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《電器元件模型》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、窗體頂端電器元件模型:放大電路中的電感放大電路中的電感本模型研究了一種放大電路中電感的有限元模型。簡介現(xiàn)代電子器件復(fù)雜程度高，在產(chǎn)品開發(fā)和制造過程中更依賴于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。常用的計(jì)算軟件基于SPICE模式，最初由Berkeley大學(xué)研發(fā)出來(Ref.1)。SPICE模式包括一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置的模型，用于描述電器件——尤其是半導(dǎo)體器件，如晶體管，二極管和晶閘管等。SPICE還包含一個(gè)簡單的，易于閱讀的文本格式，用于電路網(wǎng)表和模型參數(shù)說明。雖然網(wǎng)表格式本質(zhì)上與開始沒什么不同，但模型設(shè)置和參數(shù)經(jīng)常變化，隨著半導(dǎo)體器
2、件的發(fā)展，新模型不斷加入到最近的文件中。當(dāng)器件尺寸降低時(shí)，會(huì)發(fā)生一些新效應(yīng)，需被正確的模擬。持續(xù)不斷的研究新器件的模擬過程將產(chǎn)生新的模型例子。當(dāng)工程師設(shè)計(jì)一個(gè)新的電器元件時(shí)，比如電容或電感，器件的SPICE參數(shù)未知。既可以來源于有限元軟件例如COMSOL多物理場(chǎng)也可以來源于試驗(yàn)測(cè)量。為了加速設(shè)計(jì)過程，SPICE電路模擬部分包含有限元模型將非常便捷，計(jì)算器件在真實(shí)電路中的情況。本模型計(jì)算一個(gè)簡單的放大電路，用有限元模型更換其中一個(gè)磁芯電感。COMSOL多物理場(chǎng)計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換情況。利用script添加電路
3、原件作為電感模型的常微分方程（ODEs），同時(shí)添加電路中SPICE器件所需的模型參數(shù)。模型定義電感模型采用AC/DC模塊的方位角電感電流模塊，計(jì)算磁勢(shì)A:其中μ0真空下的磁導(dǎo)率,μr為相對(duì)磁導(dǎo)率，σ為電導(dǎo)率。由于電感有很多匝數(shù)，單獨(dú)為每一圈建模型效率不高。該模型使用方塊代替整個(gè)線圈，其中方塊的恒定外部電流密度等效于線圈中每一匝的電流。方塊的電導(dǎo)率為0可避免產(chǎn)生渦流，經(jīng)事實(shí)證明獨(dú)立線圈之間沒有電流，每個(gè)線圈之間的渦流可忽略。連接到SPICE電路電路為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的放大電路，其中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，偏壓電阻，輸入
4、濾波器和輸出濾波器（見下圖）。輸入正弦信號(hào)1?V，10?kHz。下面列出該電路的SPICE網(wǎng)表：*BJTAmplifiercircuit.OPTIONSTNOM=27.TEMP27Vin10sin(0110kHz)Vcc4015Rg12100Cin2310uR14347kR23010kX145inductorRE701kCout5610uRl6010kQ1537BJT.MODELBJTNPN(Is=15fIse=15fIsc=0Bf=260Br=6.1+Ikf=.3Xtb=1.5Ne=1.3Nc=2Rc=
5、1Rb=10Eg=1.11+Cjc=7.5pMjc=.35Vjc=.75Fc=.5Cje=20pMje=0.4Vje=0.75+Vaf=75Xtf=3Xti=3).SUBCKTinductorV_coilI_coilCOMSOL:*.ENDS.END器件X1代表文件末尾定義的子電路。子電路的定義采用SPICE標(biāo)準(zhǔn)的一部分來定義電路方框，這樣可以在主電路中再生成。這里使用特殊執(zhí)行語句定義COMSOL多物理場(chǎng)模塊對(duì)應(yīng)的子電路，參考COMSOL選項(xiàng)COMSOL:?
6、7、?mode?name>
8、*。星號(hào)意味著COMSOL多物理場(chǎng)在本模型中尋找首次出現(xiàn)定義的參數(shù)V_coil和I_coil。這些參數(shù)是連接模型和電路的變量，必須在模型中采用某特定方式定義。變量V_coil必須給出施加在器件上的電壓，定義為全局變量。I_coil也是全局變量，用在模型中作為器件中的電流。腳本還可以解決兩個(gè)終端以上的模型文件，這就有必要定義每個(gè)終端作為懸浮電位邊界條件。注意任何使用接地邊界條件時(shí)，都將導(dǎo)致這些邊界直接接到電路的地節(jié)點(diǎn)，標(biāo)志為0。晶體管的模型參數(shù)與實(shí)際器件不匹配，但是數(shù)量上還是趨于實(shí)際
9、情況的。輸入的SPICE網(wǎng)表不完全匹配SPICE格式；尤其半導(dǎo)體器件模型，僅僅支持很少量的一些參數(shù)。提供不支持的參數(shù)不會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤提示，但是參數(shù)不會(huì)應(yīng)用到電流模型中。例如，瞬時(shí)電容和溫度效應(yīng)不支持晶體管模型。結(jié)果和討論放大器的偏壓常常是一個(gè)復(fù)雜的問題，特別是單獨(dú)采用晶體管時(shí)。添加一個(gè)電感作為集電極阻抗簡化偏壓設(shè)計(jì)，因?yàn)榫w管集電極瞬時(shí)電壓高于供給電壓，這對(duì)于電阻器是不可能的。有電感的放大器帶寬可以很窄。開始瞬時(shí)計(jì)算前，需計(jì)算合理的初始化條件。對(duì)于這個(gè)模型，足夠通過非線性變量求解器坡度化外加電壓至15V。坡度
10、化后，DC偏壓情況正確的被計(jì)算，可將這以計(jì)算結(jié)果作為瞬時(shí)計(jì)算的初始條件。0.2ms后，磁通密度圖如下圖?4-26所示。圖4-26:偏壓點(diǎn)計(jì)算后磁通密度（色彩）圖。采用全局變量繪圖，可輕易在一張圖上繪出輸入信號(hào)，輸出信號(hào)和電感電壓。圖4-27:輸入信號(hào)(U_VIN_cir)，輸出信號(hào)(U_RL_cir)和電感電壓(U_X1_cir)作為時(shí)間函數(shù)。輸出信號(hào)幅值相對(duì)輸入信號(hào)放大1.5倍。參考文獻(xiàn)1.“SPICE首頁,”http://
