Анализ транзисторных схем
Анализ транзисторных схем
Следующая предварительная схема представляет собой усилитель на биполярном транзисторе (BJT) с типовой схемой смещения на двух резисторах. Эта схема представлена на рис. 0.10. PSpice допускает использование встроенных моделей для биполярных транзисторов и других приборов. Допустим, что транзистор имеет коэффициент усиления для большого сигнала hFE= 80 и что при типовых условиях смещения VBE=0,8 В.
Рис. 0.10. Цепи смещения для биполярного транзистора
Прежде чем перейти к моделированию на PSpice, определим смещающие токи и напряжения обычными методами. Если в процессе предшествующего обучения вы познакомились с этими методами, вы поймете следующее краткое описание. При открытии транзистора по базовой цепи напряжение эквивалентного генератора VTh (по теореме Тевенина) можно найти, пользуясь выражением для делителя напряжения:
Чтобы найти сопротивление эквивалентного генератора (по теореме Тевенина), закоротим источник напряжения Vcc, при этом резисторы R1 и R2 окажутся включенными параллельно. Сопротивление равно
RTh = R1?R2 = 40?5 = 4,444 кОм.
Применяя второй закон Кирхгофа к контуру, содержащему RTh и RE, получим
VTh = RThIB + VBE + RE(hFE + 1);
1,333В = (4,444 кОм)IB + 0,8В + 100 Ом (80+1).
Решая последнее уравнение относительно IВ, получим
IВ = 42,5мкА.
Поскольку IC = hFEIВ, 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:
V3 = Vcc + RcIc = 12 – (1 кОм)(3,4 мА) = 8,6В.
Напряжение на эмиттере:
V4 = REIE = (100 Ом)(3,4 мА) = 0,344В.
Напряжение на базе:
V1 = VBE + V4 = 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.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.