|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN Nghiên cứu các mô hình PSpice của các nguyên tố phóng xạ tương tự. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Bộ vi điều khiển Trong bài viết của mình ("Mô hình PSpice cho chương trình mô phỏng“Trong “Radio” số 5-8 năm 2000), tác giả đã nói về các quy tắc xây dựng mô hình các thành phần tương tự cho các chương trình mô hình hóa dựa trên ngôn ngữ PSpice. Bài viết đề xuất tiếp tục chủ đề này. Nó được dành cho các phương pháp nghiên cứu PSpice các mô hình và phương pháp xây dựng các mô hình thành phần cho phạm vi vi sóng. Điều này rất quan trọng vì chỉ việc sử dụng các mô hình thành phần đáng tin cậy mới có thể thu được kết quả mô phỏng đầy đủ. Sớm hay muộn, mọi đài nghiệp dư đều đi đến kết luận: trước khi lắp đặt bộ phận vô tuyến trên bảng trong quá trình sản xuất thiết bị, trước tiên bạn nên kiểm tra khả năng sử dụng của nó. Điều này sẽ bảo vệ thiết bị khỏi bị hỏng trong tương lai sau khi cấp nguồn hoặc khỏi những cuộc tìm kiếm kéo dài về nguyên nhân khiến thiết bị không hoạt động. Tại các doanh nghiệp công nghiệp, vì mục đích này, họ tổ chức kiểm tra một phần hoặc toàn bộ các bộ phận vô tuyến đầu vào, đơn giản hơn nhiều so với việc duy trì một đội ngũ nhân viên điều chỉnh thiết bị có trình độ cao và được trả lương cao. Cách tiếp cận cũng tương tự khi lập mô hình mạch điện tử. Việc sử dụng các mô hình chưa được kiểm tra sẽ lãng phí thời gian xem các biểu đồ không liên quan gì đến thực tế. Trong trường hợp này, bạn có thể đưa ra kết luận sai về khả năng hoạt động hoặc không hoạt động của thiết bị và đưa ra quyết định sai lầm. Vì vậy, việc kiểm soát đầu vào cũng phải được tổ chức ở đây. Trong tương lai, điều này sẽ mang lại lợi ích về mặt tiết kiệm thời gian và độ tin cậy của kết quả mô hình hóa. Nguồn bổ sung thư viện cá nhân có thể là các mô hình có trong thư viện của gói phần mềm mô hình hóa được sử dụng, từ thư viện của các chương trình mô hình hóa tương thích khác, các mô hình được trình bày nhiều trên Internet trên các trang web của các nhà phát triển phần mềm mô hình hóa và nhà sản xuất linh kiện điện tử, được xuất bản trong các ấn phẩm in và các mô hình thiết kế của riêng chúng tôi. Tuy nhiên, người ta chỉ có thể đoán về chất lượng của chúng. Trước khi sử dụng các mô hình này, nên kiểm tra chúng. Với cách tiếp cận này, niềm tin vào kết quả đạt được sẽ nảy sinh. Nó trở nên rõ ràng những gì có thể và những gì không thể. Bài báo mô tả một số phương pháp thử nghiệm mô hình phần tử vô tuyến tương tự rời rạc, cung cấp sơ đồ đo và văn bản nhiệm vụ mô hình hóa ở định dạng PSpice. Các nhiệm vụ được cấu hình cho các mô hình nguyên tố phóng xạ cụ thể, việc thử nghiệm chúng được mô tả trong bài viết. Nếu có bất kỳ yếu tố nào khác cần được kiểm tra thì chương trình cần được sửa đổi. Nó không khó. Theo quy định, tất cả các sửa đổi đều nhằm mục đích thay thế các giới hạn về thay đổi dòng điện, điện áp, thời gian phân tích, chọn tải và thiết lập chế độ yêu cầu của mô hình thành phần cho dòng điện một chiều. Nếu bạn sáng tạo, một số thử nghiệm có thể được sử dụng để phát triển các thử nghiệm mới cho các mô hình khác, bao gồm cả các mô hình vĩ mô phức tạp. ĐO THỜI GIAN PHỤC HỒI NGƯỢC DIODE Để đánh giá các đặc tính động của mô hình diode, cần đo thời gian phục hồi ngược của nó. Hãy thực hiện điều này bằng ví dụ về mô hình diode chỉnh lưu KD212A. Được biết, sau khi thay đổi cực của điện áp đặt vào một diode thực từ thuận sang ngược, nó không đóng ngay lập tức mà có một số độ trễ. Trong trường hợp này, một dòng điện lớn có thể chạy qua diode theo hướng ngược lại trong một thời gian. Đối với KD212A, theo sách tham khảo [1], thời gian phục hồi ngược được đảm bảo ở mức Urev = 200 V, Irev = 2 A, không quá 300 ns. Bây giờ hãy kiểm tra mô hình của diode này. Chúng ta hãy tạo các điều kiện đo gần giống với các điều kiện mà các thông số của diode KD212A được đưa ra trong sách tham khảo. Để thực hiện điều này, chúng ta đưa một xung điện áp đa cực có biên độ 1 V vào mô hình diode (Hình 1, Bảng 200) thông qua một điện trở có điện trở 100 Ohms.
Hãy bắt đầu quá trình lập mô hình và xem dòng điện điốt thay đổi như thế nào (Hình 2).
