Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Рис. 15.27. Изменение параметров транзистора JFET в программе Model Editor

Сохраните схему и подготовьте новую конфигурацию моделирования на PSpice с именем jfetamps. Анализ должен быть проведен при линейной вариации частоты от 4900 до 5100 Гц, используя 201 точку.

Выполните анализ, и в Probe проверьте значения следующих величин при f=5 кГц: I(Rd)=0,876 мкА; V(1)=1 мВ; V(3)=7,73 мВ и V(2)=1,8 мкВ. Отметим, что различные напряжения могут также быть отображены при использовании записей типа V(Cb:2), V(Rd:1), V(Rs:1) и т.п.

Вообще предпочтительно пронумеровать предварительно узлы и обращаться затем к напряжениям с номерами узлов. Таким образом, в этом примере V(3) представляет собой напряжение на стоке JFET относительно земли. Нумерация узлов задается также командой псевдонимов выходного файла:

J_J J1(d=3 g=1 s=2)

что еще проще понять. Если вы забудете перенумеровать узлы, вы будете иметь дело с громоздкими обозначениями автоматической нумерации типа N00034. В выходном файле на рис. 15.28 показан список измененных параметров J2N3819. Значение VТО=–3 не было изменено, но Beta, Rd и Rs были заменены приведенными значениями. Выходной файл, приведенный на рис. 15.29, показывает компоненты схемы, значения параметров и напряжения смещения для VDD=18 В. Выходной файл может содержать следующие инструкции:

WARNING-Unable to find index file (JFETAMPL.ind) for library file JFETAM + PL.lib

WARNING-Making new index file (JFETAMPL.ind) for library file JFETAMPL.lib Index has 1 entries from 1 file(s).

(ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — Невозможно найти индексный файл (JFETAMPL.IND) для библиотечного файла JFETAM + PL.LIB

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — Создайте новый индексный файл (JFETAMPL.IND) для библиотечного файла JFETAMPL.LIB Индекс имеет 1 вход из 1 файла(ов).)

Рис. 15.28. Схема JFET и изменение выходного файла

**** 10/03/99 14:20:08 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

** circuit file for profiles jfetamps

*Libraries:

* Local Libraries :

.LIB ".jfetampl.lib"

* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:

.lib nom.lib

*Analysis directives:

.AC LIN 201 4900Hz 5100Hz

.PROBE

*Netlist File:

.INC "jfetampl-SCHEMATIC1.net"

*Alias Files

**** INCLUDING jfetampl-SCHEMATIC1.net ****

* source JFETAMPL

V_VDD 4 0 18V

R_Rs  2 0 770

R_Rg  1 0 0.5MEG

R_Rd  3 4 8.8k

С_Cs  2 0 15uF

С_Cb  1A 1 15uF

J_J1  3 1 2 J2N3819

V_V1  1A 0 DC 0V AC 1mV 0

**** RESUMING jfetampl-SCHEMATIC1-jfetamps.sim.cir ****

.INC "jfetampl-SCHEMATIC1.als"

**** INCLUDING jfetampl-SCHEMATIC1.als ****

.ALIASES

V_VDD VDD(+=4 -=0 )

R_Rs  Rs(1=2 2=0 )

R_Rg  Rg(1=1 2=0 )

R_Rd  Rd(1=3 2=4 )

C_Cs  Cs(1=2 2=0 )

C_Cb  Cb(1=1A 2=1 )

J_J1  J1(d=3 g=1 s=2 )

V_V1  V1(+=1A -=0 )

.ENDALIASES

.END

**** Junction FET MODEL PARAMETERS

         J2N3839

         NJF

VTO     -3

BETA     200.000000E-06

LAMBDA   2.250000E-03

IS       33.570000E-15

ISR      322.400000E-15

ALPHA    311.700000Е-06

VK       243.6

RD       10

RS       10

BETATCE -.5

KF       9.882000E-18

NODE  VOLTAGE   NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1)  605.8E-09 ( 2) .7719   ( 3) 9.1779  ( 4) 18.0000

( 1A) 0.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME   CURRENT

V_VDD -1.003E-03

V_V1   0.000E+00

TOTAL POWER DISSIPATION 1.80E-02 WATTS

Рис. 15.29. Выходной файл усилителя на JFET-транзисторе

Эти предупреждения служат напоминанием, что до выполнения анализа библиотечный файл jfetampl.lib отсутствует. Он будет создан после выполнения анализа наряду с файлом jfetampl.ind. Новый библиотечный файл находится в вашем каталоге SPICE и содержит исходные данные, показанные на рис. 15.27. Листинг идентичен существующему в eval.lib, за исключением параметров Beta, Rd и Rs, которые мы изменили. Новая модель называется локальной моделью и доступна для использования только со схемой jfetampl.

