Разброс сопротивления при использовании Monte-Carlo

Рис. 5.4. Модель резистора Окончательно сопротивление резистора Rvalue вычисляется по формуле:

Rvalue = <сопротивление> R-TF-MF Шумы резистора

Резистору свойственно напряжение шума, которое возникает из-за неупорядоченно­го теплового движения носителей заряда. Спектральная плотность теплового шумового тока резистора рассчитывается по формуле Найквиста:

A

I - N M ...¹⁴ • •

Rvalue 4hZ

62

C<umh> <узел +> <узел -> [имя модели] ,,^C1

+ [емкость] [\С=<начальное напряжение>]

Пример: C2

C2 7 8 1 10P\C=2

.1m C3

Атрибут PART: <имя> — позиционное обозначение или произ- + 11 вольное имя компонента. 1 E-3

NM представляет собой масштабный коэффициент шумового тока и является мо­дельным параметром. Установка его в нулевое значение приводит к тому, что все рези­сторы, имеющие заданную модель не вносят вклад в общий шум схемы.

Примеры задания резисторов и их атрибутов см. в схемных файлах resistors.cir, re- sistorjreq.cir. из папки Components\Passive Comp (book-mc.rar).

2.4.4 Конденсатор (Capacitor) Формат SPICE

Capacitor

Формат схем Micro-Cap (рис. 5.6)

Примеры: Рис. 5.5. УГО

C5 конденсатора

XC16

• Атрибут CAPACITANCE: <емкость> [Ю^начальное напряжение>]

Если <емкость> определяется в виде выражения, содержащего переменные со­стояния схемы, то это выражение используется только при анализе во временной об­ласти. Например, выражение, записанное в позиции CAPACITANCE 1n+V(10)*2n, со­держащее значение потенциала узла 10, будет использовано при анализе переходных процессов, при расчете режима по постоянному току перед выполнением малосигналь­ного частотного анализа (AC), и при расчете передаточных характеристик по постоянно­му току (DC).

В режиме малосигнального частотного анализа (AC) зависимость рассматриваемой емкости от потенциала V( 10) не принимается во внимание. Если в рабочей точке по по­стоянному току значение потенциала узла 10 оказалось равным 2В, то емкость рассмат­риваемого конденсатора во время проведения частотного анализа будет равной 1n+2*2n=5n.

Ю=<начальное напряжение> — присваивает начальное значение напряжению на конденсаторе. Примеры: 1U

110P \C=3

50U*(1+V(6)/100)

1N/(1+V(C1)^A2)

. Атрибут CHARGE: [заряд] Пример: ATAN(V(C1))

Если поле атрибута CHARGE [заряд] заполняется, то оно должно быть выражением, включающем переменные состояния схемы, такие как, например, напряжение на кон­денсаторе и другие, возможно символьные переменные, определенные директивами (.define или .param).

63

^I-K UK 1CCK 1M КМ КШ 1G 1CG 1CCG

¹ F(Hb)

л]njx] ["■

ec m

COST = POWER=

5HAPEGROUP=Default

Urn

Font , I Add Delete | Browse,,. | Combinations |

IBIS,..

W Enabled Г Help Bar

So, tiT.: гг,- text aea of CMC£^C|LIVD9_Ff5i05_Mqde^D5_ne[o^E.Cna С 11 ЮГ=Ш, LS fiN RP fHEG

RS ~C2 TABS | undehed TVEABLffD | undefined

TRE1GOEAL | unde^ TRELJOCA. | unde^ tci fo

VC5, Ifr

Рис. 5.6. Окно задания параметров конденсатора

Правила использования выражений в полях атрибутов CHARGE и CAPACITANCE

1. Может быть использован любой из атрибутов [емкость] или [заряд].

2. Если заполнены поля обоих атрибутов и [емкость] и [заряд], пользователь дол­жен гарантировать, что [емкость] — это производная от [заряда] по напряжению на кон­денсаторе, т.е. [емкость]=6[[заряд])Ш.

