| 可变R-L-C 元件的SPICE模拟行为建模(图) |
| 类别:电子综合 |
|                   一些仿真器没有包含LRC元件的ABM方程,采用本文所述的简单子电路,可以根据复杂的分析表达式(包括逻辑表达式)创建无源元件,比如建立非线性电容、时变电阻等。     采用SPICE仿真电路时,通常需使用可变无源元件,如电阻、电容或电感。如果电源可以从外部控制上述器件的值,自然就可以从中推导出电容和电感的模拟行为建模表达式:非线性行为、随电流变化而变化的电感等。然而,很少有基于SPICE的仿真器可适用于无源元件的内嵌方程。为了解决这个问题,本文将介绍可以通过外部电压源进行器件值调节的若干无源元件。     最简单的情况:电阻     欧姆定律(Ohm Law)指出:电流I通过电阻R时产生电压V。电阻R保持不变时,电流源I的值为(方程1),其中1和2为电阻终端,如图1所示。               图1:电阻可表示成控制电流源     根据这个简单的方程,在INTUSOFT的IsSpice和CADENCE的PSpice下均可形成一个可变电阻子电路,方程1中的R将通过CTRL节点由控制电流源直接施加:     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     在电流源表达式中,如果控制电压值V(CTRL)接近于零,1μ值不为零,即(V(CTRL)+1μ)不为零,从而避免被除数被零除。如果V(CTRL)为100kV,则等效电阻为100kΩ。图2表示,在子电路上施加一个简单电阻分压器,相当于产生一个1Ω电阻。现在,可以为V3建立一个复杂电压源,并轻松形成非线性关系。               图2:简单电阻分压器施加在电流源上,产生1Ω电阻     电容是一个电压源     与前面介绍的电阻相类似,电容可以用符合下列定律的电压源表示:               图3:在1F电容上的积分将影响等效电容的建立               图4:测试电路采用方波源对10uF电容间歇充电     空电压源V将电流引入1F电容,在“int”节点上产生积分电压,然后,乘以CTRL 节点电压的倒数,就可以模拟可变电容。图5显示了用实际电容和可变电容得到的电压和电流。两个图表之间没有区别。               图5:可变电容模型和标准电容模型产生相似的波形     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     对测试也进行了交流分析,证实模型在频域内可以正常工作。     电感是一个电流源     如果对电感施加电压,它将保持安培匝数恒定,相当于一个真正的电流源,这就是对可变电感建模的方法。根据楞次定律(Lenz Law),可以得出:                         图6:等效L子电路     方程6表明,需要对等效电感上的电压积分,并将它除以控制电压,得出模拟L。图6是等效子电路示意图:     将端子电压转换为电流,然后在等效电流中插入1F电容,可以得到电压积分。子电路网表如下所示。     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               图7:采用等效电感的测试电路     可以轻易地通过调整LC滤波器进行复杂的交流分析。如果我们仿真图7,将会得到图8的波形,与图5中的波形类似。               图8:模拟等效L子电路,得出电容结果的双重波形           |
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