OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

3.5. Используйте модель PSpice, основанную на полном наборе h-параметров, чтобы решить эту задачу. Для схемы на рис. 3.48 найдите A_I=I₀/I_i, A_V=V_C/V_B, A_Vs=V_C/V_S. Подсказка: для низкочастотного анализа при малом сигнале конденсатор может быть заменен коротким замыканием.

Рис. 3.48 

3.6. Используйте ту же модель для PSpice, что и в задаче 3.5. Для схемы, показанной на рис. 3.49, с R_E найдите A_I, A_V и A_Vs.

Рис. 3.49

3.7. Для каждого из усилителей задач 3.5 и 3.6 найдите входное сопротивление со стороны источника, используя PSpice.

3.8. Пользуясь моделью, основанной на полном наборе h-параметров, найдите A_I, A_V, и R_i для схемы на рис. 3.50.

Рис. 3.50

3.9. Усилитель с общим истоком на полевом транзисторе показан на рис. 3.51. Каким будет выходное напряжение сток-земля при входном напряжении V_i=4 мВ? Каков коэффициент усиления усилителя по напряжению? Положителен он или отрицателен? Что это означает?

Рис. 3.51

3.10. Когда в задаче 3.9 выходное напряжение усилителя снимается с истока, он является усилителем с общим стоком (CD). При использовании тех же значений каково будет выходное напряжение исток-земля? Каков коэффициент усиления по напряжению усилителя? Является он положительным или отрицательным?

3.11. Усилитель с общим истоком на полевом транзисторе должен использоваться в широком диапазоне частот. Параметры элементов: R_s=1 кОм; С_gs=2 пФ; C_gd=3 пФ; C_ds=1,5 пФ; R_L=48 кОм; g_m=3 мС и r_d=100 кОм. Проведите анализ на PSpice и получите график частотной характеристики для усилителя. Найдите частоту снижения из 3 дБ. Каков коэффициент усиления усилителя на средней частоте?

3.12. На рис. 3.52 показан усилитель ОЭ. Он имеет следующие параметры: g_m=70 мС; R_ce=100 кОм; r_bb'=120 Ом; r_b'e=1100 Ом; r_b'c=2 МОм; С_с=2,5 пФ и С_е=80 пФ. Во внешней схеме R_s=1050 Ом; R_L=2,4 кОм и V_s=5 мВ. Проведите анализ на PSpice, чтобы определить частотную характеристику.

Определите среднечастотные выходное напряжение и коэффициент усиления по напряжению. Найдите частоту снижения на 3 дБ.

Рис. 3.52

3.13. Проведите анализ усилителя из задачи 3.12 в программе Probe, чтобы определить полное входное сопротивление на частоте f=50 кГц.

3.14. Вместо упрощенной модели в h-параметрах для биполярного транзистора используйте эквивалентную модель на рис. 3.53, для которой r_bb'+r_b'e=h_ie и g_mv_b'e=h_fei_b. Параметры элементов: h_fe=100; h_ie=1200 Ом и от r_bb'=100 Ом. Пользуясь этой моделью, найдите среднечастотный коэффициент усиления (от источника до коллектора) для усилителя, показанного на рис. 3.54. На этом рисунке: R₁=20 кОм; R₂=10 кОм; R_c=4,8 кОм и R_e=800 Ом. Замените С₁ и С₂ на короткое замыкание.

Рис. 3.53

Рис. 3.54.

4. Многокаскадные усилители, частотные характеристики и цепи обратной связи

Эта глава охватывает ряд тем, касающихся исследования частотных характеристик. Мы рассмотрим, как частота влияет на выходное напряжение на графиках Боде, поговорим о записи различных величин в децибелах и о высокочастотных моделях для биполярных и полевых транзисторов. Будет исследовано также влияние обратной связи в однокаскадных и многокаскадных усилителях.

Фильтры низких частот

В качестве небольшого вступительного обзора рассмотрим RС-фильтр низкой частоты, показанный на рис. 4.1, а. Параметры элементов: R=100 кОм, С=1 нФ и V=1∠0°B. Выходной сигнал V(2) снимается с конденсатора. Входной файл для этой схемы предусматривает построение графика в Probe в диапазоне от 1 Гц до 1 МГц:

High-Frequency Response of Simple Filter

V 1 0 AC 1V

R 1 2 100k

N 2 0 1nF

.AC DEC 2 0 1HZ 1MEG

.PROBE

.END

Рис. 4.1. К анализу низкочастотного RC-фильтра: а) схема и б) векторная диаграмма

Выполним анализ, затем потратим некоторое время на различные аспекты полученных результатов. Сначала получим график V(2) и рассмотрим форму кривой. Уровень выходного сигнала изменяется от 1 В при частоте f=1 Гц почти до 0 В при частоте f=1 МГц. Когда частота низка, значения X велики, что позволяет большей части входного напряжения в 1 В пройти на выход (узел 2). При увеличении частоты реактивное сопротивление X становится меньше и V(2) уменьшается. Каково будет значение каждого напряжения при |V_R|=|V_C|? Не забудьте, что вы имеете дело с векторами и что эти два напряжения всегда сдвинуты на 90°, как показано на рис. 4.1, б. Когда два напряжения равны по модулю, v_c=0,707∠45° В.

Используйте экран программы Probe и курсор, чтобы найти частоту, при которой V(2)=0,707 В. Убедитесь, что она равна f=1,591 кГц. Результат расчета по простейшей формуле f_H=1/(2πRC) совпадает с полученным в PSpice.