OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей - [9]
Чтобы найти сопротивление эквивалентного генератора (по теореме Тевенина), закоротим источник напряжения V>cc, при этом резисторы R>1 и R>2 окажутся включенными параллельно. Сопротивление равно
R>Th = R>1∥R>2 = 40∥5 = 4,444 кОм.
Применяя второй закон Кирхгофа к контуру, содержащему R>Th и R>E, получим
V>Th = R>ThI>B + V>BE + R>E(h>FE + 1);
1,333В = (4,444 кОм)I>B + 0,8В + 100 Ом (80+1).
Решая последнее уравнение относительно IВ, получим
I>В = 42,5мкА.
Поскольку I>C = h>FEI>В, коллекторный ток равен 3,4 мА. Эмиттерный ток равен сумме коллекторного и базового токов и составляет 3,44 мА. Воспользуемся полученными значениями токов, чтобы рассчитать потенциалы узлов 3, 4 и, наконец, узла 1.
Напряжение на коллекторе равно:
V>3 = V>cc + R>cI>c = 12 – (1 кОм)(3,4 мА) = 8,6В.
Напряжение на эмиттере:
V>4 = R>EI>E = (100 Ом)(3,4 мА) = 0,344В.
Напряжение на базе:
V>1 = V>BE + V>4 = 0,8 + 0,344 = 1,144В.
Хотя решение было несложным, оно все же заняло некоторое время. Если изменить параметры цепи, решение должно быть получено снова. С помощью PSpice получать повторные решения намного проще.
>BJT Biasing Circuit
>VCC 2 0 12V
>R1 2 1 40k
>R2 1 0 5k
>RC 2 3 1k
>RE 4 0 100
>Q1 3 1 4 QN
>.MODEL QN NPN(BF=80)
>.dc VCC 12V 12V 12V
>.OP
>.OPT nopage
>.PRINT dc I(R1) I(R2) I(RC) I(RE) .END
Выбранное для транзистора имя должно начинаться с буквы Q. Узлы 3, 1 и 4 — это узлы коллектора, базы и эмиттера, соответственно. Команда .MODEL содержит выбранное нами имя модели (QN — имя, выбранное для встроенной модели биполярного npn-транзистора). Запись BF=80 задает статический коэффициент усиления транзистора по постоянному току b равным 80. Результат анализа на PSpice приведен на рис. 0.11. Значения токов и напряжений соответствуют ранее вычисленным.
>**** 06/13/99 14:30:18 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************
>BJT Biasing Circuit
>**** CIRCUIT DESCRIPTION
>VCC 2 0 12V
>R1 2 1 40k
>R2 1 0 5k
>RC 2 3 1k
>RE 4 0 100
>Q1 3 1 4 QN
>.MODEL QN NPN(BP=80)
>.dc VCC 12V 12V 12V .OP
>.OPT nopage
>.PRINT dc I(R1) I(R2) I(RC) I(RE)
>.END
>**** BJT MODEL PARAMETERS
> QN
> NPN
>IS 100.000000E-18
>BF 80
>NF 1
>BR 1
>NR 1
>CN 2.42
> D .87
>**** DC TRANSFER CURVES TEMPERATURE = 27.000 DEG С
>VCC I(R1) I(R2) I(RC) I(RE)
>1.200E+01 2.713E-04 2.293E-04 3.366E-03 3.408E-03
>**** SHALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С
>NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
>( 1) 1.1464 ( 2) 12.0000 ( 3) 8.6345 ( 4) .3408
>VOLTAGE SOURCE CURRENTS
>NAME CURRENT
>VCC -3.637E-03
>TOTAL POWER DISSIPATION 4.36E-02 WATTS
>**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG С
>**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS
>NAME Q1
>MODEL QN
>IB 4.21E-05
>IС 3.37E-03
>VBE 8.06E-01
>VBC -7.49E+00
>VCE 8.29E+00
>BETADC 8.00E+01
>GM 1.30E-01
>RPI 6.15E+02
>RX 0.00E+00
>RO 1.00E+12
>CBE 0.00E+00
>CBC 0.00E+00
>CJS 0.00E+00
>BETAAC 8.00E+01
>CBX/CBX2 0.00E+00
>FT/FT2 2.07E+18
Рис. 0.11. Выходной файл для схемы рис. 0.10
В главе 3 эта схема исследована более детально для использования биполярного транзистора в усилителе с общим эмиттером. Среди прочих параметров будут найдены коэффициенты усиления по току и напряжению, а также входное и выходное сопротивления каскада.
1. Анализ цепей на постоянном токе
Цепи постоянного тока важны не только сами по себе, но и потому, что многие приемы, применяемые при их анализе, используются и при анализе цепей переменного тока. В действительности анализ большинства электронных цепей и приборов может быть проведен одними и теми же методами.
Вводный пример
Наиболее важным свойством последовательной цепи из трех резисторов, подсоединенных к источнику постоянного напряжения (рис. 1.1), является то, что через все ее элементы течет один и тот же ток.
Рис. 1.1. Последовательная цепь с тремя резисторами
Другое важное ее свойство заключается в том, что приложенное напряжение (50 В) делится между резисторами прямо пропорционально их сопротивлению. Например, падение напряжения на резисторе в 150 Ом втрое больше падения напряжения на резисторе сопротивлением 50 Ом. Применяя концепцию деления напряжения, легко найти падение напряжения на каждом элементе, даже не зная тока в цепи. Так, напряжение на R>3 равно:
а падение напряжения на R>2:
Ток также просто находится с помощью любого из следующих уравнений:
Использование Spice для исследования схем
Вход в PSpice начинается с команд File, New, Text File. Анализ схемы можно провести с помощью представленного ниже входного файла:
>Spice Analysis of Series Circuit
>Vs 1 0 50V
>R1 1 2 100
>R2 2 3 50
>R3 3 0 150
>.OP
>.END
Напомним, что после того как набрана последняя команда (.END), Enter лучше не нажимать. После ввода всех строк файла используйте набор команд File, Save и введите имя файла, например Probe1.cir. Как было отмечено ранее, лучше всего хранить все входные файлы в папке SPICE, используя правильный путь к папке, который будет выглядеть, например, c:/SPICE. Окно Save as type должно показывать «Circuit Files (*.cir)».
Закройте файл, используя команды File, Close и снова откройте его с помощью команд File, Open. Теперь Вы готовы к проведению моделирования с помощью команд Simulation, Run prob1. Перед тем как это сделать, вы можете использовать команду View и проверить «Output Window» и «Simulation Status Window». После завершения моделирования экран должен выглядеть так, как показано на рис 1.2. Отметим, что на дисплей должно быть выведено в нижнем левом окне окончательное состояние и сообщение об окончании моделирования: «Simulation complete».