2.5. Математические модели независимых и зависимых источников тока и напряжения
При схемотехническом моделировании, помимо рассмотренных моделей реальных устройств, используются модели так называемых независимых и зависимых источников тока и напряжения.
Независимые источники
1). Источник напряжения (рис. 2..6,а).
Уравнение: Е = const.
Пример: Е = 5 В. Параметр математической модели «5».
Реальное устройство – аналог, это источник питания (батарея).
2) Источник тока (рис. 2.6,б).
Уравнение: I = const.
Пример: I = 5А. Параметр математической модели «5».
Реальное устройство–аналог, это выходная цепь транзистора (рис. 2.7,а).
При UКЭ > UКН ток коллектора идеального транзистора почти не зависит от напряжения UКЭ и, следовательно, такой транзистор становится источником (генератором) тока (рис. 2.7,б).
Зависимые источники
К ним относятся источники тока и напряжения, включенные между двумя узлами, называемыми «узлами включения». Величины I или U управляются напряжением или током или, говорят, зависят от напряжения на ветви, включенной между двумя другими узлами, или от тока, протекающего через другую ветвь. Эти два других узла называются «узлами управления».
Различают 4 вида зависимых источников:
1). ИТУН – источник тока, управляемый напряжением (рис. 2.8.а).
На рисунке обозначены узлы к, m – узлы включения,
i, j – узлы управления.
Между узлами i и j может быть включен любой элемент (не только резистор). Направления токов и напряжений могут быть любыми.
Уравнение
модели:
,
где параметр математической модели S – коэффициент передачи, для ИТУН этот параметр называется «крутизной».
2). ИТУТ – источник тока, управляемый током (рис. 2.8,б).
Уравнение
модели:
,
параметр математической модели ki – коэффициент передачи тока.
3
Уравнение
модели:
,
где параметр математической модели ku – коэффициент передачи по напряжению.
4). ИНУТ – источник напряжения, управляемый током (рис. 2.9,б).
Уравнение
модели:
,
параметр математической модели k – коэффициент преобразования.
Примеры использования источников тока и напряжения при моделировании устройств даны на рис. 2.10 (простейшая модель транзисторного каскада, построенная с использованием ИТУН) и на рис. 2.11 (простейшая линейная модель ОУ, построенная с использованием ИНУН).
2.6. Понятие о библиотеке моделей компонентов
Как сказано выше, все пакеты программ компьютерного моделирования содержат библиотеки моделей компонентов разной степени наполненности. Библиотека моделей компонентов имеет иерархическую структуру и содержит подбиблиотеку аналоговых компонентов и подбиблиотеку цифровых компонентов. Внутри подбиблиотек выделены активные и пассивные компоненты. Далее иерархия продолжается вплоть до наименований конкретных компонентов. Имеются, кроме того, библиотеки моделей компонентов, производимых наиболее известными фирмами (Analog Device, Philips, Maxima, Intel и т.д.).
Пользователь пакета программ ещё до начала моделирования должен найти в библиотеках модели тех компонентов, которые входят в электрическую принципиальную схему РЭС и содержатся в Перечне элементов. Состав параметров моделей и значения этих параметров были определены изготовителем компонентов и внесены в библиотеку.
Этот наиболее часто встречающийся случай не требует вмешательства пользователя пакета программ моделирования в процессе создания моделей компонентов и расчёта их параметров.
При отсутствии в библиотеке модели какого-либо компонента схемы следует выбрать модель ближайшего по параметрам компонента. Используя понятия об основных параметрах моделей компонентов, представленных в п.п. 2.2-2.4, редактируются параметры модели выбранного компонента, которые в дальнейшем используются при проведении моделирования. Возможность такого редактирования предоставлена во всех пакетах программ моделирования.