OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Transistor -Biasing Circuit with Current Shown in Output File

VCC 4 0 12V

VA 1 2 0.7V

F 3 2 VA 80

R1 4 1 40k

R2 1 0 5k

RC 4 3 1k

RE 2 0 100

.DC VCC 12V 12V 12V

.OP

.OPT nopage

.PRINT DC I(RC) I(RE) V(3,2)

.END

При этом должно получиться I(RC) = 4,039 мА, I(RE) = 4,089 мА и V(3,2) = = 7,552 В, как и в предварительных вычислениях. Обратите внимание: вычислить токи при первом анализе было достаточно легко. Не слишком больших дополнительных усилий требует получение тока и при анализе на PSpice, однако у вас есть выбор.

Условия насыщения

Необходимо предварительное замечание перед исследованием условий смещения, приводящих к насыщению транзистора. Из теоретического курса, посвященного изучению транзисторов, вы должны вспомнить, что значения h_FE в активной области и в области насыщения неодинаковы. Это означает, что если происходит насыщение, предсказанное значение I_C, вычисленное с использованием h_FE, для активной области будет слишком велико. Вы должны иметь в виду, что если рассчитанное значение V_CE падает ниже нескольких десятых вольта, значит достигнуто условие насыщения. Несколько задач в конце главы касаются вопросов смещения транзистора, приводящих к работе в активной области или в области насыщения.

Мы представили модель смещения для кремниевого npn-транзистора. Эта модель может использоваться с различными конфигурациями смещения и многокаскадными усилителями. А можете ли вы самостоятельно изменить модель так, чтобы она стала пригодной для анализа:

а) кремниевых pnp-транзисторов;

б) германиевых pnp-транзисторов?

Расчет смещения для германиевого транзистора

В качестве другого примера на рис. 3.3 показана схема смещения для германиевого pnp-транзистора с h_FE=60 и V_BE=-0,2 В. Значения параметров элементов схемы: R_F=50 кОм; R_E=50 Ом; R_C=1 кОм и V_CC=-12 В. Заменив транзистор моделью PSpice, мы получим схему на рис. 3.4. Сравните изменения в ИТУТ по отношению к предыдущему примеру. Так как это pnp-транзистор, изменилось направление стрелки внутри источника. Теперь решите, какую информацию вы хотели бы получить из PSpicе-анализа. Входной файл может быть, например, таким:

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/h₀, и F, чтобы определить h_f.