.
Часть вторая.
Создание адекватной модели.
Итак, Панасоник поделился с нами некой моделью полевого транзистора DSK3J02, который должен быть близок по параметрам к 2SK3372 (так как предлагается на замену). Я боюсь что если использовать эту модель напрямую нас будет ждать разочарование. Выражающееся в невысокой точности результатов моделирования. Большинство изготовителей, особенно Японских, с пренебрежением относятся к созданию и последующему тестированию моделей компонентов которые они предлагают. Тем не менее, начинать с чего-то надо и эта исходная модель-уже что-то.
Для начала неплохо было бы померить статические входные и выходные характеристики. Т.е. провести маленькую лабораторную работу, примерно так как учили в школе. В результате получаются данные и семейства кривых, приведённые в Ехеловском файле.
FET_PLOTS.xls (Размер: 42.5 KB / Загрузок: 21)
После этого, параметры модели проверяются в симуляторе и строятся соответствующие семейства кривых, отображающие семейства входных и выходных характеристик модели.
Это файлы "2SK3372_Curves_Id_Vds.asc" и "2SK3372_Curves_Id_Vgs.asc".
Далее проверяется АЧХ модели для обоих схем включения. Файл "Gain_Eval.asc"
Основная цель проверки АЧХ-убедиться и установить соответствие между измеренным и моделируемым
коэффициентами передачи в обеих схемах включения.
Причём для уточнения ёмкостей используется не только значение эквивалентной ёмкости капсюля 7pF,
но и 15pF. Для чего собственно и было произведено соответствующее измерение в первой части данного опуса.
Кроме того, необходимо убедиться в том что сопротивления утечки p-n перехода полевика и диода "утечки" имеют
реалистичные значения.
При этой проверке, кстати, выяснилось что параметр модели Vk "Напряжение, характеризующее наступление ионизации
в переходе затвор–канал" у исходной модели приводит к нереалистично низкому входному сопротивлению.
Что потребовало его значительной коррекции.
Затем, проверяется соответствие искажений модели для 2 схем включения, усилителя и повторителя.
Исходные данные искажений реально измеренного усилителя приведены в первой части.
Сначала сопрягается несколько точек, файл моделирования "THD_1.asc".
Результаты моделирования из "SPICE error log" приведены ниже:
После этого строятся зависимости THD от амплитуды, используя мой "LTSPICE THD Analyzer".
Я использовал слегка модифицированную версию анализатора, позволяющую моделировать
и отображать сразу 2 канала, один для усилителя и один для повторителя. Файл "THD_Eval.asc"
После чего все изменения вносятся в файл модели "2SK3372.txt" и опять прогоняются все тесты.
Та ещё развликуха.
Использование отдельного файла для модели удобно тем, что все тесты используют одну и ту же
модель и изменения достаточно вносить только в один файл.
Все упомянутые файлы моделирования приведены в файле 2SK3372.zip.
2SK3372.zip (Размер: 16.6 KB / Загрузок: 60)
Кстати, я тут нашёл достаточно любопытную публикацию на русском об идентификации параметров
модели полевика с p-n переходом, естественно уже после того как всё закончил.
Идентификация параметров модели Шихмана–Ходжеса полевого транзистора с p–n переходом.pdf (Размер: 543.32 KB / Загрузок: 59)
Может кому пригодится.
Сама модель, включающая и диод "утечки". Для удобства, модель представлена в виде двух компонентов,
непосредственно полевика и диода. Это позволяет не использовать представление в виде "subcircuit".
Однако, необходимо не забывать включать в схему оба компонента и ставить им в соответствие модели,
представленные директивой ".model".
Что пока осталось за кадром?
Данная модель является аппроксимацией того экземпляра полевика, который был измерен.
Т.е. полевика с начальным током стока около 300мкА. Естественно, существует достаточно
большой разброс по этому параметру. Из имеющихся у меня в наличии 6-7 капсюлей, все попадали
в диапазон 300 - 500 мкА. В принципе, при желании это легко изменить в модели.
Кроме того, надо будет уточнить утечки диода. Т.е. сейчас значение суммарной утечки достаточно велико
для получения корректных результатов при моделировании большинства зависящих от них параметров.
Но можно его и уточнить.
И надо будет немного уточнить шумы.
Продолжение следует...Stay Tuned !!!
Часть вторая.
Создание адекватной модели.
