Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Схема для получения выходных характеристик (рис. 10.1) содержит источник постоянного напряжения V CC с варьируемым выходным напряжением и источник постоянного тока I В с варьируемым током. Транзистор обозначен как Q 1. При использовании встроенной модели BJT обозначение прибора всегда должно начинаться с символа Q. Входной файл при этом имеет вид:

BJT Output Characteristics

VCC 4 0 10V

IB 0 1 2 5uA

RB 1 2 0.01

RC 4 3 0.01

Q1 3 2 0 BJT; the designation BJT is our choice

.MODEL BJT NPN (BF-80)

.dc VCC 0 10V 0.05V 1B 5uA 2 5uA 5uA

.PROBE

.END

Рис. 10.1. Схема для снятия выходных характеристик биполярного транзистора

Команда .MODEL показывает, что выбраны имя BJT для модели и тип NPN для транзистора. Значение по умолчанию для прямого коэффициента передачи BF ( h FE ) равно 100, но оно изменено на 80 последней записью команды. Подобным образом можно изменить и другие параметры модели, иначе будут использоваться значения, задаваемые по умолчанию. Команда .dc содержит внешний цикл для вариации V CC и внутренний цикл вариации I В .

Внимание:Если вы попытаетесь задать значение I В =0 мкА, вариация по постоянному току (dc sweep) будет выполнена некорректно.

Проведите анализ и получите в Probe график I(RC). Этот график приведен на рис. 10.2. Полезно маркировать различные характеристики соответствующими значениями входного тока. Диапазон по оси Y был изменен, границы его установлены от 0 до 2,1 мА.

Рис. 10.2. Выходные характеристики биполярного транзистора

Обратите внимание, что при I В =25 мкА и V CC (фактически V CE ) выражается в долях вольта, а ток коллектора, показанный на графике как I(RC), равен 2,0 мА, что соответствует значению h FE =80.

Чтобы получить входные характеристики, можно использовать схему, показанную на рис. 10.3. Источник тока I ВВ превращается в неидеальный при включении параллельно его выходу резистора R s . Входной файл:

BJT Input Characteristics

IBB 0 1 100uA

Rs 1 0 1000k

RL 2 3 0.01

Q1 2 1 0 BJT

VCC 3 0 10V

.MODEL BJT NPN(BF=80)

.dc IBB 0 100uA 1uA VCC 0V 10V 2V

.PROBE

.END

Рис. 10.3. Схема для снятия входных характеристик биполярного транзистора

После проведения анализа измените разметку оси X чтобы показать и V(1), и график тока I(IBB). Вы получите график, который показывает только две кривые. Первая, расположенная ближе к началу координат, получена для V CE =0 В, другая — для всех остальных значений V CE (см. рис. 10.4). Если выполнить анализ, исключив нулевое значение V CC , то первая кривая на графике исчезнет. Обратите внимание, что при использовании встроенной модели для Q напряжение V BE будет приблизительно равно 0,8 В для типичных значений базового тока.

Рис. 10.4 Входные характеристики биполярного транзистора

Простая схема каскада с ОЭ показана на рис. 10.5. Входной контур получен путем преобразования более сложной цепи с помощью теоремы Тевенина. Мы проводим анализ при частоте 5 кГц, при которой конденсаторы могут рассматриваться просто как короткое замыкание, поэтому конденсатор связи в схеме отсутствует. Зададим значение h FE= 50. Входной файл:

Рис. 10.5. Усилитель ОЭ на биполярном транзисторе

СЕ Amplifier, BJT Model

VCC 5 0 18V

VBB 3 2 0.8V

RS 1 2 1k

RL 4 5 10k

Q1 4 3 0 BJT

.MODEL BJT NPN(BF=50)

.TF V(4) VS .OP

.OPT nopage

vs 1 0 ac 1mV

.AC lin 1 5kHz 5kHz

.PRINT ас I(RS) I(RL) V(3) V(4)

.END

В команде .АС задана частота 5 кГц. Команда .PRINT ас позволяет нам находить определенные токи и напряжения. Выходной файл PSpice анализа показан на рис. 10.6. Различные формулы могли бы использоваться, чтобы вычислить коэффициент усиления по напряжению V(4)/V(3), например,

если использовать принятое значение h ie =1,1 кОм. Затем при использовании отношения для делителя напряжений между R L и h ie можно определить коэффициент усиления по напряжению V(4)/VS=-238. В выходном файле, полученном на PSpice согласно малосигнальным характеристикам, показано значение V(4)/VS, равное -233, что достаточно близко к вычисленному значению. Входное сопротивление относительно VS, также выведенное в выходном файле, равно 2,144 кОм. Вычитая из него внутреннее сопротивление источника R s (1 кОм), получим h ie= 1,144 кОм, что также близко к принятому значению. Выходное сопротивление составляет 10 кОм. В практических случаях схема замещения выходного сопротивления представляет собой параллельное соединение R L и h oe . Но если мы примем, что h oe>R L , то выходное сопротивление будет близко к R L . Обратите внимание, что при включении во входную цепь конденсатора этот метод нахождения малосигнальных характеристик не даст полезных результатов.

СЕ Amplifier, BJT Model

VCC 5 0 18V

VBB 3 2 0.8V

RS 1 2 1K

RL 4 5 10k

Q1 4 3 0 BJT

.MODEL BJT NPN(F=50)

.TF V(4) VS

.OP

.OPT nopage

vs 1 0 ac 1mV

.AC lin 1 5kHz 5kHz

.PRINT ac I(RS) I(RL) V(3) V(4)

.END

**** BJT MODEL PARAMETERS

BJT

NPN

IS 100.000000E-18

BF 50

NF 1

BR 1

NR 1

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 0.0000 ( 2) -.0226 ( 3) .7774 ( 4) 6.6929

( 5) 18.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -1.131E-03

VBB -2.261E-05

VS -2.261E-05

TOTAL POWER DISSIPATION 2.04E-02 WATTS

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME Q1

MODEL BJT

IB 2.26E-05

IС 1.13E-03

VBE 7.77E-01

VBC -5.92E+00

VCE 6.69E+00

BETADC 5.00E+01

BETAAC 5.00E+01

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(4)/VS = -2.332E+02

INPUT RESISTANCE AT VS = 2.144Е+03

OUTPUT RESISTANCE AT V(4) = 1.000E+04

**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

FREQ I(RS) I(RL) V(3) V(4)

5.000E+03 4.665E-07 2.332E-05 5.335E-04 2.332E-01