Analýza obvodů se spínanými proudy
Základní proudová napěťová buňka a její modelování.
![[Maple Bitmap]](pracan_in/PraCAn_in245.gif)
![[Maple Bitmap]](pracan_in/PraCAn_in246.gif)
![[Maple Bitmap]](pracan_in/PraCAn_in247.gif)
![[Maple Bitmap]](pracan_in/PraCAn_in248.gif){kind=small}
![[Maple Bitmap]](pracan_in/PraCAn_in249.gif){kind=small}
![[Maple Bitmap]](pracan_in/PraCAn_in250.gif){kind=small}
Tranzistor základní buňky SI obvodů (obrázek (a)) zle modelovat jednoduše pomocí zdroje proudu řízeného napětím (obrázek (b)), přičemž jeho transkonduktance musí dopovídat proudu v pracovním bodě (při obecném zapojení se proud napájecího proudového zdroje rozdělí mezi připojené tranzistory podle jejich parametrů (K, W, L). Pro analýzu idealizovaného případu, kdy chceme určovat pouze dominantní vlastnoti obvodu, musíme vyloučit nabíjecí a vybíjecí efekty paměťového kapacitoru. To lze provést např. pomocí oddělovacího zdroje napětí řízeného napětím tak, jak je uvedeno na obrázku (c).
Popis obvodu - pro "tranzistor", jeho paměťový kapacitor a spínač je definován podobvod (proto nesouhlasí číslování uzlů s obrázkem). Pro analýzu idealizovaného obvodu nezáleží na velikosti kapacity uvedeného kapacitoru, proto je pro jednoduchost zvolena jednotková velikost. Vstupní zdroj je třeba přizpůsobit pro buzení v 1. fázi (v druhé fázi je odpojen a zkratován), výstupní uzel je pak v 2. fázi připojen na zdoj napětí, abychom mohli jedoduše určit výstupní veličinu - proud.
| > | si1:="elementarní proudová paměťová buňka |
| > | I1 0 i 1 AC 1 |
| > | S1 i 1 1 |
| > | S2 i 0 2 |
| > | X1 1 1 1 bunka PARAMS: g=gm |
| > | S3 1 2 2 |
| > | Vo 2 0 0 |
| > | .subckt bunka b a ph Eb s 0 a 0 1 Sb s c ph Cb c 0 1 Gb b 0 c 0 g .ends bunka |
| > | .end": |
TF analýza.
| > | PraCAn(si1,TF,P=2,SIIDEAL); |
Přenos buňky z 1. do 2. fáze.
| > | subs(%,i("Vo")[2]); |
Integrátor v technice SI
![[Maple Bitmap]](pracan_in/PraCAn_in254.gif)
Pro popis obvodu jsou použita výše uvedená "doporučení".
| > | si2:="SI integrátor |
| > | I1 0 i 1 AC 1 |
| > | S1 i 1 1 |
| > | S2 i 0 2 |
| > | X1 1 1 2 bunka PARAMS: g=1 |
| > | X2 1 1 1 bunka PARAMS: g=1 |
| > | X3 2 1 1 bunka PARAMS: g=alpha |
| > | Vo 2 0 0 |
| > | .subckt bunka b a ph Eb s 0 a 0 1 Sb s c ph Cb c 0 1 Gb b 0 c 0 g .ends bunka |
| > | .end": |
Tf analýza - určení výstupního proudu (přenosu) v druhé fázi (z první do druhé fáze).
| > | PraCAn(si2,TF,P=2,SIIDEAL,SAVE=i("Vo")[2]); |
Střídavá analýza pro určení kmitočtové charakteristiky.
| > | ac2:=PraCAn(si2,ac,P=(2,10e3),SIIDEAL,SAVE=i("Vo")[2]); |
Vykreslení kmitočtové charakteristiky pro
. Je evidentní, že se jedná o charakteristiku integrátoru.
| > | plots[semilogplot](20*log10(abs(subs(alpha=1,subs(ac2,i("Vo")[2])))),f=100..6e3); |
![[Maple Plot]](pracan_in/PraCAn_in258.gif)
Je nutné si uvědomit, že buzení signálem o kmitočtu rovném přepínacímu kmitočtu je ekvivalentní buzení stejnosměrným signálem, čemuž odpovídá i uvedená charakteristika (roste nade všechny meze). Dále se charakteristika samozřejmě opakuje.
