Ознакомительная версия.
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
Усилитель с общим эмиттером с нешунтированным эмиттерным резистором
Когда усилитель ОЭ использует эмиттерный резистор, не шунтированный конденсатором, коэффициент усиления по напряжению схемы уменьшается, зато улучшается частотная характеристика. Схема с последовательной обратной связью по току показана на рис. 10.13. Используем для анализа встроенную модель BJT при hFE= 80. Входной файл при этом:
Analysis of СЕ Amplifier with Unbypassed RE
VCC 4 0 12V
R1 4 1 40k
R2 1 0 5k
RC 4 2 1k
RE 3 0 100
Rs 6 5 100
Rb 1 1a 0.01
C1 5 1 15uF
Q1 2 1a 3 BJT
.MODEL BJT NPN (BF=80)
.OP
.OPT nopage
vs 6 0 ас 10mV
.ас LIN 1 5kHz 5kHz
.PRINT ac i(RB) i(RC) i(RS) v(1) v(2) v(3)
.END
Рис. 10.13. Усилитель ОЭ с нешунтированным эмиттерным сопротивлением
Анализ на постоянном токе для этой схемы был приведен в разделе «Краткий обзор PSpice» в начале книги и мы не будем повторять его здесь.
Проведем расчет для переменных составляющих с использованием стандартного схемотехнического анализа. Коэффициент передачи по напряжению (с базы на коллектор) можно аппроксимировать выражением
но для малых значении это выражение может давать относительную ошибку в 10%. Более точное уравнение:
Поскольку это коэффициент передачи по напряжению с базы на коллектор, необходимо использовать формулу для делителя напряжения, чтобы найти коэффициент передачи по напряжению с источника на коллектор:
где Rp — эквивалентное сопротивление для параллельного соединения R1, R2 и Ri.
Обратимся теперь к выходному файлу (рис. 10.14), чтобы посмотреть, насколько анализ на PSpice сопоставим с результатами обычного расчета. PSpice дает для полного коэффициента передачи по напряжению V(2)/vs = -8,878, что отличается от расчетного значения немногим более, чем на 5%.
Analysis of СЕ Amplifier with Unbypassed RE
VCC 4 0 12V
R1 4 1 40k
R2 1 0 5k
RC 4 2 1k
RE 3 0 100
Rs 6 5 100
Rb 1 1a 0.01
C1 5 1 15uF
Q1 2 1a 3 BJT
.MODEL BJT NPN (BF=80)
.OP
.opt nopage
vs 6 0 ac 10mV
.ас LIN 1 5kHz 5kHz
.PRINT ac i(RB) i(RC) i(RS) v(1) v(2) v(3) .END
NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
( 1) 1.1464 ( 2) 8.6345 ( 3) .3408 ( 4) 12.0000
( 5) 0.0000 ( 6) 0.0000 ( 1a) 1.1464
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME CURRENT
VCC -3.637E-03
vs 0.000E+00
TOTAL POWER DISSIPATION 4.36E-02 WATTS
**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS
NAME Q1
MODEL BJT
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 1.30Е-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
**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С
FREQ I(RB) I(RC) I(RS) V(1) V(2)
5.000E+03 1.110E-06 8.878E-05 3.286E-06 9.671E-03 8.878E-02
FREQ V(3)
5.000E+03 8.989E-03
Рис. 10.14. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.13
Определение входного сопротивления
Желательно, кроме того, найти входное сопротивление со стороны источника входного напряжения. Если мы просто используем команду
.TF V(4) vs
результаты будут некорректными. Вы можете это сделать и посмотреть, что получится. Удаление конденсатора С1 из схемы также не сработает, так как это приведет к изменению условий смещения.
Правильный подход показан на рис. 10.15, где во входную цепь включен источник с напряжением и внутренним сопротивлением, определенными по теореме Тевенина. При этом поддерживаются соответствующие напряжения и токи смещения, и можно использовать функцию преобразования .TF.
