КР / Методичка Для курсовой

51

Рис. 53. Параметры импульсного источника

PULSE(y1 y2 td tr tf tau T), где у1 - начальное значение, Вольт;

у2 - максимальное значение, Вольт; td - начало переднего фронта, сек;

tr - длительность переднего фронта, сек; tf - длительность заднего фронта, сек;

tauдлительность плоской части импульса, сек; T - период повторения, сек.

Пример. До начала действия импульса амплитуда напряжения составляет 0 Вольт, импульс начинается в 10 наносекунд, возрастает до максимального значения 1 Вольт за 5 наносекунд, плоская часть 50 наносекунд, время спада до 0 составляет 5 наносекунд, период повторения 100 наносекунд:

VPULSE 2 5 PULSE(0 1 10NS 5NS 5NS 50NS 100NS)

Описание источников тока

Источники постоянного тока. Название начинается с символа "I", далее идут узлы подключения, и величина в амперах, ток источника течет от первого узла ко второму:

I1 4 5 1.5mA

I2 6 7 -0.15mA

Если один из выводов источника подключен к земле, то в качестве узла подключения указывается "0".

Пpимеp: Источник тока включен между 8 узлом и землей и имеет величину 5 микроампер:

I3 8 0 5UA

Источники переменного (синусоидального) тока: Как и в предыдущем случае, название начинается с символа "I", далее идут узлы подключения (ток источника течет от

52

первого узла ко второму), величина постоянной составляющей в вольтах, амплитуда пере-

менного сигнала в амперах. Частота задается при описании режима расчета

Пример. Источник синусоидального сигнала с частотой 10 кГц, амплитудой 1мА, включенный между узлом 1 и землей (0);

Isin 1 0 DC 0 AC 1mA

Источники тока импульсной формы. Название начинается с символа "I", далее идут узлы подключения, описание импульсной функции. Импульсная функция описывается с помощью параметров (см. рис.1):

PULSE(y1 y2 td tr tf tau T),

где:

у1 - начальное значение, Ампер; у2 - максимальное значение, Ампер; td - начало переднего фронта, сек;

tr - длительность переднего фронта, сек; tf - длительность заднего фронта, сек;

tauдлительность плоской части импульса, сек; T - период повторения, сек.

Пример. До начала действия импульса амплитуда тока составляет 0, импульс начинается в 10 наносекунд, возрастает до максимального значения 1 Ампер за 5 наносекунд, плоская часть 50 наносекунд, время спада до 0 составляет 5 наносекунд, период повторения 100 наносекунд:

IPULSE 2 5 PULSE(0 1 10NS 5NS 5NS 50NS 100NS)

Описание диода

Диод D1, включенный между узлами 1 и 2 и имеющий модель D226, будет описан

(обратите внимание на порядок подключения узлов!):

Рис. 54. Подключение диода

D1 2 1 D226

Модель диода описывается в виде:

.model D226 D(список параметров )

Основные параметры модели диода следующие: Is - ток насыщения при температуре 270C [A];

Rs - объемное сопротивление [Ом];

N - показатель неидеальности (безразмерный);

Ikfточка перегиба при высоком уровне инжекции [A]; TT - время переноса заряда [сек];

53

CJOбарьерная емкость при нулевом смещении [пФ]; Vj - контактная разность потенциалов [B];

M - коэффициент, учитывающий плавность p-n-перехода (безразмерный); BV - напряжение пробоя (напряжение стабилизации) [B];

IBVминимальное значение тока, при котором обеспечивается стабилизация [A]; Параметры отделяются друг от друга несколькими пробелами.

Пример:

.model D226(Is=1.e-10 N=1.2 TT=2.2e-9 Cjo=2pF)

Неуказанные параметры берутся по умолчанию!

