на тему- Создание в САПР MicroCp макромоделей силовых полупроводниковых компонентов
Работа добавлена на сайт samzan.net:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ
РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Методический материал для лабораторной работы № 4 по курсу «Моделирование»
на тему:
«Создание в САПР Micro-Cap макромоделей силовых полупроводниковых компонентов. Моделирование процессов в устройствах с использованием созданных макросов»
Москва
2012
Содержание
Цель лабораторной работы……………………………………………………….3
Часть 1. Исследование работы макромоделей тиристорных устройств………3
Основные понятия………………………………………………………….3
Задание 1.1. Исследование работы макромодели тиристора ……………4
Задание 1.2. Исследование влияния параметров схемы на защитные свойства тиристора…………………………………………………………8
Задание 1.3. Исследование работы макромодели симистора……………9
Задание 1.4. Проверка работы макромодели симистора при комбинированном сигнале……………………………………………….11
Отчётные материалы…………………………………………………………….12
Часть 2. Создание макромоделей полупроводниковых устройств…………...13
Задание 2. Создание макромодели полупроводникового
ограничителя напряжения (ПОН) с S-образной характеристикой…….13
Цель лабораторной работы
Освоение техники моделирования электронных схем с помощью программного пакета Micro-Cap. Исследование работы макромоделей тиристоров. Создание макромодели полупроводникового ограничителя напряжения с S-образной характеристикой и исследование работы макромодели при воздействии импульсных высоковольтных помех.
Часть 1. Исследование работы макромоделей тиристорных устройств
Основные понятия
Тиристор (Silicon Controlled Rectifier, SCR) — полупроводниковый прибор с тремя или более p-n-переходами, имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости.
Тиристор можно рассматривать как электронный ключ. Основное применение тиристоров — управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, переключающие устройства, защитные устройства. Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются по способу управления и по проводимости.
Триодный тиристор, традиционно называемый просто тиристором (здесь и далее), имеет три вывода (анод, катод и управляющий электрод) и включается подачей на управляющий электрод некоторой величины тока, называемой током включения. Выключение происходит при снижении протекающего через прибор тока ниже значения, называемого током удержания. Тиристор пропускает ток между анодом и катодом только в одном направлении.
Симистор (симметричный тиристор, Triac) является эквивалентом встречно-параллельного соединения двух тиристоров и способен в открытом состоянии пропускать ток в обоих направлениях.
Макромодель (макрос) – применительно к программам моделирования электрических схем, эквивалентная схема из моделей простых элементов, задающая функционирование более сложного элемента. Выполняется в едином условном графическом обозначении (УГО).
Задание 1.1. Исследование работы макромодели тиристора
Необходимо создать в программе принципиальную схему, приведенную на рисунке 1.
В состав схемы входят:
V1 – генератор одиночных импульсов напряжения экспоненциальной формы (помехи);
R1 – резистор с величиной сопротивления 2 Ома (эквивалент внутреннего сопротивления генератора импульса помехи)
VS1 – модель тиристора;
R2 – резистор с величиной сопротивления 0,001 Ом для измерения протекающего через тиристор тока;
I1 – управляемый напряжением источник тока (обеспечивает управление работой тиристора) c коэффициентом преобразования напряжения в ток, равным 10-4;
R3 – нагрузка с величиной сопротивления 50 Ом.
Рисунок 1 - Исследуемая в задании 1.1 схема
Параметры моделей элементов (компонентов) схемы V1 и VS1 в зависимости от варианта приведены в таблице 1.
Таблица 1
|
Компонент |
Параметр |
Вариант 1 |
Вариант 2 |
|
V1 (вкладка Exp) |
DC |
0 |
0 |
|
AC magnitude |
1 |
1 |
|
|
AC Phase |
0 |
0 |
|
|
V1 |
0 |
0 |
|
|
V2 |
1.0015k |
1.5015k |
|
|
TD1 |
50u |
80u |
|
|
TC1 |
0.45u |
3u |
|
|
TD2 |
53u |
86u |
|
|
TC2 |
68.15 |
90u |
|
|
VS1 |
IH |
40u |
60u |
|
IGT |
20u |
30u |
|
|
TON |
0.5u |
1u |
|
|
VTMIN |
1 |
3 |
|
|
VDRM |
1k |
1.5k |
|
|
DVDT |
50meg |
50meg |
|
|
TQ |
20u |
40u |
|
|
K1 |
1 |
1 |
|
|
K2 |
1 |
1 |
Используя режим анализа протекающих в схеме процессов Transient, требуется промоделировать работу схемы и снять осциллограммы (графики изменения во времени) напряжений на генераторе V1 и нагрузке R3, а так же осциллограммы токов через резисторы R1, R2 и R3 с масштабом, позволяющим рассмотреть целиком протекающие процессы. По осциллограммам измерить длительность переднего фронта импульсов напряжения и тока на генераторе и нагрузке, а так же максимальные значения напряжений и токов. Полученные осциллограммы и измерения занести в отчёт.
Последовательность действий:
1. Создайте новую схему.
