Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей
Рис. 15.6. Цепи смещения для биполярного транзистора
Рис. 15.7. Установка опций при снятии входных характеристик
Рис. 15.8. Установка опций для внешнего цикла вариации
Рис. 15.9. Входные характеристики биполярного транзистора
**** 09/27/99 14:13:33 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************
** circuit file for profile: Bjt1
*Libraries:
* Local Libraries :
* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:
.lib nom.lib
*Analysis directives:
.DC LIN V VCC 0 10V 0.05V
+ LIN I_IB 5uA 25uA 5uA
.PROBE
*Netlist File:
.INC "bjtchar-SCHEMATIC1.net" *Alias File:
**** INCLUDING bjtchar-SCHEMATIC1.net ****
* source BJTCHAR
V_VCC 4 0 10V
R_RC 4 3 0.01
R_RB 1 2 0.01
I_IB 0 1 DC 25uA
Q_Q1 3 2 0 Q2N3904
**** INCLUDING bjtchar-SCHEMATIC1.als ****
.ALIASES
V VCC VCC(+=4 -=0 )
R_RC RC(1=4 2=3 )
R_RB RB(1=1 2=2 )
I_IB IB(+=0 -=1 )
Q_Q1 Q1(c=3 b=2 e=0 )
_ _(1=1)
_ _(2=2)
_ _(4=4)
_ _(3=3)
.ENDALIASES
.END
**** BJT MODEL PARAMETERS
Q2N3904
NPN
IS 6.734000E-15
BF 416.4
Рис. 15.10. Выходной файл для выходных характеристик биполярного транзистора
Изучение схем с общим эмиттером на биполярных транзисторах
Для изучения цепей смещения в главе 10 была использована схема на рис. 10.7. Соберите эту схему в Capture, создав новый проект Bjtcase. Напомним, что необходимо трижды повернуть резисторы, чтобы первый полюс каждого резистора оказался наверху. Значения будут такими же, как на рис. 10.7: R1=40 кОм, R2=3,3 кОм, Rc=4,7 кОм, RE=220 кОм и VCC=12 В. Транзистор 2N2222 обозначен в библиотеке eval как Q2N2222. Пронумеруйте узлы, как на рис. 10.7, затем сохраните полученный рисунок (рис. 15.11). Чтобы получить анализ цепей смещения, используйте моделирование на PSpice под именем Bjtcase. Выберите тип анализа Bias Point и для Output File Option установите опцию "Include detailed bias point information (.OP)". Выполните моделирование, проверьте ошибки, исследуйте выходной файл, затем отредактируйте его в Word и распечатайте. Сравните ваши результаты с показанными на рис. 15.12. Значения параметров смещения должны совпадать с приведенными в главе 10.
Рис. 15.11. Схема для определения точки покоя усилителя ОЭ на биполярном транзисторе
**** 10/01/99 11:14:59 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************
** circuit file for profile: Bjtcases
*Libraries:
* Local Libraries :
* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:
.lib nom.lib
*Analysis directives: .CP
.PROBE
*Netlist File:
.INC "bjtease-SCHEMATIC1.net"
* Alias File:
**** INCLUDING bjtcase-SCHEMATIC1.net ****
* source BJTCASE
Q_Q1 3 14 Q2N2222
V_VCC 20 12V
R_RE 4 0 220
R_RC 2 3 4.7k
R_R2 10 3.3k
R_R1 2 1 40k
**** RESUMING bjtcase-SCHEMATIC1-Bjtcases.sim.cir ****
.INC "bjtcase-SCHEMATIC1.als"
**** INCLUDING bjtcase-SCHEMATIC1.als ****
.ALIASES
Q_Q1 Q1(c=3 b=1 e=4 )
V_VCC VCC(+=2 -=0 )
R_RE RE(1=4 2=0 )
R_RC RC(1=2 2=3 )
R_R2 R2(1=1 2=0 )
R_R1 R1(1=2 2=1 )
_ _(1=1)
_ _(2=2)
_ _(3=3)
_ _(4=4)
.ENDALIASES
.END
**** BJT MODEL PARAMETERS
Q2N2222
NPN
IS 14.340000E-15
BF 255.9
NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
( 1) .8933 ( 2) 12.0000 ( 3) 6.7651 ( 4) .2466
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME CURRENT
V_VCC -1.391E-03
TOTAL POWER DISSIPATION 1.67E-02 WATTS
Рис. 15.12. Выходной файл для усилителя ОЭ на биполярном транзисторе
Обратите внимание, что мы не вывели значения токов через резисторы, как делали это на рис. 10.8, поскольку директива .PRINT DC не доступна в Capture. Таким образом, дополнительная работа, необходимая для анализа в Capture, не оправдана, если нас интересуют только параметры смещения. Для проведения анализа переменных составляющих используем созданную нами схему, просто добавив недостающие компоненты.
