Анализ на переменном токе
Анализ на переменном токе
Чтобы показать, как ведет себя эта схема в качестве усилителя ОЭ, добавим несколько компонентов (рис. 10.9). Максимальное значение переменного напряжения равно 10 мВ, внутреннее сопротивление источника Rs=50 Ом, кроме того добавлены конденсаторы Сb и Се. Входной файл принимает вид:
Biasing Case Study Extended
VCC 2 0 12V
Vs 1a 0 ac 10mV
Rs 1a 1b 50
Cb 1b 1 15uF
Ce 4 0 15uF
R1 2 1 40k
R2 1 0 3.3k
RC 2 3 4.7k
RE 4 0 22 0
Q1 3 1 4 Q2N2222
.DC VCC 12V 12V 12V
.PRINT DC I(RC) I(R1) I(R2) I(RE)
.OP
.opt nopage nomod; подавляется вывод баннера и параметров модели
.ас LIN 1 5kHz 5kHz; задается вариация для анализа на переменном токе
.PRINT ас i(RC) i(RE) i(RS)
.PRINT ac v(1) v(1b) v(3) v(4)
.LIB EVAL.LIB
.END
Рис. 10.9. Усилитель ОЭ
В этом входном файле величина Vs идентифицируется как переменная составляющая входного напряжения, и вызывается вариация по переменному току (ас sweep). Без команды .ас LIN выходной файл вообще не будет содержать информации о переменных составляющих.
Проведите анализ и убедитесь, что напряжение смещения и значения токов не изменились по сравнению с предыдущим выходным файлом. Фактически вся информация о рабочей точке осталась прежней. Выходной файл приведен на рис. 10.10.
Biasing Case Study Extended
VCC 2 0 12V
Vs 1a 0 ас 10mV
Rs 1a 1b 50
Cb 1b 1 15uF
Ce 4 0 15uF
R1 2 1 40k
R2 1 0 3.3k
RC 2 3 4.7k
RE 4 0 220
Q1 3 1 4 Q2N2222
.DC VCC 12V 122V 212V
.PRINT DC I(RC) I(R1) I(R2) I(RE)
.OP
.opt nopage nomod ; suppress banner and model parameters
.ac LIN 1 5kHz 5kHz ; a sweep is necessary for ac analysis
.PRINT ac i(RC) i(RE) I(RS)
.PRINT ac v(1) v(1b) v(3) v(4)
.LIB EVAL.LIB
.END
**** DC TRANSFER CURVES TEMPERATURE = 27.000 DEG С
VCC I(RC) I(R1) I(R2) I(RE)
1.200E+01 1.114Е-03 2.777E-04 2.707E-04 1.121E-03
**** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С
NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
( 1) .8933 ( 2) 12.0000 ( 3) 6.7651 ( 4) .2466
( 1a) 0.0000 ( 1b) 0.0000
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME CURRENT
VCC -1.391E-03
Vs 0.000E+00
TOTAL POWER DISSIPATION 1.67E-02 WATTS
**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG С
**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS
NAME Q1
MODEL Q2N2222
IB 6.96E-06
IС 1.11E-03
VBE 6.47E-01
VBC -5.87E+00
VCE 6.52E+00
BETADC 1.60E+02
BETAAC 1.77E+02
**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С
FREQ I(RC) I(RE) I(RS)
5.000E4-03 3.888E-04 3.772E-06 5.523E-06
FREQ V(1) V(1b) V(3) V(4)
5.000E+03 9.724E-03 9.725E-03 1.827E+00 8.299E-04
Рис. 10.10. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.9
В дополнение к предыдущим результатам мы запросили сведения о переменных составляющих нескольких токов и напряжений. Убедитесь, что v(3)/v(1)=188 и v(3)/vs=182,7. Переменная составляющая выходного тока составляет 0,3888 мА, переменная составляющая входного тока равна 5,523 мкА, что дает для коэффициента усиления по току значение 70,4.
В качестве упражнения включите резистор с сопротивлением RB=0,01 Ом последовательно с базой и выведите значение тока через RB с помощью команды .PRINT ас; затем выполните анализ и найдите коэффициент передачи по току с базы на коллектор. Он не будет таким же, как найденный с использованием Ic/hfe, где hfe — это ВЕТААС. Можете ли вы дать объяснение этому?
