Сарафанов А.В. Компьютерные технологии в приборостроении

Подождите немного. Документ загружается.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -171-

Рис. П1.9. Значения токов в цепях схемы

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -172-

Для исследования временной зависимости электрических процессов

используется Transient-анализ.

Для того чтобы запустить анализ режима работы во временной облас-

ти, необходимо выполнить следующие операции:

• в меню PSpice выбрать Edit Simulation Profile;

• в открывшемся диалоговом окне Simulation Settings щелкнуть по

клавише Analysis;

• в выпадающем списке Analysis Type выбрать тип анализа Time Do-

main (Transient) (рис. П1.10

Рис. П1.10. Выбор анализа во временной области

В поле Run to time устанавливается конечное время анализа, в поле Start

saving data after – начальный момент вывода результатов моделирования. В

поле Maximum step size устанавливается максимальное значение шага интег-

рирования. PSpice автоматически определяет временной интервал между

точками, для которых он проводит анализ схемы. Если токи и напряжения на

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -173-

определенных участках цепи изменяются слишком сильно, то PSpice автома-

тически выбирает меньшие интервалы, при незначительных изменениях, на-

оборот, большие. Это сокращает время проведения расчетов, не нанося

ущерба качеству анализа. Однако максимально возможный интервал между

контрольными точками задается значением, которое вводится в поле Maxi-

mum step size. Если это поле оставляется пустым, PSpice устанавливает мак-

симальну

ю ширину шага равную 2 % от времени заданного в поле Run to

time, т. е. просчитывает как минимум 50 точек. Это значение по умолчанию

использовалось еще во времена низкоскоростных компьютеров, зачастую оно

слишком мало для получения высококачественного графического изображе-

ния. Хорошие результаты (за приемлемое время) достигаются при расчете

1000–2000 точек. При необходимости число точек мож

ет быть увеличено.

Графическое отображение результатов анализа осуществляется с помо-

щью программы-осциллографа Probe, входящей в состав Orcad PSpice A/D –

программы моделирования аналоговых и смешанных аналого-цифровых уст-

ройств. Для расчета спектра сигналов необходимо активизировать кнопку

FFT на панели управления Probe. Результаты расчетов приведены на рис.

П1.11

, П1.12.

Рис. П1.11. Результаты моделирования работы УНЧ во временной области:

1 – входной сигнал; 2 – сигнал на выходе УНЧ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -174-

Рис. П1.12. Результаты моделирования работы УНЧ в частотной области:

1 – спектр входного сигнала; 2 – спектр выходного сигнала

При проведении анализа AC Sweep производится серия одноточечных

анализов по переменному току для различных частот, а зате

м представляется

в виде одной общей диаграммы частотной характеристики.

Для запуска анализа параметров устройства в частотной области необ-

ходимо выполнить следующие операции:

• в меню PSpice выбрать Edit Simulation Profile.

• в открывшемся диалоговом окне Simulation Settings щелкнуть по

клавише Analysis.

• в выпадающем сп

иске Analysis Type выбрать тип анализа AC

Sweep/Noise (рис. П1.13

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -175-

Рис. П1.13. Выбор анализа в частотной области

В разделе AC Sweep Type определяется характер изменения частоты:

• Linear – линейный;

• Logarithmic – логарифмический.

В свою очередь Logarithmic подразделяется на:

• Octave – изменение октавами;

• Decade – изменение декадами.

В поле Start Frequency вводится начальная частота анализа, в поле End

Frequency – конечная частота, Points/Decade указывает общее количество то-

чек при выборе линейного характер изменения частоты ил

и количество точек

по частоте на одну октаву/декаду.

Расчет характеристик в частотной области производится после опреде-

ления режима по постоянному току и линеаризации нелинейных компонен-

тов (это делается автоматически, никаких дополнительных установок не тре-

буется). Все независимые источники напряжения и тока, для которых заданы

параметры AC-сигналов (амплитуды и фазы), являются входными воздейст-

виями. При проведении AC-анализ

а остальные спецификации этих источни-

ков, в том числе параметры синусоидального сигнала, не принимаются во

внимание, они учитываются при анализе во временной области.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -176-

Например, при AC Sweep-анализе параметры VOFF, VAMPL, FREQ, t

, φ источника синусоидального напряжения игнорируются, а используется

только параметр AC (рис. П1.14

Рис. П1.14. Окно свойств синусоидальной функции

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -177-

На рис. П1.15 приведен результат анализа в частотной области для

УНЧ.

