SPICE模擬仿真電路實(shí)時(shí)參數(shù)變化帶來(lái)的結(jié)果

在"SPICE"中,通常是使用"時(shí)間域"來(lái)描述電路的行為。線程指令,它顯示的結(jié)果與時(shí)間作為x軸。然而,SPICE提供了廣泛的可能性來(lái)探索電路的行為,修改其他的數(shù)量,如電壓,溫度,電流,電阻等。這種可能性是可以實(shí)現(xiàn)的。行動(dòng)和。將指令組合在一起,允許用戶使用時(shí)間以外的方式創(chuàng)建圖形。

通常情況下,在進(jìn)行瞬態(tài)分析時(shí)。TLON指令,SPICE語(yǔ)言顯示結(jié)果作為時(shí)間的一個(gè)函數(shù)。實(shí)際上,圖表是在時(shí)間域中.x軸表示時(shí)間變量,圖表顯示各種電氣量隨時(shí)間變化。例如,考慮圖1中所示的電路,其中包括限制電阻和電解電容。在這種情況下,分析是通過(guò)指令在瞬態(tài)時(shí)間域:

.TRAN 1

通過(guò)向電路提供電流,?電容器充電作為RC時(shí)間常數(shù)的函數(shù)。在這個(gè)電路中,有一個(gè)直流電壓源,有一個(gè)100歐的電阻和一個(gè)電容器,其容量為2,200歐姆F。指令。ICV=0設(shè)置"輸出"節(jié)點(diǎn)的初始條件;換言之,電容器最初是放電的,其兩端是0V。模擬持續(xù)一秒鐘,感興趣的節(jié)點(diǎn)是"輸出",位于電阻器和電容器之間。電壓開(kāi)始通過(guò)電阻為電容器充電,該電路的行為將是典型的RC電路(電阻器和串聯(lián)電容器),電容器開(kāi)始按指數(shù)曲線充電。電阻限制了電容器的充電速度,"輸出"節(jié)點(diǎn)的電壓逐漸增加,直到它達(dá)到15伏。在圖表中,橫坐標(biāo)代表從模擬開(kāi)始時(shí)的瞬間零度到每秒的時(shí)間。

圖1:用該方法進(jìn)行的瞬態(tài)模擬.TLON指令顯示了橫坐標(biāo)的時(shí)間。

同樣的,那個(gè)。直流指令在直流下進(jìn)行模擬,改變電壓或電流,并顯示與變電壓源相關(guān)的興趣量趨勢(shì)。圖2中的示例顯示了含有直流電壓源的另一個(gè)電路,?電阻器 以及二極管,分析是在發(fā)電機(jī)的電壓域通過(guò)指令:

.DC V1 0 4 10m

在模擬開(kāi)始時(shí),V1從0V開(kāi)始,逐漸增加到4V。1K電阻限制電流通過(guò)電路。1N4148二極管的閾值電壓約為0.7%。這意味著對(duì)于"輸出"節(jié)點(diǎn)電壓低于約0.7%的電壓,二極管不導(dǎo)電。當(dāng)電壓超過(guò)0.7%時(shí),二極管將開(kāi)始導(dǎo)電,允許電流通過(guò)二極管。顯然,這個(gè)值的趨勢(shì)是模擬的,而不是數(shù)字的,所以電壓的變化越來(lái)越大,而不是突然的變化。由于二極管的特性,超過(guò)0.7%時(shí),二極管上的電壓幾乎保持在0.7%。

圖2:在直流域的模擬與.直流指令顯示發(fā)電機(jī)在橫坐標(biāo)上的電壓增加。

定制x軸

一個(gè)非常有趣和強(qiáng)大的方面的SPICE是顯示圖的能力,在圖中,x軸表示的是時(shí)間或電壓以外的數(shù)量,如溫度,電流,電阻等。要做到這一點(diǎn),你可以把它結(jié)合起來(lái)。行動(dòng)和。步驟指令。...OP指令對(duì)電路的操作點(diǎn)進(jìn)行分析.該分析返回電路中電壓和電流的靜態(tài)值,不隨時(shí)間變化,但不直接生成圖表。另一方面,那個(gè)。步進(jìn)指令允許您進(jìn)行參數(shù)模擬,也就是說(shuō),在改變諸如溫度、電阻、電壓或電流等參數(shù)時(shí)對(duì)電路進(jìn)行分析。通過(guò)合并。一步到位。您可以修改參數(shù)并觀察相關(guān)圖中的變化。圖3中的例子顯示了一個(gè)電路,其圖顯示在晶體管R1的基阻值域中。實(shí)際上,橫坐標(biāo)值與R1值相對(duì),在100kp和1mp之間。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的電路,使用一個(gè)BJTNPN晶體管和工作作為放大器。模擬的目的是為了簡(jiǎn)單地改變晶體管基阻器的值,從而表明在線性區(qū)域內(nèi)的收集器電流和操作點(diǎn)是如何改變的。...步進(jìn)指令定義了一個(gè)電阻,其值介于100K至1000K之間。它確保執(zhí)行多個(gè)模擬,每個(gè)有不同的R1電阻值。...OP指令為每一個(gè)R1值返回電路中電壓和電流的固定值,使您可以看到R1電阻如何影響晶體管的操作。分析是在基阻域內(nèi)進(jìn)行的,使用的指令是:

.操作系統(tǒng)

.STEP PARAM R1 100K 1000K 10K

這兩個(gè)圖代表了晶體管在電路中相對(duì)于通過(guò)基阻流動(dòng)的電流的行為。上圖顯示電流通過(guò)電路的負(fù)載電阻流動(dòng),因?yàn)榛髯兓Ｗ鴺?biāo)軸(y-軸)代表以毫米為單位的電流,而橫坐標(biāo)軸(x-軸)代表電阻R1的值。底部圖顯示的電壓在收集器;同樣,隨著基礎(chǔ)電阻變化.坐標(biāo)軸(y軸)代表電壓,而橫坐標(biāo)軸與第一個(gè)圖相同,并顯示參數(shù)R1。如你所見(jiàn),收集器電壓為VCC/2的理想點(diǎn)是基阻值約為331kb,在2.73mA的收集器電流中。能夠觀察電阻值域中的圖表是非常有用的,因?yàn)樗试S用戶仔細(xì)選擇電子元件,而不必運(yùn)行幾個(gè)電子模擬。電容器和電感器也是如此。

圖3:電阻區(qū)的模擬,與x軸上的相對(duì)值

本文的最后一個(gè)例子與MOSFET耗散的功率圖有關(guān),它的溫度在x軸上。圖4中的電路圖顯示了在參數(shù)模擬中使用MOSFET的電路,其中溫度從-10℃到180℃不等。根據(jù)下列指令,分析是在溫度領(lǐng)域進(jìn)行的:

.操作系統(tǒng)

.STEP TEMP -10 180 1

...OP指令為每個(gè)溫度值計(jì)算電路中的穩(wěn)態(tài)電流和電壓值。...步驟臨時(shí)指令(這一次,不需要添加帕拉姆關(guān)鍵字)允許用戶分析MOSFET的特性是如何隨著溫度變化變化的。在較高的溫度下,MOSFET的行為不同于在較低的溫度下的行為,模擬將顯示這些變化如何影響電路的整體運(yùn)行。圖中顯示了MOSFET作為溫度函數(shù)的功率耗散趨勢(shì),x軸表示操作溫度。請(qǐng)記住,一般而言,MOSFET耗散的功率是用下列公式計(jì)算的:

文件格式 莫斯費(fèi)特 = ( V 排干 × 我 排干 ) + ( V 門 × 我 門 )

閘門電流通常被認(rèn)為是零,因?yàn)樗拇笮》浅５?。溫度變化?huì)影響元件耗散的功率,官方數(shù)據(jù)表也證實(shí)了這一點(diǎn)。觀察溫度域圖的能力也很有用,因?yàn)樗⒘苏_的工作溫度范圍,使電路安全可靠。

圖4:溫度域的模擬,以及橫坐標(biāo)的相對(duì)值

在SPICE中,混合使用。行動(dòng)和。步進(jìn)指令給設(shè)計(jì)者提供了很大的靈活性來(lái)探索電路在時(shí)間或電壓變量之外的行為,比如溫度、電阻、電流或功率。這種方法使人們能夠研究各種工作條件下的電路,從而更深入地了解各種元件的總體性能和變化。...OP指令對(duì)電路進(jìn)行靜態(tài)分析,計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓和電流的操作點(diǎn)或穩(wěn)定狀態(tài)。它不考慮時(shí)間的變化,而是在假定恒定的情況下,計(jì)算給定時(shí)間電路的狀態(tài)。...通過(guò)允許通過(guò)修改參數(shù)(或參數(shù))在指定范圍上運(yùn)行多個(gè)模擬來(lái)增加分析的動(dòng)態(tài)維度。它不僅僅執(zhí)行一個(gè)靜態(tài)分析,它允許設(shè)計(jì)者看到電壓、電流和其他數(shù)量是如何隨著變量的變化而變化的。典型的情況是,從PISECE模擬得出的圖表使用x軸上的時(shí)間(在瞬態(tài)分析中)或電壓(在直流掃描分析中)來(lái)顯示一個(gè)數(shù)量是如何隨時(shí)間變化的,或者作為輸入電壓的函數(shù)。但是,使用。行動(dòng)和。在x軸表示溫度和電阻等其他量的地方,可以進(jìn)行"步驟"。這種能力使用戶能夠在各種不同的情況下檢查電子電路的行為,例如熱設(shè)計(jì)、確定最佳值的組件尺寸等等。這種額外的分析能力對(duì)于準(zhǔn)確和自信的電路設(shè)計(jì)是必不可少的,因?yàn)樗试S用戶測(cè)試電路本身如何響應(yīng)諸如溫度或電阻等關(guān)鍵參數(shù)的變化,并根據(jù)不同的操作條件對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。