用于电路分析和设计的SPISE仿真指南,进行深入直流扫描分析
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在关于直流扫描分析的这一部分, 我们研究一些基本的 改进分析可能性的概念,能够实施自动测量程序,如果人工完成,则需要大量额外工作。
导言
回顾之前的直流扫描分析是一种特性,它允许模拟发电机电压或电流值变化的电子电路,这一程序使人们能够在单一图表中获得一个或多个理想值的趋势。在这种情况下,x轴代表的不是时间,而是变化电压的值,而y轴代表的是设计者所希望的任何其他电气量。它是用"指令"。在实践中,就好像你在运行许多模拟,在这些模拟中,你改变了一个参数的值。例如,如果您想运行从0V到5V的输入电压分析,可以在电路描述文件中使用以下命令:
.DC VIN 0V 5V 1V
结果肯定比下面的模拟要快:
.DC VIN 0V 5V 50uV
后者涉及对50伏电压进行分析的推进步骤,而该软件生成的分析文件在质量存储器上占用了更多的空间。因此,设计者在执行这种类型的分析时必须谨慎对待步骤集。提供一个大的初始步骤,然后在模拟过程中减少它是一个好主意,以获得更精确和最优的结果。
多电压源嵌套分析
更专业的使用"。直流指令涉及多个发电机的电压(或电流)。图1中的图表显示了对晶体管的偏置。它包括以下组成部分:
· V1:是为晶体管集热器提供负载的电压发生器
· V2:是使晶体管底座极化的电压发生器。
· 问题1:是NPN2N2222晶体管吗?
· R1:是220科姆的基阻器
· R2:是收集器电阻(负载)的2.2欧姆。
尽管两个发电机(V1和V2)在图上显示了一个固定电压,但实际上在模拟中它的变化越来越大。
图1:具体使用.直流指令,在模拟中可以同时改变多个发电机的值
从电路图中可以看出,有一个指令允许在电压域进行电子模拟,其中改变和处理两个发电机的值。所使用的指令如下:
.DC V1 0 12 100m V2 0 6 2
让我们分析以下提供的参数:
· V1011200m:表示将对参数V1进行电压扫描。扫描从0V开始,到12V结束,电压增量为100MV。处理和扫描值为121(0V,0.1V,0.2V,...,11.8V,11.9V,12V)。
· 表示将对参数V2进行电压扫描。扫描从0V开始,到6V结束,电压增量为2V。处理了4个值(0V、2V、4V和6V)。
将考虑到V1和V2的所有指定值进行扫描分析,计算扫描中每一电压值在电路中的电流、电压和其他数量。在这种情况下,软件建立了一个平方矩阵,其中的最终值是相对于两个电压的组合计算的。在运行模拟时,由于两个电压的变化,在图中显示了收集器的电压,如图2所示。根据指令中设置的间隔,可以读取四个不同的图图,图中的电压与收集器V1和V2的电压有关。
图2:多参数。直流模拟允许许多测量曲线
上一节所审查的例子使用了一种线性扫描,其中电压或电流的增加是根据一阶的线性方程发生的,例如:
Y=AX+B
在它中,指定了初始值、最终值和增量步骤。例如,指令
. DC V1 5 8 0.5
生成7个电压V1的测量点,电压从5V到8V呈线性变化,增加0.5V(5V,5.5V,6V,6.5V,7V,7.5V,8V)。随着模拟所需时间的缩短,分析的分辨率更高。该方案提供的分析类型如下:
· linear
· octave
· decade
· list.
最后一个选项非常有趣,因为它允许在不遵循特定序列的情况下指定任意值。
例如,指令:
.DC V1 list 1 1.5 3 3.5 8
通过指定一个输入电压值列表,而不是连续范围,对电路进行电压扫描分析。在这种情况下,指定的值是1V、1.5V、3V、3.5V和8V,在输出时提供五个不同的键电压,如图3的图表所示。在分析过程中,为列表中指定的每一个电压值计算电路的电流、电压和其他数量。当用户想要分析电路在特定点的行为或对特定电压值进行有针对性的测试时,这种离散值扫描分析是有用的。
图3:有五个预先设定电压的模拟
下面是刚才检查过的电路的网络列表。注意晶体管模型的存在,通过"。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...
直流指令和工作温度
使用这个。直流指令,结合工作温度,可以在扫描分析中评估温度对电路参数的影响。确实,可以在特定范围内扫描温度,检查电路对温度变化的反应,并确定任何临界点或异常。工作温度分析的重要性在电路受不同工作条件或极端温度影响的应用中变得尤为重要。为此,我们检查了图4中的简单电路图,图4表示了共发射晶体管放大器。对于解决方案的类型,V(出)点已经完全配置为VCC/2电压,即。,6V,由于电阻R1值为844489欧姆,使晶体管完全极化,使其工作点处于电压的一半,温度为22℃。
图4:844489欧姆的电阻器R1将收集器电压置于线性区域,正好是电源电压的一半
现在,我们将找出温度是如何影响晶体管的静态行为的。...作为一个可以改变的变量。直流指令提供温度和电压或电流.要检查在-10℃到+80℃之间的温度下电路的行为,我们可以在电路图中添加Lt2094CE软件中的下列指令:
.DC temp -10 80 100m
它用于对电路进行温度扫描分析.让我们详细了解指令中规定的参数代表什么:
· 温度:表示扫描中变化的温度参数
· -10:是扫描中温度的初始值,以摄氏度表示
· 80:扫描中温度的最终值,以摄氏度表示
· 100米:扫描中每一步的温度上升,以摄氏度表示。在这种情况下,增量为0.1℃。
在分析过程中,电流、电压和其他电路的数量将计算为扫描中指定的每个温度值。因此,这种分析对于评估温度对电路行为的影响和识别临界点或热异常是有用的。有趣的是,在图5中的图表中观察到,随着晶体管工作温度的上升,由于通过电子管的电流的平行增加,收集器电压降低。 半导体 .图中显示了用LTPISY和NGGPISY获得的图表,其中考虑到后一种软件的网络列表如下:
* 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
图5:随着晶体管工作温度的上升,收集器电压降低。
在这一点上,观察晶体管随温度变化的功率耗散图也是非常有趣的。图6中的图表显示了晶体管在-10℃到+80℃的温度范围内的功率耗散曲线。在这种情况下,晶体管的最大耗散度为16.372866兆瓦,温度约为22℃。图中显示了LTPISY分析(上)和NGGSY分析(下)。这两个图实际上是相同的.恩奇斯的网络表与LT奇斯的略有不同,建议如下:
* 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
具体而言,目前对LTPASY的测量是通过以下指令进行的:
V(out)*Ic(Q1)+V(N002)*Ib(Q1)
以下指示适用于恩干斯:
plot V(out)*I(R2)+V(N002)*I(R1)
还请注意该指令允许测量和处理所有电流,默认情况下不存在。
图6:晶体管功率耗散随温度变化的图表
结论
本文总结了用香料对直流扫描分析的讨论.下一部分将涵盖其他有用和有趣的主题使用spice电子模拟器。
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