OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

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), R₀=40 кОм=1/h₀, и R_L=10 кОм. Источник V₀=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 R₀=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 R₀, включает R_L, что является выходным сопротивлением со стороны коллектора (не включая R_L)? Найдем его, используя проводимости: 1/R₀=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

NAME CURRENT

VS  -5.000E-07

V0   5.000E-07

TOTAL POWER DISSIPATION 5.00E-10 WATTS

**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

NAME      E

V-SOURCE -5.000E-05

I-SOURCE  5.000E-07

**** CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES

NAME     F

I-SOURCE 2.500E-05

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(4)/ VS = -2.000E+02

INPUT RESISTANCE AT VS = 2.000E+03

OUTPUT RESISTANCE AT V(4) = 8.400E+03

Рис. 3.8. Выходной файл анализа для схемы на рис. 3.7

Подводя итог, заметим, что анализ PSpice избавил вас от ряда вычислений, но без понимания направлений токов и полярностей напряжений ваше решение будет не завершено. Вы должны понимать, что теория h-параметров сочетается здесь с моделью PSpice, которую мы разработали. Необходимо помнить, что определение h-параметров зависит от конфигурации схемы.