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可變RLC元件的SPICE模擬行為建模模

2019-11-09 06:40:58来源:励志吧0次阅读

可变R-L-C元件的SPICE模拟行为建模 - 模拟电子技术 - 电子工程

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:(方程2)也就是说,如果我们对流入等效子电路电容的电流进行积分,并且将它乘以控制电压V的倒数,即可得到电容的值C = V! 然而,由于变数t不断变化,所以在SPICE中不存在积分原函数因此,应该采用方程2,并且使子电路电流流入 1F电容通过观察1F电容上得到的电压,可以对 Ic(t) 进行积分图3显示了建立子电路的方法

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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