ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренный в данной книге лабораторный практикум по исследованию характеристик и параметров аналоговых устройств на основе инфор- мационно-телекоммуникационных технологий открывает широкие перспективы для использования технологий e-learning в подготовке специалистов технического профиля. Данные технологии позволяют более гибко формировать индивидуальную траекторию обучения студента за счет удаленного доступа по сети Internet практически с любого компьютера к лабораторным макетам и установкам.

Информацию о вводе в эксплуатацию новых АПК УД и их краткую характеристику можно найти в разделе «Новости» сетевой лаборатории [www.alpsib.ru], а в перспективе – и в разделе «Новости» создаваемого портала, в который можно будет зайти через адрес указанной сетевой лаборатории.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-143-

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Пасынков, В. В. Полупроводниковые приборы : учеб. для вузов / В. В. Пасынков, Л. К. Чиркин. – 5-е изд., испр. – СПб. : Изд-во «Лань», 2001. – 480 с.

2.Опадчий, Ю. Ф. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс) : учеб. / Ю. Ф. Опадчий, О. П. Глудкин, А. И. Гуров ; ред. О. П. Глудкин. – М. : Горячая линия – Телеком, 2000. – 768 с.

3.Красько, А. С. Схемотехника аналоговых электронных устройств : учеб. пособие / А. С. Красько. – Томск, 2005. – 178 с.

4.Долгих, Э. А. Основы применения CALS-технологий в электронном

приборостроении : учеб. пособие / Э. А. Долгих, А. В. Сарафанов, С. И. Трегубов. – Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2005. – 137 с.

5. Измерения и автоматизация. Каталог. – National Instruments Corp.,

2007.

6.Суранов, А. Я. LabVIEW 7 : справ. по функциям / А. Я. Суранов. – М. :

ДМК Пресс, 2005. – 512 с.

7.Применение информационно-коммуникационных технологий в образовании : учеб.-метод. пособие / А. В. Сарафанов, А. Г. Суковатый, И. Е. Суковатая и др. – Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2006. – 186 с.

8.Концепция типовых решений при построении автоматизированных лабораторных практикумов с удаленным доступом (на примере дисциплин радиотехнических специальностей) / С. А. Подлесный, А. В. Сарафанов, В. А. Комаров. – Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2005.

9.Латышев, П. Н. Каталог САПР. Программы и производители / П. Н. Латышев. – М. : Солон-Пресс, 2006. – 608 с.– (Системы проектирования).

10.Унифицированная система компьютерной проверки знаний тести-

рованием UniTest.	Версия 2.5.0 : руководство пользователя /	сост. :
А. Н. Шниперов, Б.	М. Бидус. – Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2006. – 80	с.

11. www.alpsib.ru – сетевая лаборатория Сибирского федерального ок-

руга.

12.Степаненко, И. П. Основы микроэлектроники : учеб. пособие для вузов / И. П. Степаненко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Лаборатория базо-

вых знаний, 2001. – 488 с.

13.Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы : справ. // под общ. ред. Н. А. Горюноа. – М. : Энергоиздат, 1987. – 743 с.

14.Жеребцов, И. П. Основы электроники / И. П. Жеребцов. – 5-е изд., перераб. и доп. – Л. : Энергоатомиздат. Ленинград. отд-ние, 1990. – 352 с.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-144-

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

15.Мусонов, В. М. Электрорадиоизмерения : учеб. пособие для вузов / В. М. Мусонов, В. А. Чижиков ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2005. – 244 с.

16.Метрология и радиоизмерения : учеб. для вузов / В. И. Нефедов [и др.] ; под ред. В. И. Нефедова. – М. : Высш. шк., 2003. – 526 с.

17.Норенков, И. П. Информационные технологии в образовании / И. П. Норенков, А. М. Зимин. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. – 352 с.

18.Практикум по основам измерительных технологий (с компьютерными моделями в среде LabVIEW) : учеб. пособие / В. К. Баторвин, А. С. Бессонов, В. В. Мошкин, В. Ф. Пакуловский ; ред. В. К. Батоврин ; Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)». – М., 2004. – 172 с.

