用于仿真程序的 PSPICE 模型

用于仿真程序的 PSPICE 模型。无线电电子电气工程百科全书

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计算机正在迅速变得更便宜，其计算速度也在不断增长。优秀的程序已经出现，允许无线电爱好者在真实设备的监视器屏幕上模拟和观察过程，直接使用它需要非常昂贵的测量仪器。这对于初学者来说尤其重要，因为他们通常只有一个万用表，很少有一个简单的示波器。

最受无线电爱好者欢迎的程序是 MicroCap 5、Electronic Workbench、PSpice（PSpice 包含在 Design Center、DesignLab、OrCad-9 软件包中）。它们总是可以在无线电市场提供的激光光盘上找到。这些磁盘上缺少的是此类程序的国产和进口无线电电子元件的模型。这是一笔相当大的财富，特别是如果模型是由专业人士准备并经过验证的。

从历史上看，PSpice程序最早出现——70年代初由MicroSim公司开发。从那时起，它得到了大力发展，并且由于输入语言的简单性和所使用算法的可靠性，已成为此类系统的一种标准。因此，其他程序使用 PSpice 输入语言。 PSpice-model组件还是包含了这个程序的核心。事实上，其中许多都是方便的 shell，允许您用无线电爱好者的自然语言（电路语言）编写任务。这非常方便，因为PSpice程序的“本机”输入语言是ASCII码的文本文件，这需要大量的手工工作，非常费力，而且常常伴随着错误。

然而，有一个领域PSpice输入语言是不可或缺的。这些程序的良好高速组件模型是用 PSpice 语言编写的。在发达国家，集成电路制造商必须开发并发布其器件的PSpice模型，否则将不会被使用。俄罗斯还没有这样的传统。因此，现有的PSpice模型库肯定不能满足无线电爱好者的需求，创建自己的组件模型可以成为业余无线电创造力的一个可能方向。让我们通过简单的例子来说明这非常简单。

为了让一切更清楚，让我们处理一下 PSpice 的术语。

电气图 - 在某种纸质载体上电子元件及其之间的电气连接的有条件图形表示。
节点是电路元件引脚的电气公共连接点。
元件 - 用于描述电子电路的电路单元。通常，与行业实际生产的设备相对应。组件由其名称、图形图像和模型以及参数组成。
模型是对组件的数学描述，以实际用途可接受的精度描述其操作。
内置模型 - 一个模型，其描述在 PSpice 程序的主体中定义。
宏模型 - 由一组具有内置模型的拓扑相关组件组成。在一个宏模型内，可以使用其他宏模型。
标准宏模型——提供常规程序的宏模型，能够根据护照参数自动生成组件的宏模型。例如，PSpice 中的运算放大器和比较器具有标准宏模型。
定义模型 - 设置与特定组件对应的参数。
参数是数值常量，可将理想模型调整为真实设备的属性。
原型是一个已经存在的模型，用作新创建的组件的参数源。当创建一组相关组件且仅个别参数存在差异时，可以方便地使用原型。
理想的组件是使用具有默认参数的模型的组件。
库 - 包含组件模型和宏模型的一个或多个文件。
模拟任务 - ASCII 代码的文本文件，包含 PSpice 程序输入语言的命令。

显然，为了创建基于内置模型或标准宏模型的组件，您需要定义它们的参数。为此，有一些特殊的程序可以根据特定组件的护照参数生成其模型。这项工作非常例行公事，需要有关组件的详细参考数据。在已出版的放射性元素参考书中，通常没有完整的信息。然后你必须进行一些独立的测量或咨询放射性元件制造商。该过程在[1-3]中有详细描述。不幸的是，在演示版本中，此类程序的工作有限制，仅允许您创建二极管模型。

但还有一条出路。发行版附带的库中有大量此类模型，通过为其分配新名称并进行相应编辑，不难找到国内元素的类似物。您可以使用任何文本编辑器使用库、编辑和复制模型。

此外，对于使用BASIC等编程语言的无线电爱好者来说，编写自己的程序根据护照参数计算PSpice模型的参数也不是什么大问题。护照特征和模型参数之间的关系可以在[1-3]中找到。作者计划创建这样一个实用程序，适用于国内目录。设置为此类 PSpice 宏模型编写生成器程序的任务是相当合理的，而常规程序中没有提供生成器程序的创建。

对于无线电业余爱好者来说，另一个有趣的任务是创建一个连接到计算机的自动测量附件，该附件可以从控制样本生成 PSpice 模型或宏模型的参数，甚至可以进行统计处理。业余无线电爱好者拥有创建可连接到 PC 的测量附件的经验。