Thật vậy, đồ thị cho thấy sự đột biến đặc trưng của dòng điện theo hướng ngược lại. Thời lượng của nó là thời gian phục hồi ngược lại. Đỉnh hiện tại khi bật diode được giải thích bằng việc sạc lại điện dung rào cản của nó. Dòng điện của mô hình diode được đo bằng ampe và điện áp được đo bằng hàng trăm volt. Để vẽ hai đường cong (dòng điện và điện áp) trên một biểu đồ, điện áp phải được chia cho 100 bằng GPU. Có thể thấy từ biểu đồ rằng thời gian phục hồi ngược là khoảng 33 ns. Kết quả tương ứng với thực tế, mặc dù thời gian phục hồi ngược ít hơn nhiều so với định mức 300 ns. Ở đây nhìn chung vấn đề sử dụng thông tin từ sách tham khảo trong nước để xây dựng mô hình được thể hiện rất rõ ràng. Theo quy định, không thể sử dụng tất cả các tham số được chỉ định “không hơn” hoặc “không kém” để xây dựng các mô hình toán học, vì chúng chủ yếu phản ánh mong muốn của các nhà phát triển là đảm bảo an toàn. Vì vậy, tốt hơn hết bạn nên thử sử dụng các mô hình do các công ty sản xuất tạo ra hoặc thực hiện một số phép đo độc lập. Ví dụ, nếu điốt này được sử dụng trong bộ chỉnh lưu, thì sự hiện diện của những phát xạ như vậy sẽ dẫn đến tiếng ồn chuyển mạch tăng lên. Vấn đề này thường được giải quyết bằng cách kết nối một tụ điện song song với diode (Hình 3).
Hãy xem điều này mang lại điều gì (Hình 4).
Rõ ràng là tình hình đang thay đổi, nhưng không đáng kể. Rõ ràng, lỗi khi chuyển sang trạng thái một chiều có liên quan đến việc sạc lại tụ C1. Nhiệm vụ lập mô hình (Bảng 2) được tạo thành từ hai nhiệm vụ nối tiếp nhau.
Nhiệm vụ thứ hai chỉ đơn giản là một bản sao của nhiệm vụ đầu tiên, sau đó tụ điện C1 được thêm vào, kết nối song song với diode. Việc này rất thuận tiện vì tất cả các biểu đồ sau khi tính toán sẽ được hiển thị đồng thời. ĐẶC ĐIỂM CÔNG SUẤT - ĐIỆN ÁP CỦA MÔ HÌNH VARICAPER Một đặc tính quan trọng khác của diode là sự phụ thuộc của điện dung tiếp giáp pn vào điện áp đặt theo chiều ngược lại. Đối với các thiết bị như varicaps, đây là sự phụ thuộc chính. Hãy xây dựng đặc tính điện dung-điện áp cho mô hình biến thiên 2V104A. Chúng ta hãy áp dụng cho mô hình diode (Hình 5) một điện áp có biên độ 10 V, tăng tuyến tính với tốc độ 50 V/μs, đặt theo hướng ngược lại. Trong trường hợp này, điểm nối p-n sẽ đóng và dòng điện chạy qua diode, do điện trở ngược rất lớn, thực tế sẽ hoàn toàn là điện dung và sẽ được xác định theo phương trình ld=CdV'(t), trong đó V'( t) là tốc độ tăng điện áp (10 V /μs=107 V/s).
Hãy giải phương trình này cho Сд, chúng ta nhận được Сд=Iд/V'(t). Từ đây ta có công thức tính điện dung diode: CD = Id/107. Hoặc cuối cùng, có tính đến thứ nguyên, SD(pF) = 0,1Id(μA). Hãy tạo và chạy một tác vụ mô hình hóa (Bảng 3), sau đó xem dòng điốt thay đổi như thế nào theo thời gian (Hình 6).
Dòng điện sẽ rất nhỏ và để nhìn thấy nó đồng thời với điện áp, giá trị của nó phải được nhân với GPU với 1000. Vì sự phụ thuộc của điện áp đặt vào thời gian là tuyến tính nên chúng tôi thay thế thời gian trên Trục X với nguồn điện áp V1. Sau đó, chúng ta chia các giá trị hiện tại cho 10. Kết quả là, chúng ta thu được đặc tính điện dung-điện áp của diode (Hình 7), trong đó dọc theo trục, giá trị hiện tại tính bằng microamper sẽ bằng số với điện dung diode tính bằng picofarads .
Sách tham khảo [1] nói rằng với điện áp ngược 4 V, điện dung của biến tần nằm trong khoảng từ 90 đến 120 pF. Theo biểu đồ của mô hình, chúng ta nhận được 108 pF. Và điều này cho thấy rằng mô hình đang nghiên cứu tương ứng với các đặc tính của một biến thể thực trong tham số này. ĐẶC ĐIỂM BÃO HÒA CỦA MÔ HÌNH TRANSISTOR Lưỡng CỰC Khi thiết kế công tắc không tiếp xúc, điều quan trọng là phải biết các đặc tính chế độ bão hòa của bóng bán dẫn. Các tham số này có tính chất quyết định cho việc lựa chọn bóng bán dẫn chuyển mạch trong bộ biến đổi xung và thiết bị chuyển mạch tải. Để một thiết bị như vậy có hiệu quả cao. Bóng bán dẫn chuyển mạch phải ở trạng thái Mở hoàn toàn hoặc Đóng hoàn toàn và chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác càng nhanh càng tốt. Ở trạng thái mở hoàn toàn, bóng bán dẫn phải bão hòa. Công suất tiêu tán trên nó được xác định bởi tích của dòng điện thu và điện áp bão hòa của phần cực thu-phát ở dòng thu nhất định, cộng với một số công suất bổ sung được xác định bởi dòng cơ sở, cần thiết để duy trì bóng bán dẫn ở trạng thái bão hòa tình trạng. Nó bằng tích của điện áp bão hòa cơ sở và dòng điện cơ sở. Đôi khi năng lượng bổ sung dành cho việc điều khiển bóng bán dẫn là khá đáng kể. Đây là một nhược điểm đáng kể của bóng bán dẫn lưỡng cực. Trong sách tham khảo, điện áp bão hòa được giải thích một cách mơ hồ. Thông thường, nó được biểu thị ở một dòng cơ sở và dòng thu nhất định, hoặc biểu đồ điện áp bão hòa (Ukenas và Ubenas) được đưa ra trên dòng cơ sở ở dòng thu cố định hoặc sự phụ thuộc của Ukenas và Ubenas vào dòng thu được vẽ bằng độ bão hòa hệ số Knas = 10 đối với bóng bán dẫn công suất thấp (đối với bóng bán dẫn công suất cao - Knas = 2). Hãy vẽ biểu đồ sự phụ thuộc của điện áp bão hòa cực thu-cực phát và cực phát vào dòng cơ sở cho mô hình bóng bán dẫn lưỡng cực mạnh KT838A, được sử dụng rộng rãi trong các nguồn điện thứ cấp dạng xung, các thông số của nó chủ yếu phụ thuộc vào các chỉ số chất lượng của chuyển mạch bóng bán dẫn. Sách tham khảo [2] cho biết các thông số của nó: Ubenas (tại Ik=4,5 A; Ib=2 A) - không quá 1,5 V; Ukenas (ở Ik=4,5 A; Ib=2 A; T=+25 ° C) - không quá 1,5 V; Ukenas (tại Ik=4,5 A; Ib=2 A; T=-45 °C và T=+100 °C) - không quá 5 V. Sử dụng sơ đồ đo lường (Hình 8, Bảng 4), chúng tôi tính toán các phụ thuộc này.
