OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

В предыдущих главах мы создавали собственные линейные модели для переменных составляющих, входящие в традиционный набор, который обычно используется в классическом анализе. Такой подход дает простые и ясные результаты, поэтому его следует использовать всегда, когда только возможно.

Однако часто возникает необходимость в более сложных моделях, учитывающих характеристики конкретных приборов. Набор таких моделей для приборов различных типов предоставляет пользователю программа PSpice, что делает ее мощным исследовательским инструментом.

Однополупериодные выпрямители

Чтобы познакомить вас с концепцией использования встроенных моделей приборов, рассмотрим показанную на рис. 9.1 схему однополупериодного выпрямителя, состоящего из источника переменного напряжения, диода и резистора. Проблема здесь состоит в выборе модели диода. Мы могли бы моделировать диод как замкнутый ключ для положительных полупериодов входного напряжения и как разомкнутый ключ для отрицательных полупериодов. Если бы мы это сделали, то разделили бы проблему на две части, потому что в зависимости от режима должны были бы использовать два варианта модели. Однако нет никакой необходимости в таком подходе, поскольку PSpice имеет встроенную модель диода. Чтобы использовать ее, мы должны включить в наш входной файл команду .MODEL, которая имеет следующую форму:

MODEL <имя модели> <тип модели>

Рис. 9.1. Однополупериодный выпрямитель, использующий встроенную модель диода

Выберем для нашего примера D1 в качестве имени модели и D в качестве ее типа. Это необходимо, чтобы программа PSpice могла распознать устройство как диод встроенного типа. Проанализировать работу схемы можно с помощью следующего входного файла:

Half-Wave Rectifier Using Built-in Model

v1 1 0 sin(0 12V 1000Hz)

DA 1 2 D1

R 2 0 1k

.MODEL D1 D

.TRAN 0.1ms 1ms

.PROBE

.END

Обратите внимание на форму команды ввода диода:

DA 1 2 D1

Обозначение DA это выбранное нами имя диода. Оно всегда должно начинаться с D. Диод подключен к узлам 1 (анод) и 2 (катод). Запись D1 в конце строки задает имя модели диода.

Команда анализа переходных процессов .TRAN предусматривает вывод полного периода входного синусоидального напряжения и выходного напряжения на резисторе при частоте f=1 кГц.

Проведите анализ и получите в Probe график v(1) и v(2) для полного периода t=1мс. Убедитесь, что входное напряжение является синусоидальным, а выходное выпрямлено, и поэтому отрицательный полупериод отсутствует. На положительном полупериоде выходное напряжение отличается от входного на величину, равную падению напряжения на диоде. Используйте режим курсора, чтобы определить падение напряжения на диоде при максимуме входного напряжения. Убедитесь, что это падение напряжения равно 0,72 В. На рис. 9.2 показаны временные диаграммы входного и выходного напряжений.

Рис. 9.2. Входное и выходное напряжения в схеме на рис. 9.1

Листинг команды .MODEL может включать в себя и другие параметры. Например, кремниевые (Si) и германиевые (Ge) диоды имеют различные прямые падения напряжения и различные токи насыщения. Чтобы настроить модель диода, вы можете задавать до 14 параметров. Полный список этих параметров дан в разделе D — Диод приложения D.

Встроенная модель для диода

Чтобы увидеть характеристику для встроенной модели диода в PSpice, можно провести анализ с вариацией входного напряжения на постоянном токе (dc sweep). Схема показана на рис. 9.3. При этом мы будем получать выходное напряжение «точка за точкой», строя характеристику так же, как снимали бы ее в лаборатории. Входной файл будет выглядеть следующим образом:

Built-in Diode Model for PSpice

V 1 0 10V

R 1 2 100

D1 2 0 DMOD

.DC V -0.5V 10V 0.02V

.MODEL DMOD D

.PROBE

.END

Рис. 9.3. Схема для снятия ВАХ диода

В данном примере мы подключили между узлами 2 и 0 диод D1 с именем модели DMOD, что отражено в первом аргументе команды .MODEL.

При проведении анализа в Probe измените границы оси X так, чтобы можно было представить V(2) в диапазоне до 0,8 В и I(D1) в диапазоне до 50 мА. Это даст вам характеристику встроенного диода (рис. 9.4) без изменения ранее определенных параметров. Чтобы отразить специфику конкретного прибора, вы можете изменять модель диода. Например, высота потенциального барьера EG по умолчанию равна 1.1 эВ. Задав новое значение, равное 0,72 эВ, мы отразим в нашей модели параметр, характерный для германиевого (Ge) диода. Вы можете посмотреть, как изменилась характеристика прибора после изменения любого параметра, и после этого продолжить анализ схемы, пользуясь измененной моделью.

Рис. 9.4. BAX диода