Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей
Библиотека элементов PSpice
Библиотека элементов PSpice содержит тысячи компонентов, которые могут использоваться в аналоговых или цифровых схемах. Для выбора этих элементов вы можете воспользоваться приложением Е. Обратите внимание, что четыре типа биполярных транзисторов доступны в версии PSpice. Для этого примера мы выберем биполярный транзистор Q2N2222 типа npn.
Чтобы получить доступ к содержимому этой библиотеки, вы должны знать путь. На компьютере автора он отражается как:
E:Program FilesOrCAD DemoCapturelibraryPSpiceevallib
Можно найти этот файл, используя Проводник Windows. При этом вы должны дважды нажать на соответствующий значок (который должен показать Adobe Acrobat Reader). При этом программа PSpice активизируется и отображает библиотеку. Если Вы предпочитаете находить файлы, применяя набор команд Start-Run-winfile, вы сможете увидеть следующий путь:
e:progra~1orcadd-lcapturelibrarypap:eeval.lib
(Ваш драйвер жесткого диска расположен, скорее всего, на диске с, а не на е.)
Чувствительность биполярных транзисторов из библиотеки PSpice
Когда при анализе чувствительности используется модель биполярного транзистора из библиотеки PSpice, чувствительность выходной переменной к изменениям в значениях параметров транзистора задана также в исходной информации. Как пример мы используем схему, показанную на рис. 3.43, где в качестве Q1 выбран транзистор типа Q2N2222 из библиотеки PSpice. Мы хотим получить чувствительность V(3,4), напряжения коллектор-эмиттер. Входной файл приведен на рис. 3.44.
Рис. 3.43. Встроенная модель для анализа чувствительности
Выходной файл, показанный на рис. 3.44, дает чувствительность по постоянному току для V(3,4) по отношению не только к внешним компонентам, но также и к параметрам транзистора. Для Q1 при анализе чувствительности приняты следующие обозначения: RB — сопротивление базы (внутреннее), RC — омическое сопротивление коллектора, RE — омическое сопротивление эмиттера и так далее. Особый интерес представляет чувствительность относительно прямого коэффициента усиления по постоянному току BF.
**** 09/16/05 07:08:47 ******** Evaluation PSpice (Nov 1999) **********
Sensitivity of BJT Biasing Circuit
VCC 2 0 12V
R1 2 1 40k
R2 1 0 3.3k
RC 2 3 7.7k
PE 4 0 220
Q1 3 1 4 Q2N2222
.SENS V(3,4)
.LIB EVAL.LIB
.END
Unable to find index file EVAL.ind for library file EVAL.LIB
Making new index file EVAL.ind for library file EVAL.LIB
Index has 344 entries from 1 file(s).
**** BJT MODEL PARAMETERS
Q2N2222
NPN
IS 14.340000E-15
BF 255.9
NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
( 1) .8926 ( 2) 12.0000 ( 3) 3.4815 ( 4) .2450
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME CURRENT
VCC -1.384E-03
TOTAL POWER DISSIPATION 1.66E-02 WATTS
**** DC SENSITIVITY ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С
DC SENSITIVITIES OF OUTPUT V(3,4)
ELEMENT ELEMENT ELEMENT NORMALIZED
NAME VALUE SENSITIVITY SENSITIVITY
(VOLTS/UNIT) (VOLTS/PERCENT)
R1 4.000E+04 6.263E-04 2.505E-01
R2 3.300E+03 -7.395E-03 -2.440E-01
RC 7.700E+03 -1.086E-03 -8.363E-02
RE 2.200E+02 3.186E-02 7.009E-02
VCC 1.200E+01 -1.274E+00 -1.529E-01
Q1
RB 1.000E+01 2.127E-04 2.127E-05
RC 1.000E+00 2.020E-05 2.020E-07
RE 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
BF 2.559E+02 -1.586E-03 -4.059E-03
ISE 1.434E-14 2.022E+13 2.899E-03
BR 6.092E+00 3.790E-11 2.309E-12
ISC 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
IS 1.434E-14 -6.888E+13 -9.878E-03
NE 1.307E+00 -4.250E+00 -5.555E-02
NC 2.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
IKF 2.847E-01 -1.831E-02 -5.213E-05
IKR 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
VAF 7.403E+01 6.382E-04 4.725E-04
VAR 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00
Рис. 3.44. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 3.43
Обратите внимание, что выходной файл содержит запись:
Unable to find index file EVAL.ind for library file EVAL.LIB Making new index file EVAL.ind for library file EVAL.LIB Index has 344 entries from 1 file(s).
