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  #11  
Alt 21-03-2018, 14:10
Tinker Tinker ist offline
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Standard AW: Simulation des sogenannten µAmps - LTspice Simulation ergibt völligen Unsinn

So generell vermute ich mal, dass es ein besserer Ansatz wäre, zu zeigen, dass eine andere Simulations-Software es besser macht als LTspice. Aus mathematischer Sicht ist ja nur wichtig, dass LTspice die Modelle richtig auswertet. Wie gut die Modelle sind ist ja (ohne Statistiken oder Alternativen) eher eine Grauzone bezüglich Beweisbarkeit...
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  #12  
Alt 21-03-2018, 16:32
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Jh.Rivers Jh.Rivers ist offline
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Standard AW: Simulation des sogenannten µAmp's - LTspice Simulation lergibt völligen Unsinn

Tja, das ist ja eben ganz genau das Problem, da alles sich irgendwie auf das "Ur-Spice" bezieht, läßt sich der JFET auf Grund der implementierten Algorithmen in Spice-Programmen eben nicht simulieren, so auch ein Experte diskreter Bauelemente / JFET's von Infineon.
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  #13  
Alt 22-03-2018, 03:15
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Standard AW: Simulation des sogenannten µAmps - LTspice Simulation ergibt völligen Unsinn

Das nächst bessere wäre dann möglicherweise, mit einem nicht-SPICE-Simulator zu vergleichen (z. B. Demo-Versionen runterladen) oder ein verbessertes, veröffentlichtes Modell zu finden (z. B. den Zitierungen des laut Hilfe implementierten Modells folgen).
Mike implementiert ja wahrscheinlich nur die Modelle (und schraubt vielleicht ein bisschen dran rum, damits besser aussieht), aber veröffentlicht keine selbst, also fühlt er sich dafür auch nicht verantwortlich...
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  #14  
Alt 22-03-2018, 10:42
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Jh.Rivers Jh.Rivers ist offline
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Standard AW: Simulation des sogenannten µAmp's - LTspice Simulation lergibt völligen Unsinn


Hallo Tinker,

das Problem - vereinfacht ausgedrückt - sind im Prinzip doch diese beiden vereinfachten Gleichungen (Näherungsgleichungen?), die man überall in der gängigen FET-Literatur findet, hier nachfolgend für die Syntax von LTspice angepaßt:

Id~Idss*(1-(Ugs/Vto))² Uds<|Vto| ohmscher, linearer Bereich
Id~Idss*(1-(Ugs/Vto))²*(1+Lambda*Uds) Uds>|Vto| Sättigungsbereich
Mit Vto = SQRT(Idss/Beta)
Id~Idss*(1-(Ugs/SQRT(Idss/Beta)))² Uds<|Vto| ohmscher, linearer Bereich
Id~Idss (1-(Ugs/SQRT(Idss/Beta)))² (1+Lambda*Uds) Uds>|Vto| Sättigungsbereich

Die hat man als Modell in diese Spice-Programme so implementiert. Der Umschaltpunkt in der Berechnung/Simulation ist dann, wenn Uds=|Vto|. Was man in der Bibliothek von z.B. LTspice, oder eben auch im Netz bei den Herstellern dann findet, sind nicht die Modelle, sondern die Parametersätze, die das implementierte Model zur Berechnung des FET’s dann „bedienen“. Und da liegt wohl offensichtlich dann auch die Krux, bzw. der Hase dann im Pfeffer, bei der Berechnung/Simulation des JFET’S mit diesen Simulationsprogrammen.

Das implementierte „Shichman-Hodges-Modell“ (oder meinetwegen eben auch die implementierten Algorithmen) ist dafür nach Aussage diverser von mir befragter Experten (u.a. Uni-Dozenten und eines Experten für JFET’s / MOSFET’s / diskreter Bauelemente von INFINEON) ungeeignet, für eben die Simulation von JFET’s.

Daß das so nicht stimmen kann, zeigt doch die Ausgangskennlinie des simulierten FET’S, und das ist bei allen JFET’S aus der LTspice –Bibliothek dann auch gleich falsch! Ergo kann das verwendete Modell doch gar nicht passen. Das lässt sich doch blitzschnell mit dem Simulationsergebnis anhand der Schaltung/Bild in einem vorigen Beitrag von mir unschwer erkennen. Wer mal mit einem realen FET bei UGS=0V eine IDSS-Ausgangskennlinie aufnimmt/aufgenommen hat, der sieht doch sofort die Unterschiede. Zwischen der Realität und der Simulation.