Рис. 10.15. Схема для определения входного сопротивления усилителя ОЭ
Из выходного файла на рис. 10.16 (содержащего также листинг входного файла) можно видеть, что напряжения смещения не изменились. Эта распечатка показывает входное сопротивление как 13,16 Ом. Сопротивление в цепи базы транзистора Ri=13,16–4,444=8,7 кОм. Расчетное значение 9,2 кОм отличается от этого немногим больше, чем на 5%, из чего мы заключаем, что оба метода адекватны.
Find Input Resistance of CE Amplifier Circuit with RE
VCC 4 0 12V
VTh 1 1a 1.33333V
RC 4 2 1k
RE 3 0 100
Rs 5 1a 4.4444k
Q1 2 1 3 BJT
.MODEL BJT NPH(BF=80)
.TF v(2) vs
.OP
.opt nopage
vs 5 0 ac 10mV
.ac LIN 1 5kHz 5kHz
.PRINT ac i(Rs) i(RC) v(1) v(2) v(3)
. END
NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
( 1) 1.1464 ( 2) 8.6345 ( 3) .3408 ( 4) 12.0000
( 5) 0.0000 ( 1a) -.1870
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME CURRENT
VCC -3.366E-03
VTh -4.207E-05
vs -4.207E-05
TOTAL POWER DISSIPATION 4.04E-02 WATTS
**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS
V(2)/vs = -6.079Е+00
INPUT RESISTANCE AT vs. = 1.316E+04
OUTPUT RESISTANCE AT V(2) = 1.000E+03
FREQ I(Rs) I(RC) V(1) V(2) V(3)
5.000E+03 7.599E-07 6.079E-05 6.623E-03 6.0791-02 6.155E-03
Рис. 10.16. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.15
Применение собственных моделей с h-параметрами
Сравним теперь нахождение коэффициентов усиления по напряжению и по току двумя методами: при использовании встроенной модели PSpice и при применении нашей собственной модели в h-параметрах для усилителя ОЭ. Последний метод представлен в главе 3.
Анализ с помощью h-параметров
Схема на рис. 10.13 рассматривается относительно переменных составляющих. Узел источника VCC заземляется (при этом R1 подсоединяется параллельно R2), конденсатор С1 закорачивается. Преобразованная таким образом схема показана на рис. 10.17, а при использовании вместо транзистора модели в h-параметрах она приобретает вид, показанный на рис. 10.18.
Рис. 10.17. Схема усилителя с ОЭ для анализа переменных составляющих
Рис. 10.18. Схема на рис. 10.17 с моделью транзистора в h-параметрах
Вспомним, что значительно больше информации может быть получено, если мы будем проводить анализ на постоянном, а не на переменном токе. Это позволяет нам находить необходимые характеристики для малого сигнала, включая коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление. Мы не будем приводить здесь входной файл, поскольку он показан в распечатке выходного файла на рис. 10.19. Результаты анализа близки к полученным ранее с использованием встроенной модели BJT.
CE Amplifier with Re using h-parameter model
vs 1 0 10mV
VO 3 2A 0
E 3A 4 5 4 2.5E-4
F 5 4 VO 80
Rs 1 2 100
R1 2 0 40k
R2 2 0 5k
RI 2 3 1.1k
RO 5 4 40k
RC 0 5 1k
RE 4 0 100
.TF V(5) Vs
.OP
.opt nopage
.dc ve 10mV 10mV 10mV
.PRINT dc i(RC) i(Rs) i(RI) i(RE)
.END
vs I(RC) I(Rs) I(RE) I(RE)
1.000E-02 8.402E-05 3.256E-06 1.079E-06 8.510E-05
NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
( 1) .0100 ( 2) .0097 ( 3) .0085 ( 4) .0005
( 5) -.0840 ( 3A) .0085
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME CURRENT
vs -3.256E-06
VO 1.079E-06
TOTAL POWER DISSIPATION 3.26E-08 WATTS
**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES
NAME E
V-SOURCE -2.313E-05
I-SOURCE -1.079E-06
**** CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES
NAME F
I-SOURCE 8.634E-05
**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS
V(5)/vs = -8.402E+00
INPUT RESISTANCE AT vs = 3.071E+03
OUTPUT RESISTANCE AT V(5) = 9.987Е+02
Рис. 10.19. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.18
Ознакомительная версия.
