close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

тема 8

код для вставкиСкачать
Содержание
Введение...................................................................................4
1. Проблема математического моделирования полевых транзисторов........................................................................6
2. Описание изучаемого алгоритма.............................................7
3. Описание программы............................................................9
4. Решение контрольной задачи..................................................14
Заключение.............................................................................17
Список литературы ..................................................................18
Введение
До начала шестидесятых годов вычислительные методы использовались при анализе и проектировании цепей крайне незначительно. Квалифицированный инженер мог синтезировать просты цепи, пользуясь минимумом вычислений. Он создавал макет схемы, производил изменения и различные модификации и в результате получал конечный вариант цепи. Но со временем под действием научно технического прогресса электронные схемы стали усложняться. Сначала на помощь инженеру пришли вычислительные методы. Этот мощный аппарат указал направление решения проблем, вставших перед расчётчиком. Расчёт оказался возможным, при условии того, что инженеру придется пойти на некоторые значительные упрощения. В случае необходимости произвести более точные вычисления, вставала проблема ограниченности возможностей в области вычислений низкого уровня. Но решение нашлось само собой. Во-первых, появились интегральные схемы, а во-вторых, стали доступными ЭВМ. Оба эти обстоятельства в комплексе изменили сам подход к решению проблемы. Интегральные схемы сделали возможным производство более совершенных и дешевых ЭВМ, а те в свою очередь облегчили проектирование новых интегральных схем и постепенно устранили проблему большого количества манипуляций с цифрами, так как взяли эту функцию на себя. Относительно дешевые мини и микро ЭВМ недавно стали широко доступными и у нас в стране. Так, что любой пользователь может привлечь "электронный мозг" к решению своих индивидуальных сложных вычислительных задач.
Кроме прогресса в развитии ЭВМ на все аспекты машинного анализа цепей и их проектирования сильное воздействие оказали четыре главных новшества в области численных методов:
- операции с разрешёнными матрицами - линейные многошаговые методы решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений - метод присоединённой схемы при вычислении чувствительности
- использование последовательного квадратичного программирования в задачах оптимизации
Упомянутый выше этап развития электроники не является заключительным. Развитие численных методов и методов моделирования открыли новые пути развития для науки.
1. Проблема математического моделирования полевых транзисторов.
В настоящее время, для формирования математической модели электронной схемы необходимо топологию электрической схемы и описание математической модели элементов. Очень важно обратить внимание: современный подход математического моделирования характерен тем, что математическая модель схемы создается только для одного из многих этапов моделирования. Не формируется математическая модель, которая бы одна использовалась при математическом моделировании.
Основная трудность при создании математической модели состоит в обеспечении адекватности модели элементу электронной схемы. К сожалению до настоящего времени не созданы универсальные подходы, обеспечивающее автоматизированное создание математических моделей. Не выработаны бесспорные критерии, определяющие какая из двух моделей является более качественной. Моделью признается соответствующая требованиям если опыт подтвержден, что результат моделирования хорошо отображает особенности процесса. Изучаемая ниже математическая модель полевого транзистора удовлетворительно имитирует работу полевого транзистора независимо от его типа. Она моделирует и полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом, и полевые транзисторы с изолированным затвором и со встроенным каналом, и с индуцированным каналом, и с каналом n-типа, и с каналом p-типа.
Но она не учитывает возможность отпирания ни управляющего, ни паразитного p-n-переходов. В этом отношении модель является локальной. Пользователь обязан следить за тем, чтобы при моделировании не возникали напряжения, отпирающие для указанных p-n-переходов.
2. Описание изучаемого алгоритма.
Эквивалентная схема полевого транзистора имеет вид.
RD C (Drain) CGD З (Gate) COUT
iУ
CGC. CGS.
channel И (Source) RS
Рис. 2.1.
CGC - емкость затвор-канал; CGD - емкость затвор-сток; CGS - емкость затвор-исток;
COUT - выходная емкость (сток - исток); RD - объемное сопротивление стока; RC - объемное сопротивление истока.
