7.3. Температура компонентов в качестве изменяемой переменной

7.3. Температура компонентов в качестве изменяемой переменной

У обычных резисторов при повышении температуры увеличивается сопротивление. Температурная зависимость описывается уравнением R_тепл=R_хол*(1+?*??).

Температурный коэффициент ? — величина постоянная для каждого материала. Для никеля, например, ?=6.7*10^-3 1/K (кельвин). Если же положительный, то речь идет о ptc-резисторе, если же коэффициент ? отрицательный, тогда мы имеем дело с ntc-резистором. Помимо обычных резисторов программа PSPICE содержит также специальные резисторы, температурные коэффициенты которых особенно просто устанавливать и даже изменять, то есть использовать в качестве переменных в ходе проведения анализа схем. Они называются Rbreak и находятся в библиотеке BREAKOUT.slb.

Шаг 15 Начертите изображенную ниже схему термоизмерительного мостика. Для этого загрузите на экран SCHEMATICS два резистора типа Rbreak из библиотеки BREAKOUT.slb и два обычных резистора R из библиотеки ANALOG.slb. Сохраните эту схему в папке Projects под именем TERMOBRIDG.sch (рис. 7.13).

Рис. 7.13. Схема термоизмерительного мостика с резисторами типа Rbreak и R

Для того чтобы задать желаемый температурный коэффициент (в PSPICE они называются ТС (Temperature Coefficient)), вам необходимо изменить имитационную модель Rbreak.

Изменение модели Rbreak[29], производится следующим образом.

Шаг 16 Щелкните мышью по схемному обозначению одного из двух резисторов типа Rbreak. Этот компонент схемы будет маркирован красным цветом.

Шаг 17 Откройте меню Edit, выберите строку Model… (Модель). Откроется окно Edit Model (Редактировать модель), посредством которого можно вызывать и изменять модели компонентов типа Break (рис 7.14).

Рис. 7.14. Окно Edit Model

Шаг 18 Щелкните по кнопке Edit Instance Model  (Text)… (Редактировать модель образца), чтобы открыть редактор моделей программы PSPICE, куда уже загружена текущая модель Rbreak (рис. 7.15). В этом редакторе можно изменять модельные параметры моделей из библиотеки BREAKOUT.slb.

Рис. 7.15. Редактор моделей программы PSPICE

Шаг 19 Вставьте под строкой R=1 строку ТС1=0.0067 (рис. 7.16). Тем самым вы присваиваете этому резистору температурную характеристику никеля (?=6.7*10^-3).

Рис. 7.16. Редактор моделей программы PSPICE с моделью резистора типа Rbreak

Шаг 20 Закройте редактор моделей, щелкнув по кнопке OK. Теперь эта измененная модель стала доступной для всех резисторов типа Rbreak, содержащихся в вашей схеме.[30]

Для того чтобы измерительный мостик нормально функционировал, вам нужно еще задать обоим резисторам Rbreak значение сопротивления для стандартной температуры измерения[31]. Значение сопротивления для резистора типа Rbreak устанавливается, как и для обычного резистора, в окне его атрибутов.

Шаг 21 Откройте окно атрибутов (рис. 7.17) одного из двух резисторов типа Rbreak, дважды щелкнув по символу резистора.

Рис. 7.17. Диалоговое окно атрибутов резистора типа Rbreak

Шаг 22 Установленное по умолчанию значение сопротивления 1k (1 кОм) вполне подходит для данного моста. Следовательно, оставьте значение сопротивления таким, какое оно есть, и вызовите его индикацию на чертеж вашей схемы. Для этого щелкните по строке VALUE=1k, затем по кнопке Change Display и выберите в окне Change Attribute из списка What to Display опцию Value Only. Затем выведите на свой чертеж индикатор значения и для другого резистора, взятого вами из библиотеки BREAKOUT.slb. После этого ваша схема должна быть похожа на изображенную на рис. 7.18.

Рис. 7.18. Готовая схема термоизмерительного мостика

Теперь ваша схема термоизмерительного мостика готова. Можно приступать к проведению предварительной установки для запланированного анализа DC Sweep, где в качестве изменяемой переменной будет использоваться температура окружающей среды.

Шаг 23 Откройте окно Analysis Setup и активизируйте анализ DC Sweep, установив флажок рядом с соответствующей кнопкой. Затем откройте окно DC Sweep и проведите предварительную установку для анализа цепи постоянного тока, при котором в качестве изменяемой переменной будет варьироваться температура в диапазоне значений от -50 °С до 150 °С с шагом 0.1 °С (рис. 7.19).

Рис. 7.19. Окно DC Sweep с установками для проведения анализа цепи постоянного тока

Шаг 24 Завершите предварительную установку анализа щелчком по кнопке OK и запустите процесс моделирования. В первый раз перед началом моделирования схемы с новой моделью программа PSPICE сообщит вам о том, что ей придется создать новый индексный файл для библиотеки компонентов TERMOBRIDG.lib. Даже если PSPICE обозначит свое сообщение как Warning (Предупреждение), у вас нет никаких причин для беспокойства. Вы можете преспокойно закрыть окно Message Viewer (Окно просмотра сообщений). По завершении моделирования выведите на экран PROBE диаграмму напряжения в ветви вашего моста V(R3:1)-V(R4:2). В результате вы должны получить на экране PROBE такое же изображение, как на рис. 7.20.

Рис. 7.20. Диаграмма напряжения в ветви термоизмерительного мостика

Вы видите, что спроектированная вами схема термоизмерительного мостика вполне пригодна к использованию. Конечно, было бы совсем хорошо, если в результате мы имели бы абсолютную линейную зависимость между напряжением мостика и температурой окружающей среды, однако обычно такая точность не нужна. Например, для измерения температуры за пределами помещения характеристик этой рабочей схемы более чем достаточно. С заданными значениями она без проблем будет функционировать и в Арктике, и в Сахаре.