用于電路分析和設(shè)計(jì)的SPISE仿真指南,進(jìn)行深入直流掃描分析

時(shí)間：2024-08-05 20:46:11

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[導(dǎo)讀]回顧之前的直流掃描分析是一種特性,它允許模擬發(fā)電機(jī)電壓或電流值變化的電子電路,這一程序使人們能夠在單一圖表中獲得一個(gè)或多個(gè)理想值的趨勢(shì)。在這種情況下,x軸代表的不是時(shí)間,而是變化電壓的值,而y軸代表的是設(shè)計(jì)者所希望的任何其他電氣量。它是用"指令"。在實(shí)踐中,就好像你在運(yùn)行許多模擬,在這些模擬中,你改變了一個(gè)參數(shù)的值。例如,如果您想運(yùn)行從0V到5V的輸入電壓分析,可以在電路描述文件中使用以下命令:

在關(guān)于直流掃描分析的這一部分,?我們研究一些基本的改進(jìn)分析可能性的概念,能夠?qū)嵤┳詣?dòng)測(cè)量程序,如果人工完成,則需要大量額外工作。

導(dǎo)言

回顧之前的直流掃描分析是一種特性,它允許模擬發(fā)電機(jī)電壓或電流值變化的電子電路,這一程序使人們能夠在單一圖表中獲得一個(gè)或多個(gè)理想值的趨勢(shì)。在這種情況下,x軸代表的不是時(shí)間,而是變化電壓的值,而y軸代表的是設(shè)計(jì)者所希望的任何其他電氣量。它是用"指令"。在實(shí)踐中,就好像你在運(yùn)行許多模擬,在這些模擬中,你改變了一個(gè)參數(shù)的值。例如,如果您想運(yùn)行從0V到5V的輸入電壓分析,可以在電路描述文件中使用以下命令:

.DC VIN 0V 5V 1V

結(jié)果肯定比下面的模擬要快:

.DC VIN 0V 5V 50uV

后者涉及對(duì)50伏電壓進(jìn)行分析的推進(jìn)步驟,而該軟件生成的分析文件在質(zhì)量存儲(chǔ)器上占用了更多的空間。因此,設(shè)計(jì)者在執(zhí)行這種類型的分析時(shí)必須謹(jǐn)慎對(duì)待步驟集。提供一個(gè)大的初始步驟,然后在模擬過程中減少它是一個(gè)好主意,以獲得更精確和最優(yōu)的結(jié)果。

多電壓源嵌套分析

更專業(yè)的使用"。直流指令涉及多個(gè)發(fā)電機(jī)的電壓(或電流)。圖1中的圖表顯示了對(duì)晶體管的偏置。它包括以下組成部分:

· V1:是為晶體管集熱器提供負(fù)載的電壓發(fā)生器

· V2:是使晶體管底座極化的電壓發(fā)生器。

· 問題1:是NPN2N2222晶體管嗎?

· R1:是220科姆的基阻器

· R2:是收集器電阻(負(fù)載)的2.2歐姆。

盡管兩個(gè)發(fā)電機(jī)(V1和V2)在圖上顯示了一個(gè)固定電壓,但實(shí)際上在模擬中它的變化越來越大。

圖1:具體使用.直流指令,在模擬中可以同時(shí)改變多個(gè)發(fā)電機(jī)的值

從電路圖中可以看出,有一個(gè)指令允許在電壓域進(jìn)行電子模擬,其中改變和處理兩個(gè)發(fā)電機(jī)的值。所使用的指令如下:

.DC V1 0 12 100m V2 0 6 2

讓我們分析以下提供的參數(shù):

· V1011200m:表示將對(duì)參數(shù)V1進(jìn)行電壓掃描。掃描從0V開始,到12V結(jié)束,電壓增量為100MV。處理和掃描值為121(0V,0.1V,0.2V,...,11.8V,11.9V,12V)。

· 表示將對(duì)參數(shù)V2進(jìn)行電壓掃描。掃描從0V開始,到6V結(jié)束,電壓增量為2V。處理了4個(gè)值(0V、2V、4V和6V)。

將考慮到V1和V2的所有指定值進(jìn)行掃描分析,計(jì)算掃描中每一電壓值在電路中的電流、電壓和其他數(shù)量。在這種情況下,軟件建立了一個(gè)平方矩陣,其中的最終值是相對(duì)于兩個(gè)電壓的組合計(jì)算的。在運(yùn)行模擬時(shí),由于兩個(gè)電壓的變化,在圖中顯示了收集器的電壓,如圖2所示。根據(jù)指令中設(shè)置的間隔,可以讀取四個(gè)不同的圖圖,圖中的電壓與收集器V1和V2的電壓有關(guān)。

圖2:多參數(shù)。直流模擬允許許多測(cè)量曲線

上一節(jié)所審查的例子使用了一種線性掃描,其中電壓或電流的增加是根據(jù)一階的線性方程發(fā)生的,例如:

Y=AX+B

在它中,指定了初始值、最終值和增量步驟。例如,指令

. DC V1 5 8 0.5

生成7個(gè)電壓V1的測(cè)量點(diǎn),電壓從5V到8V呈線性變化,增加0.5V(5V,5.5V,6V,6.5V,7V,7.5V,8V)。隨著模擬所需時(shí)間的縮短,分析的分辨率更高。該方案提供的分析類型如下:

· linear

· octave

· decade

· list.

