Boyle macromodel

نموذج بويل الكلي: أساس محاكاة مضخمات التشغيل

يُعد نموذج بويل الكلي، الذي طوره جي آر بويل في عام 1974، علامة فارقة في تاريخ محاكاة مضخمات التشغيل. هذا النموذج، وهو تمثيل مبسط للدوائر الداخلية المعقدة لمضخم التشغيل، أحدث ثورة في كيفية تحليل المهندسين وتصميم الدوائر باستخدام برنامج SPICE (برنامج المحاكاة مع التركيز على دوائر متكاملة) الشائع.

فهم الأهمية:

قبل نموذج بويل الكلي، كانت محاكاة مضخمات التشغيل في SPICE عملية شاقة وغير دقيقة في كثير من الأحيان. كان على المهندسين أن يقوموا بعملية شاقة لنمذجة الترانزستورات والمكونات الأخرى داخل مضخم التشغيل، وهي مهمة تستغرق وقتًا طويلًا وتكون عرضة للخطأ. ومع ذلك، قدم نموذج بويل الكلي حلاً أكثر كفاءة بكثير.

الميزات الرئيسية لنموذج بويل الكلي:

يعتمد نموذج بويل الكلي على بعض الافتراضات الرئيسية حول سلوك مضخم التشغيل:

• مُكسب مفتوح الحلقة مرتفع جدًا: يفترض النموذج مُكسب مفتوح الحلقة مرتفعًا بشكل لا يصدق، وهو ما يميز مضخمات التشغيل المثالية.
• مقاومة مدخل عالية جدًا: يفترض النموذج مقاومة مدخل عالية جدًا، مما يجعل التيار الداخل ضئيلًا تقريبًا.
• مقاومة مخرج منخفضة: يفترض النموذج مقاومة مخرج منخفضة، مما يسمح بتشغيل الأحمال الخارجية بسهولة.
• نطاق ترددي محدود: يعترف النموذج بحدود مضخمات التشغيل الحقيقية من خلال تضمين نطاق ترددي محدود، مما يلتقط انخفاض المُكسب عند الترددات العالية.

تُمكّن هذه الافتراضات، مجتمعة مع بعض المعلمات المختارة بعناية، النموذج من تمثيل خصائص مضخم التشغيل الأكثر أهمية بدقة، دون الحاجة إلى نمذجة الدائرة الداخلية بأكملها.

أثر على SPICE وتصميم الدوائر:

كان لنموذج بويل الكلي تأثير عميق على مجال تصميم الدوائر:

• محاكاة مبسطة: يمكن للمهندسين الآن محاكاة دوائر مضخمات التشغيل بسهولة باستخدام SPICE دون الحاجة إلى الخوض في تعقيدات الدائرة الداخلية.
• دقة محسنة: التقط النموذج بدقة الخصائص الأساسية لمضخمات التشغيل، مما أدى إلى نتائج محاكاة أكثر موثوقية.
• كفاءة التصميم المتزايدة: قلل النموذج بشكل كبير من الوقت اللازم لتصميم وتحليل دوائر مضخمات التشغيل.

تطور نموذج بويل الكلي:

بينما كان نموذج بويل الكلي الأصلي إنجازًا كبيرًا، تم تحسينه وتوسيعه أكثر على مر السنين. تُدمج نماذج SPICE الحديثة ميزات أكثر تعقيدًا، مثل:

• غير الخطية: تأخذ هذه النماذج في الاعتبار السلوك غير الخطي لمضخم التشغيل عند ارتفاع جهد أو تيار المدخل.
• جهد وتيار الانحراف: تأخذ هذه النماذج في الاعتبار جهد وتيار الانحراف المتأصل في مضخمات التشغيل الحقيقية.
• التأثيرات الحرارية: تُدمج هذه النماذج تأثير درجة الحرارة على أداء مضخم التشغيل.

الإرث والأهمية المستمرة:

وضع نموذج بويل الكلي الأساس لجيل كامل من نماذج مضخمات التشغيل المستخدمة في SPICE وبرامج محاكاة الدوائر الأخرى. يظل إرثه مستمرًا حتى يومنا هذا، مع تشكيل الاختلافات والتحسينات أساس محاكاة مضخمات التشغيل الحديثة. مع ظهور تقنيات جديدة لمضخمات التشغيل، يوفر نموذج بويل الكلي إطارًا أساسيًا لفهم محاكاة سلوكها، مما يسمح بتصميم دوائر أسرع وأكثر كفاءة.