Для создания новой схемы необходимо выполнить команду File>New и в открывшемся меню выбрать пункт Schematics (схема).
2. Добавьте в окно составления схемы требуемые компоненты.
В меню Component из раздела Analog Primitives выбирается нужный компонент. Резисторы находятся в подразделе Passive Components, Модель тиристора – в подразделе Macros, макромодель SCR. Источники сигналов находятся в подразделе Waveform Sources. В качестве генератора V1 используется источник сигналов Voltage Source. Управляемые источники напряжения и тока находятся в подразделе Dependent Sources. В качестве источника тока I1 используется управляемый напряжением источник тока IofV. После выбора компонента щелчком левой кнопки мыши, курсор мыши принимает вид его условного графического изображения. Компонента устанавливается в нужную точку схемы повторным щелчком мыши. Если нужно изменить ориентацию компонента на схеме, то при нажатой левой кнопке мыши нажимают правую кнопку. Каждое такое нажатие поворачивает изображение на 90° по часовой стрелке. Отпускание левой кнопки мыши фиксирует компонент в точке, указываемой курсором, и на экран выводится окно для ввода значения атрибутов компонента или имени его модели.
Состав параметров может отличаться в зависимости от типа выбранного компонента:
• параметр Part задает обозначение элемента на принципиальной схе-ме;
• параметр Value задает номинал элемента;
• параметр Model позволяет выбрать модель из списка.
В Micro-Cap используются обозначения дольных и кратных единиц, приведённые в таблице 2.
Таблица 2
|
10-3 м (милли…) – m или M |
103 к (кило…) – k или K |
|
10-6 мк (микро…) – u или U |
106 М (мега…) – meg или Meg |
|
10-9 н (нано…) – n или N |
109 Г (гига…) – G или g |
|
10-12 п (пико…) – p или P |
1012 Т (тера…) – T или t |
Эти обозначения набираются в латинском регистре после численного значения величины без пробела.
После помещения элемента на поле принципиальной схемы необходимо соединить его с другими элементами схемы. Переход в этот режим производится нажатием на пиктограмму или по команде Options>Mode>Wire. Номера узлов проставляются на схеме при нажатии на пиктограмму , в дальнейшем они потребуются при построении оциллограмм. При построении схемы следует учитывать, что для работы программы моделирования необходимо, чтобы хотя бы один узел схемы был заземлён. Элемент заземления (Ground) выбирается нажатием на пиктограмму или в меню Component в разделе Analog Primitives в подразделе Connectors (элементы соединения). Заземлённый узел всегда имеет нулевой номер, который на схеме не отображается.
3. Запустите расчёт протекающих в схеме процессов. Получите указанные в задании осциллограммы и проведите требуемые измерения.
Расчёт осуществляется по команде Analysis>Transient. В открывшемся окне задания на расчёт (рисунок 2) указывается диапазон времени (Time Range), для которого производится расчёт, шаг расчёта по времени (Maximum Time Step) и имена переменных, графики которых нужно построить: Page – номер страницы с графиками, P – номер графика; X Expression – переменная, откладываемая по оси X, например время T; Y Expression – переменная, откладываемая по оси Y, например v(1) – напряжение в узле 1. Обратите внимание на то, что в программе Micro-Cap при задании масштаба по обеим осям через запятую сначала указывается максимальное значение, потом – минимальное, а в конце шаг.
Рисунок 2 – Окно задания на расчёт Transient
Величину Time Range следует задавать равной отрезку времени, в течение которого требуется наблюдать изменение заданных переменных, а величина Time Step должна обеспечивать достаточную точность расчётов. Рекомендуется задавать этим величины так, чтобы их отношение было не более 106, иначе расчёт потребует достаточно большого времени.
На построенных графиках можно провести измерение напряжений и токов в любой точке графика. Измерения проводятся с помощью электронного маркера, включаемого нажатием на пиктограмму Cursor Mode или клавишу F8. Электронный маркер можно устанавливать как вручную (при нажатой левой кнопке мыши), так и автоматически по заданному значению горизонтальной (кнопка Go to X ) или вертикальной (кнопка Go to Y) координаты графика. Например, для измерения фронта импульса по уровням от 0,1 до 0,9 нужно включить маркер на графике напряжения, затем нажать кнопку Go to Y, в открывшемся окне задать значение уровня и указать, какой маркер – левый (Left) или правый (Right), нужно установить по заданному уровню. Так же с помощью пиктограмм можно измерить максимумы и минимумы на графике.
При необходимости возврата в режим редактирования схемы нужно закрыть окно анализа частотных характеристик или нажать на клавишу F3.
4. Занесите полученные данные в отчёт.
Задание 1.2. Исследование влияния параметров схемы на защитные свойства тиристора
Используя режим анализа протекающих в схеме процессов Transient, требуется промоделировать работу схемы из задания 1.1
а) при изменении величины сопротивления R1 в диапазоне от R3 до R4
б) при уменьшении скорости включения и выключения тиристора в 10 раз.
