Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

но для малых значении это выражение может давать относительную ошибку в 10%. Более точное уравнение:

Поскольку это коэффициент передачи по напряжению с базы на коллектор, необходимо использовать формулу для делителя напряжения, чтобы найти коэффициент передачи по напряжению с источника на коллектор:

где R p — эквивалентное сопротивление для параллельного соединения R 1, R 2 и R i .

Обратимся теперь к выходному файлу (рис. 10.14), чтобы посмотреть, насколько анализ на PSpice сопоставим с результатами обычного расчета. PSpice дает для полного коэффициента передачи по напряжению V(2)/vs = -8,878, что отличается от расчетного значения немногим более, чем на 5%.

Analysis of СЕ Amplifier with Unbypassed RE

VCC 4 0 12V

R1 4 1 40k

R2 1 0 5k

RC 4 2 1k

RE 3 0 100

Rs 6 5 100

Rb 1 1a 0.01

C1 5 1 15uF

Q1 2 1a 3 BJT

.MODEL BJT NPN (BF=80)

.OP

.opt nopage

vs 6 0 ac 10mV

.ас LIN 1 5kHz 5kHz

.PRINT ac i(RB) i(RC) i(RS) v(1) v(2) v(3) .END

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 1.1464 ( 2) 8.6345 ( 3) .3408 ( 4) 12.0000

( 5) 0.0000 ( 6) 0.0000 ( 1a) 1.1464

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -3.637E-03

vs 0.000E+00

TOTAL POWER DISSIPATION 4.36E-02 WATTS

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME Q1

MODEL BJT

IB 4.21E-05

IС 3.37E-03

VBE 8.06E-01

VBC -7.49E+00

VCE 8.29E+00

BETADC 8.00E+01

GM 1.30Е-01

RPI 6.15E+02

RX 0.00E+00

RO 1.00E+12

CBE 0.00E+00

CBC 0.00E+00

CJS 0.00E+00

BETAAC 8.00E+01

CBX/CBX2 0.00E+00

FT/FT2 2.07E+18

**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

FREQ I(RB) I(RC) I(RS) V(1) V(2)

5.000E+03 1.110E-06 8.878E-05 3.286E-06 9.671E-03 8.878E-02

FREQ V(3)

5.000E+03 8.989E-03

Рис. 10.14. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.13

Желательно, кроме того, найти входное сопротивление со стороны источника входного напряжения. Если мы просто используем команду

.TF V(4) vs

результаты будут некорректными. Вы можете это сделать и посмотреть, что получится. Удаление конденсатора С 1из схемы также не сработает, так как это приведет к изменению условий смещения.

Правильный подход показан на рис. 10.15, где во входную цепь включен источник с напряжением и внутренним сопротивлением, определенными по теореме Тевенина. При этом поддерживаются соответствующие напряжения и токи смещения, и можно использовать функцию преобразования .TF.

Рис. 10.15. Схема для определения входного сопротивления усилителя ОЭ

Из выходного файла на рис. 10.16 (содержащего также листинг входного файла) можно видеть, что напряжения смещения не изменились. Эта распечатка показывает входное сопротивление как 13,16 Ом. Сопротивление в цепи базы транзистора R i =13,16–4,444=8,7 кОм. Расчетное значение 9,2 кОм отличается от этого немногим больше, чем на 5%, из чего мы заключаем, что оба метода адекватны.

Find Input Resistance of CE Amplifier Circuit with RE

VCC 4 0 12V

VTh 1 1a 1.33333V

RC 4 2 1k

RE 3 0 100

Rs 5 1a 4.4444k

Q1 2 1 3 BJT

.MODEL BJT NPH(BF=80)

.TF v(2) vs

.OP

.opt nopage

vs 5 0 ac 10mV

.ac LIN 1 5kHz 5kHz

.PRINT ac i(Rs) i(RC) v(1) v(2) v(3)

. END

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 1.1464 ( 2) 8.6345 ( 3) .3408 ( 4) 12.0000

( 5) 0.0000 ( 1a) -.1870

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -3.366E-03

VTh -4.207E-05

vs -4.207E-05

TOTAL POWER DISSIPATION 4.04E-02 WATTS

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(2)/vs = -6.079Е+00

INPUT RESISTANCE AT vs. = 1.316E+04

OUTPUT RESISTANCE AT V(2) = 1.000E+03

FREQ I(Rs) I(RC) V(1) V(2) V(3)

5.000E+03 7.599E-07 6.079E-05 6.623E-03 6.0791-02 6.155E-03

Рис. 10.16. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.15

Сравним теперь нахождение коэффициентов усиления по напряжению и по току двумя методами: при использовании встроенной модели PSpice и при применении нашей собственной модели в h-параметрах для усилителя ОЭ. Последний метод представлен в главе 3.

Схема на рис. 10.13 рассматривается относительно переменных составляющих. Узел источника V CC заземляется (при этом R 1подсоединяется параллельно R 2), конденсатор С1 закорачивается. Преобразованная таким образом схема показана на рис. 10.17, а при использовании вместо транзистора модели в h -параметрах она приобретает вид, показанный на рис. 10.18.

Рис. 10.17. Схема усилителя с ОЭ для анализа переменных составляющих

Рис. 10.18. Схема на рис. 10.17 с моделью транзистора в h-параметрах

Вспомним, что значительно больше информации может быть получено, если мы будем проводить анализ на постоянном, а не на переменном токе. Это позволяет нам находить необходимые характеристики для малого сигнала, включая коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление. Мы не будем приводить здесь входной файл, поскольку он показан в распечатке выходного файла на рис. 10.19. Результаты анализа близки к полученным ранее с использованием встроенной модели BJT.

CE Amplifier with Re using h-parameter model

vs 1 0 10mV

VO 3 2A 0

E 3A 4 5 4 2.5E-4

F 5 4 VO 80

Rs 1 2 100

R1 2 0 40k

R2 2 0 5k

RI 2 3 1.1k

RO 5 4 40k

RC 0 5 1k

RE 4 0 100

.TF V(5) Vs

.OP

.opt nopage

.dc ve 10mV 10mV 10mV

.PRINT dc i(RC) i(Rs) i(RI) i(RE)

.END

vs I(RC) I(Rs) I(RE) I(RE)

1.000E-02 8.402E-05 3.256E-06 1.079E-06 8.510E-05

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .0100 ( 2) .0097 ( 3) .0085 ( 4) .0005

( 5) -.0840 ( 3A) .0085

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

vs -3.256E-06

VO 1.079E-06

TOTAL POWER DISSIPATION 3.26E-08 WATTS

**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

NAME E

V-SOURCE -2.313E-05

I-SOURCE -1.079E-06

**** CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES

NAME F

I-SOURCE 8.634E-05

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(5)/vs = -8.402E+00

INPUT RESISTANCE AT vs = 3.071E+03