Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

На схеме (рис. 9.17) показан источник постоянного напряжения в 12 В с внутренним сопротивлением R i =5 Ом, подключенный к переменному нагрузочному резистору R L . Чтобы реализовать переменный резистор R L , необходимо использовать команду .MODEL для резистора. Она выглядит следующим образом:

.MODEL RL RES

Рис. 9.17. Схема для исследования максимальной мощности при изменении сопротивления нагрузки

где RL — выбранное имя модели и RES — тип вызываемой модели. Использование модели позволяет нам включить RL в качестве варьируемого параметра в команду .DC sweep, показав диапазон значений для сопротивления. Команда при этом выглядит следующим образом:

.DC RES RL(R) 0.1 10 0.1

Здесь RES — имя варьируемой переменной, запись RL(R) использует выбранное нами имя модели, a ( R ) имя прибора, которым в данном случае является резистор. Весь входной файл:

Maximum Power with Variable Load Resistor

V 1 0 12V

RI 1 2 5

RLOAD 2 0 RL 1

.MODEL RL RES

.DC RES RL (R) 0.1 10 0.1

.PROBE

.END

Обратите внимание на команду RLOAD. Последний заданный в ней параметр — масштабный множитель 1. Это необходимое значение, без которого анализ не будет работать. Целью введения этого параметра в команду является стремление учесть различные множители, например, когда имеется несколько резисторов, использующих одну модель.

Выполните анализ и получите график

I(RI)·V(2),

представляющий собой мощность, выделяемую в резисторе нагрузки. Убедитесь, что максимум приходится на значение R =5 Ом, подставив RLOAD =5 Ом. Используйте курсор, чтобы показать, что Р max=7,2 Вт. Этот график показан на рис. 9.18.

Рис. 9.18. Зависимость мощности от сопротивления

В начальных главах мы не использовали при анализе транзисторных схем встроенную модель для плоскостного биполярного транзистора (BJT). Хотя одно из основных преимуществ PSpice заключается в широком диапазоне и многосторонности встроенных моделей, в то же время эти сложные модели могут напугать начинающего пользователя. Например, встроенная модель Q для биполярного транзистора содержит 40 параметров, которые могут быть определены пользователем. Если вы посмотрите раздел «Q — биполярный транзистор» в приложении D, то увидите, насколько всесторонними являются эти параметры.

Многие из них вам, вероятно, совершенно не знакомы и выходят за рамки нашего обсуждения.

Чтобы представить модель биполярного транзистора, мы используем схему смещения усилителя с ОЭ, представленную на рис. 9.19. Такую схему вы могли бы использовать, если бы вам пришлось исследовать выходные характеристики биполярного транзистора в лаборатории. Вы получили бы подобную характеристику, поддерживая постоянным входной ток I В при изменении напряжения V CE . Большинство студентов знакомо с этим экспериментом. Рассмотрим теперь этот эксперимент с точки зрения PSpice. Мы вызываем транзистор Q1 и используем имя модели BJT. При использовании этих обозначений необходимая команда примет вид:

Q1 3 2 0 BJT

Рис. 9.19. Схема для снятия выходных характеристик усилителя ОЭ на биполярном транзисторе

Узлы приводятся в последовательности коллектор, база, эмиттер . Команда ввода модели:

.MODEL BJT NPN

где запись BJT выбрана в соответствии с нашим обозначением Q1, a NPN — тип модели для npn -транзистора. Получится следующий входной файл:

BJT PSpice Model Characteristics

VBB 1 0 1V

RS 1 2 10k

RL 3 4 0.01

Q1 3 2 0 BJT; 3=collector, 2=base, 1=emitter

VCE 4 0 5V

.MODEL BJT NPN

.DC VCE 0 15V 0.1V

.PROBE

.END

Проведите анализ и получите график -I(RL). Знак минус правилен относительно команды ввода R L , показанной в файле. Используйте режим курсора, чтобы найти IC max. Вы должны получить IC max=2,07 мА. Характеристика показана на рис. 9.20. Удалите эту кривую и получите график I(RS), чтобы посмотреть входной ток I B . Проверьте, что его максимальное значение I В =20,7 мкА. Из двух полученных значений можно вычислить h FE =100, что соответствует параметру B F , приведенному в модели. При необходимости вы можете задавать другие значения для BF в некоторых моделях транзистора (см. список всех параметров транзистора в разделе «Q — биполярный транзистор» приложения D).

Рис. 9.20. Выходная характеристика для схемы на рис. 9.19

Входные характеристики могут быть получены из входного файла, который ссылается на встроенную модель следующим образом:

BJT Input Characteristics

IBB 0 1 100uA

Rs 1 0 1000k

RL 2 3 1k

Q1 2 1 0 BJT

VCC 3 0 12V

.MODEL BJT NPN

.DC IBB 0 100uA 1uA

.PROBE

.END

Из рис. 9.21 видно, что для этой модели npn -транзистора значение V BE в активной области составляет около 0,8 В. Поскольку оно приблизительно на 0,1 В выше, чем то же значение в применявшейся нами ранее собственной модели для BJT, стандартная модель даст результаты, которые несколько отличаются от полученных ранее.

Рис. 9.21. Входная характеристика для схемы на рис. 9.19

Приложения А, В и D содержат распечатки моделей для других активных устройств, включая «В— GaAsFET» и «М — MOSFET». С точки зрения обучения вам полезнее использовать собственные модели для транзисторов и других устройств. Это позволит вам решать, какая из моделей более всего соответствует ситуации. Применение встроенных моделей в более сложных случаях позволит вам устанавливать параметры, которые в простых моделях не могут учитываться.

Дифференциальный усилитель используется в качестве первого каскада ОУ. В простейшем случае он напоминает схему на рис. 9.22. Для анализа мы используем встроенную модель для npn-транзистора, применив согласованную пару для Q 1 и Q2, выбрав R s1=R s2 =1 кОм и R c1=R c2= 2 кОм.