19.ОСТ 9.2–98. Учебная техника для образовательных учреждений системы автоматизированного лабораторного практикума.

20.Разевиг, В. Д. Система проектирования OrCAD 9.2 / В. Д. Разевиг. –

М. : Солон-Р, 2001.

21.Громыко, А. И. Схемотехника аналоговых электронных устройств : учеб. пособие / А. Г. Григорьев, А. И. Громыко, В. Д. Скачко. – Красноярск :

ИПЦ СФУ, 2007. – 161 с.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-145-

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АЛМ	– автоматизированный лабораторный макет
АЛП	– автоматизированный лабораторный практикум
АЛП УД	– автоматизированный лабораторный практикум с удален-
	ным доступом
АМП	– аналоговый мультиплексор
АПК	– аппаратно-программный комплекс
АПК УД	– аппаратно-программный комплекс с удаленным доступом
АССОД	– автоматизированная система сбора и обработки данных
АЦП	– аналого-цифровой преобразователь
БЗУ	– буферное запоминающее устройство
ВАХ	– вольт-амперная характеристика
ИО	– исследуемый объект
ИЭТР	– интерактивное электронное техническое руководство
ОМ	– объектный модуль
ПА	– программируемый аттенюатор
ПО	– программное обеспечение
ПК	– персональный компьютер
ПЛИС	– программная логическая интегральная схема
ПУ	– программируемый усилитель
РД	– регистр данных
ПЭВМ	– персональная электронно-вычислительная машина
УВХ	– устройство выборки-хранения
УСД	– устройство сбора данных
ФНЧ	– фильтр низких частот
ЦАП	– цифровой аналоговый преобразователь
ЦКП	– центр коллективного пользования
ЦУ	– цифровое устройство
ЭДС	– электродвижущая сила
API	– Application Programming Interface – набор методов (функ-
	ций), который программист может использовать для досту-
	па к функциональности программной компоненты (про-
	граммы, модуля, библиотеки)
CAM	– Computer Aided Manufacturing – компьютерная поддержка
	производства изделий
CASE	– Computer Aided Software Engineering – компьютерная под-
	держка разработки программных средств
DAQms	– последняя версия драйвера NI-DAQ с новыми функциями и
	инструментами для управления измерительными устройст-
	вами
DataSocket	– протокол обмена, поддерживаемый LabVIEW, для совмест-
	ного использования динамически меняемых данных
	Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие	-146-

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

DVD	– Digital Versatile Disc – цифровой многоцелевой диск. Носи-
	тель информации в виде диска, внешне схожий с компакт-
	диском, однако имеющий возможность хранить бо́льший
	объём информации за счёт использования лазера с мень-
	шей длиной волны, чем для обычных компакт-дисков
LabVIEW	– Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench –
	это среда разработки и платформа для выполнения про-
	грамм, созданных на графическом языке программирова-
	ния «G» фирмы National Instruments (США)
NI	– National Instruments
PXI	– Compact PCI Extension For Instrumentation – расширение
	шины Compact PCI для использования в инструментальных
	системах (модульная аппаратная платформа, активно ис-
	пользующая возможности шины Compact PCI (модифика-
	ция шины РСТ) и программных технологий Microsoft Win-
	dows)
TCP	– Transport Control Protocol – транспортный протокол
IP	– Internet Protocol – интернет-протокол
USB	– Universal Serial Bus – универсальная последовательная ши-
	на, предназначенная для периферийных устройств. Шина
	USB представляет собой последовательный интерфейс пе-
	редачи данных для среднескоростных и низкоскоростных
	периферийных устройств

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-147-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ

И ИХ ПАРАМЕТРОВ

При задании номиналов резисторов, конденсаторов, индуктивностей, частот, времени и т. д. применяется масштабирование чисел с помощью следующих приставок: фемпто- f = 10–15; пико- p = 10–12; нано- n = 10–9; мик-

ро- U = 10–6; милли- m = 10–3; кило- k = 103; мегаmeg = 106; гиго- g = 109; тера- t = 1012.

