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.

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:

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.

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

. . . . . . . . . . . . . . . . .

Результаты графического расчета и моделирования схемы сведены в таблицу.

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).