Kết quả thu được (Hình 9) không mâu thuẫn với dữ liệu tham khảo. Rõ ràng, điện áp cực thu-bộ phát tăng mạnh cùng với sự giảm dòng điện cơ sở là do bóng bán dẫn rời khỏi chế độ bão hòa.
Bây giờ chúng ta sẽ vẽ đồ thị sự phụ thuộc của điện áp bão hòa cực thu-cực phát và cực phát của các mẫu bóng bán dẫn lưỡng cực mạnh KT838A và KT8121A2 hiện đại hơn vào dòng cực thu ở hệ số bão hòa cố định là hai. Thật không may, trong sách tham khảo [2] về bóng bán dẫn KT838A không có đặc tính đó, nhưng có đặc điểm đó cho KT8121A2. Hãy so sánh các mô hình bóng bán dẫn dựa trên chỉ số này. Sử dụng mạch đo (Hình 10), chúng tôi lấy tỷ lệ giữa dòng điện thu và dòng cơ sở bằng 1, sử dụng nguồn dòng phụ thuộc được điều khiển bởi dòng điện F0,5 với hệ số truyền là XNUMX.
Điều khiển sẽ là dòng điện qua nguồn điện áp V1 có điện áp bằng 1 (đây là yêu cầu của PSpice). Bằng cách thay đổi dòng điện nguồn I0,1 trong khoảng từ 10 đến 0,05 A (và do đó, dòng điện cơ sở từ 5 đến XNUMX A), chúng tôi tính toán được điện áp ở đế và bộ thu của bóng bán dẫn sẽ thay đổi như thế nào. Hãy sử dụng các khả năng của lệnh .DC cho việc này. Nhiệm vụ mô hình hóa (Bảng 5) bao gồm hai nhiệm vụ, được kết nối nối tiếp nhau, cho bóng bán dẫn KT838A và KT8121A2. Trong trường hợp này, các đặc điểm của cả hai thiết bị sẽ xuất hiện đồng thời trên một màn hình (Hình 11).
Từ biểu đồ, rõ ràng bóng bán dẫn KT8121A2 có đặc tính ở chế độ bão hòa tốt hơn KT838A. Với dòng điện thu 4,5 A, điện áp bão hòa của bộ thu-phát KT838A là khoảng 2,1 V và KT8121A2 khoảng 0,5 V. Vì vậy, để xây dựng các công tắc mạnh, tốt nhất nên sử dụng bóng bán dẫn KT8121A2, vì nó sẽ tiêu tan giảm năng lượng. ĐẶC ĐIỂM VOLT-AMP CỦA MÔ HÌNH TRANSISTOR TRƯỜNG ĐIỆN Nhiều nguồn in khác nhau và Internet cung cấp rất nhiều bảng tương tự của bóng bán dẫn trong nước và nhập khẩu. Một câu hỏi khá rõ ràng được đặt ra - liệu có thể sử dụng các mô hình tương tự, đặt cho chúng tên của các bóng bán dẫn trong nước không? Trong bảng Hình 6 cho thấy các bóng bán dẫn hiệu ứng trường công suất cao tương tự được nhập khẩu. Bảng này rất tốt vì có thể tìm thấy các mô hình tương tự trong thư viện OrCAD-9.2. Các bóng bán dẫn như vậy chủ yếu được sử dụng trong việc chuyển đổi nguồn điện cho TV, VCR và màn hình.
Tác giả quan tâm đến bóng bán dẫn KP805A vì bóng bán dẫn BUZ2541 trong bộ nguồn của TV SONY KV-E90 của ông bị lỗi. Chúng ta hãy thử so sánh ít nhất xấp xỉ các thông số chính của KP805A với các đặc điểm của các mẫu tương tự được nhập khẩu từ bảng. Mô hình bóng bán dẫn MTP6N60E được tìm thấy trên trang web tntusoft, mô hình bóng bán dẫn BUZ90 được tìm thấy trong thư viện siemens.lib và bóng bán dẫn IRFBC40 được tìm thấy trong thư viện pwmos.lib. Mặc dù thực tế là các bóng bán dẫn được trình bày trong bảng dưới dạng tương tự, nhưng mô hình của chúng trông rất khác nhau. Các mô hình bóng bán dẫn MTP6N60E và BUZ90 được biểu diễn bằng các mô hình vĩ mô rất phức tạp (Hình 12, Hình 13), và mô hình bóng bán dẫn IRFBC40 là đơn giản nhất, được xây dựng trên cơ sở mô hình tích hợp sẵn. Đồng thời, hãy xem điều này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến các thông số của chúng.
Đầu tiên, chúng ta sẽ xây dựng một nhóm đặc tính dòng điện-điện áp đầu ra của các mô hình của các bóng bán dẫn này được kết nối trong một mạch có nguồn chung (Hình 14).
