САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА. 2.1. Изучите методические указания к лабораторной работе, ли­тературу /1, с

2.1. Изучите методические указания к лабораторной работе, ли­тературу /1, с. 339 – 357; 5, с. 303 - 309/, повто­рите лекционный материал по теме "Структуры баз данных в САПР","Модели компонентов для схемотехнического моделирования".

2.2 Внимательно прочтите нижеизложенный материал.

Программа расчета параметров моделей аналоговых компонентов

Model Editor

Программа Model Editor (ранее имевшая название Parts) рассчитывает по паспортным данным параметры моделей полупроводниковых приборов (диодов, биполярных, полевых и МОП-транзисторов, составных транзисторов Дарлингтона, статически индуцированных биполярных транзисторов), ферромагнитных сердечников, макромоделей операционных усилителей, компараторов напряжения, регуляторов и стабилизаторов напряжения, источников опорного напряжения. Краткое описание большинства этих моделей дано в разд. 4.2 и [7].

Математические модели компонентов записываются в библиотечные файлы с расширением имени *.LIB. При желании можно составить файлы отдельных моделей, имеющие расширение имени *.MOD. Помимо параметров математических моделей в файлы *.LIB программа Model Editor заносит также протокол ввода паспортных данных, так что при уточнении отдельных параметров нет необходимости вводить заново все паспортные данные. В файлах отлаженных би6лиотек протокол паспортных данных обычно удаляется, чтобы уменьшить объем Файлов и сделать их удобочитаемыми.

Программа Model Editor вызывается щелчком мыши по одноименной пиктограмме (ее экран изображен на рис. 1). Она управляется с помощью команд ниспадающего меню. Кроме того, имеется набор пиктограмм для быстрого вызова наиболее употребительных подкоманд. Краткое описание команд программы Model Editor приведено в таблице 1.

рисунок 1 – экран программы Model Editor

Таблица 1. Команды программы Model Editor

Пиктограмма	Команда	Назначение
	Меню File (Файл)
	New	Создание файла библиотеки моделей
	Open... (Ctrl + O)	Загрузка файла библиотеки моделей для последующего редактиро­вания
	Save	Сохранение внесенных изменений в текущей библиотеке
	Save As...	Сохранение внесенных изменений в новом библиотечном файле, имя которого указывается по дополнительному запросу
	Print...	Печать графиков одного или нескольких окон
	Print Preview	Просмотр графиков перед печатью
	Page Setup...	Настройка параметров страницы
	Create Capture Parts	Создание библиотеки графических символов (*,OLB) для текущей библиотеки моделей
	1, 2, ...	Список последних четырех загруженных файлов
	Exit (Alt+F4)	Завершение работы с графическим редактором
	Меню Edit (Редактирование)
	Cut (Ctrl+X, Del)	Удаление фрагмента текста
	Copy (Ctrl+C, Del)	Копирование фрагмента текста
	Past (Ctrl+V)	Размещение в тексте содержания буфера обмена
	Delete (Del)	Удаление выбранного компонента из текущей библиотеки (его имя указывается в списке компонентов)
	Find	Нахождение фрагмента текста
	Replace	Замена фрагмента текста
	Меню View (Просмотр)
	Normal	Вывод графического окна
	Model Text	Вывод окна текста
	Fit	Изменение масштаба изображения графика так, чтобы на полном экране разместился весь график
	In	Увеличение масштаба изображения графика
	Out	Уменьшение масштаба изображения графика
	Аrеа	Вывод на весь экран окаймленной части изображения графика
	Previous	Возвращение к предыдущему масштабу изображения графика
	Redraw	Перечерчивание экрана
	Pan-New Center	Расположение графика симметрично относительно точки располо­жения курсора без изменения масштаба
	Toolbars...	Настройка меню инструментов
	Status Bar	Вывод строки состояний
	Model List	Вывод списка компонентов текущей библиотеки
	Parameters	Вывод таблицы параметров
	Меню Model (Модель)
	New…	Создание новой модели компонента: указывается имя модели на строке Modelи выбирается ее тип из списка From Model
	Copy From...	Копирование параметров существующей модели из текущей биб­лиотеки под новым именем в нее же
	IBIS transistor...	Трансляция модели формата IBIS (из файла с расширением имени *.IBS) в формат PSpice
	Export...	Запись параметров текущей модели в отдельный текстовый файл *MOD
	Import...	Импортирование в файл текущей библиотеки *.LIB текстового фай­ла *.MOD
	Меню Plot (Отображение графиков)
	Add Trace...	Построение дополнительного графика при указанной температуре
	Delete Trace	Удаление графика, имя которого выбрано щелчком курсора
	Axis Settings	Задание диапазонов значений по осям X, Y:
Data Range	Диапазон изменения (Auto Range – выбира­емый автоматически. User Defined – назна­чаемый пользователем)
Linear/Log	Линейная /логарифмическая шкала
Trace Variable	Выбор имени независимой переменной (толь­ко для оси X ) – температуры или любого па­раметра модели
	Меню Tools (Инструменты)
	Extract Parameters	Расчет параметров модели на основании введенных данных
	Customize...	Настройка меню инструментов
	Options...	Конфигурирование режима автоматического создания символов компонентов после составления их математических моделей
	Меню Window (Окно)
	Cascade	Каскадное расположение открытых окон
	Tile	Последовательное расположение открытых окон
	Arrange Icon	Упорядочивание расположения иконок свернутых окон в нижней части экрана
	1, 2, ...	Список открытых окон
	Меню Help (Помощь)
	Help Topics... (Fl)	Вывод содержания, предметного указателя и средств поиска тер­минов встроенной инструкции
	Web Resources	Выход в Интернет:
		PSpice Home Page	Загрузка сайта www.orcad.com
		Customer Support	Выход на службу технической поддержки www.orcad.com/technical
	About Model Editor	Вывод номера версии программы и ее регистрационного номера
	Дополнительные кнопки в панели инструментов
	Sync Splitters button	Кнопка позволяет адаптировать синхронизацию баров разделения в фрейме Spec Entry. Эта кнопка не входит в команды меню.
	Update Graph	Кнопка коррекции графа перерисовывает граф после того, как Вы добавите или отредактируете величины в спецификации. Это то – же, что и выбор Обновление изображения из меню Вид, или нажать F5.
	Auto Refresh button	Кнопка позволяет автоматически перерисовывать графику всякий раз, когда данные измениться.

Поясним принцип работы с Model Editor на примере создания модели. Сначала по команде File>New указывается имя файла библиотеки моделей диодов (создается новый файл с расширением имени *.LIB). Далее по команде Model>New вводится имя модели компонента (например, D814) и в предлагаемом списке типов моделей выбирается его тип (например DIODE). Доступны следующие типы моделей (рис. 2):

• Bipolar Transistor (NPN, PNP) – биполярные п-р-п и р-п-р транзисторы;

• Magnetic Core – ферромагнитный сердечник;

• Diode – диод;

• Darlington Transistor – составной транзистор Дарлингтона;

• Ins Gate Bipolar Tran – статически индуцированный биполярный транзистор с каналом п – типа;

• Junction FET (N-, P-CHANNEL) – полевые транзисторы с каналами п и р – типа;

• MOSFET (NMOS, PMOS) – МОП - транзисторы с каналами п и р – типа;

• Operational Amplifier – операционный усилитель;

• Voltage Comparator – компаратор напряжения;

• Voltage Reference – стабилизатор напряжения;

• Voltage Regulator – регулятор напряжения.

