实验二 直流仿真和建立电路模型

36实验三、直流仿真和建立电路模型概述本章将介绍参数的子网络，在分层设计中如何创建和使用它们。我们将从一个元件建模开始。对于性能较好的元件模型，最低层的子网络应包括封装寄生参数。一个测试模板将用来对一个可以计算，建立并检验的偏置网络的响应进行仿真并输出响应曲线。该实验中的电路是本教材中其它实验使用的放大器基础。任务建立一个考虑寄生参数的通用BJT模型，并保存在自电路中。设置并运行大量DC仿真来确定其性能。在数据显示中计算偏置电阻。在DC仿真基础上建立一个偏置网络。测试偏置网络。目录1.新建任务：amp_1900……………………………………………………372.设置一个通用BJT符号和模型卡…………………………………………373.对电路添加寄生参数和连接部分…………………………………………394.观察缺省符号………………………………………………………………395.设置设计参数和内建符号…………………………………………………406.用曲线指示模板测试bjt_pkg的子电路…………………………………427.修改参数扫描模板…………………………………………………………438.在Beta=100和160时仿真…………………………………………………449.打开一个新设计，并在主窗口中查看你的所有文件……………………4510.对直流偏置的参数扫描进行设置并仿真…………………………………4611.计算共射电路偏置电阻Rb,Rc的值………………………………………4912.偏置网络……………………………………………………………………5013.对直流解作仿真和注释……………………………………………………5114.选学：温度扫描……………………………………………………………5237步骤1、新建任务：amp_1900a.如果你还没有创建该任务，就请现在创建。然后在该信任务amp_1900中打开一个新的原理图窗口并以bjt_pkg为名保存它，并在Option→preferences中进行你希望的设置。2、设置一个通用BJT符号和模型卡a.在原理图窗口中，选择面板Devices-BJT.。选择BJT-NPN放入原理图中，如下所示。b.插入BJT_Model模型元件，如下所示。38c.双击BJT-Model卡。出现对话框后，点击ComponentOptions，在下一对话框中，点击ClearAll使参数可见。然后点击Apply，该操作会删掉原理图中的Gummel-Poon参数表。不要关闭该对话框。关于Binning的备注：你可以插入多模型组卡，用Binning元件改变模型元件的变量值。这些变量可作为例如温度、长度、宽度等参数。Binning元件允许你创建一个参考模型的矩阵。d.接着，在BJT_Mode对话框中选择Bf参数，并输入Beta如下图所示。并在Displayparameteronschematic前面打上勾。然后，点击Apply。Beta此时成为该电路的一个参数，接下来你就可以按调整变量的方法对其进行调整。e.设置Vaf（预置电压）=50，并显示。f.令Ise（E、B漏电流）=0.02e-12。并显示。然后点击OK关闭BipolarTransistorModel：1对话框。现在该元件就有了更多的实际参数。g.去掉BJT元件的一些不希望显示的参数（例如，面积、区域、温度和模式）。方法是双击BJT1，在打开的对话框中选中不希望显示参数选项。然后去掉39displayparameteronschematic前面的勾。3、为电路加入寄生参量和电路连接部分下图为考虑寄生和接头的完整的电路图。注意使用旋转图标把元件调整到合适的方向。放置元件的步骤如下：a.放置集总参数L、C元件：插入三个320pH的引线电感和两个120fF的结电容。注意使用正确的单位（P、F），否则电路不会得到正确的相应。（提示：如果你已经输入过L或C，可在元件历史栏中直接输入L或C。可不通过面板而直接获得元件）b.为基极引线电感连接一个R=0.01Ω的电阻，并显示其值（如下图所示）。c.放置端口接头：点击端口接头图标。然后，务必按如下顺序放置接头：1）集电极C；2）基极B；3）发射极E。只有如此，接头才能与ADSBJT符号有相同的顺序。d.编辑端口名：如：改P1为C，P2为B，P3为E。e.整理原理图：摆放元件使原理图看起来有序——这是一种很好的实践。按F5键，选中元件，移动鼠标，可把元件文本框移动到需要位置。4、观察缺省符号40有三种方法为电路创建符号：1）使用默认符号；2）绘制符号；3）使用ADS内建符号。本练习中，你将使用一个内建的BJT符号。此前，应删除ADS赋给电路的缺省符号。其步骤如下：a.点击View＞Create/EditSchematicSymbol，可以找到找到默认符号。如果系统中没有电路的缺省符号。点击View＞Create/EditSchematicSymbol后出现下面的对话框，点OK，默认符号就会出现。b.接着，产生一个三端矩形框。这是默认符号。如果系统中有电路的缺省符号。点击View＞Create/EditSchematicSymbol后直接会出现下面的三端矩形框。用命令Select＞SelectAll，点击删除图标或按Del键可删除默认符号。c.点击View＞Create/EditSchematic回到原理图。5、设置设计参数和内建符号a．点击File＞DesignParameters,出现下面的对话框。b．在General标签中，作如下修改：1）把元件范例名改为Q，2）点下拉箭头选择符号为SYS_BJT_NPN（内建符号），3）在布线图模型中选择Fixed和SOT23，如图所示。41c．点击SaveAELFile，写入修改值，但不要关闭对话框。你好要用它设置其它参数。d．点击Parameter标签，在参数名（ParameterName）框中输入beta，默认值设为100，点击Add按钮。如下图所示，确认DisplayParameter框被选中。