vorhergehende Seite nächste Seite Inhaltsangabe

31. Toleranzbehaftete Modell-Parameter

Durchbruchspannung einer Z-Diode mit einer Toleranz versehen
Die Toleranz-Arten DEV und LOT

Bisher haben Sie im Abschnitt über die Monte-Carlo-Analyse gelernt, dass man passive Bauteile mit Toleranzen versehen kann. Hier erfahren Sie, wie Sie den einzelnen Modell-Parametern Toleranzen vergeben können. Dazu müssen Sie einen Eingriff in das Modell vornehmen.

Durchbruchspannung einer Z-Diode mit einer Toleranz versehen

Im Abschnitt "Modell-Parameter parametrisieren" wurde Ihnen gezeigt, wie Sie einzelne Modell-Parameter im Zuge einer parametrischen Simulation verändern lassen können. Nach einem ähnlichen Prinzip können Sie einzelnen oder mehreren Modell-Parametern Toleranzen vergeben und das Verhalten der Schaltung mit einer Monte-Carlo- oder Worst-Case-Analyse untersuchen.

In der nachfolgenden Schaltung wird am Knoten Z die Zener-Spannung (Durchbruchspannung) gemessen. Dabei verändert ein DC-Sweep die Spannung von V1 zwischen 6 und 10 Volt:


Am Knoten Z fällt die Zenerspannung ab. Die Spannungsquelle V1 erfährt einen DC-Sweep (siehe uzswp oder uzswp.zip).

In einem nächsten Schritt erhält der Modell-Parameter Bv der Z-Diode eine Toleranz von 10%. Dazu tragen Sie im Modell der Z-Diode hinter "Bv=4.7" nach einem Leerzeichen "DEV=10%" ein. Bv ist für die Durchbruchspannung verantwortlich, welche in unserem Fall bei 4,7 Volt liegt:


Tragen Sie im Modell direkt hinter "Bv=4.7" nach einem Leerzeichen die Toleranzangabe "DEV=10%" für diesen Parameter ein.

Das toleranzbehaftete Modell setzt sich dann aus dem folgenden Text zusammen:

* Modell einer Z-Diode.  Die Zenerspannung, welche durch den
* Parameter Bv bestimmt wird, besitzt 10 % Toleranz.
*

.model D1N750Toleranz D(Is=880.5E-18 Rs=.25
+ Ikf=0 N=1 Xti=3 Eg=1.11 Cjo=175p M=.5516
+ Vj=.75 Fc=.5 Isr=1.859n Nr=2
+
Bv=4.7 DEV=10% Ibv=20.245m Nbv=1.6989
+ Ibvl=1.9556m Nbvl=14.976 Tbv1=-21.277u)

Wenn Sie das Modell auf diese Weise verändert haben, können Sie eine Monte-Carlo-Analyse vornehmen, die Ihnen das Toleranzverhalten der Durchbruchspannung zeigt:


Die toleranzbehaftete Durchbruchspannung in einer Monte-Carlo-Analyse.

Die Toleranz-Arten DEV und LOT

DEV: Im vorangegangenen Beispiel haben Sie Toleranz-Art DEV verwendet. Diese bewirkt, dass sich jeder toleranzbehaftete Parameter einer Schaltung während eines Simulations-Durchgangs unabhängig voneinander einen beliebigen Wert im Rahmen der Toleranzangabe einnehmen kann. Dieses Verhalten weisen auch passive Bauteile der analog.olb auf, welchen Sie eine Toleranz vergeben haben. Dies ist auch der Normalfall, wie er vorkommen könnte, wenn Sie z.B. toleranzbehaftete Widerstände in einer Schaltung einsetzen. In der nachfolgenden Brückenschaltung besitzen alle vier Widerstände eine Toleranzangabe mit DEV:


Die Brückenschaltung: Von besondern Interesse ist die Spannung zwischen der Masse und dem Knoten A  und der Strom durch die Spannungsquelle (siehe auch devlot oder devlot.zip)

Wenn das Modell der vier Widerstände folgendermaßen aussieht,

.model R_devlot RES (R=1 DEV=20%)

erhalten Sie nach einer Monte-Carlo-Analyse das folgende Ergebnis:


Durch die Toleranzangabe "DEV=20%" erzeugtes Diagramm in Probe.

Da durch die Toleranzangabe DEV jeder Widerstand während eines Simulationsdurchgangs einen anderen Wert einnehmen kann, ändert sich sowohl die Brückenspannung als auch der Strom durch die Spannungsquelle.

LOT: Bei der Toleranz-Art LOT können sich die toleranzbehafteten Parameter nicht mehr unabhängig voneinander verändern. Während eines Simulationsdurchgangs erfahren Sie die gleiche Abweichung im Rahmen des Toleranzbereiches. Das nachfolgende Diagramm ist mit derselben Brückenschaltung entstanden. Allerdings wurde die Toleranz von DEV auf LOT verändert. Das Modell der vier Widerstände lautet nun wie folgt:

.model R_devlot RES (R=1 LOT=20%)

Nach einer Monte-Carlo-Analyse sieht das Diagramm in Probe wie folgt aus:


Durch die Toleranzangabe "LOT=20%" erzeugtes Diagramm.

Da sich alle vier Widerstände nur im gleichen Verhältnis ändern können, bleibt die Brückenspannung bei jedem Simulationsdurchgang immer bei Null Volt. Allerdings kann sich der Strom durch die Spannungsquelle verändern.

Sie können einem Modell-Parameter auch gleichzeitig eine LOT- und DEV-Toleranz vergeben. Beispiel:

.model R_devlot RES (R=1 DEV=20% LOT=3%)

Weiter zum nächsten Abschnitt