SPICE模拟仿真电路实时参数变化带来的结果

在"SPICE"中,通常是使用"时间域"来描述电路的行为。线程指令,它显示的结果与时间作为x轴。然而,SPICE提供了广泛的可能性来探索电路的行为,修改其他的数量,如电压,温度,电流,电阻等。这种可能性是可以实现的。行动和。将指令组合在一起,允许用户使用时间以外的方式创建图形。

通常情况下,在进行瞬态分析时。TLON指令,SPICE语言显示结果作为时间的一个函数。实际上,图表是在时间域中.x轴表示时间变量,图表显示各种电气量随时间变化。例如,考虑图1中所示的电路,其中包括限制电阻和电解电容。在这种情况下,分析是通过指令在瞬态时间域:

.TRAN 1

通过向电路提供电流, 电容器充电作为RC时间常数的函数。在这个电路中,有一个直流电压源,有一个100欧的电阻和一个电容器,其容量为2,200欧姆F。指令。ICV=0设置"输出"节点的初始条件;换言之,电容器最初是放电的,其两端是0V。模拟持续一秒钟,感兴趣的节点是"输出",位于电阻器和电容器之间。电压开始通过电阻为电容器充电,该电路的行为将是典型的RC电路(电阻器和串联电容器),电容器开始按指数曲线充电。电阻限制了电容器的充电速度,"输出"节点的电压逐渐增加,直到它达到15伏。在图表中,横坐标代表从模拟开始时的瞬间零度到每秒的时间。

图1:用该方法进行的瞬态模拟.TLON指令显示了横坐标的时间。

同样的,那个。直流指令在直流下进行模拟,改变电压或电流,并显示与变电压源相关的兴趣量趋势。图2中的示例显示了含有直流电压源的另一个电路, 电阻器 以及二极管,分析是在发电机的电压域通过指令:

.DC V1 0 4 10m

在模拟开始时,V1从0V开始,逐渐增加到4V。1K电阻限制电流通过电路。1N4148二极管的阈值电压约为0.7%。这意味着对于"输出"节点电压低于约0.7%的电压,二极管不导电。当电压超过0.7%时,二极管将开始导电,允许电流通过二极管。显然,这个值的趋势是模拟的,而不是数字的,所以电压的变化越来越大,而不是突然的变化。由于二极管的特性,超过0.7%时,二极管上的电压几乎保持在0.7%。

图2:在直流域的模拟与.直流指令显示发电机在横坐标上的电压增加。

定制x轴

一个非常有趣和强大的方面的SPICE是显示图的能力,在图中,x轴表示的是时间或电压以外的数量,如温度,电流,电阻等。要做到这一点,你可以把它结合起来。行动和。步骤指令。...OP指令对电路的操作点进行分析.该分析返回电路中电压和电流的静态值,不随时间变化,但不直接生成图表。另一方面,那个。步进指令允许您进行参数模拟,也就是说,在改变诸如温度、电阻、电压或电流等参数时对电路进行分析。通过合并。一步到位。您可以修改参数并观察相关图中的变化。图3中的例子显示了一个电路,其图显示在晶体管R1的基阻值域中。实际上,横坐标值与R1值相对,在100kp和1mp之间。这是一个简单的电路,使用一个BJTNPN晶体管和工作作为放大器。模拟的目的是为了简单地改变晶体管基阻器的值,从而表明在线性区域内的收集器电流和操作点是如何改变的。...步进指令定义了一个电阻,其值介于100K至1000K之间。它确保执行多个模拟,每个有不同的R1电阻值。...OP指令为每一个R1值返回电路中电压和电流的固定值,使您可以看到R1电阻如何影响晶体管的操作。分析是在基阻域内进行的,使用的指令是:

.操作系统

.STEP PARAM R1 100K 1000K 10K

这两个图代表了晶体管在电路中相对于通过基阻流动的电流的行为。上图显示电流通过电路的负载电阻流动,因为基流变化。坐标轴(y-轴)代表以毫米为单位的电流,而横坐标轴(x-轴)代表电阻R1的值。底部图显示的电压在收集器;同样,随着基础电阻变化.坐标轴(y轴)代表电压,而横坐标轴与第一个图相同,并显示参数R1。如你所见,收集器电压为VCC/2的理想点是基阻值约为331kb,在2.73mA的收集器电流中。能够观察电阻值域中的图表是非常有用的,因为它允许用户仔细选择电子元件,而不必运行几个电子模拟。电容器和电感器也是如此。

图3:电阻区的模拟,与x轴上的相对值

本文的最后一个例子与MOSFET耗散的功率图有关,它的温度在x轴上。图4中的电路图显示了在参数模拟中使用MOSFET的电路,其中温度从-10℃到180℃不等。根据下列指令,分析是在温度领域进行的:

.操作系统

.STEP TEMP -10 180 1

...OP指令为每个温度值计算电路中的稳态电流和电压值。...步骤临时指令(这一次,不需要添加帕拉姆关键字)允许用户分析MOSFET的特性是如何随着温度变化变化的。在较高的温度下,MOSFET的行为不同于在较低的温度下的行为,模拟将显示这些变化如何影响电路的整体运行。图中显示了MOSFET作为温度函数的功率耗散趋势,x轴表示操作温度。请记住,一般而言,MOSFET耗散的功率是用下列公式计算的:

文件格式 莫斯费特 = ( V 排干 × 我 排干 ) + ( V 门 × 我 门 )

闸门电流通常被认为是零,因为它的大小非常低。温度变化会影响元件耗散的功率,官方数据表也证实了这一点。观察温度域图的能力也很有用,因为它建立了正确的工作温度范围,使电路安全可靠。

图4:温度域的模拟,以及横坐标的相对值

在SPICE中,混合使用。行动和。步进指令给设计者提供了很大的灵活性来探索电路在时间或电压变量之外的行为,比如温度、电阻、电流或功率。这种方法使人们能够研究各种工作条件下的电路,从而更深入地了解各种元件的总体性能和变化。...OP指令对电路进行静态分析,计算每个节点的电压和电流的操作点或稳定状态。它不考虑时间的变化,而是在假定恒定的情况下,计算给定时间电路的状态。...通过允许通过修改参数(或参数)在指定范围上运行多个模拟来增加分析的动态维度。它不仅仅执行一个静态分析,它允许设计者看到电压、电流和其他数量是如何随着变量的变化而变化的。典型的情况是,从PISECE模拟得出的图表使用x轴上的时间(在瞬态分析中)或电压(在直流扫描分析中)来显示一个数量是如何随时间变化的,或者作为输入电压的函数。但是,使用。行动和。在x轴表示温度和电阻等其他量的地方,可以进行"步骤"。这种能力使用户能够在各种不同的情况下检查电子电路的行为,例如热设计、确定最佳值的组件尺寸等等。这种额外的分析能力对于准确和自信的电路设计是必不可少的,因为它允许用户测试电路本身如何响应诸如温度或电阻等关键参数的变化,并根据不同的操作条件对其进行优化。