Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Некоторые авторы используют другие модели, не основанные на h -параметрах. Часто они являются более простыми, но менее точными. Однако у вас будет меньше проблем при анализе, чем в рассмотренном и в ряде последующих примеров.

В задаче на рис. 3.14 принят именно такой упрощенный вариант модели, и она служит введением в эту тему. Относительно просто разработать модели для схем ОБ и ОК.

Другой широко используемой схемой является схема с общим коллектором (ОК), показанная на рис. 3.9. Снова, как и в предыдущем примере, мы рассматриваем базовую схему, к которой с помощью теоремы Тевенина и других методов упрощения схем могут быть сведены более сложные задачи. Входной сигнал подан через R S на базу транзистора, а выходной снимается с эмиттера. На рис. 3.10 показана схема с моделью транзистора в h -параметрах. Схема почти идентична модели на рис. 3.7, но в ней должны использоваться h -параметры для схемы ОК. Это обеспечивается следующим входным файлом:

Common-Collector Circuit Analysis with h Parameters

VS 1 0 1mV

V0 3 3A 0

E 3A 0 4 0 1

F 4 0 V0 -51

RS 1 2 1k

RI 2 3 1.1k

RO 4 0 40k

RL 4 0 10k

.OP

.OPT nopage

.TF V (4) VS

.END

Рис. 3.9. Транзисторный усилитель с общим коллектором

Рис. 3.10. Модель схемы с общим коллектором в h-параметрах, включающая источник питания и нагрузку

Выполните анализ на PSpice и убедитесь, что V(4)/VS=0,9949; I L =0.949Е-8; I b =2.438Е-9; A I = I L/I b =40,8; R' 0=40,97 Ом (включая R L ) и R' i =410 кОм (включая R s ). Определите входное сопротивление со стороны базы и выходное сопротивление без учета R L . Они должны быть следующими: R i =409,1 кОм и R 0=41,14 Ом. Покажите направления токов на схеме и отметьте точки для определения входного и выходного сопротивлений. Обратите внимание, что коэффициент усиления по напряжению почти равен 1 без инвертирования фазы. Коэффициент усиления по току также не показывает инвертирования фазы.

В схеме с общей базой, показанной на рис. 3.11, используются те же значения для навесных компонентов, что и в предыдущих примерах. На рис. 3.12 приведена схема с h -параметрами. При использовании типичных h -параметров для схемы ОБ, входной файл примет вид:

Common-Base Circuit Analysis with h Parameters

VS 1 0 1mV

V0 3 3A 0

E 3A 0 4 0 2.9Е-4

F 4 0 V0 -0.98

RS 1 2 1k

RI 2 3 21.6

RO 4 0 2.0 4MEG

RL 4 0 10k

.OP

.OPT nopage .TF V(4) VS

.END

Рис. 3.11.Схема транзисторного усилителя с общей базой

Рис. 3.12.Модель схемы с общей базой в h -параметрах, включающая источник питания и нагрузку

Выполните анализ и убедитесь, что A I= 9,52; I L =0,95 мкА; I e =0,976 мкА; R' i =1024 Ом и R' 0=9,924 Ом. Определите R i со стороны эмиттера и R 0без учета R L . Они должны быть R i =24 Ом и R 0=1,3 МОм. Покажите, что коэффициент передачи напряжения с эмиттера на коллектор равен A V =406.

На рис. 3.13 показан выходной файл PSpice для этого примера. Лишние строки были удалены из файла до распечатки.

*** 06/22/99 14:10:18 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998)

Common-Base Circuit Analysis with h Parameters

**** CIRCUIT DESCRIPTION

VS 1 0 1mV

VO 3 3A 0

E 2A 0 4 0 2.9E-4

F 4 0 VO -0.98

RS 1 2 1k

RI 2 3 21.6

RO 4 0 2.04MEG

RL 4 0 10k

.OP

.OPT nopage

.TF V(4)

VS .END

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .0010 ( 2) 23.85E-06 ( 3) 2.761E-06 ( 4) .0095

( 3A) 2.761E-06

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VS -9.762E-07

V0 9.762E-07

TOTAL POWER DISSIPATION 9.76E-10 WATTS

**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

NAME

V-SOURCE 2.761E-06

I-SOURCE 9.762E-07

**** CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES

NAME F

I-SOURCE -9.566E-07

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(4/VS) = 9.520Е-10

INPUT RESISTANCE AT VS = 1.024E+03

OUTPUT RESISTANCE AT V(4) = 9.924E+03

Рис. 3.13. Выходной файл при исследовании схемы на рис. 3.12

Итак, мы рассмотрели три базовые конфигурации транзисторных усилителей с общим эмиттером: ОЭ, ОК и ОБ. Для каждой из них получена модель, пригодная для анализа на PSpice. Мы использовали h -параметры, типичные для каждой конфигурации. Для анализа конкретных типов транзисторов необходимо иногда использовать другие значения параметров, которые можно найти в справочных данных на транзисторы.

Когда транзисторные схемы не упрощаются до базовых моделей (рис. 3.7, 3.10 и 3.12), необходимо соблюдать осторожность при размещении элементов между узлами, например, для резистора, включенного между коллектором и базой в схеме с ОК (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Схема усилителя с ОЭ с резистором обратной связи

Как показывает теория электронных схем, включение шунтирующих резисторов является простым средством для изменения коэффициента усиления. Резистор часто заменяется двумя другими резисторами при использовании теоремы Миллера. Если вы знакомы с теоремой Миллера, используйте ее, чтобы решить эту задачу вручную, что полезно перед проведением дальнейшего анализа. При использовании PSpice нет необходимости применять теорему Миллера. При наличии шунтирующего резистора в схеме h -параметры модели аналогичны показанным на рис. 3.15. Анализ на PSpice почти идентичен стандартному анализу схемы ОЭ.

Рис. 3.15. Модель усилителя ОЭ в h-параметрах с резистором связи

Входной файл становится следующим:

Common-Emitter Circuit with Bridging Resistor

VS 1 0 1mV

VO 3 3A 0

E 3A 0 4 0 2.5Е-4

F 4 0 VO 50

RS 1 2 10k

RI 2 3 1.1k

RO 4 0 40k

RL 4 0 10k

RI 2 4 200k .OP

.OPT nopage

.TF V(4) VS

.END

Выполните анализ и получите выходной файл для сравнения с предыдущими результатами анализа схемы ОЭ. Проверьте значения параметров: A V =V(4)/VS=-12,7 (коэффициент передачи напряжения от источника к нагрузке); I L =-1,27 мкА и I b =-33,02 нА, что приводит к коэффициенту усиления по току A I=I L / I b =-38,46. Из полного входного сопротивления R' i =10,34 кОм вычислим входное сопротивление со стороны базы, а из полного выходного сопротивления R ' 0=2,834 кОм вычислим выходное сопротивление без учета R L. Они должны составлять R i =340 Ом и R 0=3,95 кОм. Если вы решили эту задачу с использованием теоремы Миллера, то сможете оценить, насколько проще получение того же результата при использовании PSpice. Чтобы не допустить ошибок при решении методом Миллера, необходимо быть очень внимательным.