Материал: Самосадный Автоматизированное проектирование устройств систем сбора-обработки Ч2 2015

Это обычный текстовый файл, его можно редактировать и устанавливать нужные Вам параметры режима, которые потом можно использовать путем загрузки в другую схему, чтобы избежать расчетов режима по постоянному току с выходом на рабочую точку. К таким методам можно прибегать, чтобы избежать, в ряде случаев, проблем сходимости расчетов.

Наш случай проблем для расчетов не представляет, назначение параметров и величины значений параметров рабочей точки сомнений не вызывают.

Внимание!

Ряд оценочных и демонстрационных версий САПР не поддерживает возможность сохранения

вфайле и загрузки параметров из файла.

Втом случае, если у пользователя имеется только неполная версия, где такие возможности не предусмотрены, практические работы по этой части задания выполнять не нужно, достаточно познакомиться с представленными в пособии материалами и материалами технической документации.

Краткие итоги.

Мы получили исходные сведения о задании начальных условий работы схем, а также освоили простые операции по практической отработке вопросов задания начальных условий. В дальнейшем, в случае возникновения проблем с расчетами, в качестве одной из мер, обеспечения проведения расчетов, можно воспользоваться методами задания начальных условий работы схем.

Для детального анализа результатов расчета, а также при возникновении проблем с осуществлением расчетов можно воспользоваться настройками параметров расчетов с использованием директивы .OPTIONS.

Выбор опций (настройки параметров расчетов)

Выбор дополнительных настроек параметров расчетов и вывода результатов осуществляется с использованием директивы .OPTIONS. Более подробно описание выбора настроек

представлено в Приложении 1.

Внимание!

Выбор дополнительных настроек параметров расчетов и вывода результатов может осуществляться в рамках всех основных видов анализа (а не только Bias Point).

Рекомендуется ознакомиться с материалами Приложений 1 и 2. Настройки параметров расчетов и меры по обеспечению сходимости вычислений наряду с основными правилами PSpice -моделирования электронных схем (см. раздел 7 части 1 учебного пособия) являются основной исходной информацией, а также руководством к действиям по обеспечению проведения расчетов, получению и обработки результатов расчетов.

Необходимо отметить, что точность расчетов определяется в основном опциями ABSTOL, VNTOL, RELTOL. Сходимость процессов расчета определяется помимо этого опциями, ограничивающими число итераций: ITL1, ITL2 для расчета по постоянному току, ITL4, ITL5 для расчета переходных процессов. Увеличение числа итераций повышает сходимость, но и увеличивает время расчета. На сходимость оказывают влияние также опции

PIVREL, PIVTOL, и др., допускающие использование функции SCHEDULE, а также

STEPGMIN.

Подготовьте материалы по выполнению задания 1 для файла отчета.

26

Краткие итоги.

В ходе выполнения задания 1 были изучены материалы, связанные с проведением анализа Bias Point и расчетами рабочих (начальных) точек для разных видов анализа. Также были получены основные сведения и изучен порядок расчетов:

•чувствительности в режиме по постоянному току - Perform Sensitivity analysis (по директиве .SENS);

•передаточной функции по постоянному току - Calculate small-signal DC gain (по директиве .TF).

Кроме того мы познакомились с особенностями проведения температурных расчетов с использованием

директивы (оператора) .TEMP. Далее изучались особенности задания начальных условий и настроек параметров расчетов.

В результате изучения и практической работы с операторами задания начальных условий и выбора опций (настройки параметров расчетов) можно сделать вывод о том, что использование соответствующих директив (операторов) в задании влияет на результаты расчетов:

•Bias Point;

•Основных видов анализа DC, AC, Transient.

2.3.2. Осуществление анализа DC Sweep

Приступите к выполнению задания 2. Изучите основные сведения о порядке и правилах проведения расчетов схемы по постоянному току (DC sweep & other DC calculations), а также

используемых при этом директивах, как представлено в данном учебном пособии и в мате-

риалах файлов pspug.pdf, PSpcRef.pdf .

Необходимо познакомиться с предложенными материалами, связанными с настройками параметров расчетов (выбор опций) и рекомендациями по решению проблем сходимости вычислений. В дальнейшем при поведении практических работ необходимо использовать предложенные решения и рекомендации по проведению расчетов.

По ходу изучения материалов раздела необходимо выполнять все действия с представленными схемами, проводить изучение и интерпретацию полученных результатов.

Команда (оператор, директива) .DC (DC analysis)

Оператор .DC обеспечивает расчет схемы по постоянному току. При этом осуществляется расчет зависимости режима по постоянному току схемы (circuit’s bias point) от какой-то переменной, принимаемой в качестве аргумента. Этот аргумент или переменная задается в диапазоне значений «начальное значение» - «конечное значение» с линейной или логарифмической вариацией параметров или задается в виде списка значений.

