可變R-L-C 元件的SPICE模擬行為建模(圖)
一些仿真器沒有包含lrc元件的abm方程,采用本文所述的簡單子電路,可以根據復雜的分析表達式(包括邏輯表達式)創(chuàng)建無源元件,比如建立非線性電容、時變電阻等。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/22886.htm采用spice仿真電路時,通常需使用可變無源元件,如電阻、電容或電感。如果電源可以從外部控制上述器件的值,自然就可以從中推導出電容和電感的模擬行為建模表達式:非線性行為、隨電流變化而變化的電感等。然而,很少有基于spice的仿真器可適用于無源元件的內嵌方程。為了解決這個問題,本文將介紹可以通過外部電壓源進行器件值調節(jié)的若干無源元件。
最簡單的情況:電阻
歐姆定律(ohm law)指出:電流i通過電阻r時產生電壓v。電阻r保持不變時,電流源i的值為(方程1),其中1和2為電阻終端,如圖1所示。
圖1:電阻可表示成控制電流源
根據這個簡單的方程,在intusoft的isspice和cadence的pspice下均可形成一個可變電阻子電路,方程1中的r將通過ctrl節(jié)點由控制電流源直接施加:
isspice
.subckt varires 1 2 ctrl
r1 1 2 1e10
b1 1 2 i=v(1,2)/(v(ctrl)+1μ)
.ends
pspice
.subckt varires 1 2 ctrl
r1 1 2 1e10
g1 1 2 value = { v(1,2)/(v(ctrl)+1μ) }
.ends
在電流源表達式中,如果控制電壓值v(ctrl)接近于零,1μ值不為零,即(v(ctrl)+1μ)不為零,從而避免被除數被零除。如果v(ctrl)為100kv,則等效電阻為100kω。圖2表示,在子電路上施加一個簡單電阻分壓器,相當于產生一個1ω電阻?,F在,可以為v3建立一個復雜電壓源,并輕松形成非線性關系。
圖2:簡單電阻分壓器施加在電流源上,產生1ω電阻
電容是一個電壓源
與前面介紹的電阻相類似,電容可以用符合下列定律的電壓源表示:(方程2)。也就是說,如果我們對流入等效子電路電容的電流進行積分,并且將它乘以控制電壓v的倒數,即可得到電容的值c = v! 然而,由于變數t不斷變化,所以在spice中不存在積分原函數。因此,應該采用方程2,并且使子電路電流流入 1f電容。通過觀察1f電容上得到的電壓,可以對 ic(t) 進行積分。圖3顯示了建立子電路的方法。
圖3:在1f電容上的積分將影響等效電容的建立
圖4:測試電路采用方波源對10uf電容間歇充電
空電壓源v將電流引入1f電容,在“int”節(jié)點上產生積分電壓,然后,乘以ctrl 節(jié)點電壓的倒數,就可以模擬可變電容。圖5顯示了用實際電容和可變電容得到的電壓和電流。兩個圖表之間沒有區(qū)別。
圖5:可變電容模型和標準電容模型產生相似的波形
下面是isspice 和pspice中的模型:
isspice
.subckt varicap 1 2 ctrl
r1 1 3 1u
vc 3 4
bc 4 2 v=(1/v(ctrl))*v(int)
bint 0 int i=i(vc)
cint int 0 1
.ends
pspice
.subckt varicap 1 2 ctrl
r1131u
vc34
ec42value={(1/v(ctrl))*v(int)}
gint 0 int value = { i(vc) }
cint int 0 1
rint int 0 1g
.ends
對測試也進行了交流分析,證實模型在頻域內可以正常工作。
電感是一個電流源
如果對電感施加電壓,它將保持安培匝數恒定,相當于一個真正的電流源,這就是對可變電感建模的方法。根據楞次定律(lenz law),可以得出:
圖6:等效l子電路
方程6表明,需要對等效電感上的電壓積分,并將它除以控制電壓,得出模擬l。圖6是等效子電路示意圖:
將端子電壓轉換為電流,然后在等效電流中插入1f電容,可以得到電壓積分。子電路網表如下所示。
isspice
.subckt varicoil 1 2 ctrl
bc 1 2 i=v(int)/v(ctrl)
bint 0 int i=v(1,2)
cint int 0 1
.ends
pspice
.subckt varicoil 1 2 ctrl
gc12value={v(int)/v(ctrl)}
bgint 0 int value={ v(1,2) }
cint int 0 1
rint int 0 1g
.ends
圖7:采用等效電感的測試電路
可以輕易地通過調整lc濾波器進行復雜的交流分析。如果我們仿真圖7,將會得到圖8的波形,與圖5中的波形類似。
圖8:模擬等效l子電路,得出電容結果的雙重波形
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