电阻器、电容器、电感器、二极管、晶体管、磁路、通信线路、电压和电流源、一组基本的数字元件和一些理想化元件都有内置模型。

但如果任何组件都没有现成的模型怎么办？然后您需要能够开发自己的宏模型。 PSpice 的可能性确实是无限的。宏观模型的第一个构建块是内置模型。由于期刊文章的限制，我们只讨论这些。将在示例中使用。

首先，介绍一下 PSpice 语言程序的特性。

程序的第一行是注释。
符号“*”（星号）和“;” （分号）表示带有注释的行或程序行中的注释。
符号（加号）是换行符，用于长语句。
象征 ”。” (点) - 控制建模过程的行指令的开头。

其余行参考拓扑和组件的描述。

评论起到支撑作用。指令控制计算过程的过程、模型和宏模型的访问以及模拟结果的输出。拓扑描述线正式定义了器件的电路，指示了元件引脚的连接节点及其模型。

PSPICE 模型和图形

为了在具有开发的图形外壳的程序中使用创建的 Pspice 模型，例如 MicroCap 5 或 DesignLab，有必要利用这些包的服务功能，将其包含在现有的 PSpice 库中并创建适当的图形符号，最好符合 GOST。新组件的进一步工作将与现有组件没有什么不同。

使用内置模型创建模拟组件

具有嵌入模型的模拟元件的参数以两种方式指示：直接关于描述元件在电路中的位置的句子；使用 .MODEL 指令，它描述内置组件模型。

模型描述的一般形式：

.MODEL <组件名称> 1AKO:<原型模型名称>] <模型类型名称> ([<模型参数>=<值> [<参数值随机分布规范>]1 [T_MEA-SURED=<值>] [[ T_AB8=<值>] 或 [T_REL_GLOBAC=<值>] 或 [T_REL_LOCL=<值>]]）

其中： <组件名称> 是特定设备的名称，例如：RM。 KD503。 KT315A；

[ACO:<原型模型名称>] - 使用现有原型定义模型（这会减少库的大小）。说明书中仅注明不同的参数；

<模型类型名称>——内置理想模型的标准名称（表1）；

[<模型参数>=<值> [<参数值随机分布规范>]] - 括号中表示组件模型参数值列表。如果此列表缺失或不完整，则默认分配缺失的模型参数值。每个参数可以取相对于其标称值的随机值，但这仅用于统计分析。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

许多模型的参数取决于温度。无源元件和半导体器件的温度设置有两种方法。首先，.MODEL 指令指定测量其中包含的 T_MEASURED=<value> 参数的温度。该值覆盖 .OPTIONS 指令设置的 TNOM 温度（默认 27°C）。其次，您可以设置每个设备的物理温度，覆盖由 .TEMP、.STEP TEMP 或 .DC TEMP 指令设置的全局温度。这可以通过以下三个参数之一来完成： T ABS - 绝对温度（默认 27°C）； T_REL_GLOBAL 是绝对温度和全局温度之间的差值（默认为 0），因此 T_ABS = 全局温度 + T_REL_GLOBAL，T_REL_LOCL 是相对温度，DUT 绝对温度等于原型绝对温度加上 T_REL_LOCL 参数值

所有模型参数均以 SI 单位表示。为了缩短记录，使用了特殊前缀（表 2）。允许添加字母字符以提高标识的清晰度，例如，3、ZkOhm、100pF、10uF、144MEG、WmV。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

描述电路中包含元件的形式：

<第一个字符+继续>节点列表> [<模型名称>] <选项>

组件描述是不以字符“.”（点）开头的任何字符串。

组件的名称由定义组件类型的标准第一个字符（表 3）和不超过 130 个字符的任意后续字符组成。

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图中的组件连接节点的数量按照为每个组件建立的特定顺序列出。型号名称 - 其类型由第一个字符定义的组件的型号名称。

接下来，可以指定组件模型的参数。

电阻器

电路中加入电阻的描述形式：

R<名称> <节点(+)> <节点(-)> [<型号名称>] <电阻值>

型号说明表：

.MODEL <模型名称> RES(<模型参数>)

电阻器模型的参数列表如表所示。四。

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示例：RL30 56 1.3K； 1,3 kΩ RL 电阻器连接到节点 30 和 56。

R2 12 25 2.4K TC=0.005，-0.0003； 2 kΩ 电阻器 R2.4 连接到节点 12 和 25，温度系数 TC1 = 0.005 °C-1 TC2 = -0.0003 °C-2。 R3 3 13RM 12K

.MODEL RM.RES (R = 1.2 DEV = 10% TC1 = 0.015 TC2 = -0.003)：3 kΩ 电阻器 R12 连接在节点 3 和 13 之间。 °С-1 ТС0,015 = 1 °С-2； R是模拟中使用的电阻值与指定标称值之间的比例系数。

电容器和电感器的模型看起来相似。

电容器

电路中加入电容的描述形式：

C<name> <node(+)> <node(-)> (<model name>)容量值>

型号说明表：

.MODEL <模型名称> CAP (<模型参数>)

电容器模型的参数列表如表所示。 5.

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示例：C1 1 4 10i；容量为 1 uF 的电容器 C10 连接在节点 1 和 4 之间。

C24 30 56 100 页。电容 C24 的容量为 100 pF，连接在节点 30 和 56 之间。

电感器

电路中包含线圈的描述形式：

大号<node(+)> <node(-)> (<model name>] 电感值>

型号说明表：

.MODEL <模型名称> IND (<模型参数>)

电感器模型的参数列表如表所示。 6.

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示例：L2 30 56 100u；具有2μH电感的线圈L100连接在节点30和56之间。

DIOD

电路中加入二极管的描述形式：

D<名称> <节点(+)> <节点(-)> [<模型名称>]

型号说明表：

.MODEL <模块名称> D [<模型参数>)

二极管模型的参数列表如表所示。 7.

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国产二极管型号举例：

.型号 KD503A D (IS=7.92E-13 + RS=2.3 CJO=1.45p M=0.27 + ТТ=2.19Е-9 VJ=0.71 BV=30 + IBV=1E-11 EG= 1.11 FC=0.5 XTI=3 + N=1.JJ)

.型号 KD522A D (IS=2.27E-13 + RS=1.17 CJO=2.42p M=0.25 + TT=2.38n VJ=0.68 BV=50 IBV=1E-11 + EG= 1.11 FC=0.5 XTI=3 N= 1）

.型号 KD220A D (IS=1.12E-11 + N=1.25 RS=7.1E-2 CJO=164.5p + TT=1.23E-9 M=0.33 VJ=0.65 BV=400 + IBV=1E-11 EG=1.11 FC=0.5XTI=3)

.型号 KD212A D (IS=1.26E-10 + N=1.16 RS=0.11 CJO= 140.7p M=0.26 + TT-J.27E-8 VJ=0.73 BV=200 + IBV= 1E-10 EG-1.JJ FC=0.5 XT1=3)

.型号KS133A D (fS=89E-15 + N=1.16 RS=25 CJO=72p TT=57n + M=0.47 VJ=0.8 FC=0.5 BV=3.3 IBV=5u + EG=1.11 XTI=3).型号D814A D (IS=.392E- J2 + N=1.19 RS=1.25 CJO=41.15p + TT=49.11n M-0.41 VJ=0.73 FC=0.5 + BV=8 IBV=0.5u EG=1.11 XTI=3)

.型号 D814G D (IS=.1067E-12 + N=1.12 RS=3.4 CJO=28.08p + TT=68.87n M=0.43 VJ=0.75 FC=0.5 + BV^11 IBV= 1 和 EG= 1.11 XTI=3 ）

双极晶体管

电路中包含双极晶体管的描述形式：

0<name> <collector node> <base node> <emitter node> [<model name>)

型号说明表：

.MODEL <模型名称> NPN [<模型参数>); npn结构双极晶体管

.MODEL <模型名称> PNP [<模型参数>'; pnp结构双极晶体管

双极晶体管模型的参数列表如表所示。八。

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具有控制 PN 结的场晶体管

包含场效应晶体管的描述形式8图：

o"<name> <drain node> <gate node> <source node> (<model name>]

型号说明表：

.MODEL <型号名称> NJF [<型号参数>]，n沟道场效应管

.MODEL <模型名称> PJF [<模型参数>]; p沟道场效应晶体管

场效应晶体管模型的参数列表如表所示。 9.

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晶体管模型示例：

.model IDEAL NPN；理想晶体管。

型号 KT3102A NPN (ls=5.258f Xti=3 + Eg=1.11 Vaf=86 Bf=185 Ne=7.428 + lse=28.21n lkf=.4922 Xtb=1.5 Var=25 + Br=2.713 Nc=2 lsc=21.2 p lkr=.25 Rb=52 + Rc=1.65 Cjc=9.92lp Vjc=.65 Mjc=.33 + Fc=.5 Cje=11.3p Vje=.69 Mje=33 + Tr=57.7ln Tf=611.5p ltf =.52 Vtf=80 + Xtf=2)

型号 KT3102B NPN (ls=3.628f Xti=3 h Eg= 1.11 Vaf=72 Bf=303.3 Ne=l3.47 + lse=43.35n lkf=96.35m Xtb=1.5 Var=30 + Br=2.201 Nc=2 lsc =5.5p lkr=.1 Rb=37 + Rc=1.12 Cjc=11.02p Vjc=.65 Mjc=.33 + Fc"-.5 Cje=13.31p Vje=.69 Mje=.33 + Tr=41.67n Tf =493.4p W=.12 Vtf-50 + Xrf=2)

型号 KT3107A PNP (ls=5.2f Xti=3 + Eg= 1.11 Vaf=86 Bf= 140 Ne=7.4 lse=28n + lkf=.49 Xtb= 1.5 Var=25 Br=2.7 Nc=2 + lsc=21 p lkr=.25 Rb=50 Rc= 1.65 Cjc= 10p + Vjc=.65 Mjc=.33 Fc-.5 Cje=11.3p Vje=.7 + Mje=.33 Ti=58n Tf=62p ltf=52 Vtf= 80 + xtf=2)

型号 KT312A NPN (ls=21f Xti=3 + Eg=1.11 Vaf=126.2 Bf-06.76 Ne=1.328 + lse=189f Ikf=.l64 Nk=.5 Xtb=1.5 Br=1 + Nc" 1.385 lsc=66.74p lkr=1.812 + Rc=0.897 Rb=300 Cjc=8p Mjc=.29 + Vjc=.692 Fc=.5 Cje=2653p Mje=.333 + Vje=.75 Tr= 10n Tf-1.743n Itf = 1)

.型号 2T630A NPN (ls=17.03f Xti=3 + Eg=1.11 Vaf=l23 Bf=472.7 Ne= 1.368 + Ise=l63.3f lkf=.4095 Xtb=1.5 var=75 + Br=4.804 Nc=2 lsc= 1.35p 1kr=.21 + Rb=14.2 Rc=0.65 Cjc=2L24p Vjc=.69 + Mjc=.33 Fc=.5 Cje=34.4p Vje=.69 + Mje=.33 Tr=50.12p Tf=1.795n ltf=.65 + Vtf=60 Xtf=1.1)

独立的电压和电流源

来源描述表：

\/<名称> <节点{+)> <节点(-)> [^C]<值> [AC<幅度>[相位]] [<信号>(<参数>)]

1<名称> <节点(+)> <节点(-)> [(0C]<符号> [AC<振幅> [相位]] [<信号>(<参数>)]

电流的正方向被认为是从节点（+）通过源极到节点（-）的方向。您可以为直流和直流瞬态计算指定源值（默认 - O），用于交流频率分析（默认幅度 - 0；相位以度为单位表示，默认 - 0）。对于瞬态 <signal>> 可以采用以下值：EXP - 指数源信号，PULSE - 脉冲源，PWL - 多项式源。SFFM - 调频源，SIN - 正弦源信号。

示例：V2 3 0 DC 12；电压源 12 V。连接在节点 3 和 0 之间。

VSIN 2 O SIN(0 0.2V 1MEG); 0.2 V 正弦电压源，频率为 1 MHz，恒定分量为 0 V。

11（4 11）直流2mA；连接在节点 2 和 4 之间的 11 mA 电流源。

ISIN 2 0 SIN(0 0.2m 1000); 正弦电流源 0.2 mA，频率为 1000 Hz，恒定分量为 0 mA。

依赖电压和电流源

相关源广泛用于宏模型的构建。它们的使用允许用简单的方法来模拟电压和电流之间的任何关系。此外，在他们的帮助下，组织信息从一个功能块到另一个功能块的传输是非常容易的。PSpice 具有依赖源的内置模型：

E——电压控制的电压源（INUN）；

F——电流控制的电流源（ITUT）；

G——压控电流源（ITUN）；

H - 电流控制电压源 (INUT)。

依赖源描述形式：

第一个字符<name> <node(+)> <node(-)> <传递函数>

名称的第一个字符必须与源类型匹配。电流的正方向被认为是从节点（+）通过源极到节点（-）的方向。接下来指出传递函数，可以用不同的方式描述：

幂多项式：POLY（<表达式>）：

公式：VALUE=(<表达式>)：

表：表（<表达式>）：

拉普拉斯变换：LAPLACE（<表达式>）：

频率表：FREQ(<表达式>)；

Chebyshev 多项式：CHEBYSHEV (<表达式>)。

示例： E1 (12 1) (9 10) 100：节点 9 和 10 之间的压控电压。连接在节点 12 和 1 之间，增益为 100。

EV 23 56 VALUE={3VSQRT(V(3.2)+ +4*SIN(I(V1)})：连接在节点23和56之间的源，功能依赖于节点3和2之间的电压以及源电流VI。

EN 23 45 POLY(2) (3.0) (4,6) 0.0 13.6 0.2 0.005：连接在节点 23 和 45 之间的非线性电压源。取决于节点 3 和 0 V{3.0) 以及节点 4 和 6 V( 4.6）。相关性由多项式 EN=0 + 13.6V3,0 + 0.2V1,6 + 0.005V3,02 描述。

EP 2 0 表 (V(8))=(0.0) (1.3.3) (2.6.8)：源极连接在节点 2 和 0 之间，具体取决于节点 8 处相对于公共端测量的电压。此外，在等号之后，表的行列出了一对值（输入，输出）。中间值是线性插值的。

EL 8 0 拉普拉斯 {V(10)}={exp(-0.0rS)/(1+0.rS)}; 根据拉普拉斯分配传递函数。

G1 (12 1) (9 10) 0.1；电压控制的 V(9.10) 电流源，传输系数为 0.1。

这里给出 PSpice 程序中变量指定的示例是适当的： V (9) - 节点 9 处相对于公共导线测量的电压。

V(9.10) - 节点 9 和 10 之间的电压。

V(R12) - 电阻 R12v 上的电压降

VB(Q1) - 晶体管 Q1 基极的电压。

VBE(Q1) - 晶体管 Q1 的基极-发射极电压 l(D1) - 二极管 D1 的电流。

1С(02) - 晶体管 Q2 的集电极电流。

研究组件模型

可以使用仿真程序来探索组件模型。使用图形外壳，可以非常轻松地创建虚拟实验室来测试现有和创建元素的静态和动态特性。这将使确定其性能与实际部件的参考参数的符合程度、在外国部件模型中选择类似物或详细研究未知模型成为可能。然而，在给出的示例中，使用了 PSpice 本身的功能。

让我们使用 PSpice 语言的 .OS 指令（DC 模式的多变量计算）并构建根据共发射极电路连接的 npn 双极晶体管的输出特性系列（图 1）。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

输出特性是晶体管集电极电流对其集电极电压的依赖性。

对于基极电流的各种值，我们获得一系列输出特性。对KT315A晶体管（图2）和具有默认参数的理想晶体管（图3）进行了计算。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

以文本形式建模的任务看起来非常简单（表 10）。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

要计算理想晶体管的 CVC，您需要在程序中删除行开头的星号 (* Q1 120 IDEAL) 并将其添加到行 (Q1 1 2 0 KT315A)。最好用英语或至少用拉丁字母在程序文本中编写注释，因为模拟程序通常不支持西里尔语。为了清楚起见，本文中的评论以俄语给出。

D814A 齐纳二极管的 CVC 具有类似的结构 - 电压与电流的关系（图 4、5、表 11）。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

现在，让我们使用指令 .DC 和 .TEMP（温度变化）的功能，构建根据共源电路连接的 KP303D 场效应晶体管的一系列传输特性（图 6、表 12）。

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场效应晶体管的传输特性是漏极电流对栅极和源极之间的电压的依赖性。对于不同的温度，可以构建一系列特性（图 7），因为该模型考虑了晶体管参数的温度依赖性。

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作为评估模型动态特性的示例，我们构建了 KT315A 晶体管在四个集电极电流值下的一系列频率特性。测量方案如图8所示。 XNUMX.