Итак, Панасоник поделился с нами некой моделью полевого транзистора DSK3J02, который должен быть близок по параметрам к 2SK3372 (так как предлагается на замену). Я боюсь что если использовать эту модель напрямую нас будет ждать разочарование. Выражающееся в невысокой точности результатов моделирования. Большинство изготовителей, особенно Японских, с пренебрежением относятся к созданию и последующему тестированию моделей компонентов которые они предлагают. Тем не менее, начинать с чего-то надо и эта исходная модель-уже что-то.
Для начала неплохо было бы померить статические входные и выходные характеристики. Т.е. провести маленькую лабораторную работу, примерно так как учили в школе. В результате получаются данные и семейства кривых, приведённые в Ехеловском файле.
FET_PLOTS.xls (Размер: 42.5 KB / Загрузок: 21)
После этого, параметры модели проверяются в симуляторе и строятся соответствующие семейства кривых, отображающие семейства входных и выходных характеристик модели.
Это файлы "2SK3372_Curves_Id_Vds.asc" и "2SK3372_Curves_Id_Vgs.asc".
Далее проверяется АЧХ модели для обоих схем включения. Файл "Gain_Eval.asc"
Основная цель проверки АЧХ-убедиться и установить соответствие между измеренным и моделируемым
коэффициентами передачи в обеих схемах включения.
Причём для уточнения ёмкостей используется не только значение эквивалентной ёмкости капсюля 7pF,
но и 15pF. Для чего собственно и было произведено соответствующее измерение в первой части данного опуса.
Кроме того, необходимо убедиться в том что сопротивления утечки p-n перехода полевика и диода "утечки" имеют
реалистичные значения.
При этой проверке, кстати, выяснилось что параметр модели Vk "Напряжение, характеризующее наступление ионизации
в переходе затвор–канал" у исходной модели приводит к нереалистично низкому входному сопротивлению.
Что потребовало его значительной коррекции.
Затем, проверяется соответствие искажений модели для 2 схем включения, усилителя и повторителя.
Исходные данные искажений реально измеренного усилителя приведены в первой части.
Сначала сопрягается несколько точек, файл моделирования "THD_1.asc".
Результаты моделирования из "SPICE error log" приведены ниже:
Код:
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 1.000e+03 7.205e-01 1.000e+00 0.01° 0.00°
2 2.000e+03 1.256e-03 1.743e-03 94.25° 94.24°
3 3.000e+03 8.100e-05 1.124e-04 -3.64° -3.65°
4 4.000e+03 3.599e-05 4.995e-05 178.43° 178.42°
5 5.000e+03 2.882e-05 4.000e-05 -179.90° -179.91°
6 6.000e+03 2.377e-05 3.299e-05 -179.90° -179.91°
7 7.000e+03 2.037e-05 2.827e-05 -179.93° -179.94°
8 8.000e+03 1.783e-05 2.474e-05 -179.94° -179.95°
9 9.000e+03 1.585e-05 2.199e-05 -179.95° -179.96°
Total Harmonic Distortion: 0.174817%
N-Period=1
Fourier components of V(cs_out)
DC component:-0.0017443
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 1.000e+03 7.521e-01 1.000e+00 -179.96° 0.00°
2 2.000e+03 6.560e-03 8.722e-03 -85.93° 94.03°
3 3.000e+03 3.676e-04 4.887e-04 174.56° 354.52°
4 4.000e+03 1.875e-04 2.493e-04 -8.23° 171.73°
5 5.000e+03 1.488e-04 1.978e-04 0.52° 180.49°
6 6.000e+03 1.230e-04 1.635e-04 0.40° 180.37°
7 7.000e+03 1.054e-04 1.401e-04 0.32° 180.29°
8 8.000e+03 9.222e-05 1.226e-04 0.28° 180.24°
9 9.000e+03 8.197e-05 1.090e-04 0.25° 180.21°
Total Harmonic Distortion: 0.874546%
.step fgen=20000
N-Period=1
Fourier components of V(sf_out)
DC component:0.000968076
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 7.206e-01 1.000e+00 -0.71° 0.00°
2 4.000e+04 1.300e-03 1.804e-03 76.09° 76.81°
3 6.000e+04 1.257e-04 1.745e-04 8.17° 8.88°
4 8.000e+04 3.378e-06 4.688e-06 164.47° 165.18°
5 1.000e+05 1.690e-06 2.346e-06 -176.59° -175.87°
6 1.200e+05 1.164e-06 1.615e-06 -179.46° -178.75°
7 1.400e+05 1.003e-06 1.393e-06 -179.97° -179.26°
8 1.600e+05 8.789e-07 1.220e-06 -179.95° -179.24°
9 1.800e+05 7.812e-07 1.084e-06 -179.95° -179.24°
Total Harmonic Distortion: 0.181266%
N-Period=1
Fourier components of V(cs_out)
DC component:-0.00514485
Harmonic Frequency Fourier Normalized Phase Normalized
Number [Hz] Component Component [degree] Phase [deg]
1 2.000e+04 7.513e-01 1.000e+00 176.54° 0.00°
2 4.000e+04 6.742e-03 8.973e-03 -114.82° -291.35°
3 6.000e+04 6.125e-04 8.153e-04 178.52° 1.99°
4 8.000e+04 2.721e-05 3.622e-05 -86.77° -263.31°
5 1.000e+05 8.039e-06 1.070e-05 -3.24° -179.78°
6 1.200e+05 5.940e-06 7.906e-06 0.63° -175.90°
7 1.400e+05 5.064e-06 6.740e-06 0.31° -176.23°
8 1.600e+05 4.431e-06 5.898e-06 0.25° -176.28°
9 1.800e+05 3.938e-06 5.242e-06 0.22° -176.31°
Total Harmonic Distortion: 0.901020%
Measurement: sf_out_rms
step RMS(v(sf_out)) FROM TO
1 0.50949225745 0 0.005
2 0.5095423069 0 0.005
Measurement: cs_out_rms
step RMS(v(cs_out)) FROM TO
1 0.531957869605 0 0.005
2 0.531423022708 0 0.005После этого строятся зависимости THD от амплитуды, используя мой "LTSPICE THD Analyzer".
Я использовал слегка модифицированную версию анализатора, позволяющую моделировать
и отображать сразу 2 канала, один для усилителя и один для повторителя. Файл "THD_Eval.asc"
После чего все изменения вносятся в файл модели "2SK3372.txt" и опять прогоняются все тесты.
Та ещё развликуха.
Использование отдельного файла для модели удобно тем, что все тесты используют одну и ту же
модель и изменения достаточно вносить только в один файл.
Все упомянутые файлы моделирования приведены в файле 2SK3372.zip.
2SK3372.zip (Размер: 16.6 KB / Загрузок: 60)
Кстати, я тут нашёл достаточно любопытную публикацию на русском об идентификации параметров
модели полевика с p-n переходом, естественно уже после того как всё закончил.
Идентификация параметров модели Шихмана–Ходжеса полевого транзистора с p–n переходом.pdf (Размер: 543.32 KB / Загрузок: 59)
Может кому пригодится.
Сама модель, включающая и диод "утечки". Для удобства, модель представлена в виде двух компонентов,
непосредственно полевика и диода. Это позволяет не использовать представление в виде "subcircuit".
Однако, необходимо не забывать включать в схему оба компонента и ставить им в соответствие модели,
представленные директивой ".model".
Код:
*** Model for 2SK3372 used in WM-61A.
*** Created by Eugene Dvoskin, http://www.audio-perfection.com/
********* 05/30/2014 http://www.audio-perfection.com/forum/
.MODEL 2SK3372 NJF Beta=1.3m Betatce=-0.7 Rd=50 Rs=70 Lambda=52m Vto=-0.39
+ Vtotc=-2.2m Is=0.15e-12 Isr=0.15e-12 N=1.5 Nr=2 Xti=2 Alpha=106.8u Vk=50
+ Cgd=5.2p Cgs=1.38p M=0.79 Pb=0.8 Fc=0.5 Kf=2.0E-15 Af=0.287
*
.MODEL D_Leak D IS=16.254E-12 N=1.025 RS=0.015 IKF=0.305 CJO=1.804E-12
+ M=0.23 VJ=0.55 FC=0.5 ISR=0.42E-12 NR=1.28 BV=28 IBV=100.00E-6
+ TT=1.2E-9 EG=1.11 XTI=0.4 TRS1=0.002 TIKF=0.001
*Что пока осталось за кадром?
Данная модель является аппроксимацией того экземпляра полевика, который был измерен.
Т.е. полевика с начальным током стока около 300мкА. Естественно, существует достаточно
большой разброс по этому параметру. Из имеющихся у меня в наличии 6-7 капсюлей, все попадали
в диапазон 300 - 500 мкА. В принципе, при желании это легко изменить в модели.
Кроме того, надо будет уточнить утечки диода. Т.е. сейчас значение суммарной утечки достаточно велико
для получения корректных результатов при моделировании большинства зависящих от них параметров.
Но можно его и уточнить.
И надо будет немного уточнить шумы.
Продолжение следует...Stay Tuned !!!
Nobody Is Perfect