Моделиисточниковсигналов

Источникипостоянноготокаинапряжения

В системе моделирования применяют источники постоянного напряжения (VDC) и источники постоянного тока (IDC) (рис. П.2.1). Первые имеют внутреннее сопротивление, равное нулю, вторые – равное бесконечности. Параметром, характеризующим источник напряжения, является разность потенциалов, создаваемая на клеймах; для источника тока – это сила тока.

I?	5Vpos
ISRC	VSRC

Рис. П.2.1. Модели источников постоянного питания:

I? – источник постоянного тока; VSRC – источник постоянного напряжения

Источниксинусоидальногосигнала

Синусоидальная функция описывается выражениями:

y(t) = y0 + ya·sin(2π·φ / 360) при 0 ≤ t ≤ td,

y(t) = y0 + ya·exp[–(t – td)·df]· sin[2π·f·(t – td) + 2π·φ / 360) при t ≤ td.

Параметры функции приведены в табл. П.2.1.

Внешние виды источников, описывающих синусоидальную зависимость тока и напряжения, приведены на рис. П.2.2.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-148-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

1KHz	I?
VSIN	ISIN

	а	б
Рис. П.2.2. Источники синусоидального сигнала: а – источник напряжения;
	б – источник тока
Параметры гармонического сигнала			Таблица П.2.1
Обозначение	Параметр	Размер-	Значение
		ность	по умолчанию
y0.	Постоянная составляющая	В или А
yа	Амплитуда	В или А
f	Частота	Гц	1/TSTOP
td	Задержка	с	0
df	Коэффициент затухания	1/с	0
φ	Фаза	град	0

Параметры сигнала td, df, φ при необходимости вводятся в окне свойств (параметров) модели (рис. П.2.3).

Рис. П.2.3. Фрагмент окна свойств модели источника синусоидального напряжения

На рис. П.2.4 приведены графики функции при различных значениях df.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-149-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

а б

Рис. П.2.4. Незатухающая (а) df = 0 и затухающая (б) df > 0 синусоидальные функции

Модельрезистора

В программе AD6 используются две модели резисторов – идеальная и реальная. Идеальная модель резистора – это идеальный элемент, обладающий только заданным сопротивлением. В реальной модели учитываются температурные коэффициенты сопротивления, которые рассчитываются по формуле

<Rnom> ·R[1 + TC1(t – tnom) + TC2(t – tnom)],

где Rnom – номинальное сопротивление; R – масштабный множитель сопротивления; TC1 и TC2 – линейный и квадратичный температурные коэффициенты сопротивления – 1/ºС, 1/ºС2 (берутся из справочника исходя из типономинала элемента, например, 1200·10–6 1/ºС для резисторов МЛТ-0,5); tnom – номинальная температура окружающей среды (по умолчанию 27 ºС); t – текущая (рабочая) температура.

Если указан экспоненциальный температурный коэффициент сопротивления, то сопротивление резистора рассчитывается по формуле

< Rnom > ·R · 1,01ТCE ( t – tnom),

где ТСЕ – экспоненциальный температурный коэффициент.

Модельконденсатора

Конденсатор используется как идеальный элемент или как встроенная модель.

В реальной модели учитываются температурные коэффициенты и зависимости емкости от приложенного напряжения:

<Сnom>·C·(1 + VC1·V + VC2·V2) · [1+TC1·(t – tnom)+TC2·(t – tnom)2],

где Сnom – номинальная емкость; С – масштабный множитель емкости; V – приложенное напряжение; VC1 и VC2 – линейный и квадратичный коэффици-

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-150-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

енты напряжения; ТC1 и ТC2 – линейный и квадратичный температурные коэффициенты емкости (берут из справочника исходя из типонoминала элемента).

Зависимость С(V) учитывается только при расчете переходных характеристик. При расчете частотных характеристик VC1 = VC2 = 0.

