- •Предисловие
- •Введение
- •1. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ С ПОМОЩЬЮ ГРАФИЧЕСКОГО РЕДАКТОРА SCHEMATICS
- •1.1. Создание новой схемы.
- •1.1.2. Поворот, зеркальное отражение и удаление элементов
- •1.1.3. Соединение элементов
- •1.1.4. Сохранение схемы
- •1.2. Редактирование схемы
- •1.2.1. Редактирование атрибутов элементов схемы
- •1.2.2. Выбор источников сигнала
- •1.2.3. Установка маркеров
- •1.2.4. Маркировка узлов
- •1.3. Установка режимов анализа
- •1.3.1. Расчет рабочего режима
- •1.3.2. Расчет режима при изменении параметров схемы
- •1.3.3. Расчет коэффициентов чувствительности
- •1.3.4. Расчет малосигнальных параметров на постоянном токе
- •1.3.5. Расчет частотных характеристик
- •1.3.6. Расчет переходных процессов
- •1.3.7. Анализ при вариациях параметров схемы
- •1.3.9. Статистический анализ
- •1.4. Архивация схем
- •2. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ
- •2.1. Структура выходного файла
- •2.2.1. Интерфейсные команды программы Probe
- •2.2.2. Нанесение графиков
- •2.2.3. Целевые функции
- •2.2.4. Электронный курсор
- •2.2.5. Преобразование Фурье
- •2.2.7. Параметрические зависимости
- •2.2.8. Построение гистограмм
- •2.2.9. Нанесение меток на графики
- •2.2.10. Сохранение атрибутов экрана
- •2.2.11. Печать графиков
- •3. ПРИМЕРЫ АНАЛИЗА СХЕМ
- •3.1. Расчет установившихся режимов в линейной электрической цепи при периодическом воздействии
- •3.2 Анализ переходного процесса в линейной электрической цепи второго порядка
- •3.4. Расчет усилительного каскада ОЭ по постоянному току
- •3.5. Триггер Шмитта на биполярных транзисторах
- •3.6. Автогенератор на туннельном диоде
- •3.7. Исследование работы четырехразрядного двоичного счетчика
- •ПРИЛОЖЕНИЯ
- •П1. Интерфейсные команды программы Schematics в режиме редактора схем
- •Меню File (Файл)
- •Меню Edit (Редактирование)
- •Меню Draw (Рисование)
- •Меню Navigate (Навигация по многостраничным схемам)
- •Меню View (Просмотр)
- •Меню Options (Настройка параметров)
- •Меню Analysis (Моделирование)
- •Меню Tools (Инструменты)
- •Меню Markers (Маркеры)
- •Меню Window (Окно)
- •Меню Help (Помощь)
- •П2. Представление чисел в программе Schematics
- •П3. Компоненты символьной библиотеки
- •Земля, резисторы, конденсаторы, индуктивности
- •Диоды
- •Биполярные транзисторы
- •Полевые транзисторы
- •Независимые источники напряжения
- •Независимые источники тока
- •Ключи
- •Линии передачи
- •Управляемые источники
- •Преобразователи входного напряжения в напряжение
- •Преобразователи входного напряжения в ток
- •Функциональные элементы
- •Фильтры
- •Источники сигналов для цифровых схем
- •Источники редактируемых сигналов
- •Назначение начальных условий, глобальных переменных, подключение файлов
- •Элементы для вывода результатов анализа
- •Библиотека моделей реальных приборов
- •П4. Параметры цифровых устройств
- •П5. Опции программы Pspice
- •П6. Ошибки при работе в системе Design Lab
- •Информационные сообщения
- •Ошибки при моделировании
- •Ошибки пользователя
- •П7. Интерфейсные команды программы Probe
- •Меню File (Файл)
- •Меню Edit (Редактирование)
- •Меню Trace (Построение графика)
- •Меню Plote (Отображение графиков)
- •Меню View (Просмотр)
- •Меню Tools (Инструменты)
- •Меню Window (Окно)
- •Меню Help (Помощь)
- •П8. Целевые функции программы Probe
- •Целевые функции общего использования
- •Целевые функции для частотного анализа
- •Целевые функции для переходного анализа
- •Список литературы
80
3.4. Расчет усилительного каскада ОЭ по постоянному току
1.Для биполярного транзистора КТ315В, описываемого моделью KT315V, “снять” входные и выходные характеристики:
•Iб(Uбэ) для Uкэ=5В;
•Iк(Uкэ) для Iб=25мкА, 50мкА, 75мкА, …, 300мкА.