Рисунок 2 – Выбор типа компонента и ввод его имени

К именам компонентов, имеющих встроенные модели, программа к введенному на панели Name имени добавляет префикс в соответствии с типом модели: к имени диода – букву D, биполярного транзистора – Q, полевого транзистора J, МОП - транзистора – М, статически индуцированного биполярного транзистора – Z, магнитного сердечника – К. Имена моделей остальных компонентов, представляющих собой макромодели, остаются неизменными. Например, если ввести имя модели диода 522А, то программа Model Editor присоединит к нему префикс D и в библиотеку будет занесена модель D522A. К именам макромоделей, к которым относятся транзисторы Дарлингтона, операционные усилители, компараторы, регуляторы и стабилизаторы напряжения, префикс не добавляется.

После ввода имени и типа модели в нижней части экрана программы выводится список параметров модели (рис. 1). В столбце Parameter Name указаны имена параметров, в столбце Value – их значения, в столбце Active галочками помечены параметры, значения которых оцениваются на текущей закладке, в столбце Fixed галочками помечены не изменяемые параметры. Первоначально всем параметрам модели присваиваются значения по умолчанию (указаны в графе Default).

Паспортные данные вводятся порциями, характеризующими различные режимы работы компонента. Каждому режиму соответствует отдельная закладка (рис. 1), на которой вводятся паспортные данные компонента и отображаются графики. Эти данные вводятся в двух режимах:

1) ввод координат отдельных точек характеристик, например, ВАХ диода, зависимости барьерной емкости р-n – перехода от напряжения смещения и т.п. (на рис. 3, а на закладке Forward Current вводятся данные ВАХ диода). При вводе данных можно пользоваться масштабными множителями, указанными в табл. 2. Эти данные рекомендуется вводить в порядке возрастания независимой переменной;

2) ввод значений отдельных параметров устройства (например, на рис. 3, б на закладке Reverse Recovery вводятся значения, характеризующие рассасывание носителей заряда).

По команде Tools>Extract Parameters рассчитываются параметры модели на основании введенных данных, на экране вычерчивается аппроксимирующая функция и значками отмечаются введенные точки, на основании которых она построена; значения же рассчитанных параметров модели отображаются в таблице (см. рис. 1, графа Value).

а) б)

Рисунок 3 – Ввод координат графиков (а) и значений отдельных параметров (б)

Таблица 2. Масштабные коэффициенты

Суффикс	Масштабный коэффициент	Наименование
f	10-15	Фемто
p	10-12	Пико
n	10-9	Нано
u	10-6	Микро
mil	25,4 ·10-6	Мил (0,001 дюйма)
m	10-3	Милли
k или K	103	Кило
MEG	106	Мега
G	109	Гига
T	1012	Тера
C		Признак целого числа тактов цифровых сигналов
Примечание.В программе PSpice прописные и строчные буквы не различаются.

По команде Plot>Trace Add возможно построить семейство характеристик при нескольких значениях температуры. По умолчанию предлагается построить графики характеристик при изменении температуры (рис. 4). Имя варьируемой переменной изменяется по команде Plot>Axis Settings на панели Trace Variable. Например, для диодов возможна вариация параметров М, CJO, VJ и FC.

Рисунок 4 – Построение температурных зависимостей

Построение модели завершается командой записи обновленных данных в библиотечный файл File>Save.

Далее приведем списки вводимых паспортных данных для компонентов, включенных в программу Model Editor, и перечень параметров их математических моделей. Звездочками * в приводимых ниже перечнях отмечены параметры, не оцениваемые в программе Model Editor; им по умолчанию присваиваются типичные значения.

Диоды. Паспортные данные диода, которые вводит пользователь (тип модели DIODE), и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе, приведены в табл. 3.

