QSPICE模拟仿真：导入电子元件的外部模型

在本文中，我们将了解如何使用 QSPICE 导入第三方模型。此操作非常有用，因为市场上现有的模型很多，软件无法全部包含。QSPICE 允许用户通过极其简单有效的程序导入外部模型。

导入模型

第一个操作是将所需组件的模型以文本格式提供。通常，它们的声明以后缀“.model”开头，并指定标准 SPICE 模型。在互联网上或档案中找到模型后，只需选择文本模型并使用 [CTRL][C] 组合键将其复制到剪贴板即可。然后，在仿真软件的电气图上方，使用 [CTRL][V] 组合键复制组件。例如，假设您要创建包含 BC547 NPN 晶体管的电气图。在线搜索并找到它后，用鼠标选择其整个定义并将其复制到剪贴板中，如图 1 所示。QSPICE 用于导入外部电子元件的程序可能是所有模拟器中最简单的程序之一。

图 1：从互联网上选择 SPICE 模型

在这种情况下，BC547 晶体管的模型由以下 SPICE 指令定义：

.model BC547 NPN( Vtf=1.7 Cjc=7.306p Nc=2 Tr=46.91n Ne=1.307

+ Cje=22.01p Isc=0 Xtb=1.5 Rb=10 Rc=1

+ Tf=411.1p Xti=3 Ikr=0 Bf=400 Fc=.5

+ Ise=14.34f Br=6.092 Ikf=.2847 Mje=.377 Mjc=.3416

+ Vaf=74.03 Vjc=.75 Vje=.75 Xtf=3 Itf=.6

+ Is=14.34f Eg=1.11 )选择并复制包含模型的文本后，您需要将自己定位在 QSPICE 电气图上，然后按 [CTRL][V] 键粘贴剪贴板的内容。该软件会智能地启动组件的自动生成过程，理解文本的内容，并如图 2 所示，根据以下两种不同场景要求确认内容类型：

1. 如果用户回答“否”，则文本将作为普通字符串内容放置在电气图上。

2. 如果用户回答“是”，则该模型将作为晶体管以正确的电气符号放置在电气图上。

图 2：外部组件自动导入 QSPICE

尽管易于实现，但该程序以其令人惊讶的简单性而脱颖而出，但至关重要的是该软件能够根据模型描述自动识别组件的类型。 程序独立使用相应的电气符号，大大简化了设计过程并确保电路原理图表示的准确性更高。 这一创新功能不仅简化了工作流程，而且还促进了新组件的集成，促进了更高效、更易于访问的设计环境。 因此，导入模型只需几秒钟，并确保了极高的程序可靠性。 图 3 显示了使用新导入的 BC547 晶体管创建的简单共射放大器的示意图。 在同一图中，有两个与放大器的输入和输出信号相关的波形图。

图 3：包含从外部模型导入的 BC547 的晶体管放大器

电气图中导入并显示的所有半导体元件都引用“模型”指令，其中指定了定义元件本身特性的参数值。该指令指定了元件的类型(二极管、双极晶体管等)。最重要的模型类型如下：

· D: diode

· NPN: BJT npn

· PNP: BJT pnp

· NMOS: n-mosfet

· PMOS: p-mosfet

· NJF: n-jfet

· PJF: p-jfet

上述过程指的是导入使用“.model”指令定义的组件。在这种情况下，原生建模允许程序选择要在电气图中使用的正确符号，并保证 100% 成功。

如何导入子电路(SUBCKT)

导入用“.subckt”指令标记的子电路并不像以前的原生模型那么简单。对于要显示的符号，该过程并不是那么自动化，但导入封装在单个容器中的非常复杂的电路的优势无疑是有用的。假设您导入 TL081 运算放大器，其 SPICE 模型如下所示。它是一个 8 引脚集成电路，包含一个低功耗、低噪声运算放大器。它专为放大器、高通和低通滤波器、极低频带通滤波器和模拟加法器等通用应用而设计，并且可以配置为单位增益缓冲器。

