Sensitivity — чувствительность в режиме по постоянному току.

Чувствительность в режиме малого сигнала рассчитывается по директиве SENS < выходная переменная> *

Чувствительность рассчитывается после линеаризации цепи в окрестности рабочей точки. По директиве.SENS рассчитывается чувствительность каждой из указанных выходных переменных к изменению параметров всех компонентов и моделей. Поэтому объем результатов расчета чувствительностей может быть огромным. Результаты расчета выводятся в файл.out. Выходные переменные указываются по тому же формату, что и в директивах.PRINT для режимов TRAN и DC. При этом накладывается ограничение: если выходная переменная должна быть током, то допускается только ток через независимые источники напряжения.

Приведем пример. Если предположить, что цепь состоит из компонентов R1, R2, С1 и т.д., то по директиве

.SENS V(9) V(4, 3) I(VCC)

будут рассчитаны чувствительности

dV(9)/dRl, dV(9)/dR2, dV(9)/dC1,.,,, dV(4, 3)/dR1...

При работе с управляющей оболочкой Schematics имена выходных переменных указываются в диалоговом окне (рис. 4.13), открывающемся после нажатия на кнопку Sensitivity в меню выбора директив моделирования (рис. 3.49).

1. Temperature — вариация температуры. Вариация температуры производится по директиве

.TEMP < температура> *

Здесь указывается список значений температуры (по шкале Цельсия), для которых следует выполнить все указанные в задании директивы анализа характеристик. Если указано несколько значений температуры, то все виды анализа проводятся для каждой температуры. Если директива.TEMP не приведена, а в директиве.OPTIONS не указано другого значения температуры, то расчеты проводятся для номинальной температуры Tnom = 27 °С.

При работе с управляющей оболочкой PSpice Schematics список температур указывается в диалоговом окне, открывающемся после нажатия на кнопку Temperature в меню выбора директив моделирования.

1. Transfer Function — передаточные функции по постоянному току. Малосигнальные передаточные функции в режиме по постоянному току рассчитываются по директиве

.TF < выходная переменная> < имя источника напряжения или тока>

Они рассчитываются после линеаризации цепи в окрестности рабочей точки. Выходные переменные имеют тот же формат, что и по директиве.PRINT. Если выходная переменная должна быть током, то это ток через независимый источник напряжения. В качестве входной переменной может быть использовано напряжение или ток источника напряжения или тока. Результаты расчетов выводятся в выходной файл *.OUT без обращения к директивам.PRINT или.PLOT. В программе Probe они не могут быть просмотрены.

Приведем примеры:

.TF V(5)VIN TFV(15, 14)I(VDRIV)

В первом случае рассчитывается передаточная функция dV(5)/dVIN, а во втором — dV(15, H)/dI(VDRIV). Кроме того, всегда рассчитываются входные и выходные сопротивления. При работе с управляющей оболочкой Schematics определение передаточной функции задается в диалоговом окне, открывающемся после нажатия на кнопку Transfer Function в меню выбора директив моделирования— указываются имена выходной и входной переменной.

1. Transient — расчет переходных процессов. Переходные процессы рассчитываются по директиве

.TRAN[/OP] < шаг вывода данных> < конечное время> + [< начальный момент времени вывода данных> + [< максимальный шаг> ]] [SKIPBP]

Переходные процессы всегда рассчитываются с момента t = 0 до момента < конечное время>. Перед началом расчета переходных процессов рассчитывается режим по постоянному току. Шаг интегрирования выбирается автоматически. Если задан параметр < начальный момент времени вывода данных>, то вывод результатов расчетов подавляется на интервале времени от t = О до указанного значения. Максимальное значение шага интегрирования устанавливается параметром < максимальный шаг>; если он не указан, то максимальный шаг интегрирования устанавливается равным < конечное время> /50. Если исследуемая схема не имеет инерционностей, то шаг интегрирования равен величине < шаг вывода данных>.