Đặc tính đầu ra của bóng bán dẫn hiệu ứng trường là sự phụ thuộc của dòng thoát vào điện áp thoát ở điện áp cổng cố định. Một nhóm đặc tính đầu ra được hình thành bằng cách vẽ đồ thị cho một số giá trị điện áp cổng. Hãy tạo một tác vụ mô hình hóa (Bảng 7) và khởi chạy nó. Khi điện áp cổng thay đổi, đường cong sẽ thay đổi theo cách đặc trưng (Hình 15 - 17), tạo thành một nhóm các tham số đầu ra.
Để vẽ đồ thị đặc tính của các Transistor khác nhau, bạn thao tác với dấu “*” (dấu hoa thị) trong chương trình tại các đường kết nối của mô hình Transistor. So sánh các phụ thuộc, có thể nhận thấy mô hình bóng bán dẫn MTP6N60E có độ lợi thấp hơn (ít nhất hai lần) và phản ánh hiện tượng đánh thủng điện ở mức điện áp quy định Uci max = 600 V, còn ở mô hình bóng bán dẫn IRFBC40 hiện tượng chập điện. sự cố không xuất hiện. Xét về khía cạnh hiện tượng đánh thủng điện, mô hình thứ nhất phù hợp với thực tế hơn. Tuy nhiên, còn quá sớm để nói rằng mô hình của các bóng bán dẫn này cung cấp các đặc tính tương tự. Điểm chung duy nhất của chúng là với dòng điện khai báo Ic = 6 A và điện áp U3i = 10 V, giá trị điện áp nguồn thoát của chúng xấp xỉ bằng nhau, lên tới khoảng 6 V đối với MTP60N5,6E và khoảng 40 V đối với MTP5,8NXNUMXE. cho IRFBCXNUMX. Mô hình bóng bán dẫn BUZ90 từ thư viện siemens.lib dường như không thành công lắm và thường được tính toán khi điện áp tiêu hao chỉ thay đổi đến 100 V. Nếu bạn mở rộng khoảng vượt quá 120 V, thì không thể đạt được các đặc tính đầu ra bình thường (Hình . 17) và quá trình tính toán rất kéo dài theo thời gian. Và điều này bất chấp thực tế là mô hình này được đưa vào thư viện độc quyền siemens.lib, đi kèm với bản phân phối OrCAD. Việc áp dụng mô hình như vậy trong tương lai có thể dẫn đến các vấn đề trong việc đạt được kết quả. Thông thường, người ta phải tin tưởng vào các thư viện độc quyền, vì vậy sẽ không dễ dàng để giải thích hành vi của thiết bị mô phỏng. Điều này gợi ý kết luận rằng bất kỳ mô hình nào, thậm chí từ một nguồn đáng tin cậy, đều phải được kiểm tra trước khi sử dụng. Bây giờ chúng ta hãy vẽ đồ thị đặc tính chuyển tiếp của các bóng bán dẫn MTP6N60E, IRFBC40, BUZ90. Sơ đồ đo được thể hiện trong Hình. 14, và nhiệm vụ lập mô hình nằm trong bảng. số 8.
Chúng ta hãy phân biệt các phụ thuộc này và thu được biểu đồ thay đổi độ dốc (Hình 18 - 20).
Ở dòng điện 2 A, chúng ta có S(MTP6N60E) = 3000 mA/V; S(IRFBC40)=2040 mA/V; S(BUZ90)=2050 mA/V. Theo sách tham khảo [2], KP805A có độ dốc đặc trưng là 2500 mA/V. Các giá trị có vẻ gần nhau. Nhưng đây chỉ là tại một thời điểm! Những kết luận nào có thể được rút ra từ điều này? Đánh giá dựa trên đặc tính dòng điện-điện áp của các mẫu bóng bán dẫn MTP6N60E, IRFBC40, BUZ90, khó có thể cho rằng đây là những thiết bị giống nhau. Tuy nhiên, kinh nghiệm thực tế về việc thay thế trong quá trình sửa chữa thiết bị xác nhận khả năng thay thế lẫn nhau của chúng trong việc chuyển đổi nguồn điện. Đối với việc sử dụng các mô hình tương tự làm mô hình của bóng bán dẫn trong nước KP805A, điều này không thể được thực hiện trực tiếp vì có sự khác biệt đáng kể về đặc tính dòng điện-điện áp của chúng. Các mô hình bóng bán dẫn MTP6N60E và IRFBC40 hóa ra có chức năng và nhìn chung phản ánh các đặc tính của một số bóng bán dẫn MOSFET công suất điển hình và phù hợp để mô hình hóa. Đó là những mô hình thành công nhất của họ, có thể được sử dụng làm nguyên mẫu trong tương lai để tạo ra các mô hình bóng bán dẫn hiệu ứng trường trong nước. Cách đơn giản nhất là chọn các tham số của mô hình, sau đó kiểm tra và so sánh với các đặc tính của thiết bị thực từ sách tham khảo đáng tin cậy. Một mô hình đơn giản của KP805A (sử dụng mô hình IRFBC40 làm nguyên mẫu) có thể được tạo bằng chương trình PART MODEL EDITER có trong gói OrCAD. Và nếu bạn cũng tính đến sự cố điện bằng cách kết nối một diode, bạn sẽ có được một mô hình hoàn toàn “khả thi”. SỰ PHỤ THUỘC TRỞ LẠI KÊNH CỦA MÔ HÌNH TRANSISTOR TRƯỜNG VÀO ĐIỆN ÁP CỔNG Bằng cách tương tự với ví dụ trước, chúng ta sẽ xây dựng các đặc tính dòng điện-điện áp đầu ra của bóng bán dẫn KP312A (Hình 21, Bảng 9). Từ biểu đồ, rõ ràng là các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có vùng điện trở được kiểm soát rất đối xứng so với 2 ở điện áp thoát thấp |Uс |<|Uс us | /XNUMX.