Модельдиода

Схема замещения полупроводникового диода (рис. П.2.5) состоит из идеального диода, изображенного в виде нелинейного зависимого источника тока I(V), емкости p–n-перехода С и объемного сопротивления RS. Параметры математической модели диода приведены в табл. П.2.2

					А (анод)
					RS
	I(V)							С
					K (катод)
	Рис. П.2.5. Нелинейная модель полупроводникового диода
		Параметры модели диода								Таблица П.2.2
Имя	Параметр								Размер-		Значение по
параметра									ность		умолчанию
1	2								3		4
AF	Показатель степени, определяющий зависи-
	мость спектральной плотности фликкер-шума								–		1
	от тока через переход
BV	Обратное напряжение пробоя (положительная								В		℮
	величина)
CJO	Барьерная емкость при нулевом смещении								Ф		0
EG	Ширина запрещенной зоны								эВ		1.11
FC	Коэффициент нелинейности барьерной емко-								–		0,5
	сти прямосмещенного перехода
IBV	Начальный ток пробоя, соответствующий на-								А		10–10
	пряжению BV
IBVL	Начальный ток пробоя низкого уровня								А		0
IKF	Предельный ток при высоком уровне инжек-								А		℮
	ции
IS	Ток насыщения при температуре 27 °С								А		10–14
ISR	Параметр тока рекомбинации								А		0
KF	Коэффициент фликкер-шума								–		0

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-151-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

Окончание табл. П.2.2

	1	2	3	4
	M	Коэффициент лавинного умножения	–	0.5
	N	Коэффициент инжекции	–	1
	NBV	Коэффициент неидеальности на участке пробоя	–	1
	NBVL	Коэффициент неидеальности на участке пробоя	–	1
		низкого уровня
	NR	Коэффициент эмиссии для тока ISR	–	2
	RS	Объемное сопротивление	Ом	0
	TBV1	Линейный температурный коэффициент BV	°С–1	0
	TBV2	Квадратичный температурный коэффициент BV	°С–2	0
	TIKF	Линейный температурный коэффициент IKF	°С–1	0
	TRS1	Линейный температурный коэффициент RS	°С–1	0
	TRS2	Квадратичный температурный коэффициент RS	°С–2	0
	TT	Время переноса заряда	с	0
	T_MEASURED	Температура измерений	°С	–
	T_REL_GLOBAL	Относительная температура	°С
	T_REL_LOCAL	Разность между температурой диода и модели-	°С	–
		прототипа
	VJ	Контактная разность потенциалов	В	1
	XTI	Температурный коэффициент тока насыщения	–	3

Температурнаязависимость

Зависимость параметров элементов эквивалентной схемы диода от температуры устанавливается с помощью следующих выражений:

IS(T) = IS exp {EG (T) / [N·Vt(T)] T / Tnom – 1)}·(T / Tnom)XTI/N;

ISR(T) = ISR exp {EG(T) / [N·Vt(T)]T/Tnom – 1)}·(T / Tnom)XTI/N;

IKF(T) = IKF [1 + TIKF(T – Tnom)];

BV(T) = BV[1+TBV1(T – Tnom)+TBV2(T – Tnom)2];

Rs(T) = Rs[1+TRS1(T –Tnom)+TRS2(T – Tnom)2];

VJ(T) = VJ·T / Tnom – 3Vt(T)ln(Tt / Tnom) – EG(Tnom)T / TnomT + EG(T);

CJO(T) = CJO{1 + M[0,0004 (T – Tnom)+1 – VJ(T) / VJ]};

KF(T) = KF·VJ(T) / VJ ;

AF(T) = AF·VJ(T) / VJ ; EG(T) = EG0 – aT2/(b + T),

где EG(Tnom) – ширина запрещенной зоны при номинальной температуре (1,11 эВ для кремния; 0,67 эВ для германия; 0,69 эВ для диодов с барьером Шотки при температуре 27 °С). Значения параметров IS, Vt, VJ, CJO, KF, AF, EG берутся для номинальной температуры Tnom; для кремния EG0 = 1,16 эВ, a = 7·10–4, b = 1108; XTI = 3 для диодов с p–n-переходом и XTI = 2 для диодов с барьером Шотки.

Приведенные выше выражения описывают диоды с p–n-переходом, включая и стабилитроны. Диоды с барьером Шотки также характеризуются

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-152-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

этими зависимостями, но они обладают очень малым временем переноса TT~0 и более чем на два порядка большими значениями тока диода I. При этом ток насыщения определяется зависимостью IS = K·T·exp(–φb / Vt), где K

– эмпирическая константа; φb – высота барьера Шотки.

Модельбиполярноготранзистора

В программе AD6 используется схема замещения биполярного транзистора в виде адаптированной модели Гуммеля – Пуна, которая по сравнению с исходной моделью позволяет учесть эффекты, возникающие при больших смещениях на переходах. Эта модель автоматически упрощается до более простой модели Эберса – Молла, если опустить некоторые параметры. Эквивалентные схемы этих моделей для n–р–n-структуры изображены на рис. П.2.6. Параметры полной математической модели биполярного транзистора приведены в табл. П.2.3.

a

Рис. П.2.6. Схема замещения биполярного n–р–n-транзистора: а – модель Гуммеля – Пуна; б – передаточная модель Эберса – Молла; принятые обозначения: IB – ток базы; IC – ток коллектора; IBE – ток коллектора в нормальном режиме; IBC1 – ток коллектора в инверсном режиме; IBE2, IBC2 – составляющие тока перехода база – эмиттер, вызванные неидеальностъю перехода; IS – ток подложки; UBE, UBC – напряжения на переходе внутренняя база – эмиттер и внутренняя база – коллектор; UBS – напряжение внутренняя база – подложка; UBN – напряжение внутренняя база-подложка для режима квазинасыщения; UBX – напряжение база – внутренний коллектор; UCB – напряжение внутренний коллектор – внутренний эмиттер; UJS – напряжение внутренний коллектор – подложка для NPN-транзистора, напряжение внутренняя подложка – коллектор для PNP- транзистора или напряжение внутренняя база – подложка для LPNP-транзистора

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-153-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

б

Рис. П.2.6. Окончание

		Параметры модели биполярного транзистора			Таблица П.2.3
Имя	пара-			Размер-		Значение
		Параметр				по умол-
метра				ность		чанию
1		2		3		4
	AF	Показатель степени, определяющий зависимость спек-		–		1
		тральной плотности фликкер-шума от тока через переход
	BF	Максимальный коэффициент передачи тока в нормаль-		–		100
		ном режиме в схеме с ОЭ (без учета токов утечки)
	BR	Максимальный коэффициент передачи тока в инверсном		–		1
		режиме в схеме с ОЭ
	CJC	Емкость коллекторного перехода при нулевом смещении		Ф		0
	CJE	Емкость эмиттерного перехода при нулевом смещении		пФ		0
CJS (CCS)		Емкость коллектор-подложка при нулевом смещении		Ф		0
	EG	Ширина запрещенной зоны		эВ		1,11
	FC	Коэффициент нелинейности барьерных емкостей пря-				0,5
		мосмещенных переходов
GAMMA		Коэффициент легирования эпитаксиальной области		А		10–11
IKF (IK)*		Ток начала спада зависимости BF от тока коллектора				∞
		в нормальном режиме
	IKR*	Ток начала спада зависимости BR от тока эмиттера		А		∞
		в инверсном режиме
	IRB*	Ток базы, при котором сопротивление базы уменьшается		А		UO
		на 50 % полного перепада между Rb и Rbm
	IS	Ток насыщения при температуре 27 °С		А		10–16
ISC (C4)*		Ток насыщения утечки перехода база – коллектор		А		0
ISE (C2)*		Ток насыщения утечки перехода база – эмиттер		А		0
	ISS	Обратный ток р–n-перехода подложки		А		0

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-154-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

Продолжение табл. П.2.3

1	2			3	4
ITF	Ток, характеризующий зависимость TF от тока коллектора			А	0
	при больших токах
KF	Коэффициент, определяющий	спектральную	плотность		0
	фликкер-шума
MJC (МС)	Коэффициент, учитывающий плавность коллекторного пе-				0,33
	рехода
MJE (ME)	Коэффициент, учитывающий плавность эмиттерного пере-				0,33
	хода
MJS (MS)	Коэффициент, учитывающий плавность перехода коллектор				0
	– подложка
NC*	Коэффициент неидеальности коллекторного перехода				1,5
NE*	Коэффициент неидеальности перехода база – эмиттер				1,5
NF	Коэффициент неидеальности в нормальном режиме				1
NK	Коэффициент, определяющий множитель QB				0,5
NR	Коэффициент неидеальности в инверсном режиме				1
NS	Коэффициент неидеальности перехода подложки				1
PTF	Дополнительный фазовый сдвиг на граничной частоте тран-			град	0
	зистора fгр = 1 / (2πTF)
QCO	Множитель, определяющий заряд в эпитаксиальной области			Кл	0
RB "	Объемное сопротивление базы (максимальное) при нулевом			Ом	0
	смещении перехода база – эмиттер
RBM*	Минимальное сопротивление базы при больших токах			Ом	RB
RC	Объемное сопротивление коллектора			Ом	0
RCO	Сопротивление эпитаксиальной области			Ом	0
RE	Объемное сопротивление эмиттера			Ом	0
TF	Время переноса заряда через базу в нормальном режиме			с	0
TR	Время переноса заряда через базу в инверсном режиме			с	0
TRB1	Линейный температурный коэффициент RB			°С–1	0
TRB2	Квадратичный температурный коэффициент RB			°С–2	0
TRC1	Линейный температурный коэффициент RB			°С–1	0
TRC2	Квадратичный температурный коэффициент RC			°С–2	0
TRE1	Линейный температурный коэффициент RС			°С–1	0
TRE2	Квадратичный температурный коэффициент RE			°С–2	0
TRM1	Линейный температурный коэффициент RBM			°С–1	0
TRM2	Квадратичный температурный коэффициент RBM			°С–2	0
T_ABS	Абсолютная температура			°С	–
T_MEASURED	Температура измерений			°С	–
T_REL_GLOBAL	Относительная температура			°С	–
T_REL_LOCAL	Разность между температурой	транзистора	и модели-	°С	–
	прототипа
VAF (VA)*	Напряжение Эрли в нормальном режиме			В	∞
VAR (VB)*	Напряжение Эрли в инверсном режиме			В	∞
VJC (PC)	Контактная разность потенциалов перехода база – коллектор			В	0,75
VJE (PE)	Контактная разность потенциалов перехода база – эмиттер			В	0,75
VJS(PS)	Контактная разность потенциалов перехода коллектор –			В	0,75
	подложка
VO	Напряжение, определяющее перегиб зависимости тока эпи-			В	10
	таксиальной область
VTF	Напряжение, характеризующее зависимость TF от смещения			В	∞
	база – коллектор
XCJC	Коэффициент расщепления емкости база – коллектор CJC			–	1

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-155-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

Окончание табл. П.2.3

	1	2	3	4
	XCJC2	Коэффициент расщепления емкости база – коллектор CJC	–	1
	XTB	Температурный коэффициент BF и BR	–	0
	XTF	Коэффициент, определяющий зависимость TF от смеще-	–	0
		ния база – коллектор
	XTI (PT)	Температурный коэффициент IS	–	3

* Только для модели Гуммеля – Пуна.

Примечание. В круглых скобках в левой графе таблицы указаны альтернативные обозначения параметров. Параметр RB для модели Эберса – Молла имеет смысл объемного сопротивления базы, не зависящего от тока базы. Остальные параметры имеют одинаковый смысл для моделей Эберса – Молла и Гуммеля – Пуна.

Температурнаязависимость

Зависимость параметров элементов эквивалентной схемы биполярного транзистора от температуры устанавливается с помощью следующих выражений:

IS(t) = IS·exp[EG(t) / Vt(t)·(t / tnom – 1)]·(t / tnom)XTI;

ISE(t) = (ISE / bf)·exp[EG(t) / (NE·Vt(t))·(t / tnom – 1)]·(t / tnom)XTI/NE; ISC(t) = (ISC / bf)·exp[EG(t) / (NC·Vt(t))·(t / tnom – 1)]·(t / tnom)XTI/NC; ISS(t) = (ISS / bf)·exp[EG(t) / (NS·Vt(t))·(t / tnom – 1)]·(t / tnom)XTI/NS; BF(t) = BF· bf , BR(t) = BR· bf , bf = (t / tnom) XTB;