| > | plots[semilogplot](20*log10(abs(subs(alpha=1,subs(ac2,i("Vo")[2])))),f=100..12e3); |
![[Maple Plot]](pracan_in/PraCAn_in259.gif)
Zjednodušený bikvad v proudovém módu
![[Maple Bitmap]](pracan_in/PraCAn_in260.gif)
| > | si3:="SI biquad |
| > | I1 0 1 1 AC 1 |
| > | S1 1 0 2 |
| > | S2 1 2 1 |
| > | X1 2 2 2 bunka PARAMS: g=1 |
| > | X2 2 2 1 bunka PARAMS: g=1 |
| > | X3 5 2 1 bunka PARAMS: g=alpha3 |
| > | S30 5 0 1 |
| > | *Pokud není výstup proudového zdroje (tranzistoru T3) v některé fázi (1) připojen, musí se připojit přes spínač (S30) na zem |
| > | S3 5 6 2 |
| > | X4 6 6 2 bunka PARAMS: g=1 |
| > | X5 6 6 1 bunka PARAMS: g=1 |
| > | X6 9 6 1 bunka PARAMS: g=1 |
| > | X7 1 6 1 bunka PARAMS: g=alpha2 |
| > | X8 10 6 1 bunka PARAMS: g=alpha4 |
| > | S4 10 6 1 |
| > | S80 10 0 2 |
| > | Vo 9 0 0 |
| > | .subckt bunka b a ph Eb s 0 a 0 1 Sb s c ph Cb c 0 1 Gb b 0 c 0 g .ends bunka |
| > | .end": |
Tf analýza - určení výstupního proudu (přenosu) v první fázi (z první do první fáze).
| > | PraCAn(si3,TF,P=2,SIIDEAL,SAVE=i("Vo")[1]); |
Na závěr ukážeme analýzu obvodu se spínanými proudu a transkonduktory (obvodu se spínanými transkondukcemi). Jedná se obvod jehož impedance odpovídá impedanci sériového rezonančního obvodu (při použití BD, tj. zpětné Eulerovy trasformace).
![[Maple Bitmap]](pracan_in/PraCAn_in262.gif)
| > | si4:="SRO_RLC se spínanými transkonduktancemi |
| > | I1 0 2 1 AC |
| > | S1 2 0 2 |
| > | X1 1 1 2 bunka PARAMS: g=1 |
| > | X2 1 1 1 bunka PARAMS: g=1 |
| > | X3 2 1 1 bunka PARAMS: g=alpha1 |
| > | X4 3 1 1 bunka PARAMS: g=alpha1 |
| > | X5 5 1 1 bunka PARAMS: g=alpha2 |
| > | S3 1 5 1 |
| > | S4 5 0 2 |
| > | G6 3 0 3 0 1 |
| > | G7 4 0 3 0 1 |
| > | S2 4 0 2 |
| > | G1 0 1 2 4 gm1 |
| > | X8 6 6 1 bunka PARAMS: g=1 |
| > | X9 7 7 2 bunka PARAMS: g=1 |
| > | X10 4 7 2 bunka PARAMS: g=alpha3 |
| > | X11 4 6 1 bunka PARAMS: g=alpha3 |
| > | S5 6 7 2 |
| > | S6 7 0 1 |
| > | G2 0 6 4 0 gm2 |
| > | .subckt bunka b a ph Eb s 0 a 0 1 Sb s c ph Cb c 0 1 Gb b 0 c 0 g .ends bunka |
| > | .end": |
Střídavá tf analýza.
| > | ac4:=PraCAn(si4,TF,P=2,SIIDEAL,SAVE=v("2")); |
Výpočet vstupní impedance obvodu ve fázi 1.
| > | Zin:=subs(ac4,v("2")[1]/I1); |
Transformace vstupní impedance do p roviny pomocí zpětné Eulerovy trasformace (BD).
| > | Zin_p:=normal(subs(z=1/(1-p),Zin)); |
Z tohoto je již evidentní, že se jedná o impedanci sériového rezonančního obvodu.
| > | expand(Zin_p); |
| > |