Sensitivit – анализ чувствительности выходного напряжения цепи постоянного тока к разбросам параметров компонентов

Анализ чувствительности позволяет установить, какое влияние оказывают изменения отдельных параметров компонентов схемы на узловые напряжения схемы, в частности, на выходное напряжение. Таким образом можно выяснить, какие компоненты необходимо выбирать с как можно меньшими допусками на отклонение, чтобы гарантированно обеспечить работоспособность схемы при её изготовлении в виде серийной продукции.

Результат анализа чувствительности будет помещён в выходной файл Examine Output в текстовом виде под заголовком DC Sensitivity Analysis.

Рассмотрим в качестве примера достаточно простую схему установления статического режима для одиночного транзистора (рис. 14).

Рис. 14 - Установление статического режима для одиночного транзистора

Чтобы провести анализ чувствительности, необходимо выполнить следующие действия: в открытом окне Analysis Setup установить флажок рядом с кнопкой Sensitivity и, щёлкнув по этой кнопке, открыть окно Sensitivity Analysis (рис. 15).

В этом окне необходимо установить обозначение напряжения, чувствительность которого к изменению значений компонентов схемы необходимо исследовать. Если таких напряжений несколько, их можно разделить в поле ввода с помощью пробела.

Следует отметить, что выходной файл в этом случае может оказаться огромным, особенно если схема содержит много транзисторов. Поэтому, если такого рода процедуры с различными схемами проводятся достаточно часто, необходимо периодически проводить «чистку» дискового пространства.

Рис. 15 - Окно Sensitivity Analysis с установкой для проведения анализа чувствительности напряжения в узле 2

Далее необходимо закрыть окно Sensitivity Analysis, щёлкнув по кнопке OK, и окно Analysis Setup, щёлкнув по кнопке Close.

Запустив процесс моделирования, по его окончанию результат анализа можно найти в выходном файле под заголовком DC Sensitivity Analysis:

DC SENSITIVITIES OF OUTPUT V(2)

ELEMENT ELEMENT ELEMENT NORMALIZED

NAME VALUE SENSITIVITY SENSITIVITY

(VOLTS/UNIT) (VOLTS/PERCENT)

R_R2 1.000E+03 -2.162E-03 -2.162E-02

R_R1 1.980E+03 1.085E-03 2.149E-02

V_V1 5.000E+00 9.997E-01 4.999E-02

V_V2 5.000E+00 -5.000E-01 -2.500E-02

Q_Q1

RB 1.300E+02 3.765E-06 4.894E-06

RC 1.120E+00 6.231E-07 6.978E-09

RE 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00

BF 3.000E+02 -2.551E-05 -7.652E-05

ISE 4.335E-08 6.845E+03 2.967E-06

BR 3.201E+00 3.770E-13 1.207E-14

ISC 5.500E-12 -1.065E+03 -5.856E-11

IS 3.628E-15 -3.576E+12 -1.298E-04

NE 1.347E+01 -5.119E-05 -6.895E-06

NC 2.000E+00 2.928E-09 5.856E-11

IKF 9.635E-02 -4.628E-03 -4.459E-06

IKR 1.000E-01 7.163E-15 7.163E-18

VAF 7.200E+01 1.134E-05 8.168E-06

VAR 3.000E+01 -1.616E-05 -4.849E-06

Смысл параметров в выходном файле следующий.

В первой колонке указано имя компонента, по вариации которого определяется чувствительность узлового напряжения V(2). Если это транзистор, то чувствительность оценивается по вариации основных параметров модели. (Физический смысл параметров модели транзистора приведён в [3].)

Во второй колонке приводится номинальное значение соответствующего компонента или параметров его модели.

В третьей колонке под именем (VOLTS/UNIT) представлено не что иное, как производная напряжения в узле 2 по соответствующему параметру компонента. Например, в первой строке представлена производная:

.

В третьей колонке чувствительность представлена следующим образом (для первой строки):

. (1)

программа моделирование pspice запуск

Как правило, при исследовании чувствительности нас интересует относительное изменение выходного напряжения при относительном изменении номинала соответствующего параметра, поэтому классическое определение чувствительности [4] выглядит следующим образом:

, (2)

откуда

. (3)

Чтобы из выражения (1) получить выражение, аналогичное (3), необходимо провести вычисления по следующей формуле:

. (4)

Естественно, что выражения типа (4) должны быть получены для каждой переменной. Однако и так очевидно, что чем больше S₂, тем выше чувствительность схемы к изменению номинального значения данного компонента.