Ich zitiere Herrn Mike Engelhardt nochmals:
“I think LTspice does JFET right. It follows the industry convention. Maybe you just don't have a good JFET .model statement.”

Ich zitiere mich nochmals aus einem meiner vorigen Beiträge:
Das einzige, was man für eine Darstellung - zumindest für
die einer Idss-Ausgangskurve - braucht, ist das:
.model J201 njf Vto=-.94 Beta=0.0008 Lambda=.0004
und sonst gar nichts.
Der will mir doch nicht ernsthaft erzählen, das er das nicht weiß.
.model J201 njf Vto=-.94 Beta=0.0008, das ist der ohmsche Bereich
Lambda=.0004 und das ist die Steigung der Geraden, die sich danach
anschließt.
"It follows the industry convention."
Insofern hat er Recht. Das sind ganz genau die besagten zwei Gleichungen,
die man überall in der FET-Literatur findet.
Ob der vielleicht noch nie einen realen FET gesehen oder hinsichtlich seiner
Idss-Ausgangskennlinie vermessen hat? Zitatende

Dazu hat ein Kollege von mir, dem ich die Antwort von Herrn Engelhardt gleichfalls habe zukommen lassen, sich dann wie folgt geäußert:
Zitat:
„Engelhardt ist entweder ein unglaublich arroganter Ignorant oder er darf aus firmenpolitischen Gründen keine Schwächen von LTSpice eingestehen. Ich vermute außerdem, dass er einfach wenig Ahnung von JFets und diskreter, analoger Schaltungstechnik hat." Zitatende

Gruß,
Michael Hentschel

Geändert von Jh.Rivers (22-03-2018 um 10:44 Uhr)
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  #15  
Alt 22-03-2018, 18:59
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Standard AW: Simulation des sogenannten µAmp's - LTspice Simulation lergibt völligen Unsinn

Mich würde interessieren, was Tina pro bei den gleichen JFETs errechnet.
__________________
Wenn es mehrere Möglichkeiten gibt, eine Aufgabe zu erledigen, und eine davon in einer Katastrophe endet oder sonstwie unerwünschte Konsequenzen nach sich zieht, dann wird es jemand genau so machen. Alles, was schiefgehen kann, wird auch schiefgehen.
(Murphys Gesetz)
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  #16  
Alt 22-03-2018, 20:06
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Hallo Daniel,

lange nichts von Dir gehört.
Zum Thema:
Ich denke, Du kannst Dir an zwei Fingern ausrechnen, daß da im Zweifelsfall auch nichts anderes zu erwarten ist. Vermutlich dürften die Ergebnisse in LTspice noch besser sein, da, wie Mike Engelhardt - ich habe's mit eigenen Ohren gehört - ja behauptet, LTspice sei ja das beste Simulationsprogramm der Welt; und dazu dann auch noch kostenlos.

Gruß,
Micha

Geändert von Jh.Rivers (23-03-2018 um 10:06 Uhr)
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  #17  
Alt 23-03-2018, 17:08
Helmholtz Helmholtz ist offline
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Hallo zusammen,

Spicer hat mir vorgeschlagen, mal selbst eine Zusammenfassung meiner Erkenntnisse zu JFet-Simulationsmodellen hier zu posten, was ich hiermit tue:

Es gibt in LTspice nur ein einziges, internes JFet-Rechenmodell, das für alle JFet-Typen verwendet wird und die generellen Bauteileigenschaften in der Simulation erzeugt. Die sog. Spice-Bauteilmodelle, wie sie z.B. von Herstellern veröffentlicht werden, sind in Wahrheit keine Modelle (also Ersatzschaltungen) sondern lediglich Parametersätze, mit denen das generelle Spicemodell an die unterschiedlichen Typen angepasst wird.

Dieses parametrisierbare JFet-Spicemodell basiert auf Arbeiten von Shichman und Hodges, anno 1968. In deren Veröffentlichung geht es aber gar nicht um JFets, sondern sie beschreibt das erste, primitivste Mosfet-Modell (Level 1) für Spice. Das Modell besteht aus verknüpften, parametrisierten Gleichungen für die Ströme und Spannungen auf Basis eines empirischen Ersatzschaltbildes.
Wann und von wem (Berkeley?) die Gleichungen dieses Mosfet-Modells für die Verwendung bei JFets modifiziert wurden, konnte ich nicht eruieren.
Die Mosfet-Modelle wurden im Laufe der Zeit erweitert und verbessert, wohl auf Druck der Industrie und um unterschiedlichen Technologien Rechnung zu tragen.
Das JFet-Modell hingegen wurde offenbar nie überarbeitet, vermutlich weil die kommerzielle Bedeutung von JFets zu gering ist, um den erforderlichen Aufwand zu rechtfertigen. Dabei hat dieses Modell erhebliche prinzipielle Defizite, wovon sich jeder überzeugen kann, indem er die Spice-Kennlinien mit denen realer JFets vergleicht. Hierzu muss man nicht einmal selbst messen – es genügt ein Blick auf die Ausgangskennlinien in den Datenblättern. Anders als bei Spice gibt es keinen Knick zwischen Ohmschem und Abschnürbereich und die Kennlinien bleiben immer mehr oder weniger gekrümmt. Diese prinzipiellen Unterschiede lassen sich nicht durch Änderung/Anpassung der Modellparameter beheben, sondern sind im Gleichungsansatz begründet.
Als Konsequenz liefert die Simulation bei manchen Anwendungen unrealistische bzw. falsche Ergebnisse. Und zwar insbesondere bei Schaltungen, in denen sich die endliche Ausgangsimpedanz (rds) bemerkbar macht und/oder wenn die Drain-Source-Spannung bei großer Aussteuerung den Abschnürbereich (zeitweise) verlässt. Bei Verstärkerschaltungen weichen dann Verstärkungsfaktor, dessen Abhängigkeit von Vds, sowie Verzerrungen deutlich von der Realität ab. So erzeugt der echte Fet nicht nur durch seine quadratische Steuerkennlinie Verzerrungen sondern auch durch die Spannungsabhängigkeit von rds. Letztere kennt die Simulation nicht. Andererseits liefert die Simulation wegen des (falschen) Kennlinienknicks im Modell ein unrealistisch hartes Clipping, wenn man bis in den Ohmschen Bereich durchsteuert.

Brauchbare Simulationsergebnisse kann man hingegen mit an die individuellen Fets angepassten Parametern beim DC-Arbeitspunkt, bei kleinem D-S-Spannungshub und bei rel. niederohmiger (im 1k-Bereich) D-S-Last erzielen.
Um das Modell zu verbessern, müsste nicht nur eine Methode gefunden werden, den Steigungsparameter Lambda spannungsabhängig zu gestalten, sondern auch der Übergang zwischen Ohmschem und Abschnürbereich den echten Bauteilen entsprechend verrundet werden. Die existierenden Modellgleichungen bieten solche Eingriffsmöglichkeiten per se nicht.

Ich habe einen erfahrenen Modellexperten aus der Halbleiterentwicklung bei Infineon gefunden, der mir meine obigen Egebnisse/Erkenntnisse bestätigen konnte. Die Probleme waren ihm von seiner Beschäftigung mit JFets vertraut. Eine Verbesserung/Überarbeitung des Shichman-Hodges-Modells für JFets ist ihm nicht bekannt. Auch wird der tatsächliche, gekrümmte Kennlinienverlauf offenbar in der gesamten Fachliteratur nirgends thematisiert.
In der Halbleiterentwicklung werden proprietäre physikalische Modelle entwickelt und verwendet. Diese arbeiten nicht mit den Shichman-Hodges-Gleichungen sondern basieren auf 3-dimensionalen Berechnungen/Simulationen der Feld- und Ladungsträgerverteilung im Halbleiter. Sie werden für die eigene Bauteilentwicklung genutzt und nur speziellen Kunden (vermutlich als „Black Box“) zur Verfügung gestellt.

Mike Engelhardt, der Entwicklungsleiter für Simulation bei Linear Technology streitet die Unzulänglichkeiten des Modells kategorisch ab. Von dieser Seite ist daher keine Abhilfe zu erwarten.

Helmholtz, ein Physiker
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Folgende 2 Benutzer sagen Danke zu Helmholtz für den nützlichen Beitrag:
Jh.Rivers (23-03-2018), spicer (23-03-2018)
  #18  
Alt 23-03-2018, 18:51
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Werter Helmholtz,

sei bedankt für die Deinige Unterstützung.
Endlich bin ich nicht mehr allein.

Und so wie immer, wie von Dir gewohnt, ist
Dein Beitrag exzellent aufgebaut und formuliert.

Da hat meiner einer welcher doch gewisse Defizite.

Gruß,
Micha
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Stichworte
jfet, µamp

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