уравнений может занять несколько минут. В этом отношении преимуществом обладает система MatLAB.

Особый интерес представляет интегрированная система MathCAD [19IJ, которая содержит текстовый редактор комментарий, вычислитель и графический процессор. Управлнется система документом, т. е. представленным на ее входном языке описанием решаемой задачи. Входной язык системы настолько приближен к естественному нзыку математических описаний, что готовищийся в системе документ больше напоминает статью в научном журнале, чем программу. В частности, все специальные знаки (квадратный корень, сумма членов ряда и нх произведение, интеграл и т. д.) виодятся и их естественном виде. Мощный набор встроенных математических функций, наличие векторных и матричных операций, прекрасная графика - все это делает систему MathCAD чрезвычайно удобным инструментом для создания пакетов и библиотек прикладных расчетов, апробации различных моделей и моделирования простых схем.

Рисунок 10.4 показывает текст документа, иллюстрирующего .моделирование статического режима резисториого каскада с общим истоком иа мощном МДП-транзисгоре КП901. Вначале рассчитывается и строится семейство ВАХ с параболически-экспоненциальной аппроксимацией, а также линия нагрузки резистсра Rc = RC. Далее для 16 значений напряжения на затворе Uz = UG реикгетсл система нелинейных уравнений, позволяющая найти точки пересечен.- j.-X линией нагрузки и соответствующие значения Uc = UC. В заключение строится сквозная передаточная характеристика, т. е. зависимость и с от из (к сожалению, и здесь система обозначений иная, чем ио ГОСТу).

Другой документ (рис. 10.5) иллюстрирует расчет коэффициента гармоник по заданной передаточной характеристике. Вначале она аппроксимируется кубическими сплайнами, обеспечивающими непрерывность в узловых точках как первой, так и второй производной передаточной характеристики. Такая аппроксимация прекрасно подходит для плавно изменяющихся функций.

Далее для ряда значений -г-плитуды в.ходиого синусоидального напряжения производится многократный расчет коэффициента гармоник Kg. В результате строится зависи.мость Kg от амплитуды входного воздействия. Следует отметить, что такие построения графическим методом крайне трудоемки, требуют много времени и весьма неточны.

В системах Eureka и MathCAD не предусмотрены встроенные средства дли решения с-стем дифференциальных уравнений, описывающих работу электронных схем его временной области. В системе MathCAD такое решение возможно с помощью обычных численных методов (Эйлера, Рунге- Кутта и др.). Однако по скорости счета оно сильно проигрывает специализированным программам, иаписанпым на современных языках высокого уровня (компиляторах Turbo-Basic, Ouick-Basic, Turbo-Pascal, Turbo С и др.).

10.3. Моделирование ключевых схем

Моделированию переходных процессов в ключевых схемах иа мощных ПТ посвящено много работ [47, 69, 145]. Наиболее наглядные результаты получаются при использовании программы MicroCAP Н. С них мы и начнем рассмотрение.

Для применения программы MicroCAP необходимо задать модели приборов. Их параметры указываются в специальном формуляре (Netlist) и библиотечном описании (Library elements used). При загрузке программы появляется главное меню (рис. 10.6). Верхняя строка его указывает иа выполняемую операцию. Она вводится нажатием клавиши с буквой, с которой начинается команда. Например, нажатие клавиши Н вводит команду помощи (help). Прн этом на экране появляется полный перечень команд редактирования. С их помощью можно вводить обозначения различных элементов

схемы (резисторов, конденсаторов, транзисторов и т. д.). изменять их расположение, указать тип, соединить друг с другом и т. д.

На рис 10.6 представлена схема простейшего высоковольтного ключа на мощном ПТ КП803 (в англоязычных терминах КР803), запускаемого от

itiy hff Entir 2*p Steft btsit Ы tm ¥oitt Cl? File йм1 хе Util Lib Qait

Рис. 10.6. Главное меню программы MicroCAP и введениаи схема ключа

источника PULSE1 прямоугольных импульсов. На рнс. 10.7 приведены данные о схеме и используемых моделях (расшифровка обозначений объясняет-

SW3 HBTLIST

N0. 11 12 13 14 15

TYPK

V<T)

RESISTOR HHOS TRAMS. RSSISTOR BATTKRY

LIBRARY SLSHKHTS USED

PULSKl

pOr 0

P4= .0000003

Pl= 20

P5= 3.lK-07

P2= .0000001 P8= .01

P3= l.lK-07

KP803 BKTA= .08 RD= 4

CGC- 5K-12 COUT: 2B-11

VTO= 3.1 RS= 0 CAHA= 0

CGD= 7.5E-12 BITC= 0 LAMB= .00003

CGSr 8E-10 VTTC=0.5000K-02

FHI= .6

1 3?,£3

!!1 !H !S

Рис. 10.8. Переходные процессы ключа, показанного на рис. 10.6

721.89 N 648.89 I 368.89

489.99

Н 329.