Математическое описание управляемого источника тока.
Приведем выражение для нормального включения. = 0 при ;
при ;
при ;
 - удельная крутизна.
Математическое описание порогового напряжения.
В выражении, приведенном ниже, фигурирует параметр, учитывающий влияние подложки на режим работы.
;
- напряжение подложка-сток;
 - потенциал поверхности;
 - параметр порога подложки;
- пороговое напряжение при нулевом смещении.
Математическое описание зависимости от температуры.
;
- пороговое напряжение при номинальной температуре;
VTTC - температурный коэффициент порогового напряжения;
Т - текущая температура;
TNOM - номинальная температура.
3. Описание программы.
Программа разработана в среде Delphi 6 и способна выводить результаты в графической форме. Приведем пример работы с программой. При загрузке программы появляется следующее окно:
Рис. 3.1.
Далее нажимаем "Считать параметры", введенные параметры считываются в соответствующие переменные и появляется кнопка "Расчет". После её нажатия происходит расчет выходной и стокозатворной характеристики в отдельные массивы. Далее появляется кнопка "График":
Рис 3.2.
После нажатия на эту кнопку появляется новое окно. Нажимаем "Вывод характеристик" и получаем два графика на отдельных осях. Кнопкой "Выход" закрываем всю программу.
Ниже приведен текст отдельных модулей разработанной программы.
unit Unit1;//основной модуль
interface
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, Menus, StdCtrls;
type
TForm1 = class(TForm)
Edit1: TEdit;
Label1: TLabel;
Label2: TLabel;
Label3: TLabel;
Label4: TLabel;
Label5: TLabel;
Label6: TLabel;
Label7: TLabel;
Label8: TLabel;
Label9: TLabel;
Label10: TLabel;
Label11: TLabel;
Label12: TLabel;
Edit2: TEdit;
Edit3: TEdit;
Edit4: TEdit;
Edit5: TEdit;
Edit6: TEdit;
Edit7: TEdit;
Edit8: TEdit;
Edit9: TEdit;
Edit10: TEdit;
Edit11: TEdit;
Button1: TButton;
Button2: TButton;
Button3: TButton;
Label13: TLabel;
Label14: TLabel;
Label15: TLabel;
Label16: TLabel;
Label17: TLabel;
Label18: TLabel;
Label19: TLabel;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
procedure Button2Click(Sender: TObject);
procedure Button3Click(Sender: TObject);
private
{ Private declarations }
public
Uv,Usz,Iv,Isz: array [1..50] of Real;
end;
var
Form1: TForm1;
LambdaGl,TGl,BTCGl,BetaGl,TVGl,UcuGl,UzuGl,UpcGl,FiGl,GammaGl,
VTTCGl:Real;
implementation
uses Graph;
{$R *.dfm}
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);//считывание параметров
begin
FiGl:=StrToFloat(Edit4.Text);
GammaGl:=StrToFloat(Edit5.Text);
LambdaGl:=StrToFloat(Edit6.Text);
TGl:=StrToFloat(Edit7.Text);TGl:=TGl+273;
BTCGl:=StrToFloat(Edit8.Text);
BetaGl:=StrToFloat(Edit9.Text);
BetaGl:=BetaGl*(1+(TGl-27)*BTCGl*1e-6);
TVGl:=StrToFloat(Edit10.Text);
VTTCGl:=StrToFloat(Edit11.Text);
UcuGl:=StrToFloat(Edit1.Text);
UzuGl:=StrToFloat(Edit2.Text);
UpcGl:=StrToFloat(Edit3.Text);
Button2.Visible:=True;
end;
function Tok(Uzu,Ucu,Up:real):real;//вычисление тока по усдовиям
begin
Result :=0;
if Uzu<=Up then
Result :=0;
if (Ucu>=0) and (Ucu<=(Uzu-Up)) then
Result :=BetaGl*((Uzu-Up)*Ucu-0.5*sqr(Ucu))*(1+LambdaGl*Ucu);
if ((Uzu-Up)>0) and ((Uzu-Up)<Ucu) then