* CONNECTIONS: NON-INVERTING INPUT

* | INVERTING INPUT

* | | POSITIVE POWER SUPPLY

* | | | NEGATIVE POWER SUPPLY

* | | | | OUTPUT

* | | | | |

* | | | | |

*.SUBCKT OPAMP 1 2 3 4 5

* …netlist…

*.ENDS OPAMP

.SUBCKT TL081_MC 1 2 3 4 5

*

c1 11 12 2.887E-12

c2 6 7 11.50E-12

dc 5 53 dx

de 54 5 dx

dlp 90 91 dx

dln 92 90 dx

dp 4 3 dx

egnd 99 0 poly(2) (3,0) (4,0) 0 .5 .5

fb 7 99 poly(5) vb vc ve vlp vln 0 11.94E6

+ -10E6 10E6 10E6 -10E6

ga 6 0 11 12 251.3E-6

gcm 0 6 10 99 2.513E-9

iss 3 10 dc 130.0E-6

hlim 90 0 vlim 1K

j1 11 2 10 jx

j2 12 1 10 jx

r2 6 9 100.0E3

rd1 4 11 3.979E3

rd2 4 12 3.979E3

ro1 8 5 35

ro2 7 99 35

rp 3 4 21.43E3

rss 10 99 1.538E6

vb 9 0 dc 0

vc 3 53 dc 1.6

ve 54 4 dc 1.6

vlim 7 8 dc 0

vlp 91 0 dc 20

vln 0 92 dc 20

.model dx D(Is=800.0E-18)

.model jx PJF(Is=15.00E-12 Beta=485.9E-6

+ Vto=-1)

.ends与原生模型一样，只需选择整个列表并将其粘贴到电气图上即可。QSPICE 无法知道组件的性质，因此它将以一个简单的矩形显示，如图 4 所示。值得注意的是，软件会自动在组件的属性中插入“X”符号，证明它是一个子电路。因此，要了解组件端子的含义和功能，必须查阅模型的第一部分。

* CONNECTIONS: NON-INVERTING INPUT

* | INVERTING INPUT

* | | POSITIVE POWER SUPPLY

* | | | NEGATIVE POWER SUPPLY

* | | | | OUTPUT

* | | | | |

* | | | | |

*.SUBCKT OPAMP 1 2 3 4 5

该文件的开头很容易解释运算放大器五个端子的作用，如下所示：

· 1：同相输入

· 2：反相输入

· 3：电源正极

· 4：负电源

· 5：输出

您可以使用鼠标将端子的红点移动到相应的侧面，从而稍微改善组件的外观。绝对不能更改端子的名称，否则模型将不再起作用。该图显示了小型电压放大器的电路图，其增益约为五倍，由电阻器 R3 和 R1 之间的比率决定。

图4：运放TL081的输入与相关反相放大器电路

修正 OPAMP 电气符号

之前的电路工作得很好，但用矩形表示运算放大器这一事实是不可接受的。现在让我们看看如何用三角形(一种适合表示运算放大器的几何形状)替换矩形符号。要执行的第一个操作是使用鼠标或键盘访问文件、新符号菜单。图形编辑器将打开，您只需复制和粘贴电气图 (X1) 的运算放大器组件即可。图 5 清楚地显示了要遵循的不同步骤。因此，使用“Delete”键删除黄色矩形，然后使用鼠标右键创建一个三角形。新三角形的尺寸必须允许正确定位运算放大器端子。因此，移动设计的各个元素，直到创建正确而优雅的形状。此时，使用 [CTRL][C] 键复制完成的工作，然后按 [CTRL][V] 键将其粘贴到主图上。还需要消除旧的运算放大器符号。最后，必须恢复电路连接。可以毫无问题地进行模拟，获得相同的结果，但存在正确的电气符号。该程序可用于任何其他外部电子元件。

图5 修正导入元件图形符号的步骤

结论

与市场上其他仿真器相比，QSPICE 导入程序是最佳且最简单的程序之一。它的易用性和基于模型描述的自动组件识别效率使其成为电子设计爱好者的不二之选。然而，谨慎行事是明智的，因为互联网上的 SPICE 模型偶尔会出现缺陷，这可能会影响模拟的准确性甚至成功。因此，建议仔细检查模型，并在必要时进行任何更正，以确保模拟的一致性和有效性。优化设计体验的另一个有价值的技巧是创建文本库。这个自定义库应该编译并填充常用的模板和组件，确保快速访问和提高管理电路元件的效率。创建和维护一个组织良好的库可以大大简化设计过程，使用户能够更加专注于工作的准确性。