Расчет режима по постоянному току Dynamic DC

Данный режим предназначен для расчета по постоянному току и динамическому отображению на схеме узловых потенциалов, токов ветвей, рассеиваемой мощности и состоянию p-n переходов полупроводниковых компонентов.

После создания схемы и выбора режима анализа Dynamic DC появляется окно (рис...), в котором с помощью следующих иконок выбираются выводимые на экран параметры расчета.

 

 

Рисунок … Окно задания параметров расчета Dynamic DC

— номер или имя узла;

— потенциал аналогового узла относительно «земли» или логическое состояние цифрового узла;

— ток ветви;

— мощность, выделяемая на компоненте;

— состояние p-n переходов полупроводникового компонента: LIN –линейный режим, ON – переход открыт, OFF – переход закрыт, SAT – режим насыщения.

Отметим, что если в закладке меню Options>Preference выбран параметр Options Show Slider, то на схеме у изображений источников постоянного напряжения и пассивных компонентов размещаются движковые регуляторы и при их перемещении курсором происходим изменение номинальных значений этих компонентов. При этом, на схеме отображаются новые значения режима по постоянному току.

Использование режима Dynamic DC позволяет в процессе изучения основ теории цепей убеждаться в справедливости законов Ома, Кирхгофа и т.д. Кроме того, при расчете и моделировании схем, содержащих полупроводниковые компоненты, достаточно просто выбрать номинальные значения резисторов схемы для обеспечения нужного режима работы транзисторов.

На рисунке … показан результат расчета однокаскадного усилителя по постоянному току. На схему выведены потенциалы узлов, направления и величины токов в ветвях и режим транзистора.

 

Рисунок … Расчет режима по постоянному току.

 

Расчет передаточных функций по постоянному току DC

 

В режиме DC рассчитываются передаточные характеристики по постоянному току. Ко входам цепи подключаются один или два независимых источника постоянного напряжения или тока. В качестве выходного сигнала может рассматриваться разность узловых потенциалов или ток через ветвь, в которую включен резистор. В анализе DC программа закорачивает индуктивности, исключает из схемы конденсаторы и затем рассчитывает режим по постоянному току при нескольких значениях уровня источников тока или напряжения. Как правило, режим анализа DC и используется для двух целей: построения вольтамперных характеристик полупроводниковых приборов и снятия передаточных характеристик усилителей постоянного тока.

После перехода в режим DC программа МС9 проверяет правильность схемы. При отсутствии ошибок программа составляет топологическое описание схемы, выполняет подготовку к численному расчету нелинейных уравнений и открывает окно задания параметров моделирования DC Analysis Limits (рис.).

 

 

Рисунок. Окно задания параметров расчета в режиме DC

 

Run — начало моделирования.

Add — добавление еще одной строки спецификации вывода результатов после строки, отмеченной курсором. На этой строке устанавливается способ отображения результатов и аналитические выражения для построения графиков.

Delete — удаление строки спецификации вывода результатов, отмеченной курсором.

Expand — открытие дополнительного окна для ввода текста большого размера при расположении курсора в одной из граф, содержащих выражения, например Y Expression.

Stepping — открытие диалогового окна задания вариации параметров.

Properties — открытие диалогового окна задания параметров вывода результатов моделирования (окон графиков, текстовых надписей, толщины и цвета линий и др.).

Help — вызов раздела системы помощи.

Variable 1 — задание первой варьируемой переменной.

В графе Method выбирается метод варьирования переменной (Auto — выбираемый автоматически; Linear — линейный, задаваемый в графе Range по формату Final[,lnitial[,Step]]; Log — логарифмический; List — в виде списка значений, разделяемых запятыми).

В графе Name из списка выбирается имя варьируемой переменой — величины источника постоянного напряжения или тока, температуры или имени одного из компонентов, имеющих математические модели; при выборе в графе Name имени такого компонента в расположенном справа окне выбирается варьируемый параметр его математической модели.

Variable 2 — задание второй варьируемой переменной. Если она отсутствует, то в графе Method выбирается None.

Number of Points — количество точек, выводимых в таблицы, т. е. количество строк в таблице вывода результатов, минимальное значение равно 5.

Temperature — диапазон изменения температуры в градусах Цельсия; при выборе параметра Linear имеет формат High[,Low[,Step. При изменении температуры изменяются параметры компонентов, имеющие ненулевые температурные коэффициенты ТС, а также ряд параметров полупроводниковых приборов. Значение установленной здесь температуры может использоваться в различных выражениях, она обозначается как переменная TEMP.

Maximum change, % — максимально допустимое приращение графика первой функции на одном шаге (в процентах от полной шкалы). Если график функции изменяется быстрее, то шаг приращения первой переменной автоматически уменьшается.

X Expression — математическое выражение переменной, откладываемой по оси X.

Y Expression — математическое выражение переменной, откладываемой по оси Y.

X Range — максимальное и минимальное значение переменной Х на графике по формату High[,Low]. Если минимальное значение Low равно нулю, его можно не указывать. Для автоматического выбора диапазона переменных в этой графе указывается Auto.

Y Range — максимальное и минимальное значение переменной Y на графике; если минимальное значение равно нулю, его можно не указывать. Для автоматического выбора диапазона переменных в этой графе указывается Auto.

Иконки , , , , предназначены для переключения между логарифмической и линейной шкалой по осям X и Y и изменения цвета выбранного графика.

В колонке Р числом от 1 до 9 указывается номер графического окна, в котором должна быть построена данная функция. Все функции, помеченные одним и тем же номером, выводятся в одном окне. Если это поле пусто, график функции не строится.

Пример 1.

Рассчитаем так называемую стоковую характеристику полевого транзистора — зависимость тока стока Id от напряжения сток-исток Vds при различных напряжениях затвор-исток Vgs. В качестве транзистора выберем транзистор 2N 3369 — полевой транзистор с управляющим p-n переходом.

Для этого создаем схему «снятия» характеристик транзистора, выбираем режим расчета DC и в появившемся окне задаем параметры анализа: пределы изменения и шаг напряжения сток-исток Vds и напряжения затвор-исток Vgs. В качестве параметра вывода выбираем величину тока стока Id, а также активизируем режим автомасштабирования. Результаты расчета показаны на рисунке …..

 

 

Рисунок … Пример расчета в режиме DC выходных характеристик

полевого транзистора

 

Пример 2.

Рассчитаем передаточную характеристику дифференциального усилителя — зависимость уровня выходного напряжения от уровня входного напряжения.

В режиме DC задаем пределы изменения входного сигнала – напряжение источника постоянного напряжения V1. Параметр вывода – разность напряжений на дифференциальных (противофазных) выходах усилителя V(Outb)- V(Outa). Чтобы не задумываться о вертикальных границах графика выбираем режим автомасштабирования.

Запускаем режим расчета Run и получаем следующие результаты (рис. …).

 

Рисунок … Пример расчета в передаточной характеристики дифференциального усилителя

 

Пример 3.

Наиболее перспективными для интегрального исполнения являются схемы электронных ключей на полевых транзисторах с индуцированными каналами разных типов проводимости. Такие схемы называют схемами на комплементарных парах, сокращенно КМОП.

В этих схемах в каждом из установившихся состояний один из транзисторов открыт, а другой закрыт и поэтому ключ практически не потребляет тока.

Достоинствами таких схем являются очень низкая потребляемая мощность и высокое быстродействие. Пример расчета передаточной характеристики ключа, построенного на транзисторах КМОП показан на рисунке ….

 

Рисунок. Передаточная характеристика электронного ключа на комплементарной паре