Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Выполните анализ и убедитесь, что коэффициент усиления по напряжению V(6)/VS=0,9929; R' i =1,682 МОм и R' 0 =22,24 Ом. Из вычислений следует, что R' i =1,681 МОм относительно базы первого транзистора Q 1и что R 0 =22,36 Ом (без учета R L ). Также найдите параметр A I=I L/I b =417,5, который намного выше, чем для однокаскадного усилителя ОК. В этом анализе мы считали, что h -параметры для обоих каскадов одни и те же. В действительности, токи смещения первого каскада меньше, чем у второго. На рис. 3.24 показан выходной файл.

**** 06/22/99 14:59:01 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

Darlington-Pair (High-Input Resistance) Amplifier

**** CIRCUIT DESCRIPTION

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

.TF V(6) VS

.END

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .0010 ( 2) 999.4E-06 ( 3) 998.8E-06 ( 4) 998.8E-06

( 5) 992.9E-06 ( 6) 992.9E-06 ( 3A) 998.8E-06 ( 5A) 992.9E-06

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VS -5.946E-10

V01 5.946E-10

V02 5.354E-09

TOTAL POWER DISSIPATION 5.95E-13 WATTS

**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

NAME E1 E2

V-SOURCE 9.988E-04 9.929E-04

I-SOURCE 5.946E-10 5.354E-09

**** CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES

NAME F1 F2

I-SOURCE -3.032E-08 -2.730Е-07

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(6)/VS = 9.929E-01

INPUT RESISTANCE AT VS = 1.682E+06

OUTPUT RESISTANCE AT V(6) = 2.224E+01

Рис. 3.24. Выходной файл при анализе схемы Дарлингтона

При использовании PSpice расчет двухкаскадных усилителей очень прост, и результат получается быстрее, чем при расчете с использованием формул, который утомителен и требует сосредоточенности, чтобы не допустить ошибки. Понимая основные принципы анализа усилителя, вы можете без колебаний использовать PSpice для анализа многокаскадных схем. В качестве иллюстрации рассмотрим двухкаскадный усилитель, содержащий каскады с ОЭ и ОК, показанный на схеме рис. 3.25.

Рис. 3.25. Двухкаскадный усилитель с каскадами ОЭ и ОК

Входной сигнал подается на базу первого транзистора. Выходной сигнал первого каскада подается с коллектора непосредственно на базу транзистора второго каскада, выходной сигнал которого снимается с эмиттерного резистора. На рис. 3.26 показаны h -параметры, которые несколько отличаются от приведенных в предшествующих примерах. Входной файл имеет следующий вид:

Two-Stage Amplifier; СЕ and СС Stages

VS 1 0 1mV

V01 3 3A 0

V02 5 5А 0

E1 3A 0 4 0 6Е-4

F1 4 V01 50

Е2 5А 0 6 0 1

F2 6 0 V02 -51

RS 1 2 1k

RI1 2 3 2k

RO1 4 0 40k

RC1 4 0 5k

RI2 4 5 2k

RO2 6 0 40k

RE 2 6 0 5k

.OP nopage

.ОРТ

.TF V(6) VS

.END

Рис. 3.26. Двухкаскадный усилитель с каскадами ОЭ и ОК

После выполнения анализа убедитесь, что полный коэффициент усиления по напряжению V(6)/VS=-75,31; A I = I L/I b 1=-43,2 и R i =1,869 кОм (со стороны базы Q 1), и R 0=130 Ом. На рис. 3.27 показан выходной файл.

**** 09/15/05 17:02:35 ******** Evaluation PSpice (Nov 1999) *********

Two-Stage Amplifier;СЕ and CC Stages

VS 1 0 1mV

V01 3 3A 0

V02 5 5A 0

E1 3A 0 4 0 6E-4

F1 4 0 V01 50

E2 5A 0 6 0 1

F2 6 0 V02 -51

RS 1 2 1k

RI1 2 3 2k

RO1 4 0 40k

RC1 4 0 5k

RI2 4 5 2k

RO2 6 0 40k

RE2 6 0 5k

.OP

.OPT nopage

.TF V(6) VS

.END

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .0010 ( 2) 651.5E-06 ( 3) -45.58E-06 ( 4) -.0760

( 5) -.0753 ( 6) -.0753 ( 3A) -45.58E-06 ( 5A) -.0753

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VS -3.485E-07

V01 3.485E-07

V02 -3.322E-07

TOTAL POWER DISSIPATION 3.49E-10 WATTS

**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

NAME E1 E2

V-SOURCE -4.558E-05 -7.531E-02

I-SOURCE 3.485E-07 -3.322E-07

**** CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES

NAME F1 F2

I-SOURCE 1.743E-05 1.694E-05

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(6)/VS = -7.531E+01

INPUT RESISTANCE AT VS = 2.869E+03

OUTPUT RESISTANCE AT V(6) = 1.267E+02

Рис. 3.27. Результаты анализа схемы на рис. 3.26 на PSpice

Предыдущие примеры были основаны на полной модели в h -параметрах для транзистора, которая обычно используется для анализа при малом низкочастотном сигнале. Для анализа ряда транзисторных схем можно использовать также упрощенную модель в z -параметрах. В этой модели используются только параметры h fe и h ie, другие h -параметры опущены. При использовании упрощенной модели на PSpice результаты получаются менее точными. Ошибка часто достигает 10% и более.

Тем не менее приведем анализ с упрощенной моделью для усилителя ОЭ, чтобы показать, что этот инструмент также доступен. Не забудьте, что значения h fe и h ie используются для всех трех конфигураций схем с ОЭ, ОБ и ОК.

На рис. 3.28 показана упрощенная модель для использования в PSpice, на рис. 3.29 — схема ОЭ, использующая эту модель. Входной файл для анализа приведен далее:

Simplified h-Parameter Analysis

VS 1 0 1mV

VO 3 0 0V

F 4 0 VO 50

RS 1 2 1k

RI 2 3 1.1K

RL 4 0 10K

.OP

.OPT nopage

.TF V(4) VS

.END

Рис. 3.28. Упрощенная модель в z -параметрах

Рис. 3.29. Схема усилителя ОЭ, использующая упрощенную модель в z -параметрах

Вы можете легко предсказать результаты этого анализа, воспользовавшись ручным расчетом. Сравните ваши предсказания с ответами, полученными на PSpice.

Усилитель на полевом транзисторе ( FET ) зачастую достаточно прост и не требует компьютерного анализа. Однако в тех случаях, когда в схеме имеются дополнительные резисторы ( R d или R s ), расчет усложняется. Наш первый пример относится к усилителю с общим истоком на FET с выходным сигналом, снимаемым с резистора R d , включенного в цепь стока. В цепь истока включено дополнительное сопротивление — R s. На рис. 3.30 показана схема усилителя, на рис. 3.31 — модель. На основе сведений о полевых транзисторах, полученных в теоретическом курсе, предскажите, какими будут коэффициент усиления по напряжению и ток нагрузки.