Журнал Радио 3 номер 2002 год. РАДИОЛЮБИТЕЛЮ-КОНСТРУКТОРУ

Журнал Радио 3 номер 2002 год. РАДИОЛЮБИТЕЛЮ-КОНСТРУКТОРУ ИССЛЕДОВАНИЕ PSPICE-МОДЕЛЕЙ АНАЛОГОВЫХ РАДИОЭЛЕМЕНТОВ О. ПЕТРАКОВ, г. Москва   В своей предыдущей статье ("PSpice-модели для программ моделирования" в "Радио" ╧ 5—8 за 2000 г.) автор рассказал о правилах построения моделей аналоговых компонентов для программ моделирования, базирующихся на языке PSpice. Предлагаемая статья продолжает эту тему. Она посвящена методам исследования PSpice-моделей и способам построения моделей компонентов для диапазона СВЧ. Это весьма важно, поскольку только использование достоверных моделей компонентов позволяет получать адекватные результаты моделирования.

Рано или поздно каждый радиолюбитель приходит к выводу: прежде чем установить радиоэлемент на плату при изготовлении устройства, предварительно следует проверить его исправность. Это убережет в дальнейшем устройство от выхода из строя после подачи питания или от длительных поисков причины его неработоспособности. На промышленных предприятиях с этой целью организуют частичный или полный входной контроль радиоэлементов, что гораздо проще, чем содержать многочисленный штат высококвалифицированных и высокооплачиваемых наладчиков аппаратуры.

Аналогичным должен быть подход и при моделировании электронных схем. Использование непроверенных моделей приводит к напрасным тратам времени на разглядывание графиков, не имеющих ничего общего с действительностью. При этом можно сделать ложный вывод о работоспособности или о неработоспособности устройства и принять неверное решение. Поэтому и здесь должен быть организован входной контроль. В дальнейшем это окупится экономией времени и достоверностью результатов моделирования.

Источниками для пополнения личных библиотек могут быть модели, включенные в библиотеки используемого пакета программ моделирования, из библиотек других, но совместимых программ моделирования, — модели, в изобилии представленные в Интернете на сайтах фирм разработчиков программ моделирования и производителей электронных компонентов, опубликованные в печатных изданиях, и модели собственной разработки. При этом об их качестве можно только догадываться. Перед тем как пользоваться этими моделями, их желательно протестировать. Именно при таком подходе возникает доверие к получаемым результатам. Становится понятным — что может быть, а чего быть не может.

В предлагаемой статье описаны некоторые методы тестирования моделей дискретных аналоговых радиоэлементов, приведены схемы измерения и тексты заданий на моделирование в формате PSpice. Задания настроены на конкретные модели радиоэлементов, тестирование которых описано в статье. Если предполагается тестировать какие-либо другие элементы, программы следует доработать. Это несложно. Как правило, все доработки сводятся к замене пределов изменения токов, напряжений, времени анализа, выбору нагрузки, установки требуемого режима модели компонента по постоянному току. Если к этому подойти творчески, некоторые тесты можно использовать для разработки новых тестов для других моделей, в том числе и сложных макромоделей.

ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ ОБРАТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДИОДА

Чтобы оценить динамические свойства модели диода, следует измерить время его обратного восстановления. Сделаем это на примере модели выпрямительного диода КД212А. Известно, что после изменения полярности напряжения, приложенного к реальному диоду с прямого на обратное, он закрывается не мгновенно, а с некоторой задержкой. При этом через диод в обратном направлении в течение некоторого времени может протекать большой ток. Для КД212А по справочнику [1] гарантируется время обратного восстановления при Uобр=200 В, Iпр=2 А — не более 300 не.

Теперь проверим модель этого диода. Создадим условия измерений близкими к тем, при которых приведены параметры диода КД212А в справочнике. Для этого подадим на модель диода (рис. 1, табл. 1) разнополярный импульс напряжения амплитудой 200 В через резистор сопротивлением 100 Ом. Запустим процесс моделирования и посмотрим, как будет изменяться ток диода (рис. 2). Действительно, на графике имеется характерный выброс тока в обратном направлении. Его длительность и есть время обратного восстановления. Пик тока при включении диода объясняется перезарядкой его барьерной емкости. Ток модели диода измерен в амперах, а напряжение — в сотнях вольт. Для того чтобы на одном графике построить две кривые (ток и напряжение), следует напряжение поделить на 100 средствами графического процессора. Из графиков видно, что время обратного восстановления составляет примерно 33 нc. Результаты соответствуют действительности, хотя время обратного восстановления гораздо меньше паспортного 300 нc.

Здесь, в общем-то, ярко проявляется проблема использования информации из отечественных справочников для построения моделей. Как правило, все параметры, заданные либо "не более", либо "не менее", для построения математических моделей использовать нельзя, поскольку они отражают в основном желание разработчиков перестраховаться. Поэтому лучше стараться пользоваться моделями, созданными фирмами-производителями, или проводить какие-то самостоятельные измерения.

Если этот диод используют, например, в выпрямителе, то наличие подобных выбросов приводит к повышению коммутационных помех. Обычно с этим борятся, подключая параллельно диоду шунтирующий конденсатор (рис. 3). Посмотрим, что это дает (рис. 4). Видно, что ситуация меняется, но не кардинально. Очевидно, что провал при переключении в прямое состояние связан с перезарядкой конденсатора С1. Задание на моделирование (табл. 2) составлено из двух, включенных друг за другом. Второе задание — просто копия первого, в которое затем добавлен конденсатор С1, включенный параллельно диоду. Так удобно делать, поскольку все графики после расчета будут показаны одновременно.

ВОЛЬТ-ФАРАДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДЕЛИ ВАРИКАПА

Еще одна важная характеристика диода — зависимость емкости р-n перехода от приложенного в обратном направлении напряжения. Для таких приборов, как варикапы, это основная зависимость. Построим вольт-фарадную характеристику для модели варикапа 2В104А. Подадим на модель диода (рис. 5) линейно увеличивающееся со скоростью 10 В/мкс напряжение амплитудой 50 В, приложенное в обратном направлении. При этом р-n переход будет закрыт, а ток через диод, из-за очень большого обратного сопротивления, практически будет чисто емкостным и определится уравнением lд=CдV'(t), где V'(t) — скорость увеличения напряжения (10 В/мкс=107 В/с).

Решим это уравнение относительно Сд, получим Сд=Iд/V'(t).
Отсюда получим формулу для емкости диода: Сд=Iд/107.
Или окончательно, с учетом размерности, Сд(пФ)=0,1Iд(мкА).

Составим и запустим задание на моделирование (табл. 3), затем посмотрим, как будет изменяться ток диода от времени (рис. 6). Ток будет очень малым, и чтобы увидеть его одновременно с напряжением, его значения следует умножить средствами графического процессора на 1000. Поскольку зависимость приложенного напряжения от времени линейная, заменим по оси X время на напряжение источника V1. Затем поделим значения тока на 10. В результате получим вольт-фарадную характеристику диода (рис. 7), где по оси значение тока в микроамперах будет численно равно емкости диода в пикофарадах. В справочнике [1] указано, что при обратном напряжении 4 В емкость варикапа находится в интервале от 90 до 120 пФ. По графику для модели получаем 108 пФ. А это говорит о том, что исследуемая модель по этому параметру соответствует свойствам реального варикапа.

(Окончание следует)

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 3 номер 2002 год







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.