3. Если атрибут [емкость] не задан, а атрибут [заряд] задан, Micro-Cap создаст вы­ражение для вычисления емкости путем взятия производной от заряда по напряжению: C=dQ/dV.

4. Если [емкость] задается в виде выражения C(V), и [заряд] не определяется, Micro- Cap создает эквивалентную схему, содержащую источник тока величиной C(V)*DDT(V). В этом случае, заряд конденсатора всегда будет равен нулю. Во всех других случаях, пере­менная заряда конденсатора Charge — доступна.

5. Если [заряд] определяется, выражение для него должно включать напряжение на конденсаторе. Даже для постоянной емкости, Q(C)=C*V(C).

6. Если [емкость] или [заряд] даются в виде выражений, зависящих от времени, ат­рибут MODEL игнорируется. Емкость и заряд определяются исключительно выражения­ми и на них не оказывают никакого влияния модельные параметры.

• Атрибут FREQ: [<Р-выражение>].

Если в поле этого атрибута присутствует выражение, то оно при проведении AC- анализа заменяет значение емкости, рассчитанное в рабочей точке по постоянному то­ку. Т.е. если в этой позиции набрано частотно-зависимое выражение, например 1n+1E- 9*V(1,2)*(1+1Cm*log(f)), то оно при проведении малосигнального частотного анализа (AC) заменяет значение атрибута CAPACITANCE. Например, в вышеприведенном выра­жении для атрибута FREQ F обозначает независимую переменную AC-анализа — час­тоту, a V(1,2) — малосигнальное напряжение между узлами 1 и 2. При расчете переход­ных процессов и передаточных характеристик по постоянному току емкость конденсата - ра будет определяться значениями атрибутов CAPACITANCE и CHARGE, незави­симо от наличия и значения атрибута FREQ.

• Атрибут MODEL: [имя модели]

. Назначение остальных атрибутов COST, POWER, SHAPEGROUP, PACKAGE — ана­логично ранее рассмотренным для резистора (см. 5.2.1).

*

Plot:AC Analysi

Capacitor

pedance vs F

/

Cancel

/

• j Syn

| Help

Single

64

65

Рис. 5.7. Модель конденсатора Разброс емкости

Задается так же, как и разброс сопротивления в модельной строке с помощью клю­чевых слов LOT или DEV для любых параметров модели, за исключением температур­ных. В вычислении значения емкости учитывается домножением на MF-фактор, вычис­ляемый по формуле:

MF=1 ± <разброс в процентах DEV или LOT>/100

Окончательное значение емкости конденсатора при задании в окне атрибутов [имени модели] Cvalue (рис. 5.7) определяется выражением:

Суа1ие=<емкость> • C- QF- TF- MF= =<емкость> -С-(1 +VC-V+VC2- V²)[ 1+TC1(T-TNOM)+ TC2(T-TNOM) ²]MF.

Шумы конденсатора

Если заданы модельные параметры RS и RP, то указанные резисторы рассматри­ваются как источники теплового шума:

IRS =

4 • k • T RS

IRP =

4 • k • T RP

l 1 l2

л т п -

+30U" 1E-4 Рис. 5.8. УГО индуктивности

Формат схем Micro-Cap (рис. 5.9) Атрибут PART: <имй>

л

66

Рис. 5.9. Окно задания параметров катушки индуктивности

Правила использования выражений для атрибутов FLUX и INDUCTANCE

1. Должно быть задано хотя бы одно выражение либо [индуктивности] либо для [магнитного потока].

2. Если заданы оба значения как [индуктивности], так и [магнитного потока] в ви­де выражений, зависящих от времени, пользователь должен гарантировать, что [индук­тивность] является производной [магнитного потока] по току через катушку: [индук- тивность^А([магнитный nomoK])/d I

67

3. Если [индуктивность] не задается, а [магнитный поток] представляет собой выра­жение, зависящее от времени, Micro-Cap создаст выражение для индуктивности путем диф­ференцирования магнитного потока по току катушки: L=dX/dI.

4. Если [индуктивность] является выражением, зависящим от времени, а [магнит­ный поток] не задается, Micro-Cap создаст эквивалентную схему для катушки, состоя­щую из источника эдс величиной L(I)*DDT(I).

5. Если [магнитный поток] представляет собой выражение, зависящее от времени, то оно должно включать в себя ток через катушку. Даже для линейной катушки X(L)=L*I(L).

6. Если [индуктивность] или [поток] заданы выражением во временной области, атрибут MODEL не принимается во внимание и катушка не может быть связана с K- сердечником, т.е. обладать взаимной индуктивностью. Индуктивность и поток опреде­ляются исключительно выражениями во временной области и на них не могут оказывать влияние модельные параметры.

Выражение, зависящее от времени, представляет собой любое выражение, исполь­зующее переменные, которые изменяются в течение проведения моделирования, такие как V(L1) или I(L2).

• Атрибут FREQ: [<F-выpaжeнue>].

Пример:

1.2mh+5m*(1+log(F))

Если в поле этого атрибута присутствует выражение, то оно при проведении AC- анализа заменяет значение индуктивности, рассчитанное в рабочей точке по постоян­ному току с помощью выражения в поле атрибута INDUCTANCE. Т.е. если в этой по­зиции набрано частотно-зависимое выражение, например 10mh+I(L1)*(1+1E-9*f)/5m, то оно при проведении малосигнального частотного анализа (AC) заменяет значение атри­бута INDUCTANCE. Например, в вышеприведенном выражении для атрибута FREQ F обозначает независимую переменную AC-анализа — частоту, a I(L1) — малосигналь­ный ток через катушку L1. При расчете переходных процессов и передаточных характе­ристик по постоянному току индуктивность будет равна значению атрибута INDUC­TANCE независимо от наличия и значения атрибута FREQ.

• Атрибут MODEL: [имя модели]

. Назначение остальных атрибутов COST, POWER, SHAPEGROUP, PACKAGE — ана­логично ранее рассмотренным для резистора (см. 5.2.1).

Представленные УГО катушки индуктивности (рис. 5.8), показывают разновидности значений атрибута SHAPEGROUP: L1 - main; L2 - Rus (доработка авторов). Формат текстовой директивы модели индуктивности

.MODEL <имямодели> IND ([параметрымодели])

Примеры:

.MODEL LMOD IND (L=2.0 LOT=10% IL1=2E-3 IL2=.0015)

.MODEL L_W IND (L=1.0 LOT=5% DEV=.5% T_ABS=37)

Параметры модели индуктивности приведены в табл. 5.3.

Если в окне атрибутов катушки [имя модели] опущено, то её индуктивность равна <индуктивности> в Генри, записанному в строке атрибутов INDUCTANCE. В против­ном случае индуктивность вычисляется умножением на масштабный коэффициент ин­дуктивности L ина коэффициенты факторов, перечисленных ниже.

68

Рис. 5.10. Модель катушки индуктивности

69

2.4.6 Взаимная индуктивность и магнитный сердечник (К) Формат SPICE

К<имя> L<umh катушки> <L<umh катушки»* коэффициент связи> К<имя> L<umh катушки>* коэффициент связи> <имя модели> Примеры:

K1 L1 L2 .98

K1 L1 L2 L3 L4 L5 L6 .999 Формат схем Micro-Cap (рис. 5.12, 5.13) Атрибут PART: <имя> Пример: K1

Атрибут INDUCTORS: <имя катушки> <имя ка- Пример: L1 L2 L3

к

^Aeeee^Aki

MODEL=

t= ===± K2

MODEL=N97

уго

Из-за наличия паразитных параметров частотная характеристика катушки индуктив­ности может иметь резонансный пик (см. рис. 5.9).