2.В рабочей точке определить малосигналь-
ные параметры транзистора: h11э, h21э и крутизну S.
3.Для схемы усилительного каскада ОЭ (рис. 3.30), выполненного на транзисторе КТ315В, и указанных параметров схемы графически определить режим работы транзистора.
4.Рассчитать режим схемы по постоянному току
5.Определить основные параметры каскада:
коэффициент усиления Ku, входное сопро- Рис. 3.30. Схема каскада ОЭ тивление Rвх и выходное сопротивление
Rвых.
В операционной системе «Windows» под управлением программы «Schematics» собирается схема для “снятия” ВАХ биполярного транзистора (рис. 3.31). При создании схемы из библиотеки символьных компонентов выбираются посто-
янные источники IDC и VDC для задания управляющего тока в цепи базы транзистора и напряжения на коллекторе. Выбираем транзистор npn-типа – QbreakN, так как в библиотеке компонентов транзистор КТ315В отсутствует. После сохранения схемы под оригинальным именем в папке Projects, помечаем транзистор, щелкнув его один раз, и входим в интерфейс-
ный диалог Edit - Model - Change Model Reference... и заменяем имя модели транзистора QbreakN на KT315V (все буквы латинские !!!).
Примечание: 1. Это можно сделать, если модель есть в библиотеке пользователя, и библиотека подключена к системе (см. п. 1.2.1). В противном случае с помощью любого текстового редактора предварительно создается файл модели транзистора, который потом и подключается к данной схеме.
|
81 |
.model KT315V |
NPN (Is=61.01f Xti=3 Eg=1.11 |
Vaf=57.37 Bf=204 |
Ne=1.305 Ise=72.68f Ikf=97.79m Xtb=1.5 |
+ |
|
+ |
Br=.2181 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=2.14 |
+ |
Cjc=6.072p Mjc=.3333 Vjc=.75 Fc=.5 |
+ |
Cje=5.928p Mje=.3333 Vje=.75 Tr=1.567u |
+ |
Tf=414p Itf=.2 Vtf=5 Xtf=8 Rb=10) |
*$ |
|
2. Не создавая файл модели транзистора можно просто изменить или добавить параметры исходной модели по команде Edit - Model - Edit instance model (text)...
Снимаем входную характеристику биполярного транзистора Uбэ(Iб). С этой целью задаем режим расчета напряжения Uбэ при изменении тока Iб и фиксированном значении напряжения Uкэ=5В. Для этого устанавливаем напряжение 5В для источника V1 и подключаем только маркер напряжения к базе транзистора VT для задания вывода Uбэ. Устанавливаем режим расчета статических характеристик DC Sweep… и параметры анализа: тип источника
– Current Source, Name – I1; Sweep Type – Linear; Start Value – 0A; End Value –
500uA; Increment – 1uA. После выхода из диалога DC Sweep…, отключаем режим расчета схемы по постоянному току Bias Point Detail и запускаем систему на расчет, и получаем входную характеристику Uбэ(Iб). Для красоты изменяем масштаб по оси Y, и характеристика приобретает вид, показанный на рис. 3.32.
По входной характеристике графоаналитическим способом определяем базовый ток транзистора в схеме усилительного каскада ОЭ (рис. 3.32). Для этого, оставаясь в диалоге с программой графического отображения результатов расчета Probe, сделаем следующее:
• нанесем |
на график линию нагрузки Uбэ(Iб) = Eб − IбRб − IэRэ , записав в |
|||||||||||||||
окне |
Trace |
Expression |
|
следующее |
|
|
выражение: |
|||||||||
E |
|
− IB(VT ) R −(IB(VT ) + IС(VT )) R |
|
, где E |
|
= Е |
|
R2 |
|
, R |
= |
R1R2 |
|
и |
||
|
|
|
п R + R |
|
R + R |
|
||||||||||
|
б |
|
б |
|
э |
|
б |
|
2 |
б |
|
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
||||
Rэ |
= Rэ1 + Rэ2 – числа, определяемые из параметров схемы (см. рис. 3.30). |
|||||||||||||||
Конкретно уравнение линии нагрузки отображено на рис. 3.32. |
|
|
|
|
||||||||||||
• По координатам точки пересечения линии нагрузки и входной |
характери- |
|||||||||||||||
стики транзистора Uбэ(Iб) для Uкэ=5В |
(т. А) с помощью курсора определя- |
ем базовый ток Iб и напряжение база-эмиттер Uбэ.
