Материал: Исследование модели биполярного транзистора. Методические указания к лабораторной работе № 2 по дисциплине Интегральные устройства радиоэлектроники. Кретов С.Д., Турецкий А.В

После именования узлов составляют задание на моделирование, которое заносится в файл. Имя файла произвольное, в качестве расширения имени рекомендуется использовать .cir, воспринимаемое программой PSpice по умолчанию. Первая строка файла – строка заглавия, которая затем выводится в виде заголовка в выходном файле (в ней может быть помещен любой текст, не содержащий кириллицу). Строки комментариев содержат символ “*” в первой позиции (в них допускается использование и кириллицы). Конец любой строки после знака “;” также воспринимается как комментарий. Последняя строка файла .END.

Строка продолжения начинается с символа “+” в первой позиции. Число пробелов между операторами в строке произвольное. Пробелы и запятые или знаки равенства эквивалентны. Следует учесть, что программа PSpice не различает большие и малые буквы.

В одном файле можно объединить задания на моделирование нескольких цепей; каждое задание начинается со своего заголовка и заканчивается директивой .END.

При наличии ошибок в задании на моделирование, обнаруженных на этапе его трансляции или при выполнении моделирования, на экран и в выходной файл с расширением имени .out выводятся сообщения об ошибках.

Предложения входного языка программы PSpice делятся на описания компонентов и директивы.

Описанием компонента считается любая строка, не начинающаяся с символа “.” (кроме первой строки и строк комментариев и продолжений). Описание компонента имеет следующую структуру:

<имя компонента> <номера двух или более узлов> [<имя модели>]

+ <числовые данные>

Имя компонента состоит из последовательности символов латинского алфавита и цифр, общая длина имени не должна превосходить 131 символа (рекомендуется не более 8 символов). Первый символ – одна из букв латинского алфавита от A до Z, далее в любом порядке – алфавитно-цифровые символы и знаки “$”, “_”, “*”, “/”, “%”. Первый символ имени компонента определяет его тип, например R1, ROUT, Q12 (табл. 2).

Таблица.2

Первые символы имени компонентов

Номера узлов подключения компонента к схеме перечисляются в определенном порядке, установленном для каждого компонента. Имя модели компонента не является обязательным параметром. Далее указываются численные значения параметров компонента. В программе PSpice осуществляется масштабирование чисел с помощью суффиксов, приведенных в табл. 3.

Допускается к масштабным суффиксам дописывать буквенные символы для улучшения наглядности обозначений. Так, сопротивление 5,1 кОм может быть записано несколькими способами: 5100, 5.1K, 5.1KOM, 5.1KOHM, 5.1e3, 0.0051e3K. При этом допускается присоединять суффикс и к числам, представленным в форме с плавающей точкой, как в последнем примере. Суффикс MIL используется при задании геометрических размеров МОП-транзисторов.

Таблица 3

Масштабирование чисел в Pspice

Директивы моделиpования начинаются с символа “.” в первой позиции (см. табл. 4).

В директиве .MODEL в круглых скобках указывается список значений параметров модели компонента (если этот список отсутствует или не полный, то недостающие значения параметров модели назначаются по умолчанию).

Резисторы описываются предложением

Rxxx <+узел> <–узел> [ имя модели ] <значение>

+[ TC=<TC1>[,<TC2> ] ]

Здесь xxx – произвольная алфавитно-цифровая последовательность общей длиной не более 7 символов, которая пишется слитно с символом R и вместе с ним образует имя компонента.

Конденсатор описывается предложением

Cxxx <+узел> <–узел> [имя модели] <значение>

+ [IC=<начальное значение напряжения>]

Индуктивность описывается пpедложением

Lxxx <+узел> <–узел> [имя модели] <значение>

+ [IC = <начальное значение тока>]

Полупроводниковые приборы, математические модели которых встроены в программу PSpice, описываются большим количеством параметров, задаваемых с помощью директивы .MODEL. Директиву .MODEL можно поместить в описание анализируемой схемы или в файл библиотеки, доступ к которому осуществляется с помощью директивы .LIB. Описание конкретного полупроводникового прибора содержит его имя, номера узлов подключения, имя модели и коэффициент кратности Area, с помощью которого имитируется параллельное включение нескольких одинаковых приборов.

Таблица 4

Директивы Pspice

Источник питания описывается следующим образом:

[имя] <+узел> <–узел> [вид источника] [номинальное значение]

Диод описывается предложением

Dxxx <узел анода> <узел катода> <имя модели>

+ [<коэффициент кратности Area>]

Модель диода задается в виде

.MODEL <имя модели> D [(параметры модели)]

Пример 1. Включим между узлами 1 и 2 диод D9, параметры которого вводятся с помощью директивы .MODEL

D1 1 2 D9B

.MODEL D9B D (IS=5UA RS=14 BV=2.81 IBV=5UA)

Пример 2. Включим между узлами 1 и 2 диод D104A, параметры которого записаны в библиотечном файле d.lib

D1 1 2 D104A

.LIB D.LIB

Биполярный транзистор описывается предложением

Qxxx <узел коллектора> <узел базы> <узел эмиттера>

+ [<узел подложки>] <имя модели> [<коэффициент

кратности Area>]

Модели биполярных транзисторов задаются в виде

.MODEL <имя модели> NPN [(параметры модели)]

.MODEL <имя модели> PNP [(параметры модели)]

.MODEL <имя модели> LPNP [(параметры модели)]

Полевой транзистор с управляющим p–n-переходом описывается предложением:

Jxxx <узел стока> <узел затвора> <узел истока>

+ <имя модели> [<коэффициент кратности Area>]

Модели полевых транзисторов задаются в виде

.MODEL <имя модели> NJF [(параметры модели)]

.MODEL <имя модели> PJF [(параметры модели)]

МОП-транзистор описывается предложением

Mxxx <узел стока> <узел затвора> <узел истока>

+ <узел подложки> <имя модели>

+ [L=<значение>] [W=<значение>] [AD=<значение>]

+ [AS=<значение>] [PD=<значение>] [PS=<значение>]

+ [NRD=<значение>] [NRS=<значение>]

[NRG=<значение>]

+ [NRB=<значение>] [M=<значение>]

Модели МОП-транзисторов задаются в виде

.MODEL <имя модели> NMOS [(параметры модели)]

.MODEL <имя модели > PMOS [(параметры модели)]

2.3 Вопросы к домашнему заданию

1. Что называют моделью?

2. Что такое параметры модели?

3. Что такое схема замещения?

4. Чем модель Гуммеля-Пуна отличается от модели Эберса-Молла?

5. Каковы правила составления задания на моделирование в программе Pspice?

6. Для чего нужны директивы Pspice?

3. Лабораторные задания и методические указания к его выполнению.

3.1 Задание №1

Необходимо ознакомиться с программами схемотехнического моделирования PSpice и отображения и обработки результатов Probe, руководствуясь материалом, представленном в /3/, а также содержанием настоящего раздела.

В системе OrCAD 9.2 программа моделирования PSpice объединена с программой отображения и обработки результатов Probe. Результаты моделирования, полученные с помощью PSpice , заносятся в файлы данных для построения графиков (имеют расширения *.DAT или *.TXT) и передаются в Probe.

Программа Probe загружается автоматически, если в задании на моделирование стоит директива .Probe. Управляющая оболочка программ PSpice и Probe представлена на рис.3

Расположенная в центре основная часть экрана предназначена для вывода результатов моделирования в графическом или текстовом виде на нескольких закладках. В левой нижней части экрана приводится информация о прохождении этапов моделирования. В правой нижней части имеются 3 закладки последнего сеанса моделирования: Analiysis – детальная информация о ходе моделирования; Watch – вывод текущих значений напряжений узлов, помеченных на схеме символами WATCH1 (из библиотеки Special); Devices – статистика состава компонентов проекта. Команды управляющей оболочки программ PSpice и Probe приведены в таблице 5

Рис.3 Экран программ Pspice и Probe

Таблица 5

Управляющие команды программ PSpice и Probe