Глава 11 Ограничения демонстрационной версии программы PSPICE

Глава 11

Ограничения демонстрационной версии программы PSPICE

Из этой главы вы узнаете, как можно обойти ограничения демонстрационной версии программы PSPICE, сократив число используемых компонентов и не изменив при этом характеристик схемы.

Теперь разделы книги будут называться не уроками, как это было в предыдущих частях книги, которые представляли собой учебное пособие, а главами. Нумерация глав продолжает нумерацию уроков. Таким образом, данная глава является одиннадцатой.

В этой и следующей главах говорится о работе с испытанным выходным МОП-транзисторным каскадом, описанным в журнале ELEKTOR, №12 за 1993 год. Этот выходной каскад с двумя комплементарными самозапирающимися МОП-транзисторами неоднократно оправдывал себя на деле и имеет все, что только можно ожидать от высококачественного выходного каскада класса HiFi. Своими выдающимися качествами МОП-транзисторы (MOSFET) обязаны внутренней гексагональной структуре. Именно поэтому фирма-изготовитель International Rectifier называет такие транзисторы HEXFET.

При проектировании этой схемы вы трижды столкнетесь с ограничениями демонстрационной версии:

1) схема содержит компоненты, которых нет в демонстрационной версии (нет, например, ни одного нужного транзистора);

2) схема содержит тринадцать транзисторов, в то время как демонстрационная версия позволяет моделировать только схемы, включающие не более десяти таких элементов;

3) схема содержит в общей сложности шестьдесят один компонент, но демонстрационная версия позволяет моделировать схемы не более чем из пятидесяти компонентов.

В принципе, есть только одно разумное решение этой проблемы. Вы или руководство должны в срочном порядке позаботиться о том, чтобы ваше предприятие, школа, институт или учебный центр в срочном порядке приобрели полную версию программы PSPICE. И тогда для вас уже не будет существовать никаких ограничений и станут доступны все необходимые компоненты для проектирования абсолютно любых схем. Для профессиональных пользователей стоимость PSPICE составляет около 20.000 DM, однако, когда программа приобретается исключительно в учебных целях для студентов технических специальностей, то компания CADENCE предоставляет настолько большие скидки, что даже скудные бюджеты образовательных учреждений могут позволить себе это приобретение. В Германии программный пакет CADENCE-PSPICE можно приобрести через фирму Hoschar. К сожалению, электронщики-любители, не являющиеся сотрудниками какой-либо школы, колледжа или университета, не могут воспользоваться скидками, предоставляемыми образовательным учреждениям. Поэтому далее мы покажем, как, приложив немного старания и сообразительности, исследовать выходной МОП-транзисторный каскад даже с помощью демонстрационной версии, несмотря на ее ограниченные возможности.

Симметричная конструкция выходного каскада позволит, не изменяя при этом принципа работы схемы, сократить число используемых компонентов, в частности транзисторов. Чтобы понять, за счет чего происходит такое «чудо», внимательно изучите схему, приведенную на рис. 11.1. Проанализировав, из каких компонентов она состоит и как они соединены друг с другом, вы уясните себе принцип работы выходного каскада с двумя комплементарными самозапирающимися МОП-транзисторами.

Рис. 11.1. Выходной каскад с двумя комплементарными выходными транзисторами на МОП-структурах

Компоненты V₁, V₂, V₆ и V₈ образуют дифференциальный усилитель с источником стабилизированного тока. Для нормального функционирования такого источника необходимо, чтобы потенциал базы транзистора V6 источника стабилизированного тока был максимально стабильным. Обычно это достигается за счет низкоомного делителя, обеспечивающего базовое напряжение, но в данной схеме мы используем весьма стабильное постоянное прямое напряжение светодиода V₈ (около 1.7 В). Потенциал коллектора V₁ управляет V₉.

Аналогичную функцию имеют и V₃, V₄, V₅ и V₇. Коллектор V₃ управляет коллектором V₁₁.

Как и во всех двухтактных усилителях, потенциалы баз двух комплементарных транзисторов V₉ и V₁₁ отличаются только на константное постоянное напряжение. В рассматриваемой схеме ровно на 68 В. Обычно потенциал двух названных баз передвигается одним единственным активным транзистором, причем тогда несколько диодов или один стабилитрон должны обеспечивать имеющуюся разницу между базами V₉ и V₁₁. В рассматриваемой схеме для этого используются два (сдвинутых по потенциалу) формирователя, а именно два дифференциальных усилителя.

Теперь стало ясно, каким образом сокращается количество используемых компонентов: один из двух дифференциальных усилителей заменяется источником постоянного напряжения значением 68 В. В результате получается схема, изображенная на рис. 11.2.

Рис. 11.2. Выходной МОП-транзисторный каскад с источником напряжения значением 68 В

Напряжение смещения на выходе упрощенной схемы легко регулируется, так как теперь потенциометр R_pot должен обеспечивать питанием всего лишь один единственный транзистор. Поэтому значение R было изменено на SET=0.35. Это соответствует разделению сопротивления потенциометра в соотношении R_O/R_U=650 Ом/350 Ом.

Для новой схемы понадобилось всего десять транзисторов и в общей сложности пятьдесят компонентов. Таким образом, эта схема остается в пределах допустимых границ демонстрационной версии. Итак, основная проблема, стоявшая перед вами при моделировании в демонстрационной версии, устранена.

Теперь остается только решить вопрос, как заполучить недостающие компоненты, то есть транзисторы и светоизлучающие диоды. Однако эту проблему вы решили еще при установке программы PSPICE на жесткий диск своего компьютера: перед тем как начать работу с книгой, вы, четко следуя инструкции по инсталляции, дополнительно установили файлы, содержащие недостающие компоненты. (Как вы помните, эти компоненты находятся в библиотеках схемных обозначений MISC.slb и библиотеке моделей SAMPLE.lib.) Затем, следуя руководству в начале третьей части, подключили эти файлы к программе PSPICE. Убедитесь, что теперь все необходимые компоненты можно найти в окнах просмотра компонентов.

В следующей главе мы проведем моделирование этой схемы. Для того чтобы вы могли проверить, насколько упрощенный вариант способен к воспроизведению рабочих характеристик оригинальной схемы, описанные в книге анализы были проведены с помощью полной версии программы PSPICE. Если у вас возникнет желание, вы можете дополнительно провести моделирование упрощенной схемы и убедиться в идентичности полученных результатов.