В пределах изменения переменной «начальное значение» может задаваться как больше, так и меньше чем «конечное значение». Тем самым меняется направление изменения аргумента: от меньшего значения к большему или наоборот. При этом «приращение» должно задаваться положительными независимо от направления изменения аргумента.

Перейдем к непосредственным практическим расчетам, проводимым в рамках данного вида анализа.

Практическая работа со схемой ZD1

Для проведения расчетов создаем схему ZD1, как представлено на рис. 2.7.

27

FREQ = 10kHz

0

Рис. 2.7. Принципиальная схема ZD1

Эта схема (см. рис. 2.7) создана на базе схем RC. В схеме используется стабилитрон D1 (диод Зенера). Резистор R1 используется в качестве генератора тока для стабилитрона, резистор RLoad имитирует нагрузку схемы, например щупы осциллографа или мультиметра, подключенные для измерения выходного напряжения. На вход схемы подключен источник переменного сигнала VS. Работа схемы заключается в получении стабильного выходного напряжения V(Out) в цепи Out, начиная с некоторого порогового значения уровня входного напряжения или величины сигнала и в определенном диапазоне токов нагрузки.

Ставится задача изучить параметры схемы и получить требуемые характеристики, подтверждающие ее работоспособность в реальных условиях, например, требуется проверить условия выхода на рабочий режим при включении питания и при изменении тока нагрузки.

Первый (или общий) вид настроек профиля для этой схемы предусматривает вариацию

напряжения источника VS в диапазоне от 0 до 10 В с шагом линейного приращения 0,1 В (см. рис. 2.8).

Рис. 2.8. Настройка профиля схемы ZD1 для анализа DC Sweep

Результаты расчетов схемы ZD1 представлены на рис. 2.9.

28

Рис. 2.9. Зависимость напряжения во входной и выходной цепях схемы ZD1 от линейного

изменения источника VS в диапазоне от 0 до 10 В

Как видно из характеристик схемы, представленных на рис. 2.9, начиная с входного напряжения около 6В, выходное напряжение V(Out) составляет величину до 4,7В.

Файл задания на проведение расчетов в данном случае содержит текст задания на моделирование, как показано ниже.

*Analysis directives:

.DC LIN V_VS 0 10V 0.1

Дополнительные виды анализа

Как видно из рисунка 2.8 настройки профиля допускают дополнение основного расчета DC Sweep следующими видами расчетов:

•Secondary Sweep – сдвоенный анализ DC Sweep или анализ с проведением вложенных расчетов для цепи постоянного тока (Nested Sweep);

•Monte Carlo/Worst Case – статистический анализ с учетом разброса параметров;

•Parametric Sweep - параметрический анализ;

•Temperature (Sweep) – температурный анализ.

Дополнительно можно сохранять и загружать параметры рабочей точки по командам

«Save Bias Point» и «Load Bias Point».

При выполнении расчетов Primary Sweep, Secondary Sweep, а также Parametric Sweep

можно осуществлять вариацию следующих переменных:

•источники напряжений (Voltage Source);

•источники токов (Current Source);

•глобальные параметры (Global Parameter), например величины сопротивлений;

•параметры моделей (Model Parameter), например, варьировать параметр TC1 температурного коэффициента для типа модели RES резистора RBreak;

•температуры (Temperature).

Вариации температуры мы рассматривали ранее. Основные операции при обеспечении температурного анализа для трех основных видов расчета (DC, AC, TRAN) фактически совпадают и могут проводиться по аналогии с анализом Bias Point. Отличие заключается в возможности вывода семейства или набора графиков для графических характеристик соответст-

вующих видов анализа. Также ранее рассматривался и процесс сохранения и загрузки параметров рабочих точек по командам «Save Bias Point» и «Load Bias Point». Основные особен-

ности для оставшихся дополнений, указанных выше, будут рассматриваться при изучении следующих тем.

29

Особое значение имеет возможность проведения сдвоенного анализа с использованием вложенных расчетов для цепи постоянного тока (Nested Sweep). Используя такой вид расче-

тов можно осуществлять вариацию еще одной переменной для каждого текущего значения основной переменной. Например, для первого или основного вида анализа DC Sweep, как показано на рис. 2.9 может проводиться вариация температуры, как вложенный вид расчетов.

Дополнительные настройки профиля моделирования показаны на рис. 2.10.

Рис. 2.10. Настройка профиля схемы ZD1 для анализа Secondary Sweep

Результаты расчетов схемы ZD1 с использованием анализа Secondary Sweep представлены на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Результаты расчетов Secondary Sweep для ZD1

Зависимость выходного напряжения V(OUT) в данном случае имеет небольшой разброс (семейство кривых) в диапазоне 4-6В (см. рис. 2.11). Это связано с вариацией температуры диода D1 в диапазоне от -10°С до +85°С.

Файл задания на проведение расчетов в данном случае содержит текст задания на моделирование, как показано ниже.

*Analysis directives:

.DC LIN V_VS 0 10V 0.1

+ LIN TEMP -10 +85 1

30