Курсовая работа: Визуальное моделирование электронных схем
VAR3.000E+01 -1.616E-05 -4.849E-06
Смысл параметров в выходном файле следующий.
В первой колонке указано имя компонента, по вариации которого определяется чувствительность узлового напряжения V(2). Если это транзистор, то чувствительность оценивается по вариации основных параметров модели. (Физический смысл параметров модели транзистора приведён в [3].)
Во второй колонке приводится номинальное значение соответствующего компонента или параметров его модели.
В третьей колонке под именем (VOLTS/UNIT) представлено не что иное, как производная напряжения в узле 2 по соответствующему параметру компонента. Например, в первой строке представлена производная:
.
В третьей колонке чувствительность представлена следующим образом (для первой строки):
. (1)
программа моделирование pspice запуск
Как правило, при исследовании чувствительности нас интересует относительное изменение выходного напряжения при относительном изменении номинала соответствующего параметра, поэтому классическое определение чувствительности [4] выглядит следующим образом:
, (2)
откуда
. (3)
Чтобы из выражения (1) получить выражение, аналогичное (3), необходимо провести вычисления по следующей формуле:
. (4)
Естественно, что выражения типа (4) должны быть получены для каждой переменной. Однако и так очевидно, что чем больше S2 , тем выше чувствительность схемы к изменению номинального значения данного компонента.
2.1.8 Monte Carlo – вероятностный анализ
Вероятностный анализ по методу Монте-Карло – это своего рода «высший пилотаж» схемотехнического моделирования. Возможно, для предлагаемого изучения элементарных схемотехнических «кирпичиков» такой вид анализа может и не потребоваться. Однако зачастую искусство проектирования радиоэлектронных схем как раз и заключается в умении создать такую схему, которая будет функционировать не только в лабораторных условиях, со специально подобранными вручную компонентами, но и в условиях серийного или мелкосерийного производства со случайным разбросом параметров компонентов.
До сих пор в процессе моделирования мы исходили из того, что компоненты проектируемых схем действительно имеют те значения, которые установлены индикатором значения: то есть если рядом с резистором стоит индикатор 1k, на самом деле резистор имеет сопротивление в 1k. Однако это предположение далеко от истины: все компоненты, используемые в электронных схемах, имеют допуски на номинальное значение.
Программа PSpice позволяет присваивать допуски параметров компонентов. Тогда в ходе одного анализа Монте-Карло одна и та же схема может моделироваться («прогоняться») до двадцати тысяч раз: каждый раз с новым набором параметров, заданных по принципу случайной выборки. Затем отдельные результаты оцениваются программой по тем критериям, которые заранее оговорены во время предварительной установки анализа.
Программа PSpice позволяет проводить анализ Монте-Карло в сочетании с анализами DCSweep, ACSweep и Transient. В ходе моделирования первый прогон анализа Монте-Карло всегда является «номинальным», то есть при этом все компоненты имеют свои номинальные значения.
Разброс значений компонентов может быть задан пользователем как выбором функции распределения, так и диапазоном разброса. Так, по умолчанию программа PSpice предлагает равномерное распределение (опция Uniform) в рамках заданного диапазона допуска. Возможно также и Гауссово распределение (опция Gaussian) или любое другое, определяемое пользователем (опция UserDefined). Это предоставляет широчайшие возможности профессиональным разработчикам, занимающимся проектированием схем для массового производства. Однако здесь мы ограничимся только равномерным распределением параметров разброса, уже установленного в программе PSpice по умолчанию.
В качестве примера исследуем с помощью вероятностного анализа схему активного фильтра на операционных усилителях типа μA741 с высокой крутизной фронта амплитудно-частотной характеристики (рис. 16). Такие схемы чрезвычайно чувствительны к разбросам параметров резисторов и конденсаторов.
Рис. 16 - Схема активного полосового фильтра на операционных усилителях
На рисунке 17 приведена частотная характеристика активного полосового фильтра. Эта частотная характеристика имеет такие крутые фронты, что даже неискушённому схемотехнику придётся задаться вопросом: а сохранит ли эта схема свои качества даже при небольших разбросах параметров компонентов?
Рис. 17 - Частотная характеристика активного полосового фильтра
Чтобы провести анализ Монте-Карло, необходимо проделать следующие шаги. Всем резисторам в схеме зададим 1 % допуска, а конденсаторам – 2 %. Для этого можно было бы, войдя в таблицу атрибутов каждого элемента, задать параметр Tolerance 1 % или 2 % соответственно. Однако программа PSpice предоставляет другую возможность задать допуски.