Рис. П1.15. Амплитудно-частотная характеристика УНЧ

Первоначально для исследования эффекта технологического разброса и

влияния температуры на параметры моделируемого устройства, необходимо

задать допуски, а также температурные коэффициенты для электрорадиоэле-

ментов (ЭРЭ) входящих в его состав

Параметры моделей ЭРЭ могут иметь допуски DEV или LOT, при этом

они получают в первом случае независимые, а во втором коррелированные

случайные значения, что характерно для разбросов параметров партий изде-

лий.

Данные параметры устанавливаются для реальной математической мо-

дели. Но поскольку элементы из библиотеки Analog.olb описаны идеальной

моделью, необходимо создать библиотеку моделей ра

диоэлементов, учиты-

вающих влияние технологического разброса и температуры, для конкретной

заданной элементной базы.

Рассмотрим пример создания такой библиотеки.

Создайте новый проект, разместите на рабочем поле схемотехническо-

го редактора Capture элемент Rbreak из библиотеки Breakout.olb (рис.

П1.16.).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -178-

Рис. П1.16. Размещение элемента математической модели

Щелкните правой клавишей мыши на элементе R1. Выберите в меню

Edit PSpice Model (рис. П1.17

Рис. П1.17. Выбор меню редактирования математической модели

В открывшемся редакторе моделей измените название модели, напри-

мер, на С2-33 (имя модели рекомендуется вводить английскими буквами),

введите параметры модели ТС1=100×10

–6

и LOT=10 %, исходя из справоч-

ных данных данного радиоэлемента. Сохраните описание модели, выбрав в

меню File пункт Save.(рис. П1.18

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -179-

Рис. П1.18. Окно редактора математических моделей

По умолчанию схемотехнический редактор Capture сохраняет создан-

ную модель С2-33 в текущей директории в библиотеке «Имя_проекта».lib.

Поместите следующий элемент Rbreak из библиотеки Breakout.olb, от-

редактируйте параметры модели применительно к следующему типономина-

лу

(в соответствии с перечнем ЭРЭ). Сохраните.

Проведите аналогичные операции с элементом Cbreak.

В результате получиться набор математических моделей типономина-

лов ЭРЭ, используемых в устройстве (рис. П1.19

Рис. П1.19. Созданный набор математических моделей ЭРЭ

Аналогичным образом создаются модели активных ЭРЭ, учитывающие

технологический разброс какого-либо из параметров (например β для бипо-

лярного транзистора) и их температурные зависимости (рис. П1. 20

Рис. П1.20. Ввод разброса коэффициента усиления β транзистора ВС178А

Создайте отдельную библиотеку с описанными моделями, чтобы в

дальнейшем её можно было использовать в других проектах. Выберите меню

File, пункт Create Capture Parts. В окне Enter Input Model Library выбирается

библиотека с описаниями математических моделей ЭРЭ, в окне Enter Output

Part Library место сохранения создаваемой библиотеки (рис. П1.21

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

3. Проведение моделирования



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -180-

Рис. П1.21. Создание библиотеки матмоделей элементов

Таким образом, для осуществления дальнейшего анализа по методу

Монте-Карло и учета влияния температурной зависимости при моделирова-

нии необходимо использовать созданные математические модели электрора-

диоэлементов.

Для учета технологического разброса параметров радиокомпонентов на

параметры моделируемого устройства необходимо пров

ести статистический

анализ.

Статистические расчеты можно проводить при одном выбранном ре-

жиме моделирования:

• AC Sweep (расчет частотных характеристик);

• DC Sweep (вариация параметров при расчете режима по постоянно-

му току);

• Transient (расчет по переменному току).

Анализ по методу Монте-Карло вычисляет реакцию схемы на измене-

ния в величинах параметров моделей радиокомпонентов, случ

айно изменяя

все параметры модели, для которых указан допуск. Это обеспечивает полу-

чение статистических данных относительно воздействия на устройство изме-

нений параметров.

При анализе Монте-Карло параметры модели получают допуски, и вы-

полняются многократные статистические расчеты по директивам (.DC, AC

или Tran) с использованием этих допусков.

Случ

айное значение параметра x рассчитывается по формуле

x = x

nom

(1 + ξ×Δ),