Анализ переходных процессов (временные диаграммы для JFET)

Чтобы наблюдать временные диаграммы JFET и сравнивать наши результаты с показанными на рис. 11.8, необходимо заменить тип источника Vs, выбрав VSIN вместо VAC. Сделайте это и задайте следующие значения для нового источника: напряжение смещения равно 0, f=5 кГц и амплитуда напряжения равна 1 мВ. Выберите PSpice, New Simulation Profile с именем jfetamp2. Проведите анализ переходного процесса до 600 мкс с максимальным размером шага в 0,6 мкс. Проведите моделирование и в Probe получите напряжение стока v(3) и напряжение на управляющем электроде v(1), как показано на рис. 15.30. Убедитесь, что максимальное значение напряжения на стоке составляет 9,1857 В, а минимальное значение — 9,1702 В. Это дает значение для двойной амплитуды 15,5 мВ или амплитуду 7,75 мВ, что, по существу, совпадает с данными на рис. 11.8.

Рис. 15.30. Напряжения на стоке и управляющем электроде усилителя на JFET

Анализ частотных характеристик биполярного транзистора

Компонент PSpice Q2N3904 имеет характеристики, близкие к характеристикам реального транзистора. Обратимся к рис. D.5, на котором показана модель BJT. Мы хотим исследовать высокочастотную реакцию транзистора. Начните новый проект в Capture с именем hifreq. Введите схему, показанную на рис. 15.31, которая основана на схеме на рис. 10.13 (исключен только резистивный датчик тока RB). Мы не пытались сохранить первоначальную нумерацию узлов. Используйте компонент VAC для Vs, установив для него значение напряжения в 1 мВ. Значения R и С показаны на рисунке. Сначала мы не будем изменять параметры транзистора, а затем значение hFE будет изменено, как в главе 10.

Рис. 15.31. Схема усилителя на биполярном транзисторе на высоких частотах

Закончив схему, сохраните ее и подготовьте моделирование на PSpice с именем hifreqs. Используйте вариацию частоты от 100 кГц до 100 МГц с шагом в 50 точек на декаду.

Проведите анализ и получите график выходного напряжения на коллекторе V(5). Убедитесь, что выходное напряжение при частоте f=100 кГц составляет 9,123 мВ. Таким образом, коэффициент усиления на средних частотах с источника на коллектор равен 9,123. Это значение будет использоваться при установлении верхней частоты снижения на 3 дБ. Удалите этот график и получите график

20·lg(V(5)/9,123mV).

Он показан на рис. 15.32 вместе со схемой. Используйте курсор, чтобы проверить, что верхняя частота снижения на 3 дБ равна f=37,15 МГц.

Рис. 15.32. Частотная характеристика для биполярного транзистора

Изменение характеристик транзистора

В примере на рис. 10.13 коэффициент усиления BF-транзистора был установлен в команде описания модели:

.MODEL BJT NPN(BF=80)

Изменим в Capture это значение, возвратившись к схеме и выделив транзистор. Из главного меню выберем Edit, PSpice model. Когда на экране появится OrCAD Model Editor, измените значение Bf с 416,4 на 80. Сохраните его и выйдите из редактора модели.

Снова выполните анализ на PSpice. Нет необходимости изменять тип анализа или значения частоты. В Probe получите значение V(5) при f=100 кГц. Оно должно составлять 8,803 мВ. Теперь получим график

20·lg(V(5)/8,803 mV). 

Используйте курсор, чтобы найти частоту снижения на 3 дБ, которая должна теперь составлять f=40 МГц. Пожертвовав коэффициентом усиления, мы повысили частоту снижения на 3 дБ, расширив полосу пропускания. 

16. Операционные усилители в Capture

Идеальный операционный усилитель был представлен в главе 5 (рис. 5.1). Использование этой модели в Capture почти тривиально, но мы повторим задачу, показанную на рис. 5.4, для введения в более сложные модели.

Неинвертирующие усилители на идеальных операционных усилителях

Используйте Capture, чтобы создать новый проект с именем idealop. Схема должна быть такой же, как на рис. 5.4 (неинвертирующий усилитель на идеальном ОУ). Источник напряжения, управляемый напряжение Е имеет в PSpice четыре полюса и подключен, как показано на рис. 16.1. Задайте Vs=1 В, Ri=1 ГОм, R1=1 кОм, R2=1 кОм и коэффициент усиления E1 в 200 000 как в примере в главе 5. Для простоты выберите источник напряжения типа VDC.

Рис. 16.1. Идеальный ОУ в Capture

Подготовьте моделирование на PSpice, выбрав анализ параметров смещения в новой конфигурации моделирования с именем idealops. Проверьте поле (.ОР) с детальной информацией о параметрах смещения и поле (.TF) для получения коэффициента передачи в режиме малого сигнала от входного источника V_s на выход (переменная V(3)). Проведите моделирование, проверьте ошибки в выходном файле, затем распечатайте часть выходного файла, показанную на рис. 16.2. Результаты должны быть идентичны полученным в главе 5: V(1)=1,0000 В, V(2)=1,0000 В, V(3)=9,9995 В, через Vs протекает пренебрежимо малый ток в -5,000Е-14 А. Вспомним, что отрицательное значение тока означает, что положительный ток проходит в направлении от положительного полюса источника. Отношение V(3)/V_Vs=1,000Е+01 означает, что напряжение на узле 3 равно 10 В, однако здесь отношение округлено, более точным является приведенное ранее значение.