Величина < шаг вывода данных> используется для вывода данных по директивам.PRINT и.PLOT. При этом для расчета значений переменных применяется квадратичная интерполяция между дискретными отсчетами (это не относится к выводу графиков с помощью программы Probe, где применяется линейная интерполяция). С < шагом вывода данных> рассчитываются с помощью обратного преобразования Лапласа импульсные характеристики управляемых источников, заданных передаточными функциями.

Если задан параметр < начальный момент времени вывода данных>, то вывод результатов расчета подавляется на интервале времени от t = 0 до указанного значения.

Параметр < максимальный шаг> задает максимальное значение шага интегрирования. В частности, его полезно использовать при выполнении спектрального анализа как с помощью директивы.FOUR, так и в программе Probe.

Режим по постоянному току определяет начальные условия для расчета переходных процессов. Это связано с тем, что значения источников сигналов в момент t = 0 могут отличаться от их постоянных составляющих. При этом в выходной файл.out выводятся только значения узловых потенциалов в режиме по постоянному току. Указание в директиве.TRAN суффикса /ОР выводит в этот файл полную информацию о режиме по постоянному току (как по директиве.ОР).

Если в конце директивы.TRAN указать параметр SKIPBP (Skip Bias Point), то расчет режима по постоянному току отменяется. При этом начальные значения напряжений на емкостях и токов через индуктивности указываются в опциях вида IС=..., включенных в описания конденсаторов и индуктивностей, а начальные значения узловых потенциалов указываются в директиве.IC.

При моделировании смешанных аналого-цифровых цепей шаги интегрирования в аналоговых и цифровых устройствах выбираются разными независимо друг от друга. Шаг интегрирования, указываемый для информации на экране программы PSpice, равен шагу интегрирования аналоговой части цепи. Шаг интегрирования цифровой части определяется значениями задержек в цифровых компонентах. Его минимальное значение определяется параметром DIGFREQ директивы.OPTIONS, оно равно 1/DIGFREQ. По умолчанию DIGFREQ = 10 ГГц, но не более 10 ¹⁵ /TSTOP. Задержками меньше половины шага интегрирования пренебрегают.

При отсутствии сходимости расчета переходного процесса рекомендуется по директиве.OPTIONS увеличить максимальное количество итераций на одном временном шаге ITL4 (по умолчанию ITL4=10).

Допустимая относительная ошибка расчета токов и напряжений задается опцией RELTOL (по умолчанию 10- ³ ), а абсолютные ошибки токов, зарядов и напряжений — опциями ABSTOL (по умолчанию 10- ¹² A), CHGTOL (по умолчанию 10- ¹⁴ Кл), VNTOL (по умолчанию 10- ⁶ В). Однако нельзя устанавливать абсолютные ошибки чрезмерно малыми. В частности, при анализе сильноточных или высоковольтных цепей задание абсолютных ошибок по умолчанию может привести к потере точности вычислений из-за ограниченности разрядной сетки ПК.

Приведем примеры:

.TRAN 5ms 500ms

.TRAN/OP 5ms 500ms 100ms SKIPBP

.TRAN 5ms 500ms Oms 0.5ms

Рассмотрим в качестве более конкретного примера особенности расчета переходных процессов в автогенераторе — транзисторном мультивибраторе (рис. 4.16). Сначала рассчитывается режим мультивибратора по постоянному току в соответствии со следующим заданием:

Multivibrator R1 121k R2 5 0 750 R3 1 3 100k

Рис. 4.7. Схема мультивибратора

R4 1 4100k

R5 1 6 1k

R6 7 0 750

С1 230.01UF

C2460.01UF

Q1 245КТ312А

Q2637KT312A

VP 1 О DC 10V

.LIB QRUS.LIB

PROBE

.END

В результате расчета в выходном файле с расширением *.OUT создается таблица узловых потенциалов

V(1)=10, 0000 В,

V(2)=6, 3538 В,

V(3)=3, 4889 В,

V(4)=3, 4889 В,

V(5)=2, 7835 В,

V(6)=6, 3538 В,

V(7)=2, 7835 В.

Если после расчета режима по постоянному току непосредственно перейти к расчету переходных процессов, то мультивибратор, находящийся в одном из состояний равновесия, не возбудится. Предложим два способа возбуждения математической модели мультивибратора.

