close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

МАРЭС 8

код для вставкиСкачать
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1. Описание проблемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
2. Описание математической модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
3. Описание программы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..9
4. Решение контрольной задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
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
К сказанному выше можно добавить, что упомянутый вначале этап развития электроники не является заключительным. Развитие численных методов и методов моделирования открыли новые пути развития для науки.
1. Описание проблемы
Математические модели являются основой математического анализа электронных схем. Поэтому их освоение является важным шагом в процессе изучения алгоритмов анализа электронных схем. Так как полевой транзистор является одним из основных элементов большинства вышеуказанных схем, то его изучение можно считать очень важным. 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 математической модели
Эквивалентная схема представлена на рисунке 2.1.
RD C (Drain) CGD З (Gate) COUT
iУ
CGC. CGS.
channel И (Source) RS
Рис 2.1.
Здесь используются следующие обозначения:
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.
Выходные характеристики данной модели транзистора имеют вид.
iС uЗИ1>uЗИ2 uЗИ2
uСИ
uСИ = -1/; 0 Рис 2.2.
Стокозатворные характеристики модели транзистора представлены на рисунке 2.3.
iС uСИ2 uCИ3>uCИ2>uСИ1
uСИ3
uСИ1
0 uПОР uЗИ 2.1. Математическое описание управляемого источника тока.
Приведем выражение для нормального включения. Формулы для инверсного включения записываются аналогично.
= 0 при ;
при ;
при ;
 - удельная крутизна.
2.2. 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.
2.3. Математическое описание зависимости от температуры.
;
- пороговое напряжение при номинальной температуре;
VTTC - температурный коэффициент порогового напряжения;
Т - текущая температура;
TNOM - номинальная температура.
3. Описание программы
После запуска программы на экране появляется меню:
1 - Ввод параметров транзистора.
2 - Вывод результатов.
Выход - Esc.
Пунктам меню соответствуют следующие подпрограммы :
1 -Parametri - процедура ввода параметров транзистора;
Calculator - процедура вычисления и записи в отдельные массивы выходной и стокозатворной характеристики. 2 - Table - подпрограмма последовательного вывода на экран выходной и стокозатворной характеристики в табличной форме.
После выбора того или иного пункта меню управление передаётся соответствующей подпрограмме.
Таблица 3.1. Основные идентификаторы
№ИдентификаторНазначение1PhiТемпературный потенциал2TnomНоминальная температура3StepziШаг расчета стокозатворной характеристики4StepsiШаг расчета выходной характеристики5VvihМассив напряжений выходной характеристики6IvihМассив токов выходной характеристики7VszМассив напряжений стокозатворной характеристики8IszМассив токов стокозатворной характеристики9Betaс учетом температуры10TТемпература12BTCКоэффициент при пересчете 13Bбез учета температуры15TVU пороговое нулевое номинальное16Gamma17Lambda18UsiЗначение Uси, используемое при расчетах19UziЗначение Uзи, используемое при расчетах20UpsЗначение Uпи, используемое при расчетах21Ch,harПеременные для работы в меню22UporUпороговое
Пример заполнения исходных данных приведен в следующем разделе.
Текст программы приведены ниже. Program PT_Izol_zat_Ind_Kan_n_tip;
uses crt;
const
TNOM = 300{K};
stepzi=10/25;
stepsi=20/25;
type
TStolb = array [1..25] of real;
var
Uvih,Usz,Ivih,Isz:TStolb;
Beta,T,BTC,B,VTTC,TV,Phi,Gamma,Lambda,Usi,Uzi,Ups:real;
ch,har:char;
Upr:real;
i:integer;
procedure menu;
begin
writeln('1 - Ввод параметров транзистора.');
writeln('2 - Вывод результатов.');
writeln('Выход - Esc.');
end;
procedure Parametri;
begin
clrscr;
Write('Температура (град.Цельсия): '); readln(T);T:=T+273.15;
Write('BTC(температурный коэффициент Beta):'); read(BTC);
Write('Beta (без учета температуры):'); read(B);
Write('VT temp.term(Volts/Deg C) :'); read(VTTC);
Write('Uпороговое 0 номинальное :'); read(TV);
Write('Phi :'); read(Phi);
Write('Gamma :'); read(Gamma);
Write('Lambda :'); read(Lambda);
Write('Напряжение исток-сток : '); read(Usi);
Write('Напряжение затвор-исток : '); read(Uzi);
if GAMMA=0 then
Ups:=0
else begin
Write('Напряжение подложка-сток :');
read(Ups)
end;
writeln;
writeln('Ввод данных завершен. Нажмите любую клавишу...');
ch:=readkey;
end;
function Upor:real;
var Upor0:real;
begin
Upor0:=TV+VTTC*(T-Tnom);
Upor:=Upor0+GAMMA*(sqrt(PHI-Ups)-sqrt(PHI));
end;
function Iy(Uzi,Usi,Up:real):real;
begin
if Uzi<=Up then
Iy:=0;
if (Usi>=0) and (Usi<=(Uzi-Up)) then
Iy:=Beta*((Uzi-Up)*Usi-0.5*sqr(Usi))*(1+Lambda*Usi);
if ((Uzi-Up)>0) and ((Uzi-Up)<Usi) then
Iy:=0.5*Beta*sqr(Uzi-Up)*(1+Lambda*Usi)
end;
procedure Calculate;
var
i:integer;
Uziz,Usiz:real;
step:real;
begin
Upr:=Upor;
Uziz:=Uzi;
Uzi:=0;
for i:=1 to 25 do
begin
Isz[i]:=Iy(Uzi,Usi,Upr);
Usz[i]:=Uzi;
Uzi:=Uzi+stepzi;
end;
Uzi:=Uziz;
Usiz:=Usi;
Usi:=0;
for i:=1 to 25 do
begin
Ivih[i]:=Iy(Uzi,Usi,Upr);
Uvih[i]:=Usi;
Usi:=Usi+stepsi;
end;
Usi:=Usiz;
end;
procedure vivvih;
var i:integer;
begin
writeln('Напряжение Usi Ток I');
for i:=1 to 25 do
begin
writeln(Uvih[i],' ',Ivih[i]);
readkey;
end;
readkey;
end;
procedure vivstzt;
var i:integer;
begin
writeln('Напряжение Uzi Ток I');
for i:=1 to 25 do
begin
writeln(Usz[i],' ',Isz[i]);
readkey;
end;
readkey;
end;
procedure Table;
var
i: integer;
begin
repeat
clrscr;
writeln('Введите какую характеристику необходимо выводить:');
writeln('(1 - выходная, 2 - стокозатворная, Esc - выход)');
har:=readkey;
if har = '1' then vivvih
else vivstzt;
until har=#27;
end;
begin
clrscr;
repeat
clrscr;
menu;
ch:= readkey;
case ch of
'1':begin
Parametri;
for i:=1 to 25 do
begin
Ivih[i]:=0;
Uvih[i]:=0;
Isz[i]:=0;
Usz[i]:=0;
end;
Beta:=B*(1+(T-27)*BTC*1e-6);
Calculate;
end;
'2':Table;
end;
until ch=#27;
clrscr;
end.
4. Решение контрольной задачи
В качестве контрольного варианта промоделируем полевой транзистор типа N6568 в соответствии со схемой.
Рис.4.1. Моделируемая схема.