最后一個(gè)選項(xiàng)非常有趣,因?yàn)樗试S在不遵循特定序列的情況下指定任意值。

例如,指令:

.DC V1 list 1 1.5 3 3.5 8

通過指定一個(gè)輸入電壓值列表,而不是連續(xù)范圍,對(duì)電路進(jìn)行電壓掃描分析。在這種情況下,指定的值是1V、1.5V、3V、3.5V和8V,在輸出時(shí)提供五個(gè)不同的鍵電壓,如圖3的圖表所示。在分析過程中,為列表中指定的每一個(gè)電壓值計(jì)算電路的電流、電壓和其他數(shù)量。當(dāng)用戶想要分析電路在特定點(diǎn)的行為或?qū)μ囟妷褐颠M(jìn)行有針對(duì)性的測(cè)試時(shí),這種離散值掃描分析是有用的。

圖3:有五個(gè)預(yù)先設(shè)定電壓的模擬

下面是剛才檢查過的電路的網(wǎng)絡(luò)列表。注意晶體管模型的存在,通過"。模式"指令。

* DC Simulation by laocuo for LTspice

R1 N002 N003 220k

Q1 out N003 0 0 2N2222A

R2 N001 out 2.2k

V2 N002 0 10V

.dc V1 list 1 1.5 3 3.5 8

.model 2N2222A NPN(IS=1E-14 VAF=100 BF=200 IKF=0.3 XTB=1.5 BR=3 CJC=8E-12 CJE=25E-12 TR=100E-9 TF=400E-12 ITF=1 VTF=2 XTF=3 RB=10 RC=.3 RE=.2 Vceo=30 Icrating=800m mfg=NXP)

.backanno

.end...

直流指令和工作溫度

使用這個(gè)。直流指令,結(jié)合工作溫度,可以在掃描分析中評(píng)估溫度對(duì)電路參數(shù)的影響。確實(shí),可以在特定范圍內(nèi)掃描溫度,檢查電路對(duì)溫度變化的反應(yīng),并確定任何臨界點(diǎn)或異常。工作溫度分析的重要性在電路受不同工作條件或極端溫度影響的應(yīng)用中變得尤為重要。為此,我們檢查了圖4中的簡(jiǎn)單電路圖,圖4表示了共發(fā)射晶體管放大器。對(duì)于解決方案的類型,V(出)點(diǎn)已經(jīng)完全配置為VCC/2電壓,即。,6V,由于電阻R1值為844489歐姆,使晶體管完全極化,使其工作點(diǎn)處于電壓的一半,溫度為22℃。

圖4:844489歐姆的電阻器R1將收集器電壓置于線性區(qū)域,正好是電源電壓的一半

現(xiàn)在,我們將找出溫度是如何影響晶體管的靜態(tài)行為的。...作為一個(gè)可以改變的變量。直流指令提供溫度和電壓或電流.要檢查在-10℃到+80℃之間的溫度下電路的行為,我們可以在電路圖中添加Lt2094CE軟件中的下列指令:

.DC temp -10 80 100m

它用于對(duì)電路進(jìn)行溫度掃描分析.讓我們?cè)敿?xì)了解指令中規(guī)定的參數(shù)代表什么:

· 溫度:表示掃描中變化的溫度參數(shù)

· -10:是掃描中溫度的初始值,以攝氏度表示

· 80:掃描中溫度的最終值,以攝氏度表示

· 100米:掃描中每一步的溫度上升,以攝氏度表示。在這種情況下,增量為0.1℃。

在分析過程中,電流、電壓和其他電路的數(shù)量將計(jì)算為掃描中指定的每個(gè)溫度值。因此,這種分析對(duì)于評(píng)估溫度對(duì)電路行為的影響和識(shí)別臨界點(diǎn)或熱異常是有用的。有趣的是,在圖5中的圖表中觀察到,隨著晶體管工作溫度的上升,由于通過電子管的電流的平行增加,收集器電壓降低。?半導(dǎo)體 .圖中顯示了用LTPISY和NGGPISY獲得的圖表,其中考慮到后一種軟件的網(wǎng)絡(luò)列表如下:

* Temperature Sweep with ngspice

V1 N001 0 12V

R1 N001 N002 844489

Q1 out N002 0 0 2N2222A

R2 N001 out 2.2k

.model 2N2222A NPN(IS=1E-14 VAF=100 BF=200 IKF=0.3 XTB=1.5 BR=3 CJC=8E-12 CJE=25E-12 TR=100E-9 TF=400E-12 ITF=1 VTF=2 XTF=3 RB=10 RC=.3 RE=.2)

.control

dc temp -10 80 100m

plot v(out)

.endc

.end

圖5:隨著晶體管工作溫度的上升,收集器電壓降低。

在這一點(diǎn)上,觀察晶體管隨溫度變化的功率耗散圖也是非常有趣的。圖6中的圖表顯示了晶體管在-10℃到+80℃的溫度范圍內(nèi)的功率耗散曲線。在這種情況下,晶體管的最大耗散度為16.372866兆瓦,溫度約為22℃。圖中顯示了LTPISY分析(上)和NGGSY分析(下)。這兩個(gè)圖實(shí)際上是相同的.恩奇斯的網(wǎng)絡(luò)表與LT奇斯的略有不同,建議如下:

* Temperature Sweep for ngspice

V1 N001 0 12V

R1 N001 N002 844489

Q1 out N002 0 0 2N2222A

R2 N001 out 2.2k

.model 2N2222A NPN(IS=1E-14 VAF=100 BF=200 IKF=0.3 XTB=1.5 BR=3 CJC=8E-12 CJE=25E-12 TR=100E-9 TF=400E-12 ITF=1 VTF=2 XTF=3 RB=10 RC=.3 RE=.2)

.probe alli

.control

dc temp -10 80 100m

plot V(out)*I(R2)+V(N002)*I(R1)

.endc

.end