Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Проведите анализ на PSpice и убедитесь, что напряжения узлов и токи смещения близки к полученным при стандартном схемотехническом расчете. Отметим также, что приведенные в выходном файле под заголовком BIPOLAR-JUNCTION TRANSISTORS значения эксплуатационного режима напряжений, токов и b??!! близки к тем, которые ожидались. Результаты показаны на рис. 10.23.

ВJТ Flip-flop (Q1 оff)

VCC 3 0 12V

VBB 6 0 -12V

RC1 3 2 2.2k

RC2 3 4 2.2k

R1 2 5 15k

R2 4 1 15K

R3 1 6 100k

R4 5 6 100k

Q1 2 1 0 QN

Q2 4 5 0 QN

.MODEL QN NPN(IS=1E-9 BF=30 BR=1 TF=0.2ns TR=5ns)

.NODESET V(4)=0.15V; guess for Q2 on (in saturation)

.OP

.opt nopage

.DC VCC 12V 12V 12V

.PRINT DC I(RC1) I(RC2) I(R1) I(R2)

.END

**** BJT MODEL PARAMETERS

QN

NPN

IS 1.000000E-09

BF 30

NF 1

BR 1

NR 1

TF 200.000000E-12

TR 5.000000E-09

VCC I(RC1) I(RC2) I(R1) I(R2)

1.200Е+01 6.742E-04 5.421E-03 6.742E-04 1.050E-04

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) -1.5012 ( 2) 10.5170 ( 3) 12.0000 ( 4) .0736

( 5) .4037 ( 6) -12.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -6.095E-03

VBB 2.290Е-04

TOTAL POWER DISSIPATION 7.59Е-02 WATTS

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME Q1 Q2

MODEL QN QN

IB -1.05E-09 5.503-04

IС 1.02E-09 5.32E-03

VBE -1.50E+00 4.04E-01

VLC -1.20E+01 3.30E-01

VCE 1.05Е+01 7.36E-02

BETADC -9.78E-01 9.66E+00

GM 0.00E+00 2.19E-01

RPI 3.00E+13 1.29E+02

RX 0.00E+00 0.00E+00

RO 1.00E+12 7.40Е+01

CBE 2.00E-22 4.65E-11

CPC 5.00Е-21 6.76Е-11

CJS 0.00E+00 0.00E+00

BETAAC 0.00E+00 2.03E+01

CBX/CBX2 0.00E+00 0.001+00

FT/FT2 0.00E+00 3.00E+08

Рис. 10.23. Выходной файл для схемы на рис. 10.22

Интересно выполнить анализ с противоположными начальными условиями, установленными для Q 1и Q 2, то есть используя начальное условие V(2)=0,15 В вместо V(4)=0,15 В. Результаты показывают, что роли двух транзисторов BJT изменяются, различные напряжения и токи принимают значения, полученные для другого прибора. Выходной файл приведен на рис. 10.24.

ВJТ Flip-flop (Q1 on)

VCC 3 0 12V

VBB 6 0 -12V

RC1 3 3 2.2k

RC2 3 4 2.2k

R1 2 5 15k

R2 4 1 15k

R3 1 6 100k

R4 5 6 100k

Q1 2 1 0 QN

Q2 4 5 0 QN

.MODEL QN NPN(IS=1E-9 BF=30 BR=1 TF=0.2ns TR=5ns)

.NODESET V(2)=0.15V; guess for Q1 on (in saturation)

.OP

.opt nopage

.DC VCC 12V 12V 12V

.PRINT DC I(RC1) I(RC2) I(R1) I(R2)

.END

**** BJT MODEL PARAMETERS

QN

NPN

IS 1.000000E-09

BF 30

NF 1

BR 1

NR 1

TF 200.000000E-12

TR 5.000000E-09

VCC I(RC1) I(RC2) I(R1) I(R2)

1.200E+01 5.421E-03 6.742Е-04 1.050E-04 6.742E-04

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .4037 ( 2) .0736 ( 3) 12.0000 ( 4) 10.5170

( 5) -1.5012 ( 6) -12.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -6.095E-03