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为此，我们使用指令 .AC（计算频率响应）和 .STEP（多变量分析）的功能，构建建模任务（表 13），计算 IB(Q1) 和 lC(Q1)。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

执行模拟后，我们将获得的结果（图 9）与手册 [4] 中的参数进行比较。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

为此，我们将按如下方式进行。模拟程序的图形后处理器允许对图形执行数学运算。这将使我们能够绘制集电极电流 IC(Q1) 与基极电流 IB(Q 1) 的比率。由此，我们获得了晶体管的电流传输系数模块在不同集电极电流下的频率响应。使用光标测量模式，我们将确定频率为 100 MHz 时的电流传输系数的模。对于所有选项，数字都显示在图表上。将它们与参考书进行比较后，我们会发现考虑到传播，所提出的 KT315A 晶体管模型接近现实。（根据参考书：lh21eI = 2,5 at Ik = 1 mA, Uk = 10 V）。晶体管的频率特性对集电极电流的依赖性也与理论和参考书中给出的数据一致。

在本节的结论中，应该说，尽管考虑了大量参数，内置模型很快就会自我妥协。模拟半导体器件很容易通过巨大的电流并承受巨大的电压。

在此处考虑的示例中（见图 1，b）扩大电压和电流变化的限制就足够了，并且很明显内置晶体管模型没有考虑 p-n 结击穿现象。

电阻器、电容器、电感器和晶体管的模型也没有考虑寄生电容、电感和电阻，这在模拟设备在高频下的运行时非常重要。

其他内置模型的情况也大致相同。所有这些都具有有限的范围，并且通常不考虑任何因素。

因此得出结论——我们需要更先进的模型，避免这些缺点。在极端情况下，为了避免晶体管击穿等情况，需要开启与晶体管结并联的无惯性模型二极管，并适当选择 BV 参数。可以通过用电容器、线圈和电阻器“包裹”内置模型来考虑寄生效应。

内置模型是一种构建块，可让您探索任何建模选项。这就是它们的完美用途。

使用下面将讨论的方法，您可以创建高效且完美的基本组件模型。

宏模型的创建和应用

如果您曾经研究过编程语言，您可能知道什么是子例程。这是一个专门设计的程序，由主程序模块重复调用。实际上，这意味着宏观模型。

宏模型描述形式：.SUBCKT <macromodel name> <list + external nodes>

+ [PARAMS:<<参数名称> = + <值>>] + [TEXT:<<文本参数名称> + =<文本>>]

<描述宏模型模式的字符串> .ENDS

.SUBCKT 指令是宏模型头。它定义了宏模型的开头、名称以及用于连接到外部模式的节点。

宏模型模式描述行 - 以任意顺序描述宏模型的拓扑和组成的运算符列表。

.ENDS 指令定义宏模型主体的结尾。

PARAMS关键字定义从主电路描述传递到宏模型描述的参数列表。

TEXT关键字定义了从主链描述传递到宏模型描述的文本变量。

方案中宏模型包含描述的形式：X<名称><连接节点>[<名称+宏模型>]

+ [PARAMS:<<参数名称> = + <值>)

+ (TEXT:<<文本 + 参数名称>=<文本>]

该语句确定.SUBCKT 语句描述的宏模型连接到模式中的指定节点。节点的数量和顺序必须与相应的 .SUBCKT 伪指令中的节点数量和顺序相匹配。

关键字 PARAMS 和 TEXT 允许您设置在宏模型描述中定义为参数的参数值，并在宏模型内部使用这些表达式。

创建简单宏模型的示例

给出的例子演示了额头问题的解决方案。业余无线电爱好者经常使用数字逻辑来执行模拟功能，例如放大或生成信号。对于此类设备的详细建模，构建逻辑元件的精确宏模型是有意义的。考虑 K2LAZ 微电路的逻辑元件 155I-NOT。

创建宏模型时，需要做以下工作：

画出该元件宏观模型的电路图（图 10）：
为电路的所有元件分配参考名称；
为所有节点编号（公共线始终分配编号 0）：
使用在电路中包含元素的运算符，描述所有组件：
通过使用 .SUBCKT 和 .ENDS 指令描述宏模型来形式化它；
将宏模型文本保存在单独的文件中或将其添加到扩展名为 *.lib 的现有库文件中。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

结果，我们得到一个文本文件（表 14）。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

使用这种创建宏观模型的方法，有必要：

存在非常精确的元件电路（或微电路）；
组成 IS 的组件的参考参数的存在。

需要注意的是，参考参数总是存在问题，特别是对于积分元件。至于微电路的确切描述，通常很少公开，大多数情况下您都会找到最简单的描述，即使这样 - 也有错误。不幸的是，直到最近，这很少有人担心。

然而，乍一看很奇怪，上述创建宏模型时所描述的方法尚未为构建功能良好的模型提供任何保证。

如何创建简化的快速宏观模型？

解决前额问题并不总是创建良好宏观模型的真正方法。用这种“方法”建立的模型需要大量的计算资源，并且速度较低，即电路的计算速度会很慢。让我们记住现代微电路芯片上可以有多少个晶体管！因此，能够通过用等效节点替换单个微电路子系统来构建简化的宏模型非常重要。同时，模型的质量甚至可以提高，特别是在对高度集成的微电路进行建模时。