Для понимания работы схемы полезно рассмотреть переменные составляющие напряжений в различных точках схемы. Измените входной файл следующим образом:
Biasing Case Study Extended for Probe
VCC 2 0 12V
Vs 1a 0 sin(0 10mV 5kHz)
;аргументы - смещение, максимальное значение и частота
Rs 1a 1b 50
Cb 1b 1 15uF
Ce 4 0 15uF
R1 2 1 40k
R2 1 0 3.3k
RC 2 3 4.7k
RE 4 0 220
Q1 3 1 4 Q2N2222
.opt nopage nomod
.TRAN 0.02ms 0.6ms
.PROBE
.FOUR 5kHz V(3)
.LIB EVAL.LIB
.END
Источник напряжения показан теперь не просто как источник переменного, а как источник именно синусоидального напряжения sin(). Параметрами его являются смещение, амплитуда и частота. Временные диаграммы можно получить путем включения во входной файл команды .PROBE. Проведите анализ, затем получите графики v(3) и v(1), показанные на рис. 10.11. На этом рисунке использовался курсор, чтобы найти максимальное значение напряжения коллектора. Обратите внимание, что напряжение коллектора повернуто на 180° относительно напряжения базы. Используйте курсор, чтобы найти максимум и минимум.
Рис. 10.11. Временные диаграммы напряжений на коллекторе и на базе в схеме на рис. 10.9
Убедитесь, что размах напряжения на базе (удвоенная амплитуда) равен 19,4 мВ, в то время как соответствующее значение на коллекторе равно 3,62 В что дает коэффициент усиления по напряжению Av=187, соответствующий результату предыдущего анализа на переменном токе.
Последние строки выходного файла, показанного на рис 10.12, содержат результаты гармонического анализа выходного напряжения V(3). Постоянная составляющая, равная 6,75 В, в точности совпадает с напряжением смещения на коллекторе. Амплитуда основной гармоники (5 кГц) равна 1,781 В, что соответствует размаху в 3,562 В. График коллекторного напряжения дает размах 3,63 В. Вторая гармоника выходного напряжения составляет 0,134 В, что на порядок меньше основной. Более высокие гармоники имеют еще меньшую величину и дают общее гармоническое искажение приблизительно в 7,5%.
Biasing Case Study Extended for Probe
VCC 2 0 12V
Vs 1a 0 sin(0 10mV 5kHz) ; arguments are offset, peak, and frequency
Rs 1a 1b 50
Cb 1b 1 15uF
Ce 4 0 15uF
R1 2 1 40k
R2 1 0 3.3k
RC 2 3 4.7k
RE 4 0 220
Q1 3 1 4 Q2N2222
.opt nopage nomod
.TRAN 0.02ms 0.6ms
.PROBE
.FOUR 5kHz V(3)
.LIB EVAL.LIB
.END
**** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С
NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
( 1) .8933 ( 2) 12.0000 ( 3) 6.7651 ( 4) .2466
( 1a) 0.0000 ( 1b) 0.0000
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME CURRENT
VCC -1.391E-03
Vs 0.000E+00
TOTAL POWER DISSIPATION 1.67E-02 WATTS
**** FOURIER ANALYSIS TEMPERATURE -27.000 DEG С
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(3)
DC COMPONENT = 6.757350Е+00
HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)
1 5.000E+03 1.780E+00 1.000E+00 -1.752E+02 0.000E+00
2 1.000E+04 1.343E-01 7.541E-02 1.019E+02 2.771E+02
3 1.500E+04 4.445E-03 2.496E-03 -1.089E+01 1.643E+02
4 2.000E+04 2.902E-03 1.630E-03 -1.114Е+02 6.384E+01
5 2.500E+04 2.710E-03 1.522E-03 -1.204E+02 5.485E+01
6 3.000E+04 2.695E-03 1.514E-03 -1.277B+02 4.750B+01
7 3.500E+04 2.638E-03 1.482E-03 -1.337E+02 4.154Е+01
8 4.000E+04 2.563E-03 1.440E-03 -1.402E+02 3.502E+01
9 4.500E+04 2.430Е-03 1.3651-03 -1.442E+02 3.100Е+01
TOTAL HARMONIC DISTORTION = 7.553840E+00 PERCENT
Рис. 10.12. Выходной файл с результатами анализа Фурье для схемы на рис. 10.9
Данный текст является ознакомительным фрагментом.