ш е,

зе.88 4

24.18 13.18 12.

8.88 18.88 2

1.88 i (.88 Ш 2.88 8.88

8.89 12,88 Ш 3 IH И

1(.(

28.88

Рис. 10.9. Передаточная характеристика каскада, приведенного на рис. 10.6, дли режима постоянного тока

ся в программе MicroCAP). Программа обеспечивает четыре режима анализа: / - расчет и построение переходных процессов; 2 - построение передаточной характеристики на постоянном токе; 3-малосигнальиый анализ на переменном токе; 4-спектральный анализ.

На рис. 10.8 представлены результаты расчета переходных процессов. Верхний рисунок дает зависимость u{t) входного сигнала и напряжения зи(0- Нижний рисунок - напряжение иси(0 и ток lc(t). Нетрудно заметить, что времена включения и выключения составляют около 100 ис (пе-реключаетси ток до 7 А и напряжение на стоке около 700 В). Видно также, что скорость переключении ограничена временами заряда и разряда входной емкости (тысячи пикофарад у КП803).

На рис. 10.9 дан расчет передаточной характеристики ключа, т. е. зависимости мси(изи). MicroCAP при этом разрывает емкостные ветви и закорачивает индуктивные. Для малосигнального анализа достаточно заменить источник PULSE 1 на источник постоянной ЭДС. На рнс. 10.10 пред-

CASM

98.8 leeUS

8,8 1BUS

-28.8

Gain shpe = -

FREQUENCH IN N!

88.888889*86 NZ 89.711

S4.97961E-82

Cain = 3.616 Ш,

Окщ khr- 846.7469S&-12 Sec

Peak fain 38,eS№ 1Й8:Ш©+вЗ

Рис. 10.10. Частотные зависимости коэффициента передачи, фазового сдвига

и временной задержки

ставлен расчет АЧХ (непрерывная линия), ФЧХ (незаштрихованные квадратики) и групповой задержки (темные квадратики). В этом случае схема рассматривается не как ключ, а как каскад с общим истоком. Нетрудно заметить, что даже для столь мощного и сильноточного прибора, как КП803 (смакс = 3 А, t/симак<:== 800 В), частотные искажения появляются лишь при f>2 МГц.

На рис. 10.11 приведена схема ключа на другом приборе - КП701. В цепи стока используется резисторно-индуктивная цепь. Формуляр схемы показан на рис. 10.12. Как видно из графиков переходных процессов (рис. 10,13), наличие индуктивности привело к характерному затухающему колебательному процессу в конце действия входного импульса.

-VA-5

m Щ1

Рис ion Ключ с иидуктивиой оррекцией в цепн стока мощного

N0 8 11 12 13 14 15

TYPE

RESISTOR

V(T)

BATTERY

RESISTOR

HMOS TRANS

INDUCTOR

SWl HETLIST

С D 5 4 3 2

0 1 3

PARAMETER

PULSE 1

KP701 400NH

LIBRARY ELEMENTS USED

PULSEl P0= 0

P4= 0000003

Pl= 20

P5= 3.1E-07

KP701

BKTA= 22 VTO= 7.5

RD= 2 RS= 0

CGC= 0 GAHA= 0

COUT= 1.2K-10

P2= 0000001 P8= 01

CGD= 2K-11 BBTC= 0 LAMB= 00003

P3= 1 lK-07

CGS= 7 5K-10 VTTC=0 5000B-02 PHI- 6

Рис 10 12 Формуляр схемы, приведенной на рнс 10 11

НИЕ 1Ш

Рнс. 10 13 Переходные процессы ключа, приведенного на рис. 10.11

Временные и энергетические параметры импульсов рассчитываются с погрешностью до 15 20 % Значительно выше погрешность расчета отдель ных деталей переходных процессов - напряжений отпирания и запирания транзистора, остаточного напряжения Из за неточности моделей она достигает 30 . 40 % К сожалению, программы класса MicroCAP закрыты для пользователей н в инх нельзя использовать точные аппроксимации для ВАХ и зависимостей емкостей от напряжений Поэтому представляют интерес результаты моделирования по специализированным программам

В [192] полностью описана методика моделирования ключа, приведенного на рис 10 14, иа мощном УМДП транзисторе Работа ключа описыва-

Рнс 10 14. Схема каскада с общим истоком (ключа) на мощноц

УМДП-транзисторе