OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей - [40]
>I-SOURCE 6.477E-08
>CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES
>NAME
>I-SOURCE 3.239E-06
>**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS
>V(5)/VS = -2.574E+01
>INPUT RESISTANCE AT VS = 1.544E+04
>OUTPUT RESISTANCE AT V(5) = 3.752Е+03
Рис. 3.19. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 3.18
Схема с общим коллектором, включающая коллекторный резистор
Другая схема, представляющая интерес, является разновидностью обычной схемы с ОК. Она содержит внешний коллекторный резистор, добавленный для защиты транзистора от короткого замыкания резистора в цепи эмиттера. Этот вариант схемы приведен на рис. 3.20, а модель PSpice показана на рис. 3.21. Если вы хотите анализировать эту схему вручную, присутствие RC представляет проблему, которая могла бы потребовать применения дуальной теоремы Миллера.
Рис. 3.20. Схема усилителя ОК с резистором в цепи коллектора
Рис. 3.21. Модель усилителя OK с резистором в цепи коллектора для анализа на PSpice
Обращение к формулам утомительно и не слишком способствует пониманию работы схемы. Рассмотрите входной файл, затем сравните результаты выходного файла с полученными для усилителя без R>C.
>Common-Collector Circuit with Collector Resistor
>VS 1 0 1mV
>V0 3 3A 0
>E 3A 4 5 4 1
>P 5 4 V0 -51
>RS 1 2 1k
>RI 2 3 1.1k
>RC 4 0 1k
>RO 5 4 40k
>RL 5 0 10k .OP
>.OPT nopage
>.TF V(5) VS
>.END
Выполните анализ и сравните результаты с теми, что получены для простого усилителя ОК. Вы увидите, что коэффициент усиления по напряжению почти идентичен в обоих случаях и что входное и выходное сопротивления изменяются также немного. Мы установили, что введение R>C в схему почти не влияет на ее работу.
Усилители с высоким входным сопротивлением
Если вам необходим усилитель с высоким входным сопротивлением, можно применить схему Дарлингтона (рис. 3.22). Эта схема состоит из двух транзисторов с объединенными коллекторами, размещаемых часто в одном корпусе. Можно считать, что в цепь эмиттера первого каскада включен бесконечно большой внешний резистор R>e1=∞. Использование модели с h-параметрами для каскадов ОК приводит к модели, показанной на рис. 3.23, которой соответствует входной файл:
>Darlington-Pair (High-Input-Resistance) Amplifier
>VS 1 0 1mV
>V01 3 3A 0
>V02 5 5A 0
>E1 3A 0 4 0 1
>Е2 5А 0 6 0 1
>F1 4 0 V01 -51
>F2 6 0 V02 -51
>RS 1 2 1k
>RI1 2 3 1.1k
>RO1 4 0 40k
>RI2 4 5 1.1k
>RO2 6 0 40k
>RL 6 0 4k
>.OP
>.OPT nopage
>.IF V(6) VS
>.END
Рис. 3.22. Применение схемы Дарлингтона для получения высокого входного сопротивления
Рис. 3.23. Модель с h-параметрами для схемы Дарлингтона
Выполните анализ и убедитесь, что коэффициент усиления по напряжению V(6)/VS=0,9929; R'>i=1,682 МОм и R'>0=22,24 Ом. Из вычислений следует, что R'>i=1,681 МОм относительно базы первого транзистора Q>1 и что R>0=22,36 Ом (без учета R>L). Также найдите параметр A>I=I>L/I>b=417,5, который намного выше, чем для однокаскадного усилителя ОК. В этом анализе мы считали, что h-параметры для обоих каскадов одни и те же. В действительности, токи смещения первого каскада меньше, чем у второго. На рис. 3.24 показан выходной файл.
>**** 06/22/99 14:59:01 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************
>Darlington-Pair (High-Input Resistance) Amplifier
>**** CIRCUIT DESCRIPTION
>VS 1 0 1mV
>V01 3 3A 0
>V02 5 5A 0
>E1 3A 0 4 0 1
>Е2 5А 0 6 0 1
>F1 4 0 V01 -51
>F2 6 0 V02 -51
>RS 1 2 1k
>RI1 2 3 1.1k
>RO1 4 0 40k
>RI2 4 5 1.1k
>RO2 6 0 40k
>RL 6 0 4k
>.OP
>.OPT nopage
>.TF V(6) VS
>.END
>NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
>( 1) .0010 ( 2) 999.4E-06 ( 3) 998.8E-06 ( 4) 998.8E-06
>( 5) 992.9E-06 ( 6) 992.9E-06 ( 3A) 998.8E-06 ( 5A) 992.9E-06
>VOLTAGE SOURCE CURRENTS
>NAME CURRENT
>VS -5.946E-10
>V01 5.946E-10
>V02 5.354E-09
>TOTAL POWER DISSIPATION 5.95E-13 WATTS
>**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES
>NAME E1 E2
>V-SOURCE 9.988E-04 9.929E-04
>I-SOURCE 5.946E-10 5.354E-09
>**** CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES
>NAME F1 F2
>I-SOURCE -3.032E-08 -2.730Е-07
>**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS
>V(6)/VS = 9.929E-01
>INPUT RESISTANCE AT VS = 1.682E+06
>OUTPUT RESISTANCE AT V(6) = 2.224E+01
Рис. 3.24. Выходной файл при анализе схемы Дарлингтона
Двухкаскадные усилители
При использовании PSpice расчет двухкаскадных усилителей очень прост, и результат получается быстрее, чем при расчете с использованием формул, который утомителен и требует сосредоточенности, чтобы не допустить ошибки. Понимая основные принципы анализа усилителя, вы можете без колебаний использовать PSpice для анализа многокаскадных схем. В качестве иллюстрации рассмотрим двухкаскадный усилитель, содержащий каскады с ОЭ и ОК, показанный на схеме рис. 3.25.
Рис. 3.25. Двухкаскадный усилитель с каскадами ОЭ и ОК
Входной сигнал подается на базу первого транзистора. Выходной сигнал первого каскада подается с коллектора непосредственно на базу транзистора второго каскада, выходной сигнал которого снимается с эмиттерного резистора. На рис. 3.26 показаны h-параметры, которые несколько отличаются от приведенных в предшествующих примерах. Входной файл имеет следующий вид:
>Two-Stage Amplifier; СЕ and СС Stages
>VS 1 0 1mV
>V01 3 3A 0
>V02 5 5А 0
>E1 3A 0 4 0 6Е-4
>F1 4 V01 50
>Е2 5А 0 6 0 1
>F2 6 0 V02 -51
>RS 1 2 1k
>RI1 2 3 2k
>RO1 4 0 40k
>RC1 4 0 5k