Описание биполярного транзистора

Биполярный транзистор, подключенный базой к 1 узлу, эмиттером - к 3, коллектором - к 2, и имеющий модель КТ315, NPN типа описывается следующим образом. Первый символ имени - Q, после имени идут узлы подключения: коллектор, база, эмиттер и название модели транзистора:

Q1 2 1 3 KT315

Модель транзистора описывается следующим образом:

.model KT315 NPN(список параметров)

Основные параметры модели: Is - ток насыщения при 27" C (A);

Nf - коэффициент неидеальности зависимости Iк=f(Uбэ) в прямом включении (безразмерный);

Nr - коэффициент неидеальности зависимости Iэ=f(Uбк) в инверсном включении (безразмерный);

Bf - максимальный коэффициент усиления тока в нормальном включении в схеме с общим эмиттером (безразмерный);

Br - максимальный коэффициент усиления тока в инверсном включении (безразмерный); Ikf - ток коллектора, при котором усиление по току в схеме с ОЭ в нормальном режиме ра-

боты спадает в 1.4 раза (A);

Ikr - ток эмиттера, при котором усиление по току в инверсном режиме работы спадает в 1.4 раза (A);

Vaf - напряжение Эрли в схеме с общим эмиттером для нормального включения транзистора (характеризует наклон выходных характеристик Ik=f(Uбк) в области больших напряжений) (B);

Var - аналогичная величина для инверсного включения транзистора (B); Rb - объемное сопротивление базы (Ом);

Re - объемное сопротивление эмиттера (Ом); Rc - объемное сопротивление коллектора (Ом);

Tf - время переноса носителей через базу транзистора в прямом включении (сек); Tr - время переноса носителей через базу транзистора в инверсном включении (сек); Сje - емкость эмиттерного перехода при нулевом смещении (пФ);

Сjс - емкость коллекторного перехода при нулевом смещении (пФ); Vje - контактная разность потенциалов эмитерного перехода (B); Vjc - контактная разность потенциалов коллекторного перехода (B);

Mje - коэффициент, учитывающий плавность эмиттерного перехода (безразмерный); Mjc - коэффициент, учитывающий плавность коллекторного перехода (безразмерный);

Пример параметров:

.model KT315 NPN(Is=1.e-13 Bf=200 Br=5 Vaf=74 Var=30 Rb=230 Rc=15 Re=2

54

+ Cje=1pF Cjc=3pF Tf=12.e-9 Tr=7.e-8)

Рис. 55. Нумерация узлов транзистора

Описание МДП транзистора

МДП транзистор, имеющий модель N1 и ширину канала 10мкм и длину 3 мкм, будет описан следующим образом.

После обозначения транзистора M1 (первый символ - M) перечисляются выводы стока, затвора, истока и подложки, название модели (N1) транзистора и его размеры:

M1 1 2 3 4 N1 W=10um L=3um

Модель транзистора описывается следующим образом:

.model N1 NMOS(список параметров)

Основные параметры модели следующие:

LEVEL - уровень сложности модели (рекомендуется LEVEL=3); LD - отличие эффективной длины канала от геометрической [mkm];

WD - отличие эффективной ширины канала от геометрической [mkm]; Vto - пороговое напряжение при нулевом смещении [B];

Tox - толщина окисла [m];

Uo - максимальная подвижность носителей в канале [см*см/В/сек]; Gamma - коэффициент влияния подложки на пороговое напряжение ; Lambda - коэффициент модуляции длины канала [1/B];

Cbd - емкость перехода подложка-сток при нулевом смещении [Ф]; Cbs - емкость перехода подложка-исток при нулевом смещении [Ф]; Cgso - удельная емкость перекрытия затвор-исток [Ф/м];

Cgdo - удельная емкость перекрытия затворсток [Ф/м]; Cgbo - удельная емкость затвор-подложка [Ф/м];

для p-канальных транзисторов пороговое напряжение Vto < 0 !