Các kênh bán dẫn hiệu ứng trường hoạt động gần giống như các điện trở tuyến tính, điện trở của nó phụ thuộc vào điện áp cổng. Nếu cực tính của điện áp thoát bị đảo ngược thì độ tuyến tính của điện trở không bị ảnh hưởng. Do đó, trên bóng bán dẫn hiệu ứng trường, có thể lắp đặt một điện trở điều khiển bằng điện thay đổi hoạt động bằng dòng điện một chiều và xoay chiều. Tính chất thú vị này thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động khác nhau. Tuy nhiên, cần nhớ rằng đối với các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có điểm nối p-n điều khiển, phải đáp ứng điều kiện |Uзi|<|Uсi |+0,5 V, nếu không, khi tiếp xúc với điện áp thoát ngược, phần của điểm nối p-n điều khiển gần đó. cống sẽ mở đến mức một dòng điện cổng chuyển tiếp đáng kể sẽ chạy vào mạch thoát nước, vi phạm tính tuyến tính của điện trở. Điện áp chuyển tiếp qua điểm nối silicon pn, không vượt quá 0,5 V, không tạo ra dòng điện chuyển tiếp đáng kể. Về vấn đề này, sự phụ thuộc của điện trở kênh bóng bán dẫn vào điện áp cổng là điều đáng quan tâm. Hãy xây dựng nó. Điểm đặc biệt của thí nghiệm như vậy là đồ thị điện trở của kênh bóng bán dẫn hiệu ứng trường không thể được hiển thị trực tiếp trên màn hình của bộ xử lý hậu đồ họa PSpice, nhưng có thể thu được điện tương đương của nó. Để có được điện trở, bạn cần chia điện áp thoát cho dòng thoát RDS=UD(J2)/ID(J2). Phương pháp này rất phổ biến và có thể được sử dụng để đo điện trở trong các mô hình khác, bao gồm cả mô hình vĩ mô. Vì vậy, bạn sẽ cần một bộ chia điện áp có chức năng A/V và bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp. Bây giờ hãy vẽ sơ đồ đo lường (Hình 22). Bộ chuyển đổi dòng điện, được chế tạo trên cơ sở nguồn điện áp được điều khiển bởi dòng điện H1 (INUT), được kết nối với đầu vào đo song song với nguồn điện áp bằng 1, được kết nối với mạch thoát nước của bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Đây là yêu cầu của PSpice khi đo dòng điện. Bằng cách thay đổi điện áp ở cổng (nguồn điện áp V3) và đặt các giá trị điện áp khác nhau ở cực máng (nguồn điện áp V312), chúng ta thu được họ đặc tính điện trở kênh tương ứng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường KPXNUMXA (đầu ra của A/ Bộ chia điện áp V).
Khi lập một tác vụ mô hình hóa (Bảng 10), chúng ta sẽ thiết kế bộ chia (Hình 23) dưới dạng một mô hình macro riêng biệt .SUBCKT DIVIDE A B A/B, trong đó A và B là đầu vào của bộ chia; A/B là đầu ra của nó. Điều này sẽ cho phép bộ chia được tái sử dụng trong các thí nghiệm khác nhau trong tương lai.
Chúng tôi sẽ đo điện trở ở chế độ phân tích nhất thời theo chỉ thị .TRAN. Trong trường hợp này, điện áp của nguồn V1 và theo đó, dòng tiêu hao của bóng bán dẫn sẽ tăng tỷ lệ thuận với thời gian. Điện áp thoát theo chỉ thị .STEP V3 LIST -0.5 0.5 1 1.5 2 sẽ thay đổi theo danh sách được chỉ định trong đó trong vùng điện trở được điều khiển (xem Hình 21). Chúng ta đặt điện áp tiêu hao vào đầu vào A của bộ chia và điện áp từ đầu ra IUT, tỷ lệ với dòng thoát, đến đầu vào B. Ở đầu ra của bộ chia, chúng ta thu được điện áp tỷ lệ với điện trở của bóng bán dẫn hiệu ứng trường kênh. Trong trường hợp này, điện áp tính bằng volt tương ứng với điện trở tính bằng ohm và tính bằng kilovolt tương ứng với điện trở tính bằng kiloohms. Bằng cách chạy tác vụ lập mô hình, chúng tôi có được nhóm đặc điểm cần thiết (Hình 24).
Các biểu đồ cho thấy điện trở kênh tăng khi điện áp cổng tiến gần đến điện áp cắt, đối với mô hình này là -5 V. Và điều này có thể hiểu được vì bóng bán dẫn sẽ tắt. Trong phạm vi từ 0 đến -1,5 V, có thể xác định được phần thay đổi điện trở tương đối tuyến tính. Điện áp thoát cũng ảnh hưởng đến điện trở kênh; khi điện áp thoát tăng, nó sẽ tăng. Điều này phù hợp tốt với các đặc tính lý thuyết và thực tiễn của bóng bán dẫn hiệu ứng trường [3, 4]. Trong một số sách tham khảo, thay vì biểu đồ điện trở, người ta đưa ra sự phụ thuộc độ dẫn điện. Rõ ràng, nếu hoán đổi đầu vào A và B của bộ chia, chúng ta sẽ có được đồ thị độ dẫn điện. SỰ PHỤ THUỘC TRỞ LẠI KÊNH CỦA MÔ HÌNH TRANSISTOR TRƯỜNG TRƯỜNG VÀO DÒNG CỐNG Sử dụng thí nghiệm trước, chúng ta sẽ vẽ đồ thị sự phụ thuộc của điện trở kênh của mô hình bóng bán dẫn hiệu ứng trường vào dòng thoát. Hãy vẽ một sơ đồ đo lường thích hợp (Hình 25). Ở đây mọi thứ đều giống như trong trường hợp trước, chỉ có điều chúng ta sẽ đưa một nguồn có dòng điện I1 tăng tuyến tính vào mạch thoát nước.
