Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Рис. 2.56

2.11. Чтобы проверить ответы, полученные в задаче 2.10, найдите V 20, затем используйте напряжение на L, чтобы найти ток i 2. Сравните эти значения с результатами, полученными при решении задачи 2.10.

2.12. Для схемы, показанной на рис. 2.57, найдите i и V 2. Преобразуйте источники тока в источники напряжения и проверьте ваши результаты с помощью ручного расчета.

Рис. 2.57

2.13. На рис. 2.58 показана схема индикатора последовательности фаз. R 1и R 2— сопротивления идентичных ламп накаливания. Даны значения: частота f =60 Гц, V 12=100∠0° В и V 23=100∠–120° В. Покажите с помощью анализа на PSpice, что последовательность фаз (которая, очевидно, является прямой ABC) может быть определена по относительной яркости ламп R 1и R 2.

Рис. 2.58

2.14. Трехфазная несимметричная нагрузка, соединенная в звезду, подключена к симметричному трехфазному источнику питания с частотой 60 Гц: V AB =208∠0°, V BC =208∠-120° В и V CA =208∠120° В, полные сопротивления фазы Z A0 =8∠30° Ом, Z B0 =4∠-50° Ом, и Z CO =6∠20° Ом. Найдите три линейных тока и ток нейтрали. Подсказка: Из заданных полных сопротивлений определите значения X и R; затем преобразуйте каждое реактивное сопротивление X в L или С в зависимости от знака реактивного сопротивления. Убедитесь, что для фазы A : R =6,928 Ом и L =10,61 мГн; для фазы B : R =2,571 Ом, С =865,7 мкФ, а для фазы С : В= 5,638 Ом и L =5,433 мГн.

SPICE имеет встроенные модели для биполярных и полевых транзисторов. Эти модели сложнее, чем модели, используемые в традиционных курсах электроники. Обычно студенты изучают схемы смещения и схемы усиления отдельно. Такое построение материала позволяет дать студенту более полное понимание методики расчета цепей постоянного тока и анализа на переменном токе для биполярных и полевых транзисторов. Поэтому сначала лучше не использовать встроенные модели при анализе транзисторных схем. Вместо этого мы будем применять упрощенную модель для прямосмещенного транзистора на постоянном токе.

Биполярные транзисторы (BJT) — первая тема, изучаемая в этой главе. На рис. 3.1 показана типичная схема смещения транзистора. Транзисторы типа npn кремниевые (Si) имеют коэффициент усиления в схеме с общим эмиттером (ОЭ) h FE =80 и напряжение база-эмиттер V BE =0,7 В (типовые значения для активной области). Никакая иная информации о транзисторе при анализе не используется. Параметры элементов схемы: R 1=40 кОм; R 2=5 кОм; R C =1 кОм, R E =100 Ом и V CC= 12 В.

Рис. 3.1. Типовая схема смещения транзисторов

Чтобы использовать анализ на PSpice, мы предлагаем вам разработать подходящую модель для BJT. Она позволит вам находить статические значения напряжений и токов в схеме смещения. На рис. 3.2 показана такая модель наряду с другими компонентами, необходимыми для анализа. Она содержит источник тока, управляемый током (ИТУТ или CDCS), F с коэффициентом передачи h FE и независимый источник напряжения V A , моделирующий напряжение на активной области V BE .

Рис. 3.2. Модель смещения для биполярного npn-транзистора

Входной файл для этой схемы имеет вид:

Transistor-Biasing Circuit

VCC 4 0 12V

VA 1 2 0.7V

F 3 2 VA 8

R1 4 1 40k

R2 1 0 5k

RC 4 3 1k

RE 2 0 100

.OP

.OPT nopage

.END

Выполните анализ на PSpice; затем убедитесь, что V(3)=7,961 В и V(2)=0,4089 В, давая V CE=V 3 -V 2=7,552 В. Нарисуйте на схеме стрелки, указывающие условные направления токов, затем вычислите ток коллектора:

Он должен быть равен 4,039 мА. А чему равен ток базы? Вы должны получить по току источника напряжения I В =50,49 мкА. Вычислите I В , используя значение h FE и сравните полученное значение с этим ответом. Вычислите ток эмиттера: I E = V 2/ R E . Он должен быть равен 4,089 мА, I Е = I B + I С .

Если вас интересует получение токов непосредственно из результатов PSpice-анализа, вы можете использовать, как и ранее, команду печати с предварительной командой .DC, как показано в следующем входном файле:

Transistor -Biasing Circuit with Current Shown in Output File

VCC 4 0 12V

VA 1 2 0.7V

F 3 2 VA 80

R1 4 1 40k

R2 1 0 5k

RC 4 3 1k

RE 2 0 100

.DC VCC 12V 12V 12V

.OP

.OPT nopage

.PRINT DC I(RC) I(RE) V(3,2)

.END

При этом должно получиться I(RC) = 4,039 мА, I(RE) = 4,089 мА и V(3,2) = = 7,552 В, как и в предварительных вычислениях. Обратите внимание: вычислить токи при первом анализе было достаточно легко. Не слишком больших дополнительных усилий требует получение тока и при анализе на PSpice, однако у вас есть выбор.

Необходимо предварительное замечание перед исследованием условий смещения, приводящих к насыщению транзистора. Из теоретического курса, посвященного изучению транзисторов, вы должны вспомнить, что значения h FE в активной области и в области насыщения неодинаковы. Это означает, что если происходит насыщение, предсказанное значение I C , вычисленное с использованием h FE , для активной области будет слишком велико. Вы должны иметь в виду, что если рассчитанное значение V CE падает ниже нескольких десятых вольта, значит достигнуто условие насыщения. Несколько задач в конце главы касаются вопросов смещения транзистора, приводящих к работе в активной области или в области насыщения.

Мы представили модель смещения для кремниевого npn -транзистора. Эта модель может использоваться с различными конфигурациями смещения и многокаскадными усилителями. А можете ли вы самостоятельно изменить модель так, чтобы она стала пригодной для анализа:

а) кремниевых pnp -транзисторов;

б) германиевых pnp -транзисторов?

В качестве другого примера на рис. 3.3 показана схема смещения для германиевого pnp-транзистора с h FE= 60 и V BE= -0,2 В. Значения параметров элементов схемы: R F= 50 кОм; R E= 50 Ом; R C= 1 кОм и V CC =-12 В. Заменив транзистор моделью PSpice, мы получим схему на рис. 3.4. Сравните изменения в ИТУТ по отношению к предыдущему примеру. Так как это pnp- транзистор, изменилось направление стрелки внутри источника. Теперь решите, какую информацию вы хотели бы получить из PSpicе-анализа. Входной файл может быть, например, таким: