Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей Страница 61

ВJТ Flip-flop (Q1 on)

VCC 3 0 12V

VBB 6 0 -12V

RC1 3 3 2.2k

RC2 3 4 2.2k

R1 2 5 15k

R2 4 1 15k

R3 1 6 100k

R4 5 6 100k

Q1 2 1 0 QN

Q2 4 5 0 QN

.MODEL QN NPN(IS=1E-9 BF=30 BR=1 TF=0.2ns TR=5ns)

.NODESET V(2)=0.15V; guess for Q1 on (in saturation)

.OP

.opt nopage

.DC VCC 12V 12V 12V

.PRINT DC I(RC1) I(RC2) I(R1) I(R2)

.END

**** BJT MODEL PARAMETERS

   QN

   NPN

IS 1.000000E-09

BF 30

NF 1

BR 1

NR 1

TF 200.000000E-12

TR 5.000000E-09

VCC       I(RC1)    I(RC2)    I(R1)     I(R2)

1.200E+01 5.421E-03 6.742Е-04 1.050E-04 6.742E-04

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .4037   ( 2) .0736   ( 3) 12.0000 ( 4) 10.5170

( 5) -1.5012 ( 6) -12.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -6.095E-03

VBB  2.290E-04

TOTAL POWER DISSIPATION 7.59E-02 WATTS

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME     Q1        Q2

MODEL    QN        QN

IB       5.50E-04 -1.05E-09

IС       5.32E-03  1.02E-09

VBE      4.04E-01 -1.50E+00

VBC      3.30E-01 -1.20E+01

VCE      7.36E-02  1.05E+01

BETADC   9.66E+00 -9.78E-01

GM       2.19Е-01  0.00E+00

RPI      1.29E+02  3.00E+13

RX       0.00E+00  0.00E+00

RO       7.40E+01  1.00E+12

СВЕ      4.65E-11  2.00E-22

CBC      6.76E-11  5.00E-21

CJS      0.00E+00  0.00E+00

BETAAC   2.83E+01  0.00E+00

CBX/CBX2 0.00E+00  0.00E+00

FT/FT2   3.06E+08  0.00E+00

Рис. 10.24. Выходной файл для схемы на рис. 10.22 с другим начальным состоянием

Симметричный мультивибратор

Симметричный мультивибратор с коллекторными связями представляет собой автогенератор. Эта схема может быть трудна для анализа на PSpice, поскольку при некоторых наборах параметров процесс итераций может не сходиться. На рис. 10.25 представлена симметричная схема, содержащая два транзистора BJT с коэффициентом усиления hFE=80. Мы можем вычислить период колебания по формуле

Т = 0,6930(R1C1 + R2C2) = 1,386RC.

Рис. 10.25. Мультивибратор с коллекторными связями

Примем для параметров схемы соотношения R1=R2=R и С1=С2=С при использовании стандартных значений для резисторов и конденсаторов R=56 кОм и С=100 пФ. Для нашего примера это дает значения периода Т=7,762 мкс и частоты f=128,8 кГц. Входной файл:

Astable Multivibrator

VCC 5 0 5V

RC1 5 1 1k

RC2 5 2 1k

R1 5 3 56k

R2 5 4 56k

C1 1 4 100pF

C2 2 3 100pF

Q1 1 3 0 QN

Q2 2 4 0 QN

.MODEL QN NPN (IS = 1E-12 BF = 80 BR=1 TF = 0.2ns TR=5ns)

.NODESET V(1)=0 V(3)=0

.OP

.OPT nopage

.PRINT DC 1(RC1) I(RC2) I(R1) I(R2)

.TRAN 0.18us 18us

.PROBE

.END

Заслуживает обсуждения команда .TRAN. Поскольку период, как известно, составляет немногим более 7 мкс, анализ должен проводиться на интервале до 20 мкс, чтобы дать колебаниям установиться. Когда использовалось время 20 мкс, итерации не сходились и графики были неверными. Попытки использовать другой шаг также были неудачны. Однако существуют некоторые комбинации, при которых получаются удовлетворительные результаты. Например, интервал 18 мкс при шаге 0,18 мкс дает хорошие результаты. Временная диаграмма для напряжения на коллекторе показана на рис. 10.26, для напряжения на базе — на рис. 10.27. При использовании курсора вы можете убедиться, что Т=7,865 мкс и, соответственно, f=127 кГц. Эти значения близки к значениям, полученным нами при расчете. Напряжения смещения для малосигнального режима и начальные значения для напряжений в переходном процессе показаны в выходном файле (рис. 10.28).

Рис. 10.26. Напряжения на коллекторах транзисторов для схемы на рис. 10.25

Рис. 10.27. Напряжения на базах транзисторов для схемы на рис. 10.25

Astable Multivibrator

VCC 5 0 5V

RC1 5 1 1k

RC2 5 2 1k

R1 5 3 56k

R2 5 4 56k

C1 1 4 100pF

C2 2 3 100pF

Q1 1 3 0 QN

Q2 2 4 0 QN

.MODEL QN NPN(IS=1E-12 BF=80 BR=1 TF=0.2ns TR=5ns)

.NODESET V(1)=0 V(3)=0

.OP

.opt nopage

.PRINT DC I(RC1) I(RC2) I(R1) I(R2)

.TRAN 0.18us 18us

.PROBE

.END

**** BJT MODEL PARAMETERS

   QN

   NPN

IS 1.000000E-12

BF 80

NF 1

BR 1

NR 1

TF 200.000000E-12

TR 5.000000E-09

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .1452   ( 2) .1452   ( 3) .5770   ( 4) .5770

( 5) 5.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -9.868E-03

TOTAL POWER DISSIPATION 4.93E-02 WATTS

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME   Q1       Q2

MODEL  QN       QN

IB     7.90E-05 7.90E-05

IС     4.85E-03 4.85E-03

VBE    5.77E-01 5.77E-01

VBC    4.32E-01 4.32E-01

VCE    1.45E-01 1.45E-01

BETADC 6.15E+01 6.15Е+01

BETAAC 7.97E+01 7.97E+01

**** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .1452   ( 2) .1452   ( 3) .5770   ( 4) .5770

( 5) 5.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -9.868E-03

TOTAL POWER DISSIPATION 4.93E-02 WATTS

Рис. 10.28. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.25

Мультивибратор с эмиттерными связями на биполярных транзисторах

На рис. 10.29 показан мультивибратор с эмиттерными связями, использующий стандартные компоненты. Его подробный анализ приведен в книге Millman, Taub, Pulse, Digital, and Switching Waveforms. При анализе принимается, что Q1 насыщается, a Q2 — нет. Мы устанавливаем начальное напряжение на коллекторе Q1 равным 25 В. Вы можете попробовать несколько различных значений напряжения в команде .nodeset и сравнить результаты. Теоретический анализ дает для периода колебаний значение Т=145,6 мкс.

Рис. 10.29. Мультивибратор с эмиттерными связями

В качестве упражнения создайте собственный входной файл для этой схемы. Убедитесь, что результаты, полученные в Probe, дают Т=151,4 мкс. Графики напряжений на коллекторе показаны на рис. 10.30. Обратите внимание, что по оси X выбран временной интервал от 0,6 до 1,0 мс. Выходной файл показан на рис. 10.31

Рис. 10.30. Напряжения на коллекторах для схемы на рис. 10.29 

**** 07/27/99 15:53:59 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) ***********

Emitter-coupled multivibrator

VCC 4 0 30V

R1 4 2 10

R2 2 0 20

R3 2 3 1k

RC1 4 3 1k

RC2 4 8 200

RE1 1 0 3.3k

RE2 7 0 3.3k

C1 2 0 0.1uF

C2 1 7 0.1uF

Q1 3 2 1 QN

Q2 8 3 7 QN

.MODEL QN NPN(IS=1E-12 BF=30 BR=1 TF=0.2ns TR=5ns)

.NODESET V(3)=25V

.OP

.opt nopage

.PRINT DC I(RC1) I(RC2) I(RE1) I(RE2)

.TRAN 0.5us 1ms

.PROBE

.END

**** BJT MODEL PARAMETERS

   QN

   NPN

IS 1.000000E-12

BF 30

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 19.4310 ( 2) 20.0120 ( 3) 22.0520 ( 4) 30.0000

( 1) 21.4680 ( 8) 28.7410

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -1.013E+00

TOTAL POWER DISSIPATION 3.04E+01 WATTS

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME   Q1        Q2

MODEL  QN        QN

IB     1.90E-04  2.10E-04

IС     5.70E-03  6.30E-03

VBE    5.81E-01  5.84E-01

VBC   -2.04E+00 -6.69E+00

VCE    2.62E+00  7.27E+00

BETADC 3.00E+01  3.00E+01

BETAAC 3.00E+01  3.00E+01

**** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 19.4310 ( 2) 20.0120 ( 3) 22.0520 ( 4) 30.0000

( 7) 21.4680 ( 8) 28.7410

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -1.013E+00

TOTAL POWER DISSIPATION 3.04Е+01 WATTS

Рис. 10.31. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 10.29

Задачи

10.1. Снимите входные и выходные характеристики библиотечного pnp- транзистора 2N3251 (hFE=180). Используйте схемы для снятия характеристик npn-транзисторов, представленные на рис. 10.1 и 10.3. Разработайте входной файл, позволяющий получить графики в Probe. Создайте метки для идентификации кривых.

10.2. а) В схеме на рис. 10.32 hFE= 100. Найдите точку покоя, используя PSpice; затем сравните результаты с вашими вычислениями, приняв VBE=0,7 В. б) при анализе на PSpice примите, что hFE=50 и найдите точку покоя.