連續(xù)介紹了兩種統(tǒng)計(jì)分析，這一期介紹PSpice AD中的最后一個(gè)進(jìn)階分析——溫度分析。眾所周知，電阻等元件的參數(shù)值以及晶體管的許多模型參數(shù)值都與溫度有著非常密切的關(guān)系。

說(shuō)到電子器件跟溫度的關(guān)系，突然想起今年暑假一件傷心事，南京今年夏天異常炎熱，某天中午在室外接了一個(gè)電話，掛完電話之后，手機(jī)滾燙，然后就自動(dòng)關(guān)機(jī)了，難道手機(jī)“中暑”了？拿回室內(nèi)冷卻一段時(shí)間后勉強(qiáng)可以開(kāi)機(jī)，然后發(fā)現(xiàn)手機(jī)攝像頭莫名其妙玩起罷工，之后攝像頭就時(shí)好時(shí)壞。看來(lái)手機(jī)出廠測(cè)試時(shí)還沒(méi)模擬到這個(gè)極端的情況呀

現(xiàn)在有很多公司是專門從事半導(dǎo)體檢測(cè)和電路測(cè)試，溫度分析是其中非常重要的環(huán)節(jié)，如果不考慮器件的溫度系數(shù)，設(shè)計(jì)出來(lái)的電路直接上電是件很危險(xiǎn)的事

概 述

電路工作一段時(shí)間，溫度會(huì)發(fā)生改變，同時(shí)環(huán)境工作溫度也是在改變，而半導(dǎo)體器件、電阻、電容、電感等大多數(shù)電子元件的工作特性都會(huì)受溫度影響，因此溫度也是電路中一個(gè)需要考慮的參數(shù)。

PSpice中所有的元器件參數(shù)和模型參數(shù)都是設(shè)定其在常溫下的值（常溫默認(rèn)值為27°C），可以在 Option選項(xiàng)中獲得和修改。

PSpice程序分析不同溫度下電路特性變化的過(guò)程是：

首先按照元器件值以及模型參數(shù)值與溫度的關(guān)系，計(jì)算不同溫度下元器件值以及模型參數(shù)值，然后采用新的參數(shù)值進(jìn)行模擬分析，就得到不同溫度下的電路特性。

因此要求分析幾個(gè)溫度下的電路特性，就要進(jìn)行幾次模擬分析

當(dāng)然，不同溫度下電路特性模擬分析結(jié)果是否符合實(shí)際情況，主要取決于元器件模型中是否描述了各參數(shù)的溫度系數(shù)，以及描述是否符合實(shí)際情況。

本期使用第四期瞬態(tài)分析的實(shí)例電路進(jìn)階溫度分析作為范例解釋溫度分析的基本操作。

圖1 本期實(shí)例電路

溫度系數(shù)設(shè)置

電阻的溫度系數(shù)

溫度變化時(shí)，電阻參數(shù)值與溫度的關(guān)系式為：

其中：

R0為電阻描述語(yǔ)句中的阻值；

T0為常溫300K，即27攝氏度；

TC1為線性溫度系數(shù)

TC2為二次溫度系數(shù)

通常情況下，電阻生廠商為用戶提供線性溫度系數(shù)TC1的值。溫度系數(shù)指溫度變化一攝氏度時(shí)電阻的相對(duì)變化量。

電容和電感的隨溫度變化的計(jì)算公式和電阻相似，只是將電阻值改為電容值或電感值。

早期版本的OrCAD軟件，Capture中的元件沒(méi)有溫度系數(shù)等相關(guān)參數(shù)，需要編輯BREAKOUT庫(kù)中的器件模型，添加語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。

新版本則可以直接雙擊電阻或電容，在屬性編輯中找到TC1和TC2的編輯框，輸入數(shù)值即可。這里將電阻的TC1設(shè)置為0.005；電容的TC1設(shè)置為0.001。

圖2 電阻和電容的溫度系數(shù)設(shè)置

晶體管的溫度系數(shù)

一般晶體管的溫度特性已經(jīng)包含在器件模型中，不同型號(hào)的溫度特性會(huì)有不同。所以模型的準(zhǔn)確性影響著晶體管溫度分析結(jié)果的可參考性。

我們?cè)?a target="_blank">模電課上知道，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線將下移。

圖3二極管的溫度特性

一般溫度每升高1度，正向?qū)妷壕蜏p小2mV~2.5mV，而溫度每升高十度，反向飽和電流將增加一倍。二極管的反向飽和電流的溫度特性由SPICE模型中的禁帶能量Eg和飽和電流溫度指數(shù)XTI決定。

溫度分析的參數(shù)設(shè)置

溫度分析同樣屬于進(jìn)階分析，電路進(jìn)行瞬態(tài)分析、交流分析或者直流分析時(shí)，在仿真設(shè)置窗口的Options中都有Temperature（Sweep），這里先設(shè)置作為基礎(chǔ)分析的瞬態(tài)分析，然后勾選溫度掃描分析作為進(jìn)階分析，如圖4所示。

圖4瞬態(tài)分析進(jìn)階溫度掃描分析的設(shè)置

也可以選擇先設(shè)置瞬態(tài)分析，然后選擇參數(shù)掃描分析中的Temperature作為變量，進(jìn)行溫度分析。設(shè)置如圖5所示。

圖5 溫度作為變量的參數(shù)掃描分析

兩種方式的設(shè)置運(yùn)行仿真后均會(huì)先彈出圖6所示的多批模擬結(jié)果數(shù)據(jù)選擇框，依次列出了溫度分析的批次，供用戶選用。

可以選擇全部或是部分，若要選擇部分批次，可以先單擊None按鈕，然后按Ctrl+單擊需要的批次，選擇一批或多批數(shù)據(jù)，最后單擊ok按鈕得到圖7的波形。

圖6多批模擬結(jié)果數(shù)據(jù)選擇框

圖7不同溫度下負(fù)載上得到的輸出波形

查看輸出文檔

不管是圖4采用溫度分析的方式還是圖5通過(guò)參數(shù)掃描方式下選擇溫度作為參數(shù)，這兩種方式得到的輸出波形結(jié)果是一樣的，但在View>Output File中查看文字輸出結(jié)果時(shí)，只有圖4的方式，也就是使用Temperature（Sweep）分析下，可以看到不同溫度下，元器件數(shù)值和二極管參數(shù)值的變化。所以如果需要這些數(shù)據(jù)時(shí)，還是選擇單獨(dú)的溫度分析為好。

圖8溫度分析的文字結(jié)果

上圖是在PSpice波形顯示界面的選擇菜單欄View-->output File得到的喲

晶體管的溫度特性

為了說(shuō)明晶體管模型中已經(jīng)包含了半導(dǎo)體的溫度特性，接下來(lái)通過(guò)仿真來(lái)繪制圖3二極管的伏安特性曲線^_^

將電路中的1N4007的二極管單獨(dú)拿出來(lái)，繪制如下電路：

新建仿真文件，并選擇直流掃描分析進(jìn)階溫度分析，具體設(shè)置如下：

由于二極管的正向?qū)妷旱臏囟认禂?shù)和反向飽和電流的溫度系數(shù)不同，而且數(shù)值大小相差也很大，所以這里只畫了正向特性的伏安特性曲線

上圖從左到右分別是125°C、25°C、-75°C對(duì)應(yīng)的正向特性，說(shuō)明二極管的正向?qū)妷壕哂胸?fù)溫度系數(shù)。

審核編輯：劉清