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1 引言 SPICE是一個功能強大的通用模擬和混合模式電路模擬器，它主要用來驗證電路設(shè)計以預(yù)測電路功能。這對于集成電路是尤其重要的。就是因為這個原因，在加州大學伯克利分校的電子研究工作實驗室SPlCE問世了，正如它的名字的意義：Simulation Progranl for Integrated Circuits Empha—sis。 PSpice是PC版本的SPICE(來自于OrCAD Corp．of Cadence Design Systems，Inc．)．雖然最初是用來做IC設(shè)計，但是由于低成本運算以及穩(wěn)定設(shè)計的推動，越來越多的電路和系統(tǒng)設(shè)計人員已經(jīng)意識到了模擬電路仿真的優(yōu)點。這樣，有源器件的器件模型要求就得以重新考慮，所以現(xiàn)在很多半導體公司已經(jīng)提供適當?shù)腟PICE模型作為技術(shù)支持職能的一部分。 PSpice有嵌入式運算法則或者模型用來描述很多器件的功能。一系列模型參數(shù)用來描述嵌入式模型的功能。我們可以通過應(yīng)用PSpice模型語法設(shè)置所有或者任何一個模型參數(shù)來定義一個基于嵌入式模型的器件。 2 達林頓晶體管的PSpice建模 PSpice模型編輯器是一個模型提取器，在仿真過程中用來對PSpice模/數(shù)產(chǎn)生模型定義。描述模型特點最常用的方法是對每一個器件特性輸入數(shù)據(jù)表信息。我們對每一個特性滿意之后，我們可以用模型編輯器估測(或者提取)相應(yīng)的模型參數(shù)并產(chǎn)生特性曲線圖表。這稱為成型流程。通常，我們總是重復(fù)這個過程，直到我們得到滿意的結(jié)果并保存他們。模型編輯器生成模型庫，模型庫包含適當?shù)哪Ｐ秃妥与娐范x。 達林頓晶體管(也常稱為一個達林頓對)是一個半導體器件，它包含兩個雙極晶體管，所以電流放大器第一次放大后又進一步得到第二次放大。總的電流增益相當于兩個單個增益一起的乘積： 達林頓對電流增益，hFE=hFEl×hFE2 (hFFl和hFE2分別是單獨晶體管的增益，這里hFE=I(CdllectorCurrent)/IBaseCurrent) 這樣達林頓晶體管就有了一個非常高的增益，比如10000，所以只需要一個非常小的基極電流就可以導通達林頓晶體管。 一個達林頓晶體管的表現(xiàn)就像一個擁有非常高的電流增益的單獨晶體管一樣。它有三個引腳(B，C和E)，這等同于一個標準單獨晶體管的三個引腳。最大的集電極電流Ic(max)等同于T2的Ic(max)，T2即下圖l中的第二個晶體管。當關(guān)掉一個達林頓晶體管時，圖中的電阻用來減少轉(zhuǎn)換延遲。 建模一個達林頓晶體管，我們?nèi)⌒酒琓IPl20的數(shù)據(jù)表作參考。就像我們上面提到的，我們從這個器件數(shù)據(jù)表輸入的信息通過模型編輯器轉(zhuǎn)換，可以轉(zhuǎn)換為用PSpice模型語法設(shè)定的參數(shù)模型組，或者PSpice SUBCKT語法生成的支電路網(wǎng)表，然后保存這些定義到模型庫，這樣當需要仿真模型的時候PSpice就可以搜索到了。 模型定義完成之后，我們就可以為一個達林頓對創(chuàng)造部件，如圖2所示： 3 PSpice對達林頓晶體管TIPl20仿真的典型特性 要分析TIPl20的典型特性，我們采用圖1的等效電路，這里根據(jù)TIPl20的數(shù)據(jù)表 Rl=8KΩ，R2=O．12KΩ。 由于達林頓晶體管常被用來放大弱小信號從而弱小信號可以清晰地被另一個電路或者計算機／微處理器探測到，用來評估電流增益(hFE)特性。PSpice仿真結(jié)果如圖3所示。 同時，集電極電流電性能vs．輸入電流在不同集電極一射極飽和電壓狀態(tài)下，集電極-射極飽和電壓和集電極電流的關(guān)系仿真結(jié)果分別如圖4圖5所示。仿真結(jié)果顯示和TIPl20的數(shù)據(jù)表非常匹配。 4 結(jié)論 從TIPl20提取出來的PSplce模型和以上。PSpice的仿真結(jié)果顯示，我們可以得出結(jié)論，PSpice程序?qū)﹄姍C工程業(yè)內(nèi)人士真的是一個非常有用的研究工具。它允許我們仿真單獨元器件和電子電路，進行大量不同的電路驗證和電路性能預(yù)測的分析。它是如此靈活而且一般又這么穩(wěn)定，所以很多工程師把它用作“軟件示波器”。 但是，SPICE仿真的結(jié)果是否理想，很大程度上取決于仿真中元器件模型和器件參數(shù)。電子行業(yè)技術(shù)發(fā)展日新月異，而且器件特性又差別如此大，所以只用默認參數(shù)是不能有效反映器件特征的。如果在一個SPICE仿真中應(yīng)用了錯誤的器件參數(shù)或模型，那么所有計算機的威力就浪費掉了，正如一句老的諺語：“輸入是垃圾，輸出也是垃圾”。 |
