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9. Der verschachtelte DC-Sweep

Erzeugen einer Ausgangskennlinienschar
Ein neues Simulationsprofil erzeugen, das auf einem vorhandenen basiert
   Ausfüllen des "secondary sweep"
Zwei Simulationsprofile zur Auswahl
Simulationsprofile löschen und den Profilnamen ändern

Das Ergebnis nach der Simulation zeigt eine Kennlinienschar
Leistungshyperbel und Arbeitsgerade eintragen
Eigenerwärmung und die Behandlung von Bauteile-Grenzwerten
   Eigenerwärmung
   Grenzwerte der Bauteile

Bei einem vorhergehenden Beispiel haben Sie lernen können, wie Sie einen DC-Sweep vornehmen. Dabei haben Sie im verwendeten Beispiel eine einzige Transistorausgangskennlinie erhalten. Nun folgt eine Anleitung, wie Sie eine Kennlinienschar erhalten. Jede einzelne Kennlinie entsteht dabei mit einem anderen Basisstrom. Außerdem lernen Sie, wie Sie mehrere Simulationsprofile anlegen und aufrufen.

Erzeugen einer Ausgangskennlinienschar

Die nachfolgende Schaltung ist Ihnen bereits vom vorhergehenden Beispiel (transistor, transistor.zip) bekannt. Der Strommarker ist schon am Kollektor-Pin platziert.

Schaltung mit Marker
Schaltung zur Erzeugung einer Transistorausgangskennlinienschar. Der Strommarker befindet sich bereits am Kollektor-Pin.

Um eine Kennlinienschar zu erzeugen, muss die Stromquelle (IDC) I1, welche für den Basisstrom sorgt, ebenfalls einem DC-Sweep unterzogen werden. Dies geschieht mit einem "secondary sweep". Dadurch erhalten wir mehrere Ausgangskennlinien. Jede einzelne Kennlinie entsteht dann bei einem anderen Basisstrom.

Ein neues Simulationsprofil erzeugen, das auf einem vorhandenen basiert

Für dieses Vorhaben benötigen wir kein vollständig neues Simulationsprofil. Den bereits erstellten DC-Sweep der Spannungsquelle können wir nämlich beibehalten. Wie gewohnt legen wir jetzt ein neues Simulationsprofil an. Wenn beim Anlegen das Fenster "New Simulation" erscheint, tragen wir in diesem den neuen Namen "Kennlinienschar" ein und wählen unter "Inherit From:" den Namen des bereits vorhandenen Simulationsprofils aus. Dadurch erstellen wir eine Kopie des alten Simulationsprofils, das wir dann später nur noch erweitern zu brauchen.

Fenster neue Simulation
Erzeugen eines neuen Simulationsprofils, das von einem alten abstammt.


Ab der Version 10.0 finden Sie noch einen dritten Knopf, der sich rechts neben dem Feld "Inherit From:" befindet. Mit diesem Knopf können Sie Simulationsprofile aus anderen Projekten aufrufen. Simulationsprofile sind in Dateien mit der Endung ".sim" abgespeichert.

Das nachfolgende Video zeigt den Vorgang am Beispiel der Version 9.2.. Zum Schluss sehen Sie im Video, wie im Simulationsprofil noch unter "Options" der "secondary sweep" angekreuzt und damit aktiviert wird.

Anlegen eines neuen Simulationsprofils, das auf einem bereits vorhanden basiert. Dann wird unter "Options" der "secondary sweep" durch Ankreuzen aktiviert. (schar1.avi).

Simulationsprofile löschen und den Profilnamen ändern

Den Profilnamen können Sie nachträglich ändern. Gehen Sie dazu in die Registerkarte "General" des entsprechenden Simulationsprofils und tragen Sie unter "Simulation Profile:" einen neuen Namen ein:


Ändern des Profilnamens.

Ein Profil können Sie auch löschen. Dazu müssen Sie im Projektfenster das entsprechende Simulationsprofil markieren. Dieses Simulationsprofil muss zudem aktiv sein und damit rot erscheinen. Dann betätigen Sie die Taste "Entf" bzw. "Del", um das Profil zu löschen. Dabei werden allerdings nicht die entsprechenden Sim-Dateien von der Festplatte gelöscht.


So enfternen Sie ein Simulationsprofil.