让我们创建自己的 K521CAZ 比较器的简化 PSpice 宏模型。

这里也可能存在极端情况。例如，您可以使用依赖源来实现比较器函数。在这种情况下，模型将变得简单且相对快速，但它不会反映真实设备的物理特性。因此，有必要在模型的准确性和速度之间寻找折衷的解决方案。

考虑一下 K521SAZ 比较器是什么。它实现了比较两个模拟信号的功能。如果输入信号之间的差值为正，则比较器的输出将为高，如果为负，则输出为低。信号的比较由输入端的差分放大器执行。输出级是在集电极开路和发射极晶体管上实现的。这些信息已经足以合成该微电路最简单但相当有效的模型（图 11）。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

为了充分模拟比较器的输入和输出特性，在输入和输出处安装了晶体管。然而，差分放大器被大大简化。差分对的发射极使用理想电流源，实际上，它是在几个晶体管上实现的。输出级的接口是通过压控电流源实现的。在实际的微电路中，还使用多个晶体管。

因此，在构建这种折衷模型时，多晶体管节点被简化和理想化的节点所取代，但保留了器件的外部属性。 PSpice 拥有一套完美的工具，即使在更复杂的情况下，也能以足够的精度表达真实设备的任何属性，以满足实际目的。

让我们为电路的所有元件分配位置名称，对节点进行编号并用 PSpice 输入语言描述比较器宏模型（表 15）。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

现在让我们检查生成的宏模型如何执行比较器的功能。为此，请绘制一个测试电路（图 12）。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

然后我们将编写一个建模任务（表16）并计算该模型的传输特性（图13）

用于仿真程序的 PSPICE 模型

比较器的传输特性是输出电压对输入电压差的依赖性。从计算的特性可以看出尽管模型很简单，但比较器却非常有效。

在这个例子中，我们第一次使用了元件宏模型，描述了它在电路中与线路X1(0 1 2 0 4 3) K521CAZ的连接。请注意，宏模型中的元素名称是本地的，在命名外部链中的组件时可以忽略。

现在是时候模拟一些在 K521SAZ 比较器上制作的电子组件了。例如，精密幅度检测器（图 14、表 17）。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

仿真结果如图 15 所示。 16 和 XNUMX。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

我们将从库文件 C:\USERLlB\kompar.lib 中调用比较器宏模型。

要指定存储模型的库，需要使用 .LIB 指令，该指令必须在建模任务中进行描述。那么就不再需要在文本中包含宏模型的描述。运算符形式：.LIB [<库文件名^]。

请记住，一般来说，其他宏模型可以包含在宏模型中。因此，通过丢弃控制指令并将峰值检测器的描述放在 SUBCKT 和 .ENDS 之间，我们得到一个包含嵌套宏模型的新宏模型。通过这种方式，如果您首先准备必要的典型节点并将它们存储在单独的库文件中，则可以非常紧凑地构建最复杂的模型。

创建考虑技术分布和温度对组件特性影响的模型

所有元素的参数都有一个扩展和。此外，它们还取决于温度。如果没有这些问题，无线电业余爱好者的生活就会变得无聊，因为在正确的方案指导下，不可能用可维修的部件创建无法操作的设计。大自然给了我们这样的机会。仿真程序使您能够识别其性能取决于温度和组件参数分布的设备。为此，通过蒙特卡罗方法和多变量分析进行统计分析。但是，您需要有适当的组件模型。

在内置的 PSpice 模型中考虑到扩散和温度的影响，有：“参数值的随机扩散的规范”、“线性温度系数”、“二次温度系数”。 “指数温度系数”。此外，您可以使用 T_MEASURED 参数控制各个组件的温度。 ABS。 T_REL_GLOBAL。 T_REL_LOCL，有时很有用。

