Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Сравните результаты этого анализа с результатами для базового усилителя ОЭ (без шунтирующего резистора). Обратите внимание, что включение резистора вызывает увеличение входного и выходного сопротивлений. На рис. 3.16 приведен выходной файл.

Common-Emitter Circuit with Bridging Resistor **** CIRCUIT DESCRIPTION

VS 1 0 1mV

VO 3 2A 0

E 3A 0 4 0 2.5Е-4

F 4 0 V0 50

RS 1 2 10k

RI 2 3 1.1k

RO 4 0 40k

RL 4 0 10k

R1 2 4 200k

.OP

.OPT nopage

.TF V(4) VS

.END

NODE VOLTAGE 1(1) .0010 ( ( 3A1-3.175E-06

L VOLTAGE 2) 33.15E-06

NODE VOLTAGE ( 3) -3.175E-06

NODE VOLTAGE ( 4) -.0127

VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT

VS

VO

-9.669E-( 3.302E-(

TOTAL POWER DISSIPATION 9.67E-11 WATTS

**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

NAME E

V-SOURCE -3.175E-06

I-SOURCE 3.302E-08

**** CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES

NAME I-SOURCE 1.651E-06

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(4)/VS = -1.270E+01

INPUT RESISTANCE AT VS = 1.034E+04

OUTPUT RESISTANCE AT V(4) = 2.534E+03

Рис. 3.16. Результаты анализа схемы на рис. 3.15

Схемы другой конфигурации часто анализируются с использованием дуальной теоремы Миллера. На рис. 3.17 эмиттерный резистор R е заменен двумя другими резисторами (один последовательно с базой, другой последовательно с коллектором). Если вы знакомы с этой методикой, используйте ее для решения этого примера, чтобы оценить ее преимущества. Затем сравните результаты с полученными при использовании PSpice.

Рис. 3.17. Усилитель ОЭ с резистором эмиттера

При анализе на PSpice вы не должны заменять R e . Схема, использующая модель в h -параметрах, показана на рис. 3.18. Входной файл имеет следующий вид:

Common-Emitter Amplifier with Emitter Resistor

VS 1 0 1mV

V0 3 3A 0

E 3A 4 5 4 2.5E-4

F 5 4 V0 50

RS 1 2 1k

RI 2 3 1.1k

RO 5 4 4 0k

RL 5 0 10k

RE 4 0 330

.OP

.OPT nopage

.TF V(5) VS

.END

Рис. 3.18. Модель усилителя ОЭ с резистором в цепи эмиттера для анализа на PSpice

Выполните анализ, получите распечатку выходного файла и убедитесь, что полный коэффициент усиления по напряжению: A V =V(5)/VS=-25,74; R' i =15,44 кОм и R ' 0=9,752 кОм. Вычислите и проверьте также параметры: A V (со стороны базы)=27,5; A I = I L/I b =39,7; R i =14,44 кОм (со стороны базы) и R 0=393 кОм (без учета R L ).

При этом анализе особый интерес представляет влияние R e на R i и R 0: R i находится путем умножения на коэффициент (1+ h fe ) R e . Коэффициент усиления по напряжению обычно приблизительно соответствует выражению RL/RE. Выясните, насколько точно это для данного примера. На рис. 3.19 показан выходной файл.

Common-Emitter Amplifier with Emitter Resistor

**** CIRCUIT DESCRIPTION

VS 1 0 1mV

V0 3 3A 0

E 3A 4 5 4 2.5E-4

F 5 4 V0 50

RS 1 2 1k

RI 2 3 1.1k

RO 5 4 40k

RL5 0 10k

RE 4 0 330

.OP

.OPT nopage

. TF V(5) VS

.END

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 0.010 ( 2) 935.2E-06 ( 3) 864.0E-06 ( 4) 670.6E-06

( 5) -.0257 ( 3A) 864.0E-06

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VS -6.477E-08

V0 6.477E-08

TOTAL POWER DISSIPATION 6.48E-11 WATTS

**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

NAME E

V-SOURCE -6.651E-06

I-SOURCE 6.477E-08

CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES

NAME

I-SOURCE 3.239E-06

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(5)/VS = -2.574E+01

INPUT RESISTANCE AT VS = 1.544E+04

OUTPUT RESISTANCE AT V(5) = 3.752Е+03

Рис. 3.19. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 3.18

Другая схема, представляющая интерес, является разновидностью обычной схемы с ОК. Она содержит внешний коллекторный резистор, добавленный для защиты транзистора от короткого замыкания резистора в цепи эмиттера. Этот вариант схемы приведен на рис. 3.20, а модель PSpice показана на рис. 3.21. Если вы хотите анализировать эту схему вручную, присутствие RC представляет проблему, которая могла бы потребовать применения дуальной теоремы Миллера.

Рис. 3.20. Схема усилителя ОК с резистором в цепи коллектора

Рис. 3.21. Модель усилителя OK с резистором в цепи коллектора для анализа на PSpice

Обращение к формулам утомительно и не слишком способствует пониманию работы схемы. Рассмотрите входной файл, затем сравните результаты выходного файла с полученными для усилителя без R C.

Common-Collector Circuit with Collector Resistor

VS 1 0 1mV

V0 3 3A 0

E 3A 4 5 4 1

P 5 4 V0 -51

RS 1 2 1k

RI 2 3 1.1k

RC 4 0 1k

RO 5 4 40k

RL 5 0 10k .OP

.OPT nopage

.TF V(5) VS

.END

Выполните анализ и сравните результаты с теми, что получены для простого усилителя ОК. Вы увидите, что коэффициент усиления по напряжению почти идентичен в обоих случаях и что входное и выходное сопротивления изменяются также немного. Мы установили, что введение R C в схему почти не влияет на ее работу.

Если вам необходим усилитель с высоким входным сопротивлением, можно применить схему Дарлингтона (рис. 3.22). Эта схема состоит из двух транзисторов с объединенными коллекторами, размещаемых часто в одном корпусе. Можно считать, что в цепь эмиттера первого каскада включен бесконечно большой внешний резистор R e1 =∞. Использование модели с h -параметрами для каскадов ОК приводит к модели, показанной на рис. 3.23, которой соответствует входной файл:

Darlington-Pair (High-Input-Resistance) Amplifier

VS 1 0 1mV

V01 3 3A 0

V02 5 5A 0

E1 3A 0 4 0 1

Е2 5А 0 6 0 1

F1 4 0 V01 -51

F2 6 0 V02 -51

RS 1 2 1k

RI1 2 3 1.1k

RO1 4 0 40k

RI2 4 5 1.1k

RO2 6 0 40k

RL 6 0 4k

.OP

.OPT nopage

.IF V(6) VS

.END

Рис. 3.22. Применение схемы Дарлингтона для получения высокого входного сопротивления

Рис. 3.23. Модель с h -параметрами для схемы Дарлингтона