RE(t) = RE[1 + TRE1(t – tnom) + TRE2(t – tnom)2];

RB(t) = RB[1 + TRB1(t – tnom) + TRB2(t – tnom)2];

RBM(t) = RBM[1 + TRM1(t – tnom) + TRM2(t-tnom)2];

RC(t) = RС[1 + TRC1(t – tnom) + TRC2(t – tnom)2];

VJE(t) = VJE·t / tnom – 3·Vt·ln(t/tnom)-EG(tnom)·t/tnom+EG(t);

VJC(t) = VJC·t / tnom – 3 Vt·ln(t/tnom)-EG(tnom)·t / tnom+EG(t);

VJS(t) = VJS·t / tnom–3 Vt·ln(t/tnom)-EG(tnom)·t / tnom+EG(t);

CJE(t) = CJE{1 + MJE[0,0004(t – tnom) + 1 – VJE(t) / VJE]};

CJC(t) = CJC{1 + MJC[0,0004(t – tnom) + 1 – VJE(t) / VJC]};

CJS(t) = CJS{1 + MJS[0,0004(t – tnom) + 1 – VJE(t) / VJS]};

KF(t) = KF·VJC(t) / VJC ;

AF(t) = AF·VJC(t) / VJC.

Модельоперационногоусилителя

Математические модели операционных усилителей (ОУ) в отличие от встроенных моделей диодов и транзисторов представлены в виде макромоделей (подсхем), которые описываются на входном языке программы PSpice с помощью директивы .SUBCKT.

Стандартная модель ОУ с входным каскадом на биполярных транзисторах представлена на рис. П.2.7 (ОУ с полевыми транзисторами имеет анало-

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-156-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

гичную схему). В этой модели из реальной схемы ОУ исключены все транзисторы, кроме двух транзисторов входного дифференциального каскада, что повышает скорость моделирования за счет некоторого снижения точности. Существуют четыре разновидности этой схемы, в которых дифференциальный каскад образован биполярными р–n–р- и n–р–n-транзисторами и полевыми транзисторами с управляющим р–n-переходом и каналами р- и n- типов. Параметры этих моделей рассчитывают по следующим паспортным данным:

•напряжение источников питания;

•максимальные значения положительного и отрицательного выходного напряжения;

•максимальные скорости нарастания положительных и отрицательных выходных напряжений;

•мощность потребления в статическом режиме;

•емкость коррекции (внутренней или внешней);

•входной ток смещения и напряжение смещения нуля;

•коэффициент усиления дифференциального сигнала на низких час-

тотах;

•частота единичного усиления;

•коэффициент подавления синфазного сигнала;

•дополнительный фазовый сдвиг на частоте единичного усиления, определяемый наличием второго полюса;

•выходные сопротивления на низких и высоких частотах;

•максимальный выходной ток короткого замыкания.

Рис. П.2.7. Стандартная макромодель ОУ с входным дифференциальным каскадом на биполярных п–р–n-транзисторах

Входной дифференциальный каскад на транзисторах Q1, Q2 моделирует такие эффекты, как наличие токов смещения и зависимость скорости на-

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-157-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

растания выходного напряжения от входного дифференциального напряжения. Емкость СЕЕ позволяет отразить несимметричность выходного импульса ОУ в неинвертирующем включении. Емкость С1 вместе с емкостями переходов транзисторов позволяет имитировать двухполюсный характер частотной характеристики ОУ. Управляемые источники тока GA, GCH и резисторы R2, R02 моделируют дифференциальное и синфазное усиление напряжения. С помощью емкости С2, включаемой в схему по выбору пользователя (на рис. П.2.7 изображена пунктиром), можно имитировать внутреннюю или внешнюю коррекцию ОУ.

Нелинейность выходного каскада ОУ моделируется следующим образом: элементы DLN, DLP, R01 ограничивают максимальный выходной ток, а элементы DC, DE, VC, VE – размах выходного напряжения.

Cтандартная модель ОУ программы PSpice при расчете схем, состоящих даже из небольшого количества ОУ, требуют больших затрат машинного времени. Поэтому в тех случаях, когда не нужна высокая точность воспроизведения динамических характеристик ОУ, целесообразно использовать приведенные ниже упрощенные модели ОУ.

Предельно идеализированный ОУ представляет собой источник напряжения, управляемый напряжением, как показано на рис. П.2.8, а. Например, безынерционный ОУ с коэффициентом передачи напряжения 20 000 описывается предложением

ЕОР 10 0 1 2 2е4

Несколько более сложная схема замещения ОУ, в которой учитываются нелинейность проходной характеристики и наличие одного полюса частотной характеристики, изображена на рис. П.2.8, б. Диоды VD1, VD2, на которые подаются запирающие напряжения от источников постоянного напряжения V1, V2, имитируют нелинейность проходной характеристики ОУ. Сопротивления Rвх, Rс равны входным сопротивлениям для дифференциального и синфазного сигналов, конденсаторы Свх, Сс имитируют частотные зависимости входных сопротивлений. Коэффициент передачи ОУ:

K(s) = K0/(1 + sτ),

где K0 = G1×R1×G2×Rвых – коэффициент передачи на постоянном токе;

τ = R1×C1= K0/2πfT – постоянная времени первого полюса; fT – частота единичного усиления.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-158-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

а		б

Рис. П.2.8. Простейшие макромодели ОУ: а – ОУ как идеальный источник напряжения, управляемый напряжением; б – однополюсная макромодель ОУ с нелинейной передаточной характеристикой

Высшие полюса учитываются в модели введением дополнительных RC-цепей. Ограничение скорости нарастания выходного напряжения имитируется введением в макромодель еще одного управляемого источника тока с ВАХ типа симметричного ограничителя с линейным участком при малых входных напряжениях.

Обратим внимание, что при построении макромоделей ОУ следует избегать кусочно-линейных аппроксимаций ВАХ зависимых источников тока, чтобы избежать проблем сходимости итерационных методов вычислений изза недифференцируемости таких зависимостей.

Замечание. В ОУ с входным каскадом на полевых транзисторах часто некорректно моделируется режим по постоянному току, если входное сопротивление ОУ соизме-

римо с параметром 1/GMIN, где GMIN – минимальная проводимость ветви, равная по умолчанию 10–12 см.

Линейная шумовая модель ОУ. Стандартная макромодель ОУ (см. рис. П.2.8) не отражает его шумовых свойств. В связи с этим представим реальный шумящий ОУ в виде модели нешумящего ОУ, ко входу которого подключены источники шумового напряжения EN токов In1, In2 (рис. П.2.9). В ОУ с первым каскадом на полевых транзисторах источники шумовых токов In1, In2 малосущественны и ими можно пренебречь. Спектральные плотности шумовых токов In1, In2 одинаковы и описываются такими же выражениями, как спектральная плотность шума EN:

Si ( f ) = Si0 (1+ ff0i ), Se ( f ) = Se0 (1+ ff0e ),

где первая составляющая каждой спектральной плотности имеет характер широкополосного «белого» шума, а вторая – низкочастотного фликкер-шума.

В схеме замещения на рис. П.2.9 в качестве модели нешумящего ОУ целесообразно использовать простейшую линейную модель типа приведен-

ной на рис. П.2.8, а.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-159-

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ОПИСАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАДИОКОМПОНЕНТОВ И ИХ ПАРАМЕТРОВ

Рис. П.2.9. Представление внутренних шумов ОУ эквивалентными генераторами

Рис. П.2.10. Модель источника напряжения шума

В качестве примера на рис. П.2.10 показано, как смоделировать источник шумового напряжения с заданной спектральной плотностью Se0 и граничной частотой фликкер-шума foe. Источник постоянного тока I1 задает режим диода D1, флюктуирующая составляющая напряжения на шумящем диоде через разделительный конденсатор С1 передается на резистор R7, напряжение на котором управляет источник напряжения Е1 = K × VR1.

Исследование аналоговых электронных устройств с применением интернет-технологий. Учеб. пособие

-160-