Зададим параметры модели:
Температура (град.Цельсия): 27
BTC(температурный коэффициент Beta):2500
Beta (без учета температуры):1
VT temp.term(Volts/Deg C) :0.001
Uпороговое 0 номинальное :2.5
Phi :600e-3
Gamma :0
Lambda :1.5e-12
Напряжение исток-сток : 15
Напряжение затвор-исток : 4
Ввод данных завершен. Нажмите любую клавишу... Результаты расчёта:
Напряжение Usi Ток I
0.0000000000E+00 0.0000000000E+00
8.0000000000E-01 1.7768736660E+00
1.6000000000E+00 2.2714268965E+00
2.4000000000E+00 2.2714268965E+00
3.2000000000E+00 2.2714268965E+00
4.0000000000E+00 2.2714268965E+00
4.8000000000E+00 2.2714268965E+00
5.6000000000E+00 2.2714268965E+00
6.4000000000E+00 2.2714268965E+00
7.2000000000E+00 2.2714268965E+00
8.0000000000E+00 2.2714268965E+00
8.8000000000E+00 2.2714268965E+00
9.6000000000E+00 2.2714268965E+00
1.0400000000E+01 2.2714268965E+00
1.1200000000E+01 2.2714268965E+00
1.2000000000E+01 2.2714268965E+00
1.2800000000E+01 2.2714268965E+00
1.3600000000E+01 2.2714268965E+00
1.4400000000E+01 2.2714268965E+00
1.5200000000E+01 2.2714268965E+00
1.6000000000E+01 2.2714268965E+00
1.6800000000E+01 2.2714268965E+00
1.7600000000E+01 2.2714268965E+00
1.8400000000E+01 2.2714268965E+00
1.9200000000E+01 2.2714268965E+00
Рис 4.2.
Напряжение Uzi Ток I
0.0000000000E+00 0.0000000000E+00
4.0000000000E-01 0.0000000000E+00
8.0000000000E-01 0.0000000000E+00
1.2000000000E+00 0.0000000000E+00
1.6000000000E+00 0.0000000000E+00
2.0000000000E+00 0.0000000000E+00
2.4000000000E+00 0.0000000000E+00
2.8000000000E+00 9.0784397473E-02
3.2000000000E+00 4.9455323049E-01
3.6000000000E+00 1.2214340635E+00
4.0000000000E+00 2.2714268965E+00
4.4000000000E+00 3.6445317296E+00
4.8000000000E+00 5.3407485626E+00
5.2000000000E+00 7.3600773957E+00
5.6000000000E+00 9.7025182288E+00
6.0000000000E+00 1.2368071062E+01
6.4000000000E+00 1.5356735895E+01
6.8000000000E+00 1.8668512728E+01
7.2000000000E+00 2.2303401561E+01
7.6000000000E+00 2.6261402394E+01
8.0000000000E+00 3.0542515227E+01
8.4000000000E+00 3.5146740060E+01
8.8000000000E+00 4.0074076893E+01
9.2000000000E+00 4.5324525726E+01
9.6000000000E+00 5.0898086560E+01
Рис 4.3.
После сравнении результаты с результатами моделирования той же схемы программой MicroCap7 в режиме DC, можно сказать, что данная математическая модель моделирует данный тип транзисторов хорошо. Заключение
В курсовой работе была разработана программа, предназначенная для моделирования выходных и стокозатворных характеристик полевого транзистора с изолированным затвором и индуцированным каналом n-типа. Для этого была использована наиболее распространённая и универсальная математическая модель полевого транзистора. Результаты работы программы были сравнены с результатами работы профессионального ПО расчета электронных схем MicroCap 7.08.
Перспективами дальнейшего усовершенствования данной программы является разработка возможности вывода результатов расчета в графической форме и использование частной, а значит более точной, математической модели для данного типа полевых транзисторов.
Литература
1. Савелов Н.С. "Математический Анализ и Расчет Электронных схем", Курс лекций, 2005г.
2. Савелов Н.С. "Методические указания к курсовой работе по дисциплине "Математическое моделирование узлов промышленной электроники на ЭВМ."", Новочеркасск, 1995г.
3
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
15
Размер файла
158 Кб
Теги
марэс
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа