OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей - [9]

Шрифт
Интервал

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>1R>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= 42,5мкА.

Поскольку I>C = h>FEI, 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».