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 h_FE= 80 и что при типовых условиях смещения V_BE=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 V_Th (по теореме Тевенина) можно найти, пользуясь выражением для делителя напряжения:

Чтобы найти сопротивление эквивалентного генератора (по теореме Тевенина), закоротим источник напряжения V_cc, при этом резисторы R₁ и R₂ окажутся включенными параллельно. Сопротивление равно

R_Th = R₁?R₂ = 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_В = 42,5мкА.

Поскольку I_C = h_FEI_В, 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 = V_cc + R_cI_c = 12 – (1 кОм)(3,4 мА) = 8,6В.

Напряжение на эмиттере:

V₄ = R_EI_E = (100 Ом)(3,4 мА) = 0,344В.

Напряжение на базе:

V₁ = V_BE + 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.