Что в переводе означает:
«Невозможно найти индексный файл EVAL.IND для библиотечного файла EVAL.LIB Создайте новый индексный файл EVAL.IND для библиотечного файла EVAL.LIB Индекс имеет 344 входа из 1 файла (ов)».
Этот индексный файл будет автоматически создан, если вы сначала вызовете библиотеку Evaluation Library. Она будет содержать информацию, необходимую для выполнения анализа.
Обзор новых команд PSpice, применяемых в данной главе
Е [имя] <+узел> <-узел> <+управляющий узел> <-управляющий узел>
Например, запись
Е 6 5 2 1 13
указывает, что ИНУН включен между узлами 6 и 5. Он зависит от напряжения между узлами 2 и 1 и имеет коэффициент усиления по напряжению, равный 18. Эта команда (наряду с командами F и G) была приведена в главе 1; описание ее повторено здесь, так как ИНУН одновременно основной элемент при моделировании усилителей и некоторые из примеров и задач в этой главе требуют его использования.
Подобно другим зависимым источникам, он может быть представлен в форме POLY, когда зависимость задается полиномом. Обратите внимание, что коэффициентом усиления в данном случае является безразмерный коэффициент трансформации.
F [имя] <+узла> <-узел > <+управляющий узел> <-управляющий узел>
Например,
F А 3 VA 80
указывает, что ИТУТ включен между узлами 4 и 3. Стрелка, указывающая направление тока, направлена к узлу 3. Ток через зависимый источник в 80 раз больше, чем ток через VA. Источник напряжения VA может быть реальным источником или фиктивный источником с напряжением 0 В. Фиктивный источник часто необходим, чтобы замкнуть путь для тока управления.
Использования команды F требует, например, модель транзистора в h-параметрах. Коэффициент усиления hfe является безразмерным. Другие транзисторные модели, использующие коэффициент усиления β, также требуют команды F.
G [имя] <+узла> <-узел> <+управляющий узел> <-управляющий узел>
Например, запись
G 8 7 5 3 20mS
указывает, что ИТУН включен между узлами 8 и 7. Стрелка тока направлена к узлу 7. Ток через зависимый источник является функцией напряжения между узлами 5 и 3 с крутизной 20 мС. Это означает, например, что если v53=10 мВ, то i87=(10 мВ)·(20 мС)=200 мкА.
Команды, начинающиеся с точки, используемые в данной главе
.TF <выходная переменная> <входной источник>
Например, запись
.TF V(4) VS
даст коэффициент усиления малого сигнала V4/VS, если команда используется с моделью в h-параметрах, как в этой главе. Это возможно, когда мы используем напряжения переменного тока в схемах, где пассивные компоненты являются чисто резистивными. В PSpice анализ может проводиться для переменного или постоянного тока.
.LIB <имя файла>
Например, запись
.LIB EVAL.LIB
указывает, что модели, используемые во входном файле, будут разыскиваться в библиотеке EVAL.LIB. В примере, посвященном определению чувствительности схемы смещения для биполярного транзистора Q1, использовалась модель для Q2N2222. Эта модель была найдена в библиотеке EVAL.LIB, которая поставляется с рабочей версией PSpice.
.SENS <переменная вывода>
Например,
.SENS V(2)
указывает, что будет вычислена чувствительность по постоянному току s для выходного напряжения V(2) относительно различных элементов схемы.
Задачи
3.1. Схема смещения для кремниевого транзистора с hFE=100 показана на рис. 3.45. При VBE=0,7 В найдите токи IВ и IC и напряжение смещения Vce. Ваши результаты должны показать IВ=21,5 мкА; IC=2,15 мА и Vce=3,55. Работает ли транзистор в активной области?
Рис. 3.45
3.2. Измените значение RB в задаче 3.1 до 50 кОм. Оставив все другие значения неизменными, используйте PSpice, чтобы найти IВ, IC, и Vce. Внимательно рассмотрите полученные результаты и объясните, почему значения неверны. Подсказка: Вспомните, что относительно большие значения тока базы могут смещать транзистор в область насыщения.