55

Рис. 56. Подключение МДП транзистора

Пример параметров :

.model M1 NMOS(LEVEL=3 Ld=0.2um Wd=0.1um Vto=1 Tox=0.06um Uo=600 Cbd=0.05p + Cbs=0.05p Cgso=0.02p Cgdo=0.02p Cgbo=0.03p )

Арсенид-галлиевый полевой транзистор с каналом n-типа

Арсенид-галлиевый полевой транзистор с управляющим p-n переходом и кана-

лом n-типа, а также его модель описываются предложениями:

Вххх <узел стока> <узел затвора> <узел истока> <имя модели> + [(коэффициент кратности Area)]

.model <имя модели> gasfet(параметры)

Рис. 57. Подключение GaAs транзистора

Таблица 5. Параметры математической модели GaAs транзистора

56

Директивы управления заданием

Директивы управления заданием (команды) начинаются с символа '.' (точка)

Расчет цепи по постоянному току (рабочая точка схемы).

Режим по постоянному току рассчитывается всегда перед выполнением всех видов анализа без указания специальных команд. Полная информация о режиме по постоянному току выводится в выходной файл результатов (файл, имеющий расширение .OUT) при задании команды:

.OP

Расчет цепи по постоянному току в зависимости от изменения входного напряжения или тока.

.DC ,<имя> <min> <max> <step>

<имя> - имя изменяемой переменной (имя источника тока или напряжения) <min> - начальное значение,

<max> - конечное значение, <step> - шаг изменения

Пример. Входное напряжение Vin изменяется от 0 до 5В с шагом 0.1В:

57

.DC Vin 0V 5V 0.1V

Пример. Входной ток I1 изменяется от 0 до 1мА с шагом 10 мкА:

.DC I1 0mA 1mA 10UA

Для вывода рассчитанных характеристик в выходной файл (с расширением .OUT) в табличном виде используется команда :

.PRINT DC <список_переменных>

<список_переменных> - список выводимых переменных, в качестве которых могут выступать :

- напряжения в узлах схемы, перечисленные через один или несколько пробелов . Например, напряжения в узлах 2 и 11: V(2) V(11)

В этом случае команда .PRINT запишется:

.PRINT DC V(2) V(11)

- токи через элементы схемы. Например, ток через сопротивление Rload : I(Rload) Команда .PRINT запишется:

.PRINT DC I(Rload)

В команде .PRINT можно одновременно указывать токи и напряжения. Например, напряжение в 10 узле и ток через R10 :

.PRINT DC V(10) I(R10)

Вывод рассчитанных зависимостей в файл для последующего их просмотра с помощью программы PROBE осуществляется с помощью команды:

.PROBE <список_переменных>

<список_переменных> - список переменных, составленный аналогично команде PRINT. При указании команды .PROBE без списка в файл выводятся все напряжения в узлах и токи всех элементов.

Расчет цепи по переменному току (напряжению) при изменении частоты входного сигнала (частотный анализ).

.AC <вид_шага> <количество_точек> <fmin> <fmax> <вид_шага> - "LIN" - линейный шаг по частоте

-"OCT" - логарифмический шаг по частоте (по октавам)

-"DEC" - логарифмический шаг по частоте (по декадам)

<количество_точек> - количество точек по частоте <fmin> - начальное значение частоты (в герцах) <fmax> - конечное значение частоты (в герцах)

Источник тока или напряжения, для которого меняется частота при расчете зависимости указывается при описании схемы (см. выше). Амплитуда сигнала указывается при описании источника.

Пример. Частота меняется в логарифмическом масштабе (в десять раз) от 10Гц до 10МГц, имеем 100 точек :

.AC DEC 100 10 10MEG

Для вывода рассчитанных характеристик в выходной файл (с расширением .OUT) в табличном виде используется команда:

.PRINT AC <список_переменных>

58

<список_переменных> - список выводимых переменных, в качестве которых могут выступать:

- напряжения в узлах схемы, перечисленные через один или несколько пробелов . Например, напряжения в узлах 2 и 11: V(2) V(11)

В этом случае команда .PRINT запишется:

.PRINT AC V(2) V(11)

("AC" означает, что выводятся зависимости для расчета зависимостей по постоянному току).

- токи через элементы схемы. Например, ток через сопротивление Rload : I(Rload) Команда .PRINT запишется:

.PRINT AC I(Rload)

В команде .PRINT можно одновременно указывать токи и напряжения. Например, напряжение в 10 узле и ток через R10 :

.PRINT AC V(10) I(R10)

Вывод рассчитанных зависимостей в файл для последующего их просмотра с помощью программы PROBE осуществляется с помощью команды:

.PROBE <список_переменных>

<список_переменных> - список переменных, составленный аналогично команде

PRINT.

При указании команды .PROBE без списка в файл выводятся все напряжения в узлах и токи всех элементов.

- Расчет переходной характеристики цепи (во времени ).

.TRAN <шаг_вывода> <время_окончания>

Источник изменяющегося тока или напряжения указывается при описании схемы (см. выше источники с PULSE).

Пример. Временной расчет с шагом 10 нсек и временем окончания 1 мксек

.TRAN 10nsec 1usec

-- Для вывода рассчитанных характеристик в выходной файл (с расширением

.OUT) в табличном виде используется команда :

.PRINT TRAN <список_переменных>

список_переменных - список выводимых переменных, в качестве которых могут выступать:

- напряжения в узлах схемы, перечисленные через один или несколько пробелов. Например, напряжения в узлах 2 и 11 : V(2) V(11)

В этом случае команда .PRINT запишется:

.PRINT TRAN V(2) V(11)

- токи через элементы схемы. Например, ток через сопротивление Rload : I(Rload) Команда .PRINT запишется:

.PRINT TRAN I(Rload)

В команде .PRINT можно одновременно указывать токи и напряжения. Например, напряжение в 10 узле и ток через R10 :

.PRINT TRAN V(10) I(R10)

Вывод рассчитанных зависимостей в файл для последующего их просмотра с помощью программы PROBE осуществляется с помощью команды:

.PROBE <список_переменных>

59

<список_переменных> - список переменных, составленный аналогично команде PRINT. При указании команды .PROBE без списка в файл выводятся все напряжения в узлах и токи всех элементов.

3.2. Примеры расчетов

Простейшие схемы

Расчет простого резистивного делителя

Рис. 58. Схема с пронумерованными узлами

Описание схемы для программы SPICE, файл circ1.cir, первая строка - заголовок:

Расчет резистивного делителя по постоянному току

R1 1 2 10

R2 2 0 5

V1 1 0 10V

.OP

.END

Пусть теперь необходимо для этой схемы рассчитать зависимость напряжения во 2 узле при изменении напряжения питания V1 от 0 до 50 Вольт с шагом 1В. Результаты необходимо вывести в файл для постпроцессора PROBE. В этом случае входной файл circ11.cir запишется:

Расчет резистивного делителя по постоянному току

R1 1 2 10

R2 2 0 5

V1 1 0 10V

.DC V1 0V 50V 1V

.PRINT DC V(1) V(2)

.PROBE

.END

Расчет частотной хаpактеристики простой RC-цепочки

Источник Е1 имеет синусоидальную форму сигнала, амплитуду 10 Вольт и частоту, изменяющуюся от 100Гц до 10МГц.

60

Рис. 59. Схема с пронумерованными узлами Описание схемы для программы SPICE (файл circ1.cir):

Расчет RC-цепочки на синусоидальном сигнале

R1 1 2 10 С1 2 0 5UF

V1 1 0 AC 10V SIN(0 10V 1k)

.AC DEC 50 100 10MEG

.PLOT AC V(2)

.END

Анализ схемы включения транзистора с общим эмиттером Расчет частотной характеристики схемы с ОЭ (рис. 60). Файл с описанием схемы:

Исследование схемы включения транзистора с ОЭ

R1 4 2 53k

R2 2 0 10k

R3 4 3 5k

R4 5 0 1k

RL 6 0 10k

C1 1 2 20UF

C2 3 6 20UF

C3 5 0 100UF

Q1 4 2 5 KT315

.model KT315 NPN(Is=1.e-13 Bf=50) Vc 4 0 10V

Vin 1 0 DC 0V AC 0.02V SIN(0V 0.02V 1kHZ) * расчет рабочей точки схемы

.OP

* расчет частотной характеристики

.AC DEC 5 10Hz 100kHz

.PROBE

.END