Các phép đo điện trở được thực hiện ở chế độ phân tích nhất thời theo chỉ thị .TRAN. Trong trường hợp này, dòng điện của nguồn hiện tại I1 và theo đó, dòng tiêu hao của bóng bán dẫn hiệu ứng trường sẽ tăng tỷ lệ thuận với thời gian. Tất nhiên, điện áp xả cũng sẽ thay đổi. Hãy đặt điện áp thoát cho đầu vào A của bộ chia và điện áp từ đầu ra của INUT, tỷ lệ với dòng thoát, đến đầu vào B. Ở đầu ra của bộ chia, chúng ta có điện áp tỷ lệ với điện trở của trường- kênh bán dẫn hiệu ứng. Điện áp tính bằng volt tương ứng với điện trở tính bằng ohm và tính bằng kilovolt tương ứng với điện trở tính bằng kiloohms. Sau khi khởi động nhiệm vụ lập mô hình (Bảng 11), chúng ta thu được các đường cong (Hình 26) - đây là kết quả mong muốn.
Từ biểu đồ, có thể thấy rằng khi điện áp đóng ở cổng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường tăng lên, điện trở kênh sẽ tăng lên, rõ ràng là như vậy. Hơn nữa, trong dải điện áp cổng từ 0 đến -0,5 V, nó thực tế không phụ thuộc vào điện áp thoát, do đó, kênh bóng bán dẫn hiệu ứng trường trong các điều kiện như vậy hoạt động giống như một điện trở tuyến tính. ĐẶC ĐIỂM TIẾNG ỒN CỦA TRANSISTOR TRƯỜNG Khi thiết kế các thiết bị khuếch đại, điều quan trọng là phải xem xét các đặc tính nhiễu của các thành phần, vì sau khi khuếch đại cần phải đạt được tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm tốt. Được biết, nguyên nhân gây ra tiếng ồn chủ yếu đến từ các phần tử hoạt động. Tiếng ồn của thiết bị khuếch đại sẽ thấp nếu thiết bị hoạt động ít ồn nhất được lắp đặt ở giai đoạn đầu tiên. Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường thường được sử dụng cho những mục đích này. Nhiễu nội tại của bóng bán dẫn hiệu ứng trường có thể được chia thành nhiễu nhiệt, nhiễu dư thừa và nhiễu bắn. Nhiễu nhiệt được gây ra bởi sự chuyển động hỗn loạn của các hạt mang điện, tạo ra sự dao động về dòng điện và điện áp. Ở tần số hoạt động trung bình của bóng bán dẫn hiệu ứng trường, nguồn nhiễu này là nguồn chính. Tiếng ồn quá mức (hoặc tiếng ồn 1/f) chiếm ưu thế ở tần số thấp và tăng cường độ gần như nghịch đảo với tần số. Nguồn gốc của tiếng ồn này là những thay đổi cục bộ tùy ý về tính chất điện của vật liệu và trạng thái bề mặt của chúng. Nó phần lớn phụ thuộc vào sự hoàn thiện của công nghệ và chất lượng của nguồn nguyên liệu, nhưng về nguyên tắc không thể loại bỏ hoàn toàn. Trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường hiện đại có tiếp giáp p-n điều khiển, nhiễu quá mức chỉ vượt quá nhiễu nhiệt ở tần số dưới 100 Hz; trong bóng bán dẫn MOS, nó mạnh hơn và bắt đầu biểu hiện rõ rệt ở tần số dưới 1 ... 5 MHz. Tiếng ồn bắn được tạo ra bởi dòng rò cổng. Trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường, nó tương đối nhỏ nên thường không được tính đến, nhưng ở tần số cao, khi điện dung cổng bắt đầu đóng một vai trò quan trọng, nó có thể được chú ý. Hãy đưa ra một ví dụ về so sánh đặc tính nhiễu của các mô hình bóng bán dẫn hiệu ứng trường với điểm nối pn điều khiển: J2N3824 của Nhật Bản và KP312A trong nước. Trong mạch đo (Hình 27), bóng bán dẫn được kết nối với một nguồn chung và hoạt động trên một tải có điện trở 1 kOhm.
Sử dụng khả năng của các lệnh .AC và .NOISE, chúng ta sẽ lập một nhiệm vụ mô hình hóa (Bảng 12), với sự trợ giúp của nó, chúng ta sẽ tính toán mật độ phổ của điện áp nhiễu đầu ra Su out(f), V2/Hz.
Từ biểu đồ (Hình 28), có thể thấy rõ rằng các bóng bán dẫn có đặc tính nhiễu tương tự nhau, do đó, theo quan điểm này, bóng bán dẫn KP312A là sự thay thế hoàn toàn cho J2N3824.
Khi tính toán mức ồn bên trong, tên các biến đầu ra có dạng chuẩn:
Trong Probe, căn bậc hai của điện áp nhiễu bên trong và mật độ phổ dòng điện được xuất ra dưới dạng V(INOISE), I(INOISE), V(ONOISE). Để vẽ cả hai đường cong trên một biểu đồ, cách dễ nhất là đặt hai nhiệm vụ lần lượt vào một nhiệm vụ lập mô hình bằng cách sao chép qua bộ đệm và chèn tên của mô hình quan tâm vào từng phần. ĐẶC ĐIỂM ĐIỆN ÁP ĐẦU RA CỦA BSIT MOSFET có các đặc tính gần như lý tưởng cho một công tắc nên chúng được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, trong các thiết bị chuyển đổi nguồn hiện đại, yêu cầu đối với thiết bị chuyển mạch rất nghiêm ngặt. Chúng phải hoạt động ở tần số cao, dòng điện cao và tiết kiệm. Nhược điểm chính của MOSFET là điện áp nguồn xả cho phép tương đối thấp. Ngoài ra, điện trở của một bóng bán dẫn mở tăng tỷ lệ với bình phương của điện áp này. Các ví dụ điển hình nhất về bóng bán dẫn hiệu ứng trường điện áp cao mạnh mẽ có điện áp bão hòa ở dòng điện định mức vài volt, tương ứng, chúng sẽ tiêu hao nhiều năng lượng hơn. Về mặt này, bóng bán dẫn lưỡng cực vượt trội hơn đáng kể so với bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Tất nhiên, nảy sinh ý tưởng kết hợp các đặc tính của các thiết bị này trong một vỏ. Kết quả là một bóng bán dẫn lưỡng cực có điều khiển MOS đã được tạo ra, được gọi là IGBT (Transitor lưỡng cực có cổng cách điện). Trong tài liệu trong nước, nó được gọi là BSIT - bóng bán dẫn cảm ứng tĩnh lưỡng cực. Về mặt cấu trúc, BSIT là một bóng bán dẫn lưỡng cực được điều khiển bởi bóng bán dẫn MOS điện áp thấp (Hình 29). Kết quả là một thiết bị kết hợp các ưu điểm của bóng bán dẫn hiệu ứng trường và lưỡng cực. BSIT thực tế không có dòng điện đầu vào; chúng có đặc tính động tuyệt vời lên đến tần số 20...50 kHz. Tổn thất trong chúng tăng theo tỷ lệ với dòng điện chứ không phải bình phương của dòng điện như với các bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Điện áp tối đa trên bộ thu BSIT chỉ bị giới hạn bởi sự cố công nghệ.
