Работа с программой MODEL

Проиллюстрируем работу с программой MODEL на примере биполярного транзистора 2N3903, справочные данные на который взяты из руководства фирмы Motorola.

Начнем с открытия нового файла библиотеки моделей по команде File>New>MDL, затем следует нажать кнопку «ОК». Создастся файл данных

модели MDL1.MDL. Затем следует нажать кнопку Add Part и выбрать из раскрывающего списка нужный тип компонента — NPN. После этого открывается окно (рис. 10.1), в котором курсор первоначально находится в первом текстовом поле Т1. После этого необходимо набрать в текстовом поле Т1 имя моделируемого компонента, в нашем случае это 2N3903. Следует отметить, что имя компонента следует вводить только латинскими буквами. В следующих полях можно ввести произвольные комментарии (вот здесь можно использовать и символы кириллицы).

При работе с первым экраном модели BJT в таблицу данных заносят значения тока коллектора 1с и напряжения база-эмиттер Vbe в режиме насыщения:

Рис. 10.1 - Биполярный транзистор 2N3903. Аппроксимация зависимости напряжения база-эмиттер от тока коллектора Vbe(Ic) в режиме насыщения

Далее нажатием клавиш Ctrl+I (_) присваивают параметрам модели

начальные значения (процесс инициализации) — их значения отображаются

в окне Model Parameters (параметры модели). Следом нажатием Ctrl+T ( )

выполняют оптимизацию параметров на основании введенных данных. В результате рассчитываются параметры модели RE, NF и IS так, чтобы график зависимости Vhe(Ic) был наиболее близок к заданным значениям, которые отмечены на рис. 10.1 прямоугольными значками. Ошибка аппроксимации составляет около 1%.

Нажатие клавиш Ctrl+-+ ( ) открывает окно построения зависимости

коэффициента передачи Н-параметра Ное от тока коллектора 1с. Далее необходимо ввести одну экспериментальную точку для максимального значения тока /с=1та, /7ос=40Е-6 и нажать Ctrl+T.

Нажатие клавиш Ctrl+-> открывает окно построения зависимости коэффициента передачи тока базы Beta от тока коллектора /с. Далее необходимо ввести таблицу координат экспериментальных точек для указанной зависимости р(1с) при температуре 25° из справочника:

После ввода ряда значений lc, Beta и задания напряжения коллектор- эмиттер Vce=1.0В (Measurement conditions), снова выполняют команды инициализации и оптимизации Ctrl+I, Ctrl+T. В результате будет построен график зависимости Beta(Ic) и рассчитаны параметры модели NE, ISE, BF, IKF с относительной среднеквадратичной ошибкой приблизительно 5%, как показано на рис. 10.2. Типичный диапазон отклонений от экспериментальных точек для этого графика от 1 до 20%.

Рис. 10.2 - Зависимость статического коэффициента передачи тока базы Beta от тока

коллектора 1с

Затем следует перейти к следующему графику, нажав Ctrl+-> ( _). Появится окно графика зависимости Усе от 1с. Из графиков для режима насыщения, взятых из справочных данных, вводятся следующие координаты экспериментальных точек:

После этого курсор устанавливается на область условий измерений и вводится значение 10 для отношения токов Ic/Ib. Последовательная инициализация и оптимизация приведут к картинке, показанной на рис. 10.3. Параметры модели RC, BR, NC, ISC, и IKR оптимизировались таким образом, что суммарное относительное среднеквадратическое отклонение от экспериментальных точек получилось в районе 7%. Обычно указанное отклонения для данного графика находится в диапазоне от 5% до 25%.

Рис. 10.3 - Зависимость тока коллектора от напряжения база-эмиттер

Затем следует перейти к следующему графику, нажав Cfr/+-> ( ). Появится окно графика зависимости емкости перехода база-коллектор Cob от Vcb. Из справочника введите следующие данные:

После выполнения команд Ctrl+I и Ctrl+T программа MODEL вычисляет значения параметров CJC, MJC, VJC, FC и строит график зависимости Cob(Vcb), как показано на рис. 10.4.

Далее нажатием клавиш Ctrl+-> ( ) переходят к окну построения зависимости барьерной емкости перехода база-эмиттер Cib от напряжения смещения Veb. Вводятся следующие пары экспериментальных точек из справочника:

Рис. 10.4 - Зависимость емкости переход коллектор-база Cob от напряжения Vcb

После выполнения команд инициализации и оптимизации (Ctrl+I и Ctrl+T) программа MODEL вычисляет значения параметров CJE, MJE, VJE и строит график зависимости Cib(Veb), как показано на рис. 10.5.

Рис. 10.5 - Зависимость емкости переход эмиттер-база Cib от напряжения Veb

Нажатием клавиш Ctrl+-> ( ) переходят к окну следующего экспериментального графика — зависимости времени накопления TS от тока коллектора 1с. Далее вводятся следующие пары точек справочных экспериментальных данных:

Затем устанавливают в позиции условий измерения значение отношения Ic/lb-10 и дают команды инициализации и оптимизации. Результат должен быть таким, как показано на рис. 10.6.

Рис. 10.6 - Зависимость времени накопления TS от тока коллектора 1с

Следующий график — зависимость граничной частоты усиления тока FT

от тока коллектора 1с. Для его вызова нажимают Ctrl-*-—( ). Затем вводят

значение справочного параметра:

Ic FT

10m 250Е6

Затем вводится значение 10 в поле Усе (условия измерения), следом за этим выполняется инициализация и оптимизация, результат будет подобен показанному на рис. 10.7.

Модельные параметры TF и ITF оптимизируются с целью попадания графика в единственную экспериментальную точку. Фактически, почти всегда, используются неоптимизированные параметры XTF и VTF для большей адекватности модели реальному поведению транзистора.

Рис. 10.7 - Зависимость граничной частоты усиления тока FC от тока коллектора 1с

Транзистор в приведенном примере имел достаточно большой список экспериментальных данных. Далеко не для каждого транзистора (особенно это относится к отечественным полупроводниковым приборам) имеются подобные справочные данные.

В случае недостатка справочных данных можно дать следующие рекомендации:

• 1. Измерить справочные данные путем физического эксперимента на реальном приборе.
• 2. Для недостающих параметров использовать значения по умолчанию.
• 3. Использовать справочные данные от другого производителя подобного прибора с более подробными характеристиками.

В заключение оптимизации параметров модели результаты сохраняются в модельном файле с расширением *.MDL с использованием команды SAVE из меню FILE.

Заключительным шагом после достаточно точного подбора параметров модели с помощью программы MODEL может явиться добавление модели компонента в библиотеку компонентов Micro-Cap. Для этого необходимо выполнить команду Model>Add These Parts to the Component Library. При этом вызовется диалоговое окно, в котором следует указать путь и имя нужной библиотеки моделей. По умолчанию при нажатии «ОК» используется имя текущего файла данных и расширение LIB: MDL1.LIB. После этого создается библиотечный файл и его можно использовать при моделировании в среде МС9, МОЮ.

Параметры других полупроводниковых приборов и нелинейного магнитного сердечника оптимизируются подобным образом. В следующей главе при описании их моделей будет приведен список графиков и оптимизируемых параметров для каждого типа модели.

Контрольные вопросы

• 1. Для чего используется программа Model?
• 2. Как осуществляется работа с программой Model?
• 3. Какие возможности предоставляет программа Model?
• 4. Модели каких типов электронных компонентов можно создавать при помощи программы Model?