Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Рис. 15.11. Схема для определения точки покоя усилителя ОЭ на биполярном транзисторе

**** 10/01/99 11:14:59 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

** circuit file for profile: Bjtcases

*Libraries:

* Local Libraries :

* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:

.lib nom.lib

*Analysis directives: .CP

.PROBE

*Netlist File:

.INC "bjtease-SCHEMATIC1.net"

* Alias File:

**** INCLUDING bjtcase-SCHEMATIC1.net ****

* source BJTCASE

Q_Q1 3 14 Q2N2222

V_VCC 20 12V

R_RE 4 0 220

R_RC 2 3 4.7k

R_R2 10 3.3k

R_R1 2 1 40k

**** RESUMING bjtcase-SCHEMATIC1-Bjtcases.sim.cir ****

.INC "bjtcase-SCHEMATIC1.als"

**** INCLUDING bjtcase-SCHEMATIC1.als ****

.ALIASES

Q_Q1 Q1(c=3 b=1 e=4 )

V_VCC VCC(+=2 -=0 )

R_RE RE(1=4 2=0 )

R_RC RC(1=2 2=3 )

R_R2 R2(1=1 2=0 )

R_R1 R1(1=2 2=1 )

_ _(1=1)

_ _(2=2)

_ _(3=3)

_ _(4=4)

.ENDALIASES

.END

**** BJT MODEL PARAMETERS

Q2N2222

NPN

IS 14.340000E-15

BF 255.9

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .8933 ( 2) 12.0000 ( 3) 6.7651 ( 4) .2466

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

V_VCC -1.391E-03

TOTAL POWER DISSIPATION 1.67E-02 WATTS

Рис. 15.12. Выходной файл для усилителя ОЭ на биполярном транзисторе

Обратите внимание, что мы не вывели значения токов через резисторы, как делали это на рис. 10.8, поскольку директива .PRINT DC не доступна в Capture. Таким образом, дополнительная работа, необходимая для анализа в Capture, не оправдана, если нас интересуют только параметры смещения. Для проведения анализа переменных составляющих используем созданную нами схему, просто добавив недостающие компоненты.

Дополним рисунок предыдущего примера, который был назван bjtcase (откройте его опять в случае необходимости). Добавим компоненты, как показано на рис. 10.9, преобразовав его в усилитель ОЭ, выходное напряжение которого снимается с коллектора. Если необходимо, переместите существующую схему в правую часть рисунка, чтобы иметь больше места для размещения дополнительных компонентов и полей около них. Для этого выделите всю схему, затем, поместив курсор внутри выделенного участка, перетащите схему в нужное место. Добавьте источник Vs (используйте компонент VAC ), R s =50 Ом, С b =15 мкФ и С е =15 мкФ. Пронумеруйте новые узлы согласно рис. 15.13. Вместо анализа параметров смещения используйте вариацию по переменному току (ас sweep).

Рис. 15.13. Схема усилителя ОЭ на биполярном транзисторе

Из главного меню PSpice выберите Edit Simulation Settings и затем анализ AC Sweep/Noise в диапазоне от 4900 до 5100 Гц для 201 точки. Обратите внимание, что на рис. 10.10 анализ был проведен для частоты f =5 кГц, но чтобы получить напряжение и ток в Probe, мы должны вместо одной частоты использовать диапазон частот.

Проведите анализ и получите графики I(RC), I(Rs) и I(RE). Используйте режим курсора, чтобы проверить эти значения при f =5 кГц: I(RC)=388 мкА, I(Rs)=5,52 мкА и I(RE)=3,77 мкА. Теперь введите дополнительную ось Y и получите графики V(1), V(3) и V(4). Снова с помощью курсора убедитесь, что V(1)=9,72 мВ, V(3)=1,827 В и V(4)=829,9 мкВ при f =5 кГц. График из Probe показан на рис. 15.14 с током I(RC)=388 мкА при f =5 кГц. Перемещение курсора от одного графика к другому легко осуществить с помощью комбинации клавиш [Ctrl]+[>]. Запишите значения каждого тока и напряжения, которые появляются на табло Probe Cursor.

Рис. 15.14. Токи и напряжения биполярного транзистора в схеме на рис. 15.13

При продолжении анализа переменных составляющих на рис. 10.9 рассмотрим временные диаграммы напряжений на базе и коллекторе, которые были показаны на рис. 10.11. Для этого необходимо провести анализ переходных процессов вместо вариации на переменном токе, при этом компонент типа VAC, представляющий входное напряжение V s , должен быть заменен на компонент VSIN. Задайте величину V s так, чтобы амплитуда его составляла 10 мВ, но мы будем считать это значение действующим для упрощения анализа. Сделайте эту замену на рисунке, затем отредактируйте параметры настройки моделирования для анализа переходных процессов. Выполните анализ переходных процессов для интервала в 0,6 мс, как в главе 10, используя шаг в 0,6 мкс.

В Probe получите на одном экране графики напряжения на коллекторе V(3) и напряжения на базе V(1) (как в главе 10). Сравните ваши результаты с рис. 10.11. Амплитуда напряжения на базе равна 9,72 мВ, амплитуда напряжения на коллекторе составляет 1,807 В, коэффициент усиления по напряжению с базы на коллектор, таким образом, равен 186. Как показано на рис. 15.15, уровень постоянной составляющей выходного напряжения равен 6,756 В; входного составляет 0,893 В, эти значения соответствуют показанным в результатах анализа смещения.

Рис. 15.15. Временные диаграммы для напряжений на базе и на коллекторе транзистора в схеме с ОЭ на биполярном транзисторе

Транзистор Q2N2222 использовался в предыдущих примерах как типичный элемент, применяемый в реальных схемах. Если вы работаете в лаборатории с транзистором, коэффициент усиления которого h FE значительно меньше, можно изменить схему, чтобы получить результаты, более соответствующие вашим ожиданиям.

Продолжите работу с рисунком bjtcase , снова открыв проект в случае необходимости. Выберите Q2N2222, затем Edit, PSpice Model. Появится окно, показывающее «Bjtcase-OrCAD Model Editor — [Q2N2222]». Слева вы увидите идентифицированный транзистор, а справа — список различных параметров, используемых в модели транзистора. Просмотрите в приложении Е полный список этих параметров. Замените Bf= 255,9 на новое значение Bf= 100, более соответствующее фактическому значению для транзистора, который вы используете в лаборатории. Это окно показано на рис. 15.16. Чтобы сохранить это изменение, используйте File, Close. Когда появится вопрос, хотите ли вы сохранить изменения для Bjtcase , нажмите Yes. Затем, выбрав Save as, вы можете сохранить имя файла Bjtcase. После этого выберите File, Exit и выполните моделирование снова.

Рис. 15.16. Редактирование модели PSpice в окне Model Editor