Анализ на переменном токе
Дополним рисунок предыдущего примера, который был назван bjtcase (откройте его опять в случае необходимости). Добавим компоненты, как показано на рис. 10.9, преобразовав его в усилитель ОЭ, выходное напряжение которого снимается с коллектора. Если необходимо, переместите существующую схему в правую часть рисунка, чтобы иметь больше места для размещения дополнительных компонентов и полей около них. Для этого выделите всю схему, затем, поместив курсор внутри выделенного участка, перетащите схему в нужное место. Добавьте источник Vs (используйте компонент VAC), Rs=50 Ом, Сb=15 мкФ и Се=15 мкФ. Пронумеруйте новые узлы согласно рис. 15.13. Вместо анализа параметров смещения используйте вариацию по переменному току (ас sweep).
Рис. 15.13. Схема усилителя ОЭ на биполярном транзисторе
Из главного меню PSpice выберите Edit Simulation Settings и затем анализ AC Sweep/Noise в диапазоне от 4900 до 5100 Гц для 201 точки. Обратите внимание, что на рис. 10.10 анализ был проведен для частоты f=5 кГц, но чтобы получить напряжение и ток в Probe, мы должны вместо одной частоты использовать диапазон частот.
Проведите анализ и получите графики I(RC), I(Rs) и I(RE). Используйте режим курсора, чтобы проверить эти значения при f=5 кГц: I(RC)=388 мкА, I(Rs)=5,52 мкА и I(RE)=3,77 мкА. Теперь введите дополнительную ось Y и получите графики V(1), V(3) и V(4). Снова с помощью курсора убедитесь, что V(1)=9,72 мВ, V(3)=1,827 В и V(4)=829,9 мкВ при f=5 кГц. График из Probe показан на рис. 15.14 с током I(RC)=388 мкА при f=5 кГц. Перемещение курсора от одного графика к другому легко осуществить с помощью комбинации клавиш [Ctrl]+[>]. Запишите значения каждого тока и напряжения, которые появляются на табло Probe Cursor.
Рис. 15.14. Токи и напряжения биполярного транзистора в схеме на рис. 15.13
Анализ переходных процессов
При продолжении анализа переменных составляющих на рис. 10.9 рассмотрим временные диаграммы напряжений на базе и коллекторе, которые были показаны на рис. 10.11. Для этого необходимо провести анализ переходных процессов вместо вариации на переменном токе, при этом компонент типа VAC, представляющий входное напряжение Vs, должен быть заменен на компонент VSIN. Задайте величину Vs так, чтобы амплитуда его составляла 10 мВ, но мы будем считать это значение действующим для упрощения анализа. Сделайте эту замену на рисунке, затем отредактируйте параметры настройки моделирования для анализа переходных процессов. Выполните анализ переходных процессов для интервала в 0,6 мс, как в главе 10, используя шаг в 0,6 мкс.
В Probe получите на одном экране графики напряжения на коллекторе V(3) и напряжения на базе V(1) (как в главе 10). Сравните ваши результаты с рис. 10.11. Амплитуда напряжения на базе равна 9,72 мВ, амплитуда напряжения на коллекторе составляет 1,807 В, коэффициент усиления по напряжению с базы на коллектор, таким образом, равен 186. Как показано на рис. 15.15, уровень постоянной составляющей выходного напряжения равен 6,756 В; входного составляет 0,893 В, эти значения соответствуют показанным в результатах анализа смещения.
Рис. 15.15. Временные диаграммы для напряжений на базе и на коллекторе транзистора в схеме с ОЭ на биполярном транзисторе
Изменение параметров транзистора
Транзистор Q2N2222 использовался в предыдущих примерах как типичный элемент, применяемый в реальных схемах. Если вы работаете в лаборатории с транзистором, коэффициент усиления которого hFE значительно меньше, можно изменить схему, чтобы получить результаты, более соответствующие вашим ожиданиям.
Продолжите работу с рисунком bjtcase, снова открыв проект в случае необходимости. Выберите Q2N2222, затем Edit, PSpice Model. Появится окно, показывающее «Bjtcase-OrCAD Model Editor — [Q2N2222]». Слева вы увидите идентифицированный транзистор, а справа — список различных параметров, используемых в модели транзистора. Просмотрите в приложении Е полный список этих параметров. Замените Bf=255,9 на новое значение Bf=100, более соответствующее фактическому значению для транзистора, который вы используете в лаборатории. Это окно показано на рис. 15.16. Чтобы сохранить это изменение, используйте File, Close. Когда появится вопрос, хотите ли вы сохранить изменения для Bjtcase, нажмите Yes. Затем, выбрав Save as, вы можете сохранить имя файла Bjtcase. После этого выберите File, Exit и выполните моделирование снова.
