Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Внимательное сравнение двух методов для предсказания измененного значения V 2показывает, что они не полностью идентичны. А при изменении, превышающем 1%, расхождение будет еще больше. Очевидно, значения чувствительности не должны использоваться для предсказания фактических значений выходного напряжения. Их роль состоит в том, чтобы показывать, какие из элементов являются более критическими при поддержании стабильности схемы.

При сравнении нормированных чувствительностей для нашей схемы мы рассматриваем большие значения как более критические. Например, самое большое значение показано в последнем столбце на рис. 3.40 для V s и составляет 0,0125. Таким образом, источник питания Vs является наиболее критическим элементом. Нормированные чувствительности для R и R 2одинаковы по величине. Поэтому они являются в равной степени чувствительными элементами.

На рис. 3.41 представлена наша модель для схемы смещения для биполярного транзистора. В этом примере транзистор имеет V BE =0,7 В и h FE = 80. Выходным напряжением считается напряжение коллектор-эмиттер V(3,2). Это напряжение будет предметом анализа чувствительности. Входной файл для такого анализа:

Sensitivity of Model Transistor-Biasing Circuit

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

.OPT nopage

.SENS V(3,2)

.END

Рис. 3.41. Простая модель для исследования чувствительности биполярного транзистора

Проведем анализ и рассмотрим значения для элементной чувствительности в выходном файле, который приведен на рис. 3.42. Убедитесь, что при увеличении V CC на 0,12 В, V(3,2) увеличится на 0,02636 В, а из всех резисторов схемы, наиболее чувствительным в отношении V(3,2) является резистор R 1.

**** 09/15/99 11:57:07 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

Sensitivity of Model Transistor Bias Circuit

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

.SENS V(3,2) .OPT nopage .END

**** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 1.1069 ( 2) .4089 ( 3) 7.9610 ( 4) 12.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -4.311E-03

VA 5.049E-05

TOTAL POWER DISSIPATION 5.17Е-02 WATTS ****

DC SENSITIVITY ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

DC SENSITIVITIES OF OUTPUT V(3,2)

ELEMENT ELEMENT ELEMENT NORMALIZED

NAME VALUE SENSITIVITY SENSITIVITY

(VOLTS/UNIT) (VOLTS/PERCENT)

R1 4.000E+04 2.125E-04 6.499E-02

R2 5.000E+03 -1.385E-03 -6.923E-02

RC 1.000E+03 -4.039E-03 -4.039E-02

RE 1.000E+02 2.463E-02 2.463E-02

VCC 1.200E+01 2.197E-01 2.636E-02

VA 7.000E-01 7.023E+00 4.916E-02

Рис. 3.42. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 3.41

Как упражнение используйте элементные значения чувствительности, чтобы аппроксимировать V(3,2), когда сначала на 1% увеличивается R 1и затем, когда R 2увеличивается на 1%. Не забудьте, что результаты, полученные этим методом, будут приблизительны и применятся только к инкрементным изменениям в элементных значениях.

Библиотека элементов PSpice содержит тысячи компонентов, которые могут использоваться в аналоговых или цифровых схемах. Для выбора этих элементов вы можете воспользоваться приложением Е. Обратите внимание, что четыре типа биполярных транзисторов доступны в версии PSpice. Для этого примера мы выберем биполярный транзистор Q2N2222 типа npn.

Чтобы получить доступ к содержимому этой библиотеки, вы должны знать путь. На компьютере автора он отражается как:

E:\Program Files\OrCAD Demo\Capture\library\PSpice\evallib

Можно найти этот файл, используя Проводник Windows. При этом вы должны дважды нажать на соответствующий значок (который должен показать Adobe Acrobat Reader). При этом программа PSpice активизируется и отображает библиотеку. Если Вы предпочитаете находить файлы, применяя набор команд Start-Run-winfile, вы сможете увидеть следующий путь:

e:\progra~1\orcadd-l\capture\library\pap:e\eval.lib

(Ваш драйвер жесткого диска расположен, скорее всего, на диске с , а не на е .)

Когда при анализе чувствительности используется модель биполярного транзистора из библиотеки PSpice, чувствительность выходной переменной к изменениям в значениях параметров транзистора задана также в исходной информации. Как пример мы используем схему, показанную на рис. 3.43, где в качестве Q 1выбран транзистор типа Q2N2222 из библиотеки PSpice. Мы хотим получить чувствительность V(3,4), напряжения коллектор-эмиттер. Входной файл приведен на рис. 3.44.

Рис. 3.43. Встроенная модель для анализа чувствительности

Выходной файл, показанный на рис. 3.44, дает чувствительность по постоянному току для V(3,4) по отношению не только к внешним компонентам, но также и к параметрам транзистора. Для Q 1при анализе чувствительности приняты следующие обозначения: R B — сопротивление базы (внутреннее), R C— омическое сопротивление коллектора, R E— омическое сопротивление эмиттера и так далее. Особый интерес представляет чувствительность относительно прямого коэффициента усиления по постоянному току B F .

**** 09/16/05 07:08:47 ******** Evaluation PSpice (Nov 1999) **********

Sensitivity of BJT Biasing Circuit

VCC 2 0 12V

R1 2 1 40k

R2 1 0 3.3k

RC 2 3 7.7k

PE 4 0 220

Q1 3 1 4 Q2N2222

.SENS V(3,4)

.LIB EVAL.LIB

.END

Unable to find index file EVAL.ind for library file EVAL.LIB

Making new index file EVAL.ind for library file EVAL.LIB

Index has 344 entries from 1 file(s).

**** BJT MODEL PARAMETERS

Q2N2222

NPN

IS 14.340000E-15

BF 255.9

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .8926 ( 2) 12.0000 ( 3) 3.4815 ( 4) .2450

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -1.384E-03

TOTAL POWER DISSIPATION 1.66E-02 WATTS

**** DC SENSITIVITY ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

DC SENSITIVITIES OF OUTPUT V(3,4)

ELEMENT ELEMENT ELEMENT NORMALIZED

NAME VALUE SENSITIVITY SENSITIVITY

(VOLTS/UNIT) (VOLTS/PERCENT)

R1 4.000E+04 6.263E-04 2.505E-01

R2 3.300E+03 -7.395E-03 -2.440E-01

RC 7.700E+03 -1.086E-03 -8.363E-02

RE 2.200E+02 3.186E-02 7.009E-02

VCC 1.200E+01 -1.274E+00 -1.529E-01

Q1

RB 1.000E+01 2.127E-04 2.127E-05

RC 1.000E+00 2.020E-05 2.020E-07

RE 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00

BF 2.559E+02 -1.586E-03 -4.059E-03

ISE 1.434E-14 2.022E+13 2.899E-03

BR 6.092E+00 3.790E-11 2.309E-12