Снять для каждого случая два набора осциллограммы напряжений на генераторе V1 и нагрузке R3, а так же осциллограммы токов через резисторы R1, R2 и R3 ( для (а) при граничных величинах R1). Сделать выводы об изменениях защитных свойств тиристора при изменениях указанных параметров. Полученные осциллограммы и выводы занести в отчёт.
Задание 1.3. Исследование работы макромодели симистора
Необходимо создать в программе принципиальную схему, приведенную на рисунке 3.
=
Рисунок 3 - Исследуемая в задании 1.3 схема
Состав и параметры схемы аналогичны указанным в задании 1.1, за исключением компонента VS1-это модель симистора, параметры модели в зависимости от варианта приведены в таблице 3.
Таблица 3
|
Компонент |
Параметр |
Вариант 1 |
Вариант 2 |
|
VS1 |
IH |
60u |
80u |
|
IGT |
50u |
70u |
|
|
TON |
4u |
6u |
|
|
VTMIN |
3 |
5 |
|
|
VDRM |
1k |
1.5k |
|
|
DVDT |
50meg |
50meg |
|
|
TQ |
20u |
40u |
|
|
K1 |
1 |
1 |
|
|
K2 |
1 |
1 |
Используя режим анализа протекающих в схеме процессов Transient, требуется промоделировать работу схемы и снять осциллограммы (графики изменения во времени) напряжений на генераторе V1 и нагрузке R3, а так же осциллограммы токов через резисторы R1, R2 и R3 с масштабом, позволяющим рассмотреть целиком протекающие процессы, при положительной и отрицательной полярностях подаваемого на симистор импульса (2 набора осциллограмм). Полученные осциллограммы занести в отчёт.
Пояснение к заданию:
В качестве модели симистора используется макромодель Triac из подраздела из раздела Macros раздела Analog Primitives.
Задание 1.4. Проверка работы макромодели симистора при комбинированном сигнале
Необходимо создать в программе принципиальную схему, приведенную на рисунке 4.
Рисунок 4 - Исследуемая в задании 1.4 схема
Состав и параметры схемы аналогичны указанным в задании 1.3, за исключением добавления компонента VT2-это источник переменного напряжения.
Используя режим анализа протекающих в схеме процессов Transient, требуется проверить работу макромодели симистора путём подачи импульса помехи совместно с сетевым напряжением (220 В 50 Гц) и последующим увеличением амплитуды переменного напряжения до получения отсечки переменного напряжения. Снять два набора осциллограмм в характерных режимах работы симистора. В отчёт занести полученные осциллограммы и вывод о корректности функционирования модели симистора Triac в условиях подачи импульса помехи совместно с переменным напряжением.
Пояснение к заданию:
В качестве источника переменного напряжения V2 используется Voltage Source c включённой вкладкой Sine.
Отчётные материалы
По результатам лабораторной составляется отчёт, в котором должны быть представлены следующие материалы:
-название лабораторной работы;
-номер варианта;
-исполнитель(-и);
-для каждого задания:
- схема созданной модели;
- осциллограммы;
- измерения;
- выводы.
Часть 2. Создание макромоделей полупроводниковых устройств
Задание 2. Создание макромодели полупроводникового ограничителя напряжения (ПОН) с S-образной характеристикой
Предлагается создать в программе принципиальную схему, приведенную на рисунке 5.
Рисунок 5 – Эквивалентная схема ПОН с S-образной характеристикой
Это эквивалентная схема несимметричного полупроводникового ограничителя напряжения с S-образной характеристикой, состоящая из двух несимметричных ПОН и двух ключей, работающих в гистерезисном режиме по пороговым значениям напряжения. Далее на основе эквивалентной схемы создать макромодель ПОН с S-образной характеристикой и провести ряд экспериментов, подключив к нему генератор и нагрузку.
Пояснение к заданию:
Задание повышенной сложности. Материалы по заданию выдаются в процессе проведения лабораторной работы при выполнении всех заданий части 1.
2. Переход на рельсы мирного развития С окончанием Великой Отечественной войны необходимо было перестроить
3. Расчет насосной установки для трубопровода
4. Реферат по предмету Финансы предприятий Формирование конкурентной стратегии предприятия
5. Форекс - высокоприбыльный рынок
6. Політичне лідерство
7. Техническая электродинамика и устройства СВЧ
8. Филология в 2013-2014 уч
9. я РФ
10. 3D ~ рендеринг. Этап сканирования объема
11. 20 р
12. Современная структура перераспределений и их формы влияющие на реальные доходы населения
13. организация практического исполнения Конституции и законов Российской Федерации в процессе управленческо
14. Статья 1. Предмет регулирования и цели настоящего Федерального закона Предметом регулирования настоящег
15. Реферат- Происхождение ископаемых углей
16. модуль данных Сохранить модуль данных с именем Dm
17. Экономико-географическая характеристика Ростовской области
18. Г Разумовского Тенденции развития Российского Общества К чему пришли К
19. Газпроектинжиниринг
20. Существует 3 основных типа телосложения- пикники атлетики астеники лептосоматики.html