• На характеристике выбираем вторую точку (т. В) и определяем входное
сопротивление транзистора для малого сигнала h11Э = ∆Uбэ . Результаты
∆Iб
расчета отображены на рис. 3.32.
82
Рис. 3.32. Входная характеристика транзистора
Для расчета семейства выходных характеристик биполярного транзистора Iк(Uкэ) необходимо задать режим расчета тока Iк при изменении напряжения Uкэ и фиксированных значениях тока базы Iб. Для этого:
•Устанавливаем маркер тока на коллектор транзистора VT для задания вывода тока Iк. Маркер вывода напряжения удаляем.
•Устанавливаем режим расчета выходной характеристики DC Sweep… и
параметры анализа: тип источника – Voltage Source, Name = V1; Sweep Type – Linear; StartValue = 0v; EndValue = 15v; Increment = 0.05v.
•В диалоговом окне Nested Sweep… задаем режим изменения тока базы для источника I1: тип источника – Current Source, Name = I1; Sweep Type – Linear; StartValue = 25uA; EndValue = 300uA; Increment = 25uA.
Не забыть разрешить Nested Sweep.
•Запускаем систему на расчет и получаем семейство выходных характеристик (рис. 3.33).
По выходной характеристике графоаналитическим способом определя-
ем коллекторный ток транзистора в схеме усилительного каскада ОЭ. Для этого:
• Нанесем на график линию нагрузки Uкэ(Iк) = Eп − IкRк − IэRэ , записав в командной строке окна Trace Expression следующее выражение: (Eп −V (V1)) / R= , где Еп и R= = Rк + Rэ – числа, определяемые из пара-
метров элементов схемы. Конкретно уравнение линии нагрузки отображено на рис 3.33.
83
•Определяем координаты точек пересечения линии нагрузки и выход-
ных характеристик для токов Iб=100мкА и Iб=125мкА (точки 1 и 2). Используя линейную интерполяцию для Iб=114мкА находим рабочую точку А (см. рис. 3.33).
Спомощью курсоров определяем координаты точек 3 и 4, для которых
Uкэ3=Uкэ4=UкэА (см. окно Probe Cursor на рис. 3.33), и рассчитываем коэффициент усиления транзистора для малого сигнала.
h21э = ∆Iк =16,374мА −13,180мА =128.
∆Iб 25мкА
Рис. 3.33. Выходные характеристики транзистора
Для определения крутизны транзистора S на входной характеристике (рис. 3.32) с помощью курсоров определяем две точки, соответствующие Iб=100мкА и Iб=125мкА (см. окно Probe Cursor на рис. 3.32). По снятым данным рассчитываем крутизну транзистора.
S = |
∆Iк |
= |
(16.374 −13.180)мА |
=532 |
мА |
В |
|
∆Uбэ |
|
(0.682 −0.676)В |
|
|
Для расчета рабочего режима однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе с общим эмиттером собираем схему (рис. 3.34) и устанавливаем режим Bias Point Detail. После запуска программы расчета PSpice
(F11) и включения пиктограмм и , экран приобретает вид, показанный
84
на рис. 3.34 (Предварительно экран ‘почистили’, воспользовавшись пиктограммами и ).
Рис.3.34. Результаты расчета каскада ОЭ по постоянному току
Результаты расчета каскада по постоянному току можно посмотреть и в выходном файле программы Pspice, воспользовавшись, например, командой
Analysis/Examine Output программы Schematics:
. . . . . . . . . . . . . . . . .
**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS
NAME |
Q_VT |
MODEL |
KT315V |
IB |
1.10E-04 |
IC |
1.45E-02 |
VBE |
6.79E-01 |
VBC |
-6.89E+00 |
VCE |
7.56E+00 |
. . . . . . . . . . . . . . . . .
Результаты графического расчета и моделирования схемы сведены в таблицу.
Ток или напряжение |
Iк, мА |
Iб, мкА |
Uкэ, В |
Uбэ, мВ |
Графический |
14.6 |
114 |
7.51 |
680 |
Моделирование схемы |
14.5 |
110 |
7.56 |
679 |
Для определения основных параметров каскада:
•добавляем в схему источник V2, напряжение которого точно равно потенциалу базы, чтобы не изменился режим схемы;
•маркируем коллектор транзистора, как выход каскада Out (рис. 3.35);
•назначаем расчет малосигнальных параметров на постоянном токе
(рис. 3.36).