Ngày nay họ sản xuất BSIT với điện áp định mức từ 2000 V trở lên. Ở dòng điện định mức, điện áp bão hòa của chúng không vượt quá 2...3 V. Trong bảng. Hình 13 thể hiện đặc tính điện của một số bóng bán dẫn BSIT thông dụng, còn dòng cuối cùng để so sánh là thông số của bóng bán dẫn hiệu ứng trường mạnh BUZ384.
Chúng ta hãy xây dựng một nhóm đặc tính đầu ra của các mô hình bóng bán dẫn cảm ứng tĩnh lưỡng cực APT30GT60 và bóng bán dẫn hiệu ứng trường mạnh BUZ384: Trong bộ lễ phục. 30, 31 thể hiện sơ đồ đo và bảng. 14, 15 thể hiện nội dung của nhiệm vụ lập mô hình. Điện áp cổng của bóng bán dẫn là một tham số hình thành nên nhóm đặc tính dòng điện-điện áp. Nó được thay đổi trong phạm vi từ 4,5 đến 6 V theo các bước 0,5 V và điện áp ở bộ thu (và theo đó là cống) nằm trong khoảng từ 0 đến 50 V.
Kết quả là chúng ta thu được các đặc tính đầu ra của mô hình BSIT APT30GT60 (Hình 32) và mô hình bóng bán dẫn hiệu ứng trường BUZ384 (Hình 33).
Các biểu đồ cho thấy các mô hình thực sự phản ánh các đặc tính của thiết bị thực và chứng minh tính ưu việt của BSIT so với các bóng bán dẫn hiệu ứng trường khi cả hai thiết bị hoạt động ở chế độ chuyển mạch. Vì vậy, ở dòng điện 10 A, điện áp bão hòa cho APT30GT60 BSIT là khoảng 2,4 V và đối với bóng bán dẫn hiệu ứng trường BUZ384 - 5,6 V. Các giá trị khác nhau tương ứng khoảng 2,3 lần ở trạng thái mở tại dòng điện 10 A, bóng bán dẫn APT30GT60 sẽ tiêu hao điện năng ít hơn 2,3 lần. ĐẶC ĐIỂM CHUYỂN ĐỔI CỦA BSIT Thông thường, các bóng bán dẫn cảm ứng tĩnh điện lưỡng cực được sử dụng để hoạt động ở chế độ chuyển mạch. Hãy kiểm tra (Hình 34) cách nó hoạt động với tải cảm ứng.
Chúng ta sẽ áp dụng một xung hình thang có mặt trước dốc và giảm nhẹ cho đầu vào. Nhiệm vụ mô hình hóa được đưa ra trong bảng. 16 và kết quả được thể hiện ở Hình 35. XNUMX.
Các biểu đồ thu được một lần nữa xác nhận rằng nên chọn một bóng bán dẫn vận hành tải cảm ứng với điện áp dự trữ. TẠO MÔ HÌNH THÀNH PHẦN LÒ VI SÓNG Các mô hình PSpice của linh kiện điện tử có thể được chia thành tĩnh và động, tần số thấp và tần số cao, dành cho tín hiệu nhỏ và lớn. Việc phân loại như vậy giúp tổ chức một loạt các mô hình có thứ bậc khác nhau về chi phí tính toán và cho phép chuyển đổi từ mô hình này sang mô hình khác trong quá trình lập mô hình. Rõ ràng, chính xác và phổ biến nhất trong loạt bài này là mô hình tần số cao động của tín hiệu lớn. Các mô hình động của tín hiệu lớn được mô tả bằng các phương trình phi tuyến và yêu cầu tăng thời gian tính toán trên máy tính. Trong PSpice, các mô hình như vậy được sử dụng chủ yếu để tính toán các chế độ DC và phân tích các quá trình nhất thời. Các mô hình cho tín hiệu nhỏ đơn giản hơn nhiều. Chúng được mô tả bằng phương trình tuyến tính. Chúng thường được sử dụng trong các phép tính dưới ảnh hưởng của mức tăng tín hiệu nhỏ, khi đặc tính I-V của thiết bị có thể được coi là tuyến tính trong vùng lân cận điểm vận hành. Trong PSpice, các mô hình như vậy được sử dụng để tính toán miền tần số, cũng như các hàm truyền và độ nhạy DC tín hiệu nhỏ. Các mô hình PSpice tích hợp của các thành phần thụ động và chủ động - mô hình tín hiệu lớn động. Chúng có giá trị ở tần số không cao lắm. Tuy nhiên, những người yêu thích vô tuyến từ lâu đã thành thạo phạm vi vi sóng, vì vậy việc học cách tạo ra các mô hình gồm các thành phần rời rạc “hoạt động” ở tần số cao hơn - mô hình động tần số cao của tín hiệu lớn là khá hợp lý. Việc tính toán ở tần số trên 100 MHz yêu cầu tính đến các hiệu ứng ký sinh khác nhau (độ tự cảm đạo trình, điện dung chân nối tiếp, v.v.). Đối với các điện trở rời có điện trở thấp, điều đầu tiên cần quan tâm là độ tự cảm của dây dẫn. Theo phép tính gần đúng đầu tiên, nó có thể được tính bằng công thức Lв=2h[In(4h/d)-0,75], trong đó h và d lần lượt là chiều dài và đường kính của dây dẫn, tính bằng cm, Lв là độ tự cảm của chì, tính bằng nH. Thông thường trong tính toán, người ta giả định rằng độ tự cảm tuyến tính của dây dẫn xấp xỉ bằng 1 nH/mm. Ở tần số trên 200 MHz, điện kháng cảm