Ausfüllen des "secondary sweep"

Nun müssen Sie noch den "secondary sweep" ausfüllen. Die Basisstromquelle I1 soll verschiedene Ströme von 0 mA bis 1 mA in Schrittweiten von 0,1 mA liefern:

Anlegen des "secondary sweep"
Achten Sie beim Ausfüllen des "secondary sweep", dass Sie als "Sweep variable" "Current source" wählen.

Beim Ausfüllen müssen Sie besonders darauf achten, dass ihre "Sweep variable" jetzt "Current source" heißt, da es sich um eine Stromquelle handelt. Unter Name tragen Sie den Bezeichner der Stromquelle ein, der "i1" lautet, wie Sie ihn in Ihrem Schaltbild ablesen können. Zum Schluss klicken Sie auf "OK" oder "Übernehmen".

Zwei Simulationsprofile zur Auswahl

Nun können Sie zwischen zwei verschiedenen Simulationsprofilen wählen: dem alten, welches nur eine Ausgangskennlinie liefert und dem neuen, welches den Namen "Kennlinienschar" trägt:

Die Auswahl können Sie links oben in der Werkzeugleiste (obere Einrahmung) treffen oder im Projektfenster (untere Einrahmung):

Auswahl zwischen zwei Profilen
Die Auswahl der Simulationsprofile erfolgt in der Regel über die obere Werkzeugleiste.

In der unteren Einrahmung, im Projektfenster, befinden sich nun unter "Simulation Profiles" zwei Simulationsprofile. Wenn Sie eines dieser mit der rechen Maustaste anklicken, öffnet sich ein Auswahlfenster, von dem Sie sogar die entsprechende Simulation direkt starten können.

Auswahl des Simulationsprofils im Projektfenster
Das Simulationsprofil können Sie auch im Projektfenster ansteuern.

Das Ergebnis nach der Simulation zeigt eine Kennlinienschar

Wenn Sie mit dem neuen Simulationsprofil simulieren, erhalten Sie die nachfolgende Kennlinienschar im Probe-Fenster:

Die Kennlinienschar
Die Ausgangskennlinienschar des bipoleren Transistors.

Als zusätzliche Übung steht noch die vorgefertigte Simulation des Ausgangskennlinienfelds eines MOS-Fets zur Verfügung (mosfet oder mosfet.zip).

Leistungshyperbel und Arbeitsgerade eintragen

In die Ausgangskennlinienschar können Sie noch eine Leistungshyperbel und eine Arbeitsgerade eintragen:


Leistungshyperbel (rot) und Arbeitsgerade (blau) im Transistorausgangskennlinienfeld (grün) (eine vorbereitete Simulation befindet sich unter schar oder schar.zip).

Leistungshyberbel: Die maximale Verlustleistung des Transistors 2N2222 beträgt laut Datenblatt 500 mW. Um die Leistungshypberbel erscheinen zu lassen, müssen Sie nur in das Add-Trace-Fenster unter "Trace Expression" den Ausdruck 500mW/V(Kollektor) eintragen.

Arbeitsgerade: Bei einer maximalen Kollektorspannung von 12 Volt und einem Lastwiderstand von 59 Ohm müssen Sie den Ausdruck (12V-V(Kollektor))/59 in das Add-Traces-Fenster eintragen.

Das Add-Traces-Fenster finden Sie über die Menüleiste von Probe unter Trace - Add Trace. Oder betätigen Sie einfach die Taste "Einfg" Ihrer Tastatur.

Eigenerwärmung und die Behandlung von Bauteile-Grenzwerten

Eigenerwärmung

Die Simulation berücksichtigt keine eventuelle Eigenerwärmung des Transistors. PSpice geht in der Grundeinstellung von einer unter allen Umständen konstanten Sperrschichttemperatur von 27 Grad Celsius aus. Die Simulation berücksichtigt nur dann die Eigenerwärmung von Bauteilen, wenn eigens dazu besondere Ersatzschaltungen mit ABMs zum Einsatz kommen.

Grenzwerte der Bauteile

Auch können Sie in der Simulation nicht direkt erkennen, ob die Grenzwerte der Bauteile überschritten sind. Warnhinweise erfolgen nicht. Informationen über Grenzwerte sind in den PSpice-Modellen der Bauteile nicht enthalten. In der Simulation sind die Bauteile somit unzerstörbar. Für Capture/PSpice ist deshalb ein Zusatzprogramm erhältlich, das auch die Grenzwert-Problematik untersucht. Es verwendet neben den PSpice-Modellen zusätzliche Modelle, welche Informationen über die Grenzwerte enthalten (Rauchwolkenfunktion).

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