在多变量分析中，不仅温度可以成为变量，而且几乎所有模型参数都可以由于外部环境的物理影响或组件参数随时间的退化而发生变化。

显然，如果在此类模型的基础上建立宏模型，那么它们也将具有随机分布和温度依赖性。

事实上，在构建宏观模型的情况下，这种直接的方法是完全不合适的。如上所述，在构建宏观模型时，基本上使用简化和假设。结果，宏观模型的方案很少与原始方案相符。此外，无线电爱好者根本不可能追踪微电路中集成元件之间的真实热连接。因此，宏观模型是由稳定的组件构建的，然后有针对性地引入具有扩展和温度依赖性的元素。但他们就是这样做的。显示模拟设备最重要的统计和热属性。这种方法适合考虑其他物理影响的影响，尽管它不是唯一的方法。所以。由于电离辐射几乎影响组件的所有参数，因此对于不同剂量拥有多个文库副本会更方便。然后，使用.LIB指令，根据接收到的剂量替换整个组件库。然后可以将结果合并到一张图表上。

作为创建和使用具有参数分布和温度依赖性的模型的示例，我们将模拟无线电话中使用的滤波器（图 17、表 18），该滤波器在恶劣的气候条件下运行。温度范围为-40至+80℃。在所有部件的模型中，设置了主要参数的工艺扩散和温度不稳定性参数。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

使用指令.AC、.TEMP和.MS，我们计算滤波器的频率响应及其在温度变化和元件参数分散时的变化。

显而易见（图 18），滤波器的特性很大程度上取决于温度，这样的手机工作性能会很差。结论很明显——有必要为该过滤器选择更稳定和更精确的元件，以获得一个可用的装置。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

专业模型制作示例

以下是输入端带有双极晶体管（K140UD7，图 19，表 19）和场效应晶体管（K140UD8，图 20，表 20）的 PSpice 标准运算放大器的宏模型。

用于仿真程序的 PSPICE 模型

请注意，除输入晶体管外，所有晶体管均不包含在其中。这有利于宏观模型的性能。然而，它们非常准确地考虑了真实设备中发生的许多影响。

注意大量使用依赖和独立来源。这是有效构建复杂微电路的良好宏观模型的主要工具。

输入差分级对混合电流的存在以及输出电压的转换速率对输入差分电压的依赖性进行建模。 Cee 电容器 (Css) 允许您显示同相连接中运算放大器输出脉冲的不对称性。电容器 C1 和晶体管结的电容模仿运算放大器频率响应的双极性质。受控电流源 ga、gcm 和电阻器 r2、r®2 模拟差分和共模电压放大。在用户选择连接的电容器 C2 的帮助下，可以模拟运算放大器的内部或外部校正。运算放大器输出级的非线性由元素 din 建模。蘸。 ro1（它们限制最大输出电流）和dc、de、vc、ve（它们限制输出电压摆幅）。电阻rp模拟微电路消耗的直流电流。二极管dp保护。

然而，经验表明，并不总是需要惰性模型，因为这样做的代价是性能下降。为自己开发一个简化的宏模型库是有意义的，这样当您只需要“运行”想法时就不必浪费时间等待结果。

此外，我们不应忘记，始终可以创建比标准或专业模型更完美的模型。在我们的特定情况下，给定的运算放大器宏模型并未模拟真实设备的所有属性，并且可以对其进行改进。这适用于温度、统计、噪声特性，尤其是输入电阻。由于晶体管模型中没有指定电容，因此放大器的输入电容为零。另一个缺点是缺乏对大闭合输入信号下的击穿（保护二极管的断开或发射极结的可逆击穿）的描述，这样的例子不胜枚举。

在上述所有内容的基础上，我们制定了一种构建模拟组件宏模型的通用形式方法。

宏模型最简单的结构可以表示为由三个串联的块组成：第一个描述输入特性，第二个描述传输特性（线性和非线性失真），第三个描述输出特性。块与块之间的信息传输是使用相关的电流或电压源来执行的。块的数量，它们的类型。功能的分布，如果任务需要，并行路径的数量可以不同。

创建了此类块的一组典型模型后，就可以将宏模型的创建真正投入运行。

因此，创建一个好的模型需要大量的参考材料、直觉、半导体和电子器件物理、电气工程、无线电工程、微电路工程、电路、数学和编程知识。这项任务只适合具有不知疲倦的创造力的无线电爱好者。

文学

Razevig V.D. 端到端设计系统 DesignLab 8.0。 - M.：梭伦。 1999 年。
Razevig V.D. MicroCap 5 电路建模系统。 - M.：Solon。 1997年。
Arkhangelsky A. Ya. PSpice 和设计中心。第 1 部分电路建模。元素模型。宏观建模。 - M.：MEPhI。 1996年。
半导体：晶体管。手册埃德。 N.N.戈留诺娃。 - M.Energoatomizdat。 1985年。

作者：O. Petrakov，莫斯科

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