­дели диодов и транзисторов, которые можно будет широко при­менять при моделировании импульсных и переключательных схем; 2) разработать методику, пригодную для составления мо­делей других типов активных электронных компонентов. Следо­вательно, эта глава содержит материал, обеспечивающий необ­ходимую полноту изложения методов машинного проектирова­ния радиоэлектронных схем, но отнюдь не исчерпывающий все методы моделирования полупроводниковых приборов. Будет об­ращено внимание в основном на формально математические ас­пекты моделирования в молчаливом предположении, что чита­тель знаком с физикой полупроводников.

5.2. Классификация моделей

Хотя мы намерены уделить основное внимание универсаль­ным моделям активных элементов, так как эти модели наиболее удобны для численного моделирования, часто бывает выгодно по соображениям методического и вычислительного характера использовать упрощенные модели, разработанные для более узкого набора режимов. Читатель должен хорошо помнить три типа моделей, о которых говорилось в гл. 1 (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Пример	Перечень режимов	Тип модели
Динамическая модель, описывающая работу на большом сигнале (нелинейная, RLC-ак­тивная) Статическая модель, описывающая работу на большом сигнале (нелинейная, резистивная) Модель, описывающая работу на малом сиг­нале (линейная, RLC-активная)	Все виды возбуждения Все виды возбуждения на постоянном токе Режимы малого воз­буждения в окрест­ности рабочей точки	Нелинейная переключа­тельная модель тран­зистора Нелинейная модель тран­зистора со смещением Высокочастотная линей­ная модель транзис­тора