Result :=0.5*BetaGl*sqr(Uzu-Up)*(1+LambdaGl*Ucu)
end;
procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);//расчет характеристик
const
stzu=5/50;
stsu=10/50;
Tnom = 300;{k}
var
Upor0,Uporog:Real;
i:integer;
Buffer:real;
begin
for i:=1 to 50 do
begin
Iv[i]:=0;
Uv[i]:=0;
Isz[i]:=0;
Usz[i]:=0;
end;
Upor0:=TVGl+VTTCGl*(TGl-Tnom);
Uporog:=Upor0+GammaGl*(sqrt(FiGl-UpcGl)-sqrt(FiGl));
Buffer:=UcuGl;
UcuGl:=0;
for i:=1 to 50 do
begin
Iv[i]:=Tok(UzuGl,UcuGl,Uporog);
Uv[i]:=UcuGl;
UcuGl:=UcuGl+stsu;
end;
UcuGl:=Buffer;
Buffer:=UzuGl;
UzuGl:=-4;
for i:=1 to 50 do
begin
Isz[i]:=Tok(UzuGl,UcuGl,Uporog);
Usz[i]:=UzuGl;
UzuGl:=UzuGl+stzu;
end;
UzuGl:=Buffer;
Button3.Visible:=True;
end;
procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);//вызов формы с графиками
begin
Form2.Visible:=True;
end;
end.
unit Graph;//модуль вывода графиков
interface
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, ExtCtrls, TeeProcs, TeEngine, Chart, StdCtrls, Series;
type
TForm2 = class(TForm)
Button1: TButton;
Chart1: TChart;
Series1: TLineSeries;
Chart2: TChart;
Series2: TFastLineSeries;
Button2: TButton;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
procedure Button2Click(Sender: TObject);
private
{ Private declarations }
public
{ Public declarations }
end;
var
Form2: TForm2;
implementation
uses Unit1;
{$R *.dfm}
procedure TForm2.Button1Click(Sender: TObject);//процедура рисования
var
i:integer;
begin
for i:=1 to 50 do
begin
Series1.AddXY(Form1.Uv[i],Form1.Iv[i]*1000);
Series2.AddXY(Form1.Usz[i],Form1.Isz[i]*1000);
end;
end;
procedure TForm2.Button2Click(Sender: TObject);//процедура закрытия программы
begin
Form1.Close;
Form2.Close;
end;
end.
4. Решение контрольной задачи
Для моделирования возьмем следующую схему включения транзистора. рис. 4.1. Схема включения полевого транзистора
Произведем моделирование в программе MicroCap 7.0 и сравним полученные результаты с результатом работы программы .Задаем параметры транзистора. Указываем для примера значение параметров соответствующих транзистору 1N6660.
Рис. 4.2.
Графики выходной и стокозатвонной характеристик рис.4.2. Выходная характеристика полевого транзистора.
рис.4.3. Стоко-затворная характеристика полевого транзистора.
Сравним полученные данные с результатом расчёта программы:
рис.4.4. ВАХ полевого транзистора, полученные с помощью программы.
Заключение.
В результате выполненной курсовой работы была разработана программа в среде Delpih 6, предназначенная для моделирования выходных и стокозатворных характеристик полевого транзистора с изолированным затвором и встроенным каналом n-типа. Для этого была использована наиболее распространённая и универсальная математическая модель полевого транзистора.
Результаты работы программы практически совпадают с результатами работы профессионального ПО расчета электронных схем MicroCap 7.08.
Список литературы.
1. Лачин В.И. Савёлов Н.С. "Электроника" Ростов-на-Дону.: 2000 г. 2. Савёлов Н. С. МЕТОДЫ АНАЛИЗА И РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ. Конспект лекций.
4
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
26
Размер файла
2 808 Кб
Теги
тема
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа