OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей - [37]
>Transistor -Biasing Circuit for pnp Ge
>VCC 4 0 12
>VA 1 2 0.2
>F 1 3 VA 60
>RF 2 3 50k
>RE 1 0 50
>RC 3 4 1k
>.DC VCC 12V 12V 12V
>.OP
>.OPT nopage
>.PRINT DC I(RC) I(RE) I(RF)
>.END
Рис. 3.3. Схема смещения для германиевого pnp-транзистора
Рис. 3.4. Модель смещения для германиевого pnp-транзистора
Проведите анализ; затем нарисуйте стрелки, показывающие условные направления токов для pnp-транзистора. Убедитесь, что I>E=6,311 мА, а I>В=103,5 мкА. Почему некоторые из показанных токов резистора положительны, а другие отрицательны? Это необходимо согласовывать с порядком следования узлов в командах, вводящих R. Например, команда
>RE 1 0 50
дает отрицательный ток I(RE). Это происходит потому, что ток в R>E фактически течет от узла 0 к узлу 1. Внимательно следите за соответствием направления стрелок на схеме и порядком следования узлов в командах, вводящих резисторы во входном файле:
>Transistor-Biasing Circuit for pnp Ge
>VCC 0 4 12
>VA 1 2 0.2
>F 1 3 VA 60
>RF 2 3 50k
>RE 1 0 50
>RC 3 4 1k
>.DC VCC 12 12 12
>.PRINT DC I(RC) I(RE) I(RF)
>.OP
>.OPT nopage
>.END
Обратите внимание, что ток в R>C на самом деле, скорее представляет собой ток эмиттера, чем ток коллектора. Вы понимаете почему? Ток коллектора показывается в выходном файле PSpice как ток источника тока, управляемого током, равный 6,208 мА. Сложите базовый ток с током коллектора и сравните сумму с током эмиттера.
Малосигнальная модель с h-параметрами для биполярных транзисторов
Точной моделью для биполярных транзисторов, широко используемой при анализе на малых сигналах, является модель в h-параметрах, показанная на рис. 3.5. Эта модель с соответствующими значениями используется для анализа схем с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) или общей базой (ОБ). Наша задача состоит в том, чтобы разработать версию этой модели, пригодную для использования в PSpice. Эта модель содержит ИТУТ для использования с h>f и управляемого напряжением источника напряжения (ИНУН) для использования с h>r. В модель на рис. 3.6 введен резистор RI для моделирования h>i, E, чтобы определить hr, RO в качестве 1/h>0, и F, чтобы определить h>f.
Рис. 3.5. Модель в h-параметрах для транзистора
Рис. 3.6. Модель схемы с ОЭ, пригодная для анализа на PSpice
Анализ схем с общим эмиттером, использующий модель с h-параметрами
На рис. 3.7 приведена типовая схема усилителя с общим эмиттером (ОЭ), предназначенная для анализа. Более сложные схемы можно часто привести к этой форме, используя различные теоремы и методы упрощения. Заданы параметры элементов схемы: V>S=1 мВ, R>S=1 Ом, R>i=1,1 кОм (h>ie), h>r=2,5·10>-4 (коэффициент используется в Е), h>f=50 (коэффициент используется в F), R>0=40 кОм=1/h>0, и R>L=10 кОм. Источник V>0=0 В необходим, чтобы создать независимый источник для команды ввода F.
Рис. 3.7. Модель схемы с общим эмиттером в h-параметрах, включающая источник питания и нагрузку
Хотя нас интересуют свойства схемы на малых сигналах, мы не будем использовать анализ для переменного тока. Причина состоит в том, что пока мы имеем дело с установившимися состояниями для малых сигналов переменного тока и в схеме отсутствуют реактивные элементы, мы можем использовать анализ PSpice на постоянном токе относительно амплитуд или действующих значений токов и напряжений. Программа PSpice не воспринимает разницы! В то же время вы должны понимать, что программа дает результаты для малых сигналов переменного тока и никак не учитывает постоянных напряжений и токов смещения.
Конечно, мы полагаем, что рабочая точка была выбрана правильно и работа происходит в активной области. Входной файл для анализа имеет вид:
>Small Signal Analysis of Transistor Circuit Using h Parameters
>VS 1 0 1mV
>V0 3 3A 0
>E 3A 0 4 0 2.5E-4
>F 4 0 V0 50
>RS 1 2 1k
>R1 2 3 1.1k
>R0 4 0 40k
>RL 4 0 10k
>.OP
>.OPT nopage
>.TF V(4) VS
>.END
Выполните анализ и распечатайте выходной файл для дальнейшего изучения. Убедитесь, что I>b=0,5 мкА; I>с=20 мкА (вычисляется как (V)4/R>L); полный коэффициент усиления по напряжению -200 (вычисляется как V(4)/VS); R>i=2 кОм и R>0=8,4 кОм.
Поскольку R>i включает R>S, каково входное сопротивление со стороны базы транзистора? Это R>i-R>s=1 кОм. Также, поскольку R>0, включает R>L, что является выходным сопротивлением со стороны коллектора (не включая R>L)? Найдем его, используя проводимости: 1/R>0=1,1905×10>-4; вычтем из этой величины 1/R>L=1×10>-4, что даст 1/R'>0=0,1905×10>-4. Таким образом, R'>0=52,5 кОм.
Коэффициент передачи по напряжению от базы на коллектор V(4)/V(2)=–400. Коэффициент усиления по току A>i=I>L/I>B=-20μkА/0,5μkА=-40. Выходной файл приведен на рис. 3.8.
>Small-Signal Analysis of Transistor Circuit Using h Parameters
>**** CIRCUIT DESCRIPTION
>VS 1 0 1mV
>V0 3 3A 0
>E 3A 0 4 0 2,5E-4
>F 4 0 V0 50
>RS 1 2 1k
>RI 2 3 1.1k
>R0 4 0 40k
>RL 4 0 10k
>.OP
>.OPT nopage
>.TF V(4) VS
>.END
>SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С
>NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
>( 1) .0010 ( 2) 500.0E-06 ( 3) -50.00E-06 ( 4) -.2000
>( 3A) -50.00E-06
>VOLTAGE SOURCE CURRENTS