Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

.DC LIN PARAM Rvar 50 5000 1

показывающую, что Rvar принимает последовательные целочисленные значения, начиная от 50 Ом до 5 кОм.

Рис. 17.23. Установка переменного параметра в окне Property Editor

Рис. 17.24. Зависимость мощности от параметра RL, снятая в режиме с переменным параметром

Использование допусков приборов

Начните в Capture новый проект с именем bridgcir. Затем введите схему, показанную на рис. 17.25. В схеме используется транзистор типа Q2N2222. В качестве входного напряжения выбран компонент VSIN с амплитудой 10 мВ и частотой f=5 кГц. Используйте значения, показанные на рисунке для резисторов, конденсаторов и источника питания постоянного тока. Установите величину допуска на параметр hFE транзистора равной ±25% следующим образом. Выберите транзистор Q1, затем из главного меню выберите Edit, PSpice Model, чтобы войти в OrCAD Model Editor.

Рис. 17.25. Схема для исследования влияния допусков транзистора на выходное напряжение

На правой панели, сразу после «Bf=255,9», напечатайте «Dev=25%». Этот допуск будет относиться к параметру Вf. Затем используйте File, Save и закройте окно. После введения схемы сохраните ее.

Анализ по методу Монте-Карло

Для подготовки к анализу выберем PSpice, New Simulation Profile с именем Bridgc1. Выберите Time Domain в качестве типа анализа, установите интервал моделирования в 400 мкс с максимальным шагом 0,4 мкс. Проверьте поле для Monte Carlo/Worst Case, используя выходную переменную V(RL:1). Установите число проходов равным 10 при однородном распределении и сохранении данных для всех проходов. Проведите моделирование и получите в Probe графики V(Rs:1) и V(RL:1), как показано на рис. 17.26. Затем в поле Tools Options главного меню выберите опцию Probe «never use symbols» (никогда не использовать символы), чтобы избежать перекрытия графиков символами.

Рис. 17.26. Результаты исследования влияния погрешности hFE транзистора методом Монте-Карло

Обратите внимание, что некоторые графики на экране больше ожидаемых или нормальных значений, в то время как другие меньше. Это результат случайного изменения hFE в пределах допуска ±25%. Используйте курсор, чтобы найти значение каждого из вторых максимумов выходного напряжения. Они должны иметь значения 8,355, 8,365 В и так далее. На графиках, показанных здесь, минимальные и максимальные значения были 8,3501 и 8,3667 В.

** circuit file for profile: Bridgc1

*Analysis directives:

.TRAN 0 400us 0 0.4us

.MC 10 TRAN V(C43) VMAX OUTPUT ALL

.PROBE

**** INCLUDING bridgcir-SCHEMATIC1.net ****

* source BRIDGCIR

R_RE  6 0 220

R_R2  3 0 3.3k

R_R1  4 3 40k

R_RL  4 5 4.7k

R_Rb  3 4 150k

R_Rs  1 2 1k

V_V1  1 0

+SIN  0 10mV 5kHz 0 0 0

V_VCC 5 0 12V

Q_Q1  4 3 6 Q2N2222

C_C2  6 0 15uF

C_C1  2 3 15uF

* *** BJT MODEL PARAMETERS

   Q2N2222

   NPN

IS 14.340000E-15

BF 255.9

MONTE CARLO NOMINAL

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 0.0000  ( 2) 0.0000  ( 3) .7593   ( 4) 8.1468

( 5) 12.0000 ( 6) .1297

MONTE CARLO PASS 2

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 0.0000  ( 2) 0.0000  ( 3) .7587   ( 4) 8.1580

( 5) 12.0000 ( 6) .1293

MONTE CARLO PASS 3

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 0.0000  ( 2) 0.0000  ( 3) .7589   ( 4) 8.1541

( 5) 12.0000 ( 6) .1294

MONTE CARLO PASS 4

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 0.0000  ( 2) 0.0000  ( 3) .7596   ( 4) 8.1414

( 5) 12.0000 ( 6) .1300

MONTE CARLO PASS 10

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 0.0000  ( 2) 0.0000  ( 3) .7594   ( 4) 8.1460

( 5) 12.0000 ( 6) .1298

**** SORTED DEVIATIONS OF V(4) TEMPERATURE = 27.000 DEG С

MONTE CARLO SUMMARY

Mean Deviation = 2.2930E-03

Sigma = 8.2363E-03

RUN MAX DEVIATION FROM NOMINAL

Pass 5 .0151 (1.83 sigma) higher at T = 53.3150E-06

       ( 100.19% of Nominal)

Pass 2 .0128 (1.55 sigma) higher at T = 248.12001-06

       ( 100,16% of Nominal)

Pass 8 4.8375E-03 ( .59 sigma) lower at T = 50.9140E-06

       ( 99.939% of Nominal)