点击OK保存新的设定并关闭对话框。e．在原理图窗口中，保存设计，不要丢失创建的字电路。下一步，我们将介42绍如何使用设计参数。6、用曲线测试模板测试bjt_pkg子电路a．在当前bjt_pkg的原理图中，点击File＞NewDesign。对话框出现后，输入名称：dc_curves并选择BJT_curve_tracer模板。如下图所示。点击OK，会生成一个新原理图，就可以放置bjt_pkg了。b．保存设计并点击元件库（Library）图标。c．出现对话框后，选择任务amp_1900，并点击bjt_pkg子电路，放入原理图，如下图所示。你创建的每一个电路，作为子电路在任务重都是有效的。43d．按图连接bjt_pkg的元件。你可能要调整线和文本框（F5键）是视图看起来跟合理。现在即可关闭元件库窗口。再次保存dc_curves设计。注意，要养成经常保存设计的好习惯。关于模板的备注：除了用前面的方法插入模板外，我们也可以用原理图窗口命令Insert＞Templates插入模板。许多模板都有预设置、节点名（线符号）和变量。因此，必须修改后才能用于你的电路。这些模板也有数据显示模版，在预设格式下自动绘图。这些数据显示模版，在预设格式下自动绘图。这些数据显示模版在数据显示窗口也有效。通常来说，如果你熟悉ADS，运用模板是非常有效和省时的。7、调整参数扫描模板a．可从0μA至100μA以10μA步长改变扫描参数IBB的值，如图所示。44但不要改变DC仿真控制器中关于VCE扫描的默认值，它们是正确的不需要修改。注意变量VAR（VCE=0，IBB=0）是不需要修改的，因为它们只需要在仿真器中对变量进行初始化。8、在Beta=100和Beat=160时仿真a．在Beta=100时仿真（F7键）。仿真完成后，显示数据会与绘图结果一起生成（数据显示窗口）。试着移动标记并观察生成的新值。（实验报告）b．再次对Beta=160仿真，直接在原理图上修改即可。注意仿真值的变化。（实验报告）c．验证Beta=160，VCE=3V时的仿真值，此时假设输入功率为10mW，IBB=40μA，IC=3mA。如果不正确就检查你的设计。（实验报告）9、打开一个新的设计并在主窗口中查看你所有的文件45a．保存当前原理图：dc_curves。在同一窗口中。创建一个新的设计（无模板），命名为dc_bias，点击图标保存设计。该设计就被写入ADS的数据库。b．现在，查看ADS主窗口。你的网络目录里应该有3个设计：bjt_pkg，dc_curves和dc_bias。在此之前，你可能需要在文件浏览器上双击network，来刷新浏览器。c．在文件浏览（FileBrowser）窗口中，点击＋或－号框和向上箭头，你就可以查找你所创建的任务中的文件。记住：你只能同时在一个任务中操作，但你可以把文件从其它任务中拷贝过来插入。d．最后，在主窗口试着通过按键显示/隐藏所有的窗口部件。该操作是为了设计安全或找到其它非ADS的窗口。在此情况下，只有主窗口可见。使用按键可以恢复显示所有的窗口部件。10、对直流偏置的参数扫描进行设置并仿真关于参数扫描的备注：如果我们只对一个参数扫描，可使用仿真控制器中的的扫描标签（SweepTab）。但是如果对多个参数扫描，就需要参数扫描控制组件了。例如我们刚才使用过的模板。一般来说，所有的仿真控制器，都只允许你对单个参数（变量）进行扫描。不使用模板建立电路的步骤如下：a．用library图标放置bjt_pkg，进入bjt_pkg子电路。现在，点击File＞46Parameters，重置Beta参数缺省值为160，退出子电路，删除bjt_pkg，再重新插入它。此后不管你何时使用该模型电路，Beta值便始终为160了。b．从探测元件（Probecomponent）面板或从历史元件栏中放置I_Probe，并重命名为IC（如下图所示）。c．从频域源（Sources-Frequencydomain）面板或历史元件栏中放置一个直流电压源和一个电流源，并设置其值为V_DC=3V，I_DC=1BB，如下图所示。d．把元件连接起来并接地（使用接地图标）。47e．放置DC仿真控制器或DC。编辑：双击控制器，进入Sweep标签栏中令IBB从10μA到100μA，以10μA步长变化（输入值分别为：10uA；100uA；和10uA；）。然后，再Display标签栏中检查将要显示的设置，如下图。点击Apply和OK。f．设置一个VAR（点击图标）变量方程。用鼠标直接在屏幕上设置IBB=0A为变量扫描的初始值。g．在基极放置线符号VBE（点击图标）。该节点电压会在数据组生成，用于计算偏置电阻值最后的原理图如下所示。对数据仿真，绘图。数据显示窗口出现后，选择，应放置VBE与IC.i的列48表值。因为你是通过IBB扫描得到这些值，所以IBB已自动包括在内了。（实验报告）关于结果的备注：正如你所见，3V电压加于元件，产生40μA电流使VBE电压为799mV，集电极电流为3.3mA。h．保存设计与显示数据。11、计算共射电路偏置电阻Rb，Rc电阻值。a．在数据显示窗口，放入方程Rb=（3-VBE）/IBB。b．在数据显示窗口，选中刚刚输入的Rb方程，并用Ctrl＋C键拷贝该方程，用Ctrl＋V把它粘贴到数据显示窗口。此时，粘贴的方程由Rb变为Rb1。c．使Rb1方程变为高亮（见下图），并将其值修改为Rc=2/IC.i。全部直流电压为5V，因此，3V加于VCE，剩下2V加在集电极电阻上。d．插入一张新的列表，点击图标，在对话框拖动滚动条到Equations菜单（如下图所示）。并把Rb和Rc添加到输出列表。49在输出列表中Rb和Rc后面加入[3]，此时输出表格变为下面的形式。它只显示第3行的内容（注意：此时行的计数从0开始，即：0，1，2，3等等）。然后，你用数据显示窗口的文字选项（Insert＞text或快捷键）为列表添加说明符号，如下图所示。（实验报告）12、设置偏置网络现在你已