Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

NAME Q1 Q2

MODEL QN QN

IB 7.90E-05 7.90E-05

IС 4.85E-03 4.85E-03

VBE 5.77E-01 5.77E-01

VBC 4.32E-01 4.32E-01

VCE 1.45E-01 1.45E-01

BETADC 6.15E+01 6.15Е+01

BETAAC 7.97E+01 7.97E+01

**** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

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

Рис. 10.28. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.25

На рис. 10.29 показан мультивибратор с эмиттерными связями, использующий стандартные компоненты. Его подробный анализ приведен в книге Millman, Taub, Pulse, Digital, and Switching Waveforms. При анализе принимается, что Q 1насыщается, a Q 2— нет. Мы устанавливаем начальное напряжение на коллекторе Q 1 равным 25 В. Вы можете попробовать несколько различных значений напряжения в команде .nodeset и сравнить результаты. Теоретический анализ дает для периода колебаний значение Т= 145,6 мкс.

Рис. 10.29. Мультивибратор с эмиттерными связями

В качестве упражнения создайте собственный входной файл для этой схемы. Убедитесь, что результаты, полученные в Probe, дают Т= 151,4 мкс. Графики напряжений на коллекторе показаны на рис. 10.30. Обратите внимание, что по оси X выбран временной интервал от 0,6 до 1,0 мс. Выходной файл показан на рис. 10.31

Рис. 10.30. Напряжения на коллекторах для схемы на рис. 10.29

**** 07/27/99 15:53:59 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) ***********

Emitter-coupled multivibrator

VCC 4 0 30V

R1 4 2 10

R2 2 0 20

R3 2 3 1k

RC1 4 3 1k

RC2 4 8 200

RE1 1 0 3.3k

RE2 7 0 3.3k

C1 2 0 0.1uF

C2 1 7 0.1uF

Q1 3 2 1 QN

Q2 8 3 7 QN

.MODEL QN NPN(IS=1E-12 BF=30 BR=1 TF=0.2ns TR=5ns)

.NODESET V(3)=25V

.OP

.opt nopage

.PRINT DC I(RC1) I(RC2) I(RE1) I(RE2)

.TRAN 0.5us 1ms

.PROBE

.END

**** BJT MODEL PARAMETERS

QN

NPN

IS 1.000000E-12

BF 30

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 19.4310 ( 2) 20.0120 ( 3) 22.0520 ( 4) 30.0000

( 1) 21.4680 ( 8) 28.7410

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -1.013E+00

TOTAL POWER DISSIPATION 3.04E+01 WATTS

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME Q1 Q2

MODEL QN QN

IB 1.90E-04 2.10E-04

IС 5.70E-03 6.30E-03

VBE 5.81E-01 5.84E-01

VBC -2.04E+00 -6.69E+00

VCE 2.62E+00 7.27E+00

BETADC 3.00E+01 3.00E+01

BETAAC 3.00E+01 3.00E+01

**** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 19.4310 ( 2) 20.0120 ( 3) 22.0520 ( 4) 30.0000

( 7) 21.4680 ( 8) 28.7410

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -1.013E+00

TOTAL POWER DISSIPATION 3.04Е+01 WATTS

Рис. 10.31. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.29

10.1. Снимите входные и выходные характеристики библиотечного pnp- транзистора 2N3251 ( h FE =180). Используйте схемы для снятия характеристик npn -транзисторов, представленные на рис. 10.1 и 10.3. Разработайте входной файл, позволяющий получить графики в Probe. Создайте метки для идентификации кривых.

10.2. а) В схеме на рис. 10.32 h FE= 100. Найдите точку покоя, используя PSpice; затем сравните результаты с вашими вычислениями, приняв V BE= 0,7 В. б) при анализе на PSpice примите, что h FE =50 и найдите точку покоя.

Рис. 10.32

10.3. Определите точку покоя для схемы, показанной на рис. 10.33, приняв, что h FE =60 и V BE =0,7 В. Проверьте ваши вычисления с помощью PSpice, воспользовавшись встроенной моделью транзистора.

Рис. 10.33

10.4. На рис. 10.34 представлена схема усилителя с ОЭ. Желательно, чтобы точка покоя позволяла реализовать максимальный размах колебаний тока коллектора при приемлемых искажениях. Транзистор имеет коэффициент усиления h FE= 50.

а) Найдите ток и напряжение коллектора в точке покоя, используя PSpice.

б) Проведите PSpice/Probe анализ при синусоидальном входном напряжении v i и определите практический предел колебаний входного напряжения. Каковы колебания тока коллектора при этом условии?

Рис. 10.34

10.5. Усилитель с ОЭ и незашунтированным RE показан на рис. 10.35. Транзистор имеет коэффициент усиления h FE= 100. Максимальное значение входного сигнала составляет 0,2 В. Используйте PSpice/Probe, чтобы получить временную диаграмму выходного напряжения и определить коэффициент усиления по напряжению.

Рис. 10.35

10.6. На рис. 10.36 показана схема с эмиттерными связями. Используйте анализ на PSpice, чтобы найти токи и напряжения смещения коллектора для Q 1и Q 2. Оба транзистора имеют коэффициент усиления h FE= 100.

Рис. 10.36

Встроенные модели для полевых транзисторов (FET) обозначены в PSpice именами, начинающимися: с J для канальных полевых транзисторов (JFET), с М для МОП-транзисторов (MOSFET) и с В для арсенид-галлиевых транзисторов (GaAsFET). Перед использованием любого из этих приборов желательно получить наборы характеристик, позволяющие правильно определить напряжения и токи покоя.

Демонстрационная версия PSpice содержит модели для двух типов n-канальных полевых транзисторов (JFET) в библиотеке EVAL.LIB. Получим необходимый набор выходных характеристик для транзистора J2N3819. Входной файл для анализа схемы рис. 11.1 содержит следующие команды:

Output Characteristics for JFET J2N3819

VGS 1 0 0V

VDD 2 0 12V

JFET 2 10 J2M3819

.DC VDD 0 12V 0.2V VGS 0 -4V 1V

.PROBE

.LIB EVAL.LIB

.END

Рис. 11.1. Схема для снятия характеристик полевых транзисторов JFET

Вложенный цикл команды .DC позволяет получить пять характеристик при целочисленных значениях V GS от 0 до -4 В.