Pass 10 1.0772E-03 ( .13 sigma) lower at T = 246.9200E-06

        ( 99.986% of Nominal)

Рис. 17.27. Выходной файл с результатами анализа по методу Монте-Карло

 Небольшая часть выходного файла показана на рис. 17.27. Обратите внимание на две директивы, определяющие тип анализа:

.TRAN 0 400us 0 0. 4us

.МС 10 TRAN V([4]) YMAX OUTPUT ALL

Первая директива вызывает анализ переходных процессов на интервале 400 мкс, вторая — запрашивает анализ по методу Монте-Карло с 10 проходами для отклонений напряжения V(4), которое идентично V(RL:1) на графике. Внизу выходного файла после последнего результата для анализа Монте-Карло приведен раздел, показывающий сортировку отклонений напряжения на узле 4. Данные значения представляют собой среднее и среднеквадратичное отклонение. Например, в момент t=254,24 мкс при втором проходе произошло максимальное отклонение в 100,16% от номинального значения.

Анализ на наихудший случай

При предыдущем моделировании мы выполнили анализ по методу Монте- Карло, установив в окне условия в Monte Carlo/Worst Case. То же самое окно может использоваться для анализа на наихудший случай при выборе Worst Case/Sensitivity. Выходная переменная по-прежнему V(RL:1), но при выборе Worst Case/Sensitivity в поле опций необходимо выбрать «Vary devices that have only DEV tolerances» (Изменять только компоненты, которые имеют допуски DEV). Проверьте поле «Save data from each sensitivity run» (Сохранять данные прохода для каждой чувствительности) и выберите кнопку «More Settings». В следующем окне выберите «Find the maximum value (MAX)» (Находить максимальное значение) и используйте опцию «high».

Проведите моделирование и получите в Probe графики V(Rs:1) и V(RL:1), как показано на рис. 17.28. Убедитесь, что уровень смещения при выводе V(RL:1) для каждого прохода составляет 8,1468, 8,1468 и 8,1603 В, максимум для 1-го и 2-го проходов равен 8,355 В, а для 3-го прохода — 8,3668 В. Значение минимума для 1-го и 2-го проходов равно 7,9391 В, а для 3-го прохода — 7,9542 В.

Рис. 17.28. Временные диаграммы при анализе на наихудший случай

В итоге мы установили, что изменения параметра hFE в пределах допуска не оказывают существенного влияния на стабильность параметров усилителя.

Влияние допуска резисторов на анализ наихудшего случая

В только что проведенном анализе мы изменяли только коэффициент hFE транзистора. Каким был бы анализ на наихудший случай, при выборе резистора в качестве изменяемого фактора допуска на сопротивление? Чтобы упростить исследование, будем изменять только значение RL. Заменим представленный в схеме резистор RL компонентом «Rbreak» из библиотеки breakout. Установим сопротивление RL=4,7 кОм, как и прежде, затем выделим компонент на схеме и выберем Edit, PSpice Model. В окне OrCAD Model Editor измените запись на правой панели следующим образом:

.model Rbreak RES R = 1 DEV = 20%

Здесь «R=1» означает, что множитель для сопротивления равен 1; запись «DEV=20%» задает допуск в 20% на изменение сопротивления. Схема приведена на рис. 17.29. Сохраните изменения, подготовьте моделирование для анализа на наихудший случай, как в предыдущем примере. Напомним, что теперь и коэффициент усиления транзистора hFE и сопротивление RL будут изменяться в пределах допуска. Выполните моделирование и обратите внимание, что в PSpice выполняется четыре вида анализа на чувствительность: 1) номинальную, 2) по коэффициенту усиления BF транзистора Q_Q1 Q2N2222, 3) по сопротивлению R резистора R_RL Rbreak и 4) на наихудший случай, учитывающий допуски всех компонентов. Как и прежде получите в Probe графики V(Rs:1) и V(RL:1). На экране появится всего восемь графиков (рис. 17.30). Значительное отличие этого набора графиков от полученного ранее заключается в смещении графика выходного напряжения. Выбрав опцию «Use Symbol Always» (Всегда использовать символы), идентифицируйте каждую кривую по номеру прохода.

Рис. 17.29. Схема усилителя, использующая резистор из библиотеки breakout

Рис. 17.30. Результаты анализа на наихудший случай при одновременном изменении Q1 и RL

Использование курсора показывает, что нижняя кривая выходного напряжения имеет постоянную составляющую в 8,1468 В. Проверьте это, измеряя размах напряжения с помощью курсора. Верхняя кривая выходного напряжения V(RL:1), связанная с модифицированной осью Y, имеет постоянную составляющую в 8,4843 В, которая может быть определена аналогичным образом.