ứng của các chân lớn hơn 10 ohm, điều này có thể đáng kể nếu giá trị danh nghĩa của điện trở nhỏ. Đối với điện trở có điện trở cao, điện dung giữa các cực St có ảnh hưởng nghiêm trọng đến các thông số. Mô hình tần số cao hoàn chỉnh của điện trở rời rạc được hiển thị trong Hình 36. XNUMX. Trong điện trở màng của mạch lai và trong điện trở khuếch tán của mạch tích hợp ở tần số cao, phải tính đến điện dung ký sinh. Nếu một điện trở khuếch tán được cách ly bởi một điểm nối pn thì đây là điện dung phi tuyến của điểm nối cách điện. Trong trường hợp này, ở nhiệt độ cao, cũng có thể cần phải tính đến dòng điện tiếp giáp ngược. Cuối cùng, trong một số trường hợp, các đặc tính chỉnh lưu của đường giao nhau cũng cần được tính đến nếu tại một thời điểm nào đó nó có thể mở ra. Nói đúng ra, ở tần số cao, điện trở hoạt động giống như một đường RC phân tán. Tuy nhiên, khó có thể sử dụng mô hình đường dài nhiều đoạn. Một mô hình rất tốt là mô hình tập trung hình chữ U (Hình 37, 38). Ở đây C là tổng công suất cách nhiệt. Nó được chia thành hai tụ điện có công suất một nửa. Điốt D1 và D2 giống nhau. Diện tích của mỗi chúng bằng một nửa diện tích của tiếp giáp pn cách điện. P - đầu ra chất nền.
Trong các mô hình tần số cao của tụ điện rời rạc, người ta phải tính đến khả năng chống tổn thất r và độ tự cảm của dây dẫn Le, và trong một số trường hợp, khi sử dụng tụ điện trong mạch định thời, cũng phải tính đến khả năng chống rò rỉ Ry (Hình 39) Trong các mạch tích hợp, tụ điện thường được lắp đặt với các tiếp điểm p-n phân cực ngược. Khi mô hình hóa chúng, nên sử dụng mô hình diode. Trong mô hình tần số cao của cuộn cảm rời rạc, cần tính đến điện trở tác dụng của cuộn dây r và điện dung xen kẽ Cv (Hình 40).
Các mô hình bóng bán dẫn tích hợp thường có hiệu lực ở tần số 30...100 MHz. Trong bộ lễ phục. Hình 41 thể hiện mạch tương đương của mô hình tần số cao phi tuyến của bóng bán dẫn lưỡng cực. Ở đây C1-C3, R1-R3 là điện dung tương đương và khả năng chống rò rỉ giữa các cực của bóng bán dẫn. Những phần tử này chỉ được bao gồm nếu bóng bán dẫn được đặt trong vỏ. LE0, LC0, LB0 - độ tự cảm tương đương của các cực tương ứng của bộ phát, bộ thu và đế. Chúng được tính toán bằng công thức trên để tính độ tự cảm ở đầu ra của một điện trở rời rạc.
Ở tần số vài trăm megahertz, ít nhất phải luôn tính đến độ tự cảm LE0, vì ở dòng điện cao, điện trở phát của bóng bán dẫn là tương đương hoặc thậm chí ít hơn. LE và LB, tạo nên các đơn vị nano-henry, là độ tự cảm của các dây dẫn bên trong nối bộ phát và đế với các cực bên ngoài. CCE và CCB - điện dung bên trong giữa các miếng tiếp xúc tương ứng của bộ phát và đế và tiếp điểm của bộ thu. Các mạch tương đương như vậy, có tính đến các hiệu ứng tần số cao, được thiết kế dưới dạng mô hình vĩ mô và được sử dụng thay cho các mô hình thành phần thông thường. Tôi tin rằng những độc giả đã quen với bài viết “Mô hình Pspice cho các chương trình mô hình hóa” trên “Radio” số 5-8 năm 2000 sẽ không gặp khó khăn khi tự mình viết văn bản mô hình vĩ mô của các thành phần đó. Trong bảng Ví dụ 17 cho thấy mô hình vĩ mô của bóng bán dẫn vi sóng NE68135 từ CEL, có hiệu lực ở tần số xấp xỉ 5 GHz.
Văn chương
Tác giả: O. Petrakov, Moscow
Một cách mới để kiểm soát và điều khiển tín hiệu quang
05.05.2024 Bàn phím Primium Seneca
05.05.2024 Khai trương đài quan sát thiên văn cao nhất thế giới
04.05.2024
▪ Bộ ADC 24-bit 256-kênh cho máy chụp cắt lớp ADAS1131 ▪ Điện thoại thông minh Micromax Canvas XP 4G ▪ Ô tô điện trong trường dạy lái xe ▪ Bao tử người được nuôi cấy trong ống nghiệm ▪ Điện tử hoạt động bên trong cơ thể
▪ phần của trang web Bộ khuếch đại tần số thấp. Lựa chọn các bài viết ▪ Bài viết Nhược điểm và khiếm khuyết của tầm nhìn. Bách khoa toàn thư về ảo ảnh thị giác ▪ bài viết phong lữ. Truyền thuyết, canh tác, phương pháp áp dụng ▪ Điều mở! IR! Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện ▪ bài báo Nó không chỉ là về áo mưa. thí nghiệm vật lý
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này