Таблица 3. Диоды

Символы данных	Справочные данные	Параметры модели
Имя	Значение по умолчанию
Forward Voltage (Прямая ветвь ВАХ)
Vfwd, Ifwd	Координаты точек ВАХ диода
	Ток насыщения при температуре 27оС	IS	10-14 А
	Объемное сопротивление	RS	0,1 Ом
	Коэффициент неидеальности	N
	Ток перегиба при высоком уровне инжекции	IKF
	Температурный коэффициент тока насыщения	XTI*
	Ширина запрещенной зоны	EG*	1.11 В
Junction Capacitance (Барьерная емкость)
Vrev, Cj	Зависимость барьерной емкости перехода от модуля напряжения обратного смещения
	Барьерная емкость при нулевом смещении	CJ0	1 пФ
	Контактная разность потенциалов	VJ	0.75 В
	Коэффициент, учитывающий плавность p-n – перехода	M	0.3333
	Коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода	FC	0.5 В
Reverse Leakage (Сопротивление утечки)
Irev, Vrev	Зависимость тока утечки от абсолютной величины напряжения обратного смещения
	Параметр тока рекомбинации	ISR	100 пА
	Коэффициент неидеальности для тока ISR	NR
Reverse Breakdown (Напряжение стабилизации)
Vz	Абсолютная величина напряжения пробоя (стабили­зации) при токе Iz
	Напряжение обратного пробоя (положительная величина)	BV	100 В
	Начальный ток пробоя (положительная величина)	IBV	100 мкА
Iz	Ток пробоя (стабилизации)
Zz	Дифференциальное сопротивление на участке про­боя в точке (Iz, Vz)
Reverse Recovery (Рассасывание носителей заряда)
Trr	Время рассасывания носителей заряда	ТТ	5 нс
Ifwd	Ток диода в прямом направлении до переключения
Irev	Обратный ток диода после переключения
Rl	Эквивалентное сопротивление нагрузки (включая выходное сопротивление генератора)

Биполярные транзисторы.В таблице 4 приведены паспортные данные би­полярного транзистора (Bipolar Transistor: NPN, PNP), которые вводит пользова­тель, и список параметров его математической модели, которые рассчитываются в программе.

Таблица 4.Биполярные транзисторы

Символы данных	Справочные данные	Параметры модели
Имя	Значение по умолчанию
V(be) (sat) Voltage (Напряжение на p-n – переходе в режиме насыщения)
Vfwd, Ifwd	Координаты точек ВАХ диода	IS	10-14 А
		RS	0,1 Ом
		N
		IKF
		XTI*
		EG*	1.11 В
Junction Capacitance (Барьерная емкость)
Vrev, Cj	Зависимость барьерной емкости перехода от модуля	CJO	1 пФ
	напряжения обратного смещения	VJ	0.75 В
		M	0.3333
		FC	0.5 В
Reverse Leakage (Сопротивление утечки)
Vrev, Irev	Зависимость тока утечки от абсолютной величины напряжения обратного смещения	ISR NR	100 пА
Reverse Breakdown (Напряжение стабилизации)
Vz	Абсолютная величина напряжения пробоя (стабили­зации) при токе Iz	BV IBV	100 В 100 мкА
Iz	Ток пробоя (стабилизации)
Zz	Дифференциальное сопротивление на участке про­боя в точке (Iz, Vz)
Reverse Recovery (Рассасывание носителей заряда)
Trr	Время рассасывания носителей заряда	ТТ	5 не
Ifwd	Ток диода в прямом направлении до переключения
Irev	Обратный ток диода после переключения
Rl	Эквивалентное сопротивление нагрузки (включая выходное сопротивление генератора)

2.3 Проверьте свою готовность к лабораторной работе, ответив на вопросы:

1) с каким расширением записываются математические модели компонентов в библиотечные файлы?

2) как вызывается программа Model Edіtor?

3) как создавать новый файл в программе Model Edіtor?

4) какие типы моделей компонентов допустимы в программе Model Edіtor?

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1 Создать новую модель аналогового компонента, заданного преподавателем, с использованием программы Model Edіtor.

3.2 Произвести редактирование модели аналогового компонента, заданного преподавателем.

Лабораторная работа №4.

Моделирование работы цепей по постоянному и переменному току в среде OrCAD.

Цель работы

1.1 Приобрести начальные навыки по созданию электрических принципиальных в среде OrCAD.

1.2 Приобрести начальные навыки моделирования процессов в среде OrCAD. 1.3 Научиться производить анализ пассивных цепей по постоянному и переменному току.