Разброс индуктивности

Задается так же, как и разброс сопротивления в модельной строке с помощью клю­чевых слов LOT или DEV для любых параметров модели, за исключением температур­ных. При расчете значения индуктивности учитывается умножением на MF-фактор, вы­числяемый по формуле:

MF=1 ± <разброс в процентах DEV или LOT>/100

Окончательное значение индуктивности катушки Lvalue (рис. 5.10) при задании в ок­не атрибутов [именимодели] определяется выражением:

Lvalue = < индуктивность>- L- QF- TF-MF= =<UHdyKmu6H0cmb>L(1+IL1-I+IL2-I²)[1+TC1(T-TNOM)+TC2-(T-TNOM)²]-MF.

Шумы катушки индуктивности

Если в параметрах модели задано паразитное последовательное сопротивление RS, то оно рассматривается как источник теплового шума, задаваемый в виде спектральной плотности шумового тока:

IR.S

V RS

рис

тушки>*

магнитного

сердечника

• Атрибут COUPLING: <коэффициент связи> Пример: 0.99

• Атрибут MODEL: [имя модели] Пример: K_3C8

Порядок перечисления имен индуктивностей Lyyy, Lzzz ... не имеет значения, знак взаимной индуктивности определяется положительными направлениями токов индук­тивностей относительно начал обмоток. Параметром взаимной индуктивности является коэффициент связи.

На одном сердечнике помещается одна или несколько обмоток с именами Lyyy, Lzzz... Все обмотки имеют одинаковое значение коэффициента связи>. При хорошей магнитной связи, осуществляемой посредством замкнутого ферромагнитного сердечни­

70

Рис. 5.12. Окно задания параметров линейного сердечника Коэффициент связи Ki/ двух обмоток (i, j) определяется выражением

м„

к

где U, Lj — индуктивности обмоток; Mj — их взаимная индуктивность.

Напряжение на катушке L, с учетом взаимной индукции определяется выражением:

Ui = +ы/-^А₊м,^А+...,

dt dt dt

где h — ток, втекающий в вывод (+) обмотки (помечен на схеме точкой).

В этом случае при вводе в схему связанных индуктивностей посредством вставки элемента K, в открывающемся окне параметров задается лишь позиционное обозначе­ние сердечника KN, позиционные обозначения всех катушек индуктивности (INDUCTORS) с которыми он связан и коэффициент связи (COUPLING) (см. рис. 5.12).

71

Следовательно, в случае использования нелинейного магнитного сердечника, вели- чина, задаваемая в позиции INDUCTANCE катушки индуктивности, не может быть выра- жением, а должна быть целым положительным числом.

Параметры модели магнитного сердечника приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4. Параметры модели магнитного сердечника

Магнитосвязанные катушки с нелинейным магнитным сердечником

Если при описании взаимной индуктивности и магнитного сердечника К (рис. 5.13) задан атрибут MODEL (указана модель сердечника), то расчеты проводятся для нели­нейных индуктивностей.

Следует обратить внимание, что при этом изменяется смысл параметра <индуктив­ность> для магнитосвязанных катушек индуктивности Lxxx, перечисленных в поле па­раметра INDUCTORS. Теперь при описании каждой обмотки Lxxx численное значение, задаваемое в позиции INDUCTANCE окна параметров катушки индуктивности определя­ет не индуктивность, а число витков соответствующей обмотки сердечника.

72

Таблица 5.5. Качественная оценка связи физических параметров сердечника и параметров модели

В таблице у — дифференциальная магнитная проницаемость; HC — величина коэрци­тивной силы; BR — величина остаточной индукции.

Построение графиков напряженности поля H и магнитной индукции B

В окне задания параметров анализа переходных процессов (Transient Analysis Limits) в графе Y expression можно задавать построение графиков магнитных величин в сер­дечнике следующим образом:

B(L1) — построение графика зависимости индукции B в сердечнике катушки L1 в единицах системы СГС (гаусс);

73

H(L1) — построение графика зависимости напряженности магнитного поля H в сер­дечнике катушки L1 в единицах системы СГС (эрстед);

BSI(L1) — построение графика зависимости индукции B в сердечнике катушки L1 в единицах системы СИ (тесла);

HSI(L1) — построение графика зависимости напряженности магнитного поля H в сердечнике катушки L1 в единицах системы си (A/m).

74