Усилители с общим эмиттером

Усилители с общим эмиттером

Простая схема каскада с ОЭ показана на рис. 10.5. Входной контур получен путем преобразования более сложной цепи с помощью теоремы Тевенина. Мы проводим анализ при частоте 5 кГц, при которой конденсаторы могут рассматриваться просто как короткое замыкание, поэтому конденсатор связи в схеме отсутствует. Зададим значение h_FE=50. Входной файл:

Рис. 10.5. Усилитель ОЭ на биполярном транзисторе 

СЕ Amplifier, BJT Model

VCC 5 0 18V

VBB 3 2 0.8V

RS 1 2 1k

RL 4 5 10k

Q1 4 3 0 BJT

.MODEL BJT NPN(BF=50)

.TF V(4) VS .OP

.OPT nopage

vs 1 0 ac 1mV

.AC lin 1 5kHz 5kHz

.PRINT ас I(RS) I(RL) V(3) V(4)

.END

В команде .АС задана частота 5 кГц. Команда .PRINT ас позволяет нам находить определенные токи и напряжения. Выходной файл PSpice анализа показан на рис. 10.6. Различные формулы могли бы использоваться, чтобы вычислить коэффициент усиления по напряжению V(4)/V(3), например,

если использовать принятое значение h_ie=1,1 кОм. Затем при использовании отношения для делителя напряжений между R_L и h_ie можно определить коэффициент усиления по напряжению V(4)/VS=-238. В выходном файле, полученном на PSpice согласно малосигнальным характеристикам, показано значение V(4)/VS, равное -233, что достаточно близко к вычисленному значению. Входное сопротивление относительно VS, также выведенное в выходном файле, равно 2,144 кОм. Вычитая из него внутреннее сопротивление источника R_s (1 кОм), получим h_ie=1,144 кОм, что также близко к принятому значению. Выходное сопротивление составляет 10 кОм. В практических случаях схема замещения выходного сопротивления представляет собой параллельное соединение R_L и h_oe. Но если мы примем, что h_oe>R_L, то выходное сопротивление будет близко к R_L. Обратите внимание, что при включении во входную цепь конденсатора этот метод нахождения малосигнальных характеристик не даст полезных результатов.

СЕ Amplifier, BJT Model

VCC 5 0 18V

VBB 3 2 0.8V

RS 1 2 1K

RL 4 5 10k

Q1 4 3 0 BJT

.MODEL BJT NPN(F=50)

.TF V(4) VS

.OP

.OPT nopage

vs 1 0 ac 1mV

.AC lin 1 5kHz 5kHz

.PRINT ac I(RS) I(RL) V(3) V(4)

.END

**** BJT MODEL PARAMETERS

   BJT

   NPN

IS 100.000000E-18

BF 50

NF 1

BR 1

NR 1

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 0.0000  ( 2) -.0226  ( 3) .7774   ( 4) 6.6929

( 5) 18.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -1.131E-03

VBB -2.261E-05

VS  -2.261E-05

TOTAL POWER DISSIPATION 2.04E-02 WATTS

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME   Q1

MODEL  BJT

IB     2.26E-05

IС     1.13E-03

VBE    7.77E-01

VBC   -5.92E+00

VCE    6.69E+00

BETADC 5.00E+01

BETAAC 5.00E+01

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(4)/VS = -2.332E+02

INPUT RESISTANCE AT VS = 2.144Е+03

OUTPUT RESISTANCE AT V(4) = 1.000E+04

**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

FREQ      I(RS)     I(RL)     V(3)      V(4)

5.000E+03 4.665E-07 2.332E-05 5.335E-04 2.332E-01

Рис. 10.6. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.5

Последние строки выходного файла содержат результаты анализа на переменном токе. Частота составляет 5 кГц, ток базы равен 0,46665 мкА, а ток коллектора составляет 23,32 мкА. Чтобы проверить эти значения с помощью стандартного схемотехнического анализа мы должны найти переменную составляющую тока базы. Она равна

Переменная составляющая тока коллектора

I_c = h_feI_b = 50 (0,476 мкА) = 23,37 мкА.

Эти значения близки к результатам, полученным в PSpice.

Возвратимся к анализу на постоянном токе и вычислим постоянную составляющую тока базы:

Это предварительное значение, так как V_BE получено из результатов PSpice. Теперь становится очевидно, что эта схема применима скорее для иллюстрации, чем для практических целей, так как даже незначительные изменения V_BB или V_BE вызовут большие изменения в I_В. Вычислим теперь постоянную составляющую тока коллектора, найденную как h_feI_b, что даст нам значение 1,13 мА и напряжение коллектора

V_C = V_CC – R_LI_C = 18 В – (10 кОм) (1,13 мА) = 6,7 В.

Общая рассеиваемая мощность, показанная в PSpice как произведение тока на напряжение источника питания, равна 20,4 мВт. 

На рис. 10.6 приведена распечатка выходного файла нашего анализа на PSpice. Для выбранного нами транзистора с именем Q1 и модели с именем BJT в выходном файле приведен список из 16 параметров (на рис. 10.6 показана лишь часть из них). Эти значения справедливы для конкретных условий смещения схемы. Они изменятся при изменении токов и напряжений покоя. Например, если транзистор войдет в режим насыщения, значение BETADC будет намного ниже. После изучения результатов обратимся к практической схеме и проведем расширенный анализ.