VBB 2.290E-04

TOTAL POWER DISSIPATION 7.59E-02 WATTS

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME Q1 Q2

MODEL QN QN

IB 5.50E-04 -1.05E-09

IС 5.32E-03 1.02E-09

VBE 4.04E-01 -1.50E+00

VBC 3.30E-01 -1.20E+01

VCE 7.36E-02 1.05E+01

BETADC 9.66E+00 -9.78E-01

GM 2.19Е-01 0.00E+00

RPI 1.29E+02 3.00E+13

RX 0.00E+00 0.00E+00

RO 7.40E+01 1.00E+12

СВЕ 4.65E-11 2.00E-22

CBC 6.76E-11 5.00E-21

CJS 0.00E+00 0.00E+00

BETAAC 2.83E+01 0.00E+00

CBX/CBX2 0.00E+00 0.00E+00

FT/FT2 3.06E+08 0.00E+00

Рис. 10.24. Выходной файл для схемы на рис. 10.22 с другим начальным состоянием

Симметричный мультивибратор с коллекторными связями представляет собой автогенератор. Эта схема может быть трудна для анализа на PSpice, поскольку при некоторых наборах параметров процесс итераций может не сходиться. На рис. 10.25 представлена симметричная схема, содержащая два транзистора BJT с коэффициентом усиления h FE =80. Мы можем вычислить период колебания по формуле

Т = 0,6930( R 1 C 1+ R 2 C 2) = 1,386 RC .

Рис. 10.25. Мультивибратор с коллекторными связями

Примем для параметров схемы соотношения R 1= R 2=R и С 1= С 2= С при использовании стандартных значений для резисторов и конденсаторов R =56 кОм и С =100 пФ. Для нашего примера это дает значения периода Т =7,762 мкс и частоты f =128,8 кГц. Входной файл:

Astable Multivibrator

VCC 5 0 5V

RC1 5 1 1k

RC2 5 2 1k

R1 5 3 56k

R2 5 4 56k

C1 1 4 100pF

C2 2 3 100pF

Q1 1 3 0 QN

Q2 2 4 0 QN

.MODEL QN NPN (IS = 1E-12 BF = 80 BR=1 TF = 0.2ns TR=5ns)

.NODESET V(1)=0 V(3)=0

.OP

.OPT nopage

.PRINT DC 1(RC1) I(RC2) I(R1) I(R2)

.TRAN 0.18us 18us

.PROBE

.END

Заслуживает обсуждения команда .TRAN. Поскольку период, как известно, составляет немногим более 7 мкс, анализ должен проводиться на интервале до 20 мкс, чтобы дать колебаниям установиться. Когда использовалось время 20 мкс, итерации не сходились и графики были неверными. Попытки использовать другой шаг также были неудачны. Однако существуют некоторые комбинации, при которых получаются удовлетворительные результаты. Например, интервал 18 мкс при шаге 0,18 мкс дает хорошие результаты. Временная диаграмма для напряжения на коллекторе показана на рис. 10.26, для напряжения на базе — на рис. 10.27. При использовании курсора вы можете убедиться, что Т =7,865 мкс и, соответственно, f =127 кГц. Эти значения близки к значениям, полученным нами при расчете. Напряжения смещения для малосигнального режима и начальные значения для напряжений в переходном процессе показаны в выходном файле (рис. 10.28).

Рис. 10.26. Напряжения на коллекторах транзисторов для схемы на рис. 10.25

Рис. 10.27. Напряжения на базах транзисторов для схемы на рис. 10.25

Astable Multivibrator

VCC 5 0 5V

RC1 5 1 1k

RC2 5 2 1k

R1 5 3 56k

R2 5 4 56k

C1 1 4 100pF

C2 2 3 100pF

Q1 1 3 0 QN

Q2 2 4 0 QN

.MODEL QN NPN(IS=1E-12 BF=80 BR=1 TF=0.2ns TR=5ns)

.NODESET V(1)=0 V(3)=0

.OP

.opt nopage

.PRINT DC I(RC1) I(RC2) I(R1) I(R2)

.TRAN 0.18us 18us

.PROBE

.END

**** BJT MODEL PARAMETERS

QN

NPN

IS 1.000000E-12

BF 80

NF 1

BR 1

NR 1

TF 200.000000E-12

TR 5.000000E-09

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .1452 ( 2) .1452 ( 3) .5770 ( 4) .5770

( 5) 5.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -9.868E-03

TOTAL POWER DISSIPATION 4.93E-02 WATTS

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS