Линкфилд
Здесь может быть ваша реклама
|

 4.2.5. Аналоговые функциональные блоки

4.2.5. Аналоговые функциональные блоки

Аналоговые функциональные блоки моделируются с помощью источников напряжения (Е) или тока (G). В отличие от рассмотренных выше зависимых источников здесь разрешается использовать параметры и любые функции от узловых потенциалов, токов (через независимые источники напряжения) и времени.

Нелинейные передаточные функции задаются по формату

Еххх <+узел> <-узел> VALUE ={<выражение>}

Gххх<+узел> <-узел> VALUE ={<выражение>}

После ключевого слова VALUE в фигурных скобках приводится алгебраическое выражение, зависящее от узловых потенциалов, разности узловых потенциалов, токов через независимые источники напряжения и времени, например

ESIGNAL 2 0 VALUE={50mV* SIN(6.28*100kHz*TIME)*V(3,4)} GPW 6 О VALUE={V(5)*I(VP)}

Здесь для текущего времени выделено ключевое слово TIME. .

Область управляемых источников с нелинейным законом управления очень обширна. В частности, нелинейные проводимости или резисторы имитируются в программе PSpice с помощью источников напряжения, управляемых собственным током, или источников тока, управляемых собственным напряжением. Пример имитации нелинейного резистора дан на рис. 4.20; его описание имеет вид

G 1 2 VALUE={F(V(G))}

Иллюстрированный самоучитель по OrCAD, Программмы,софт,электронные книги,электронн книг,электронная библиотека,чтение электронных книг

Рис. 4.20. Имитация нелинейного резистора с помощью источника тока, управляемого собственным напряжением

Нелинейная функция F(V(G)), описывающая нелинейную зависимость тока от падения напряжения на резисторе, должна быть определена в задании на моделирование до строки с описанием источника G, например

.FUNC F(X)=1e-6*(1-EXP(-40*X))

Замечание.

В режимах .TRAN и .DC значения источников Exxx, Ixxx вычисляются согласно приведенным в фигурных скобках выражениям. Если это выражение представляет собой линейную функцию нескольких переменных, то в режиме .АС данный источник представляет собой линейный управляемый источник. При этом, если в выражение входит переменная TIME, она полагается равной нулю. Если же это выражение представляет собой нелинейную функцию одной переменной, то после расчета режима цепи по постоянному току выражение в фигурных скобках линеаризуется и в частотной области такой источник представляет собой линеаризированный управляемый источник. Нелинейную функцию нескольких переменных при расчете частотных характеристик использовать нельзя - результаты будут непредсказуемы. Эти же замечания справедливы и для описываемого ниже табличного задания управляемых источников.

Табличное описание передаточной функции вводится по формату

Еххх <+узел> <-узел> TABLE {<выражение>} «аргумент> <функция>>*

Gxxx <+узел> <-узел> TABLE {<выражение>} «аргумент> <фунщия>>*

Входом таблицы является <выражение>, которое содержит любую комбинацию напряжений и токов. При обращении к управляемому источнику вычисляется значение выражения и берется значение функции из таблицы с помощью линейной интерполяции между опорными точками, задаваемыми парами чисел (<аргумент>, <функция>). Например, ВАХ туннельного диода, рассматриваемого как нелинейная проводимость (рис. 4.30), может быть задана в виде

GR 1 2TABLE{V(GR)}=(0.0)(.01.1mA)

+ (.02,1.1mA) (0.05,2mA) (.06,3mA) (.065,3.2mA) (.8,1.5mA) (1,3mA) (1.5,5mA)

Координаты опорных точек задаются в порядке возрастания аргумента.

Заметим, что отсутствие аппроксимации табличных значений сплайнами более высоких порядков, чем линейная интерполяция, в ряде случаев приводит к слишком большим ошибкам.

Линейные функциональные блоки моделируются в терминах соотношения между выходными и входными переменными в частотной области. По директиве .АС определяются значения комплексного коэффициента передачи блока на каждой частоте. При расчете рабочей точки по постоянному току и по директиве .DC берется значение коэффициента передачи на нулевой частоте (поэтому изображения по Лапласу всех узловых потенциалов не должны иметь составляющих типа 1/s). По директиве .TRAN выходная переменная блока вычисляется как интеграл Дюамеля (свертка входного воздействия с импульсной характеристикой блока), что значительно увеличивает длительность расчетов. Возможны следующие варианты задания линейных блоков.

Передаточная функция управляемого источника задается с помощью преобразования Лапласа:

Еххх <+узел> <-узел> LAPLACE {<выражение>}= + {<передаточная функция в s-области>}

Gxxx <+узел> <-узел> LAPLACE {<выражение>}= + {<передаточная функция в s-области>}

Например, передаточная функция активного RC-фильтра задается следующим образом:

EARC 2 О LAPLACE {V(9)}={5/(H-0.01*s)}

Фильтр с чебышевской передаточной функцией задается в виде

Еххх <+узел> <-узел> CHEBYSHEV {<выражение>}=<тип> + <граничная частота>* <затухание>*

Gxxx <+узел> <-узел> CHEBYSHEV {<выражение>}=<тип> + <граничная частота>* <затухание>*

Здесь <тип> - тип фильтра, принимающий значения: LP - фильтр нижних частот, HP - фильтр верхних частот, ВР - полосовой фильтр, BR - режекторный фильтр.

Для задания желаемой характеристики фильтра задается список граничных частот (для ФНЧ и ФВЧ задаются две частоты, для ПФ и РФ - четыре) и затем список затуханий на этих частотах в децибелах; порядок следования граничных частот безразличен. Приведем примеры:

Е1 3 4 CHEBYSHEV {V(10)}=LP 800 1.2К 0.10В 50dB

Е2 5 6 CHEBYSHEV {V(10)}=BP 800 1.2К 2К ЗК 0.1dB 50dB

Табличное описание комплексной передаточной функции в частотной области задается по формату

Еххх <+узел> <-узел> FREQ {<выражение>}=[KEYWORD] + <<частота>,<модуль>,<фаза>>* [DELAY]=<задержка>]

Сххх<+узел> <-узел> FREQ {<выражение>}=[ KEYWORD ] + << частота>,<модуль>,<фаза>>* [DELAY]=<задержка>]

Здесь частота задается в герцах, модуль передаточной функции - в децибелах, фаза передаточной функции - в градусах. Значения опорных точек указываются в порядке возрастания частоты. Максимальное количество точек - 2048. Например, передаточная функция типа фильтра верхних частот задается так:

EHIGHPASS 2 О FREQ (V(9)} (0,-60,69.1) (2kHz,-3,45) (5kHz,0,0)

С помощью ключевого слова KEYWORD изменяется способ задания таблицы передаточной функции. Оно может принимать следующие значения:

  • MAG - задание абсолютных значений передаточной функции вместо децибел;
  • DB - задание значений передаточной функции в децибелах (принимается по умолчанию);
  • RAD - задание фазы в радианах;
  • DEG - задание фазы в градусах (принимается по умолчанию);
  • R_I - задание действительной и мнимой части передаточной функции вместо ее модуля и фазы.

Ключевое слово DELAY задает дополнительную задержку, которая принимается во внимание при расчете фазовой характеристики фильтра.

В качестве еще одного примера составим структурную схему моделирования рассмотренной выше системы дифференциальных уравнений:

dx 1 /dt = -0,3x 1 + х 2 + х 1 2 - 3x 1 x 2 - x 1 ,

dx 2 /dt = 0,24 - 0,6x 2 + 1 х 2 - 6х 1 2 х 2

с помощью интеграторов. На рис. 4.31, а представлена функциональная схема моделирования этой системы уравнений, а на рис. 4.31, б - ее реализация в компонентном базисе программы PSpice. В ней использованы управляющие источники напряжения E11, EI2 , заданные с помощью преобразования Лапласа и выполняющие операции интегрирования, а также нелинейные управляемые источники напряжения EF1, EF2 для вычисления правых частей системы уравнений. На входном языке программы PSpice задание на решение рассматриваемой системы уравнений имеет вид:

Laplace transforms

EM 1 0 LAPLACE {V(3)}={1/s}

EI2 2 0 LAPLACE {V(4)}={1/s}

EF1 3 0 POLY(3) (1,0) (2,0) (0,0) 0-0.3101-300001

EF2 4 0 POLY(3) (1,0) (2,0) (0,0) 0.6 0 -0.6 00400000-6

R1 1 01E9

R2201E9

R3301E9

R4401E9

.ICV(1)=0V(2)=0.4

.TRAN 0.1s 40s SKIPBP

На рис. 4.31, в показана реализация этой же схемы с помощью графического редактора PSpice Schematics. В ней использованы символы интеграторов INTEG и управляемых источников напряжения EVALUE из библиотеки символов amb.slb (см. Приложение 2 [7]). Резисторы R1, R2 на этой схеме необходимы только для соблюдения правил составления топологии схемы, согласно которым к выходным зажимам компонентов - в данном случае интеграторов - должна быть подключена нагрузка. Если это неудобно, то нужно отредактировать символ INTEGER, изменив атрибуты вывода Out (выход), изменив в разделе If unconnected (если вывод не подсоединен) значение параметра Float=UniqueNet - создать узел для подключения маркера. После этого резисторы Rl, R2 можно из схемы на рис. 4.21, в удалить.

Иллюстрированный самоучитель по OrCAD, Программмы,софт,электронные книги,электронн книг,электронная библиотека,чтение электронных книг

а)

Иллюстрированный самоучитель по OrCAD, Программмы,софт,электронные книги,электронн книг,электронная библиотека,чтение электронных книг

б)

Иллюстрированный самоучитель по OrCAD, Программмы,софт,электронные книги,электронн книг,электронная библиотека,чтение электронных книг

Иллюстрированный самоучитель по OrCAD, Программмы,софт,электронные книги,электронн книг,электронная библиотека,чтение электронных книг

в)

Рис. 4.21. Функциональная схема моделирования системы двух дифференциальных уравнений {а), ее реализация в виде принципиальной схемы, созданной вручную (б) и с помощью PSpice Schematics (в)

 

 
MKPortal©2003-2008 mkportal.it
MultiBoard ©2007-2009 RusMKPortal