1. Перед началом переходного процесса с помощью директивы.IC задаются начальные значения узловых потенциалов и (или) с помощью параметра IС=... задаются начальные значения напряжений на конденсаторах, отличные от значений в состоянии равновесия.

.IC V(3)=3.46v

и указать директиву расчета переходных процессов.IRAN 100us 1.2ms

Заметим, что если с помощью директивы.IC и параметров IC в описаниях конденсаторов и индуктивностей полностью описан режим схемы по постоянному току, то перед расчетом переходного процесса этот режим рассчитывать не нужно — этот расчет отменяется с помощью параметра SKIPBP в директиве.TRAN:

TRAN 100us 1.2ms SKIPBP

Кроме того, для получения текущей информации о поведении мультивибратора полезно указать директиву

.WATCH TRAN V(2) V(3) V(6)

Если автоколебания не возникли, то все узловые потенциалы будут сохранять постоянное значение, что будет видно на экране программы PSpice и позволит прервать моделирование.

2. Имитируется включение напряжения питания, задавая источник напряжения в виде импульсной функции с линейным передним фронтом и длительностью, равной конечному времени анализа (тогда ее можно явно не указывать)

VP 1 0 PULSE (Ov, 10v, 50us)

Кроме того, для обеспечения самовозбуждения мультивибратора необходимо нарушить симметрию схемы, изменив, например, одно из сопротивлений на 1 %:

R1 1 21.01k

Спектральный анализ проводится по директиве

.FOUR < частота первой гармоники f1> [количество гармоник] + < выходная переменная> *

Спектральный анализ производится с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) после завершения расчета переходного процесса (в задании на моделирование должна иметься и директива.TRAN). Имена переменных, спектр которых должен быть рассчитан, указываются в списке < выходная переменная>. В директиве.FOUR задается частота первой гармоники f ₁ и количество гармоник. Максимальное количество гармоник п = 100. По умолчанию рассчитываются первые 9 гармоник. В программе рассчитываются амплитуды постоянной составляющей А ₀ и остальных п гармоник А ₁ , A ₂ „..., A _п . Спектральному анализу подвергается участок реализации переходного процесса длительностью Т = 1/f ₁ в конце интервала анализа (чтобы завершились переходные процессы). Результаты спектрального анализа выводятся в выходной файл *.OUT в виде таблиц без указания директив.PRINT,.PLOT или.PROBE (в программе Probe они недоступны). Кроме того, рассчитывается коэффициент нелинейных искажений (в процентах) по формуле

Для повышения точности расчета спектров рекомендуется с помощью параметра < максимальный шаг> задать максимальное значение шага интегрирования, равное требуемой величине шага дискретизации по времени.

Приведем пример:

.FOUR 10KHZ 15 V(5) V(6, 7) I(VSENS3)

Спецификация выходных переменных составляется по тем же правилам, что в директивах.PRINT или.PLOT. Заметим, что спектральный анализ производится также при обработке данных в графическом постпроцессоре Probe (см. разд. 5.1). Различие состоит в том, что при этом спектральному анализу подвергается целиком весь график, изображенный на экране дисплея, или его часть, размер которой указывается пользователем. При расчете спектров сигналов максимальное количество отсчетов равно 8192 = 2 ¹³ .

При работе с управляющей оболочкой PSpice Schematics определение параметров расчета переходных процессов задается в диалоговом окн, открывающемся после нажатия на кнопку Transient в меню выбора директив моделирования.

В разделе Transient Analysis необходимо задать по крайней мере два параметра:

• Print Step — шаг вывода данных;
• Final Time — конечное время.

Остальные параметры No-Print Delay (начальный момент вывода данных) и Step Ceiling (максимальный шаг) являются необязательными.

На панели Detailed Bias Pt. отмечается необходимость вывода полной информации о режиме по постоянному току, на панели Skip initial transient solution — отмена расчета режима по постоянному току перед моделированием переходных процессов.

Спектральный анализ выполняется выбором панели Enable Fourier.