Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Рис. 10.6. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.5

Последние строки выходного файла содержат результаты анализа на переменном токе. Частота составляет 5 кГц, ток базы равен 0,46665 мкА, а ток коллектора составляет 23,32 мкА. Чтобы проверить эти значения с помощью стандартного схемотехнического анализа мы должны найти переменную составляющую тока базы. Она равна

Переменная составляющая тока коллектора

I c= h feI b= 50 (0,476 мкА) = 23,37 мкА.

Эти значения близки к результатам, полученным в PSpice.

Возвратимся к анализу на постоянном токе и вычислим постоянную составляющую тока базы:

Это предварительное значение, так как V BE получено из результатов PSpice. Теперь становится очевидно, что эта схема применима скорее для иллюстрации, чем для практических целей, так как даже незначительные изменения V BB или V BE вызовут большие изменения в I В . Вычислим теперь постоянную составляющую тока коллектора, найденную как h feI b , что даст нам значение 1,13 мА и напряжение коллектора

V C= V CC– R LI C = 18 В – (10 кОм) (1,13 мА) = 6,7 В.

Общая рассеиваемая мощность, показанная в PSpice как произведение тока на напряжение источника питания, равна 20,4 мВт.

На рис. 10.6 приведена распечатка выходного файла нашего анализа на PSpice. Для выбранного нами транзистора с именем Q1 и модели с именем BJT в выходном файле приведен список из 16 параметров (на рис. 10.6 показана лишь часть из них). Эти значения справедливы для конкретных условий смещения схемы. Они изменятся при изменении токов и напряжений покоя. Например, если транзистор войдет в режим насыщения, значение BETADC будет намного ниже. После изучения результатов обратимся к практической схеме и проведем расширенный анализ.

Схема с более устойчивой точкой покоя, чем в предыдущем случае, показана на рис. 10.7. Она называется схемой с эмиттерным или автоматическим смещением. Входной файл:

Biasing Case Study

VCC 2 0 12V

R1 2 1 40k

R2 1 0 3.3k

RC 2 3 4.7k

RE 4 0 220

Q1 3 1 4 Q2N2222

.LIB EVAL.LIB; команда вызывает библиотечный файл EVAL.LIB

.DC VCC 12V 12V 12V

.PRINT DC I(RC) I(R1) I(R2) I(RE)

.OP

.OPT nopage

.END

Рис. 10.7. Схема с цепями смещения

В этом входном файле отсутствует команда .MODEL. Вместо этого транзистор определяется как Q2N2222 (npn). Это — обозначение для одного из транзисторов, который смоделирован в рабочей версии PSpice.

Другими библиотечными типами транзисторов BJT, приведенными в приложении Е, являются Q2N2907A (pnp), Q2N3904 (npn), Q2N3906 (pnp) . Чтобы использовать ресурсы библиотеки, входной файл должен включать строку, начинающуюся с .LIB. Промышленная версия PSpice содержит намного больше транзисторов, чем перечислено здесь. Библиотека находится в файле, названном eval.lib. Найдите листинг .model Q2N2222 в приложении Е, который начинается со строк

.model QN2222 NPN(Is=14.34f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=74.03 Bf=255.9....)

В этой команде задаются различные параметры модели. Так, величина I s представляет собой ток насыщения pn-перехода и т.д. Полная распечатка параметров BJT дана в приложении D (раздел «Q — биполярный транзистор»). Проведите моделирование и проверьте напряжения и токи в рабочей точке. Убедитесь, что V CE= 6,5185 В и что ток коллектора I С= 1,114 мА. Обратите внимание на то, что, хотя Q 1имеет максимальный прямой коэффициент передачи h FE= 255,9, в информации о рабочей точке задано значение BETADC , равное 160 при токе базы I В= 6,96 мА. Выходной файл приведен на рис. 10.8 (показаны не все параметры модели).

Biasing Case Study

VCC 2 0 12V

R1 2 1 40k

R2 1 0 3.3k

RC 2 3 4.7k

RE 4 0 220

Q1 3 1 4 Q2N2222

.LIB EVAL.LIB ; this calls in the library file EVAL.LIB

.DC VCC 12V 12V 12V

.PRINT DC I(RC) I(R1) I(R2) I(RE)

.OP

.OPT nopage .END

**** BJT MODEL PARAMETERS

Q2N2222

NPN

IS 14.340000E-15

BF 255.9

NF 1

VAF 74.03

**** DC TRANSFER CURVES TEMPERATURE = 27.000 DEG С

VCC I(RC) I(R1) I(R2) I(RE)

1.200E+01 1.114E-03 2.777E-04 2.707E-04 1.121E-03

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

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .8933 ( 2) 12.0000 ( 3) 6.7651 ( 4) .2466

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -1.391E-03

TOTAL POWER DISSIPATION 1.67E-02 WATTS

OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME Q1

MODEL Q2N2222

IB 6.96E-06

IС 1.11E-03

VBE 6.47E-01

VBC -5.87E+00

VCE 6.52E+00

BETADC 1.60E+02

GM 4.29E-02

RPI 4.12E+03

RX 1.00E+01

RO 7.17E+04

CBE 5.40E-11

CBC 3.47E-12

CJS 0.00E+00

BETAAC 1.77Е+02

CBX/CBX2 0.00E+00

FT/FT2 1.19E+08

Рис. 10.8. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.7

Чтобы показать, как ведет себя эта схема в качестве усилителя ОЭ, добавим несколько компонентов (рис. 10.9). Максимальное значение переменного напряжения равно 10 мВ, внутреннее сопротивление источника R s= 50 Ом, кроме того добавлены конденсаторы С b и С е. Входной файл принимает вид:

Biasing Case Study Extended

VCC 2 0 12V

Vs 1a 0 ac 10mV

Rs 1a 1b 50

Cb 1b 1 15uF

Ce 4 0 15uF

R1 2 1 40k

R2 1 0 3.3k

RC 2 3 4.7k

RE 4 0 22 0

Q1 3 1 4 Q2N2222

.DC VCC 12V 12V 12V

.PRINT DC I(RC) I(R1) I(R2) I(RE)

.OP

.opt nopage nomod; подавляется вывод баннера и параметров модели

.ас LIN 1 5kHz 5kHz; задается вариация для анализа на переменном токе

.PRINT ас i(RC) i(RE) i(RS)

.PRINT ac v(1) v(1b) v(3) v(4)

.LIB EVAL.LIB

.END

Рис. 10.9. Усилитель ОЭ

В этом входном файле величина V s идентифицируется как переменная составляющая входного напряжения, и вызывается вариация по переменному току (ас sweep). Без команды .ас LIN выходной файл вообще не будет содержать информации о переменных составляющих.

Проведите анализ и убедитесь, что напряжение смещения и значения токов не изменились по сравнению с предыдущим выходным файлом. Фактически вся информация о рабочей точке осталась прежней. Выходной файл приведен на рис. 10.10.

Biasing Case Study Extended

VCC 2 0 12V

Vs 1a 0 ас 10mV

Rs 1a 1b 50