Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Библиотека элементов PSpice

Библиотека элементов PSpice содержит тысячи компонентов, которые могут использоваться в аналоговых или цифровых схемах. Для выбора этих элементов вы можете воспользоваться приложением Е. Обратите внимание, что четыре типа биполярных транзисторов доступны в версии PSpice. Для этого примера мы выберем биполярный транзистор Q2N2222 типа npn.

Чтобы получить доступ к содержимому этой библиотеки, вы должны знать путь. На компьютере автора он отражается как:

E:Program FilesOrCAD DemoCapturelibraryPSpiceevallib

Можно найти этот файл, используя Проводник Windows. При этом вы должны дважды нажать на соответствующий значок (который должен показать Adobe Acrobat Reader). При этом программа PSpice активизируется и отображает библиотеку. Если Вы предпочитаете находить файлы, применяя набор команд Start-Run-winfile, вы сможете увидеть следующий путь:

e:progra~1orcadd-lcapturelibrarypap:eeval.lib

(Ваш драйвер жесткого диска расположен, скорее всего, на диске с, а не на е.)

Чувствительность биполярных транзисторов из библиотеки PSpice

Когда при анализе чувствительности используется модель биполярного транзистора из библиотеки PSpice, чувствительность выходной переменной к изменениям в значениях параметров транзистора задана также в исходной информации. Как пример мы используем схему, показанную на рис. 3.43, где в качестве Q1 выбран транзистор типа Q2N2222 из библиотеки PSpice. Мы хотим получить чувствительность V(3,4), напряжения коллектор-эмиттер. Входной файл приведен на рис. 3.44.

Рис. 3.43. Встроенная модель для анализа чувствительности

Выходной файл, показанный на рис. 3.44, дает чувствительность по постоянному току для V(3,4) по отношению не только к внешним компонентам, но также и к параметрам транзистора. Для Q1 при анализе чувствительности приняты следующие обозначения: RB — сопротивление базы (внутреннее), RC — омическое сопротивление коллектора, RE — омическое сопротивление эмиттера и так далее. Особый интерес представляет чувствительность относительно прямого коэффициента усиления по постоянному току BF.

**** 09/16/05 07:08:47 ******** Evaluation PSpice (Nov 1999) **********

Sensitivity of BJT Biasing Circuit

VCC 2 0 12V

R1 2 1 40k

R2 1 0 3.3k

RC 2 3 7.7k

PE 4 0 220

Q1 3 1 4 Q2N2222

.SENS V(3,4)

.LIB EVAL.LIB

.END

Unable to find index file EVAL.ind for library file EVAL.LIB

Making new index file EVAL.ind for library file EVAL.LIB

Index has 344 entries from 1 file(s).

**** BJT MODEL PARAMETERS

Q2N2222

NPN

IS 14.340000E-15

BF 255.9

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) .8926   ( 2) 12.0000 ( 3) 3.4815  ( 4) .2450

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

VCC -1.384E-03

TOTAL POWER DISSIPATION 1.66E-02 WATTS

**** DC SENSITIVITY ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

DC SENSITIVITIES OF OUTPUT V(3,4)

ELEMENT ELEMENT    ELEMENT      NORMALIZED

NAME    VALUE      SENSITIVITY  SENSITIVITY

                   (VOLTS/UNIT) (VOLTS/PERCENT)

R1      4.000E+04  6.263E-04    2.505E-01

R2      3.300E+03 -7.395E-03   -2.440E-01

RC      7.700E+03 -1.086E-03   -8.363E-02

RE      2.200E+02  3.186E-02    7.009E-02

VCC     1.200E+01 -1.274E+00   -1.529E-01

Q1

RB      1.000E+01  2.127E-04    2.127E-05

RC      1.000E+00  2.020E-05    2.020E-07

RE      0.000E+00  0.000E+00    0.000E+00

BF      2.559E+02 -1.586E-03   -4.059E-03

ISE     1.434E-14  2.022E+13    2.899E-03

BR      6.092E+00  3.790E-11    2.309E-12

ISC     0.000E+00  0.000E+00    0.000E+00

IS      1.434E-14 -6.888E+13   -9.878E-03

NE      1.307E+00 -4.250E+00   -5.555E-02

NC      2.000E+00  0.000E+00    0.000E+00

IKF     2.847E-01 -1.831E-02   -5.213E-05

IKR     0.000E+00  0.000E+00    0.000E+00

VAF     7.403E+01  6.382E-04    4.725E-04

VAR     0.000E+00  0.000E+00    0.000E+00

Рис. 3.44. Выходной файл с результатами анализа схемы на рис. 3.43

Обратите внимание, что выходной файл содержит запись:

Unable to find index file EVAL.ind for library file EVAL.LIB Making new index file EVAL.ind for library file EVAL.LIB Index has 344 entries from 1 file(s).

Что в переводе означает:

«Невозможно найти индексный файл EVAL.IND для библиотечного файла EVAL.LIB Создайте новый индексный файл EVAL.IND для библиотечного файла EVAL.LIB Индекс имеет 344 входа из 1 файла (ов)».

Этот индексный файл будет автоматически создан, если вы сначала вызовете библиотеку Evaluation Library. Она будет содержать информацию, необходимую для выполнения анализа.

Обзор новых команд PSpice, применяемых в данной главе

Е [имя] <+узел> <-узел> <+управляющий узел> <-управляющий узел>

Например, запись

Е 6 5 2 1 13

указывает, что ИНУН включен между узлами 6 и 5. Он зависит от напряжения между узлами 2 и 1 и имеет коэффициент усиления по напряжению, равный 18. Эта команда (наряду с командами F и G) была приведена в главе 1; описание ее повторено здесь, так как ИНУН одновременно основной элемент при моделировании усилителей и некоторые из примеров и задач в этой главе требуют его использования.

Подобно другим зависимым источникам, он может быть представлен в форме POLY, когда зависимость задается полиномом. Обратите внимание, что коэффициентом усиления в данном случае является безразмерный коэффициент трансформации.

F [имя] <+узла> <-узел > <+управляющий узел> <-управляющий узел>

Например,

F А 3 VA 80

указывает, что ИТУТ включен между узлами 4 и 3. Стрелка, указывающая направление тока, направлена к узлу 3. Ток через зависимый источник в 80 раз больше, чем ток через VA. Источник напряжения VA может быть реальным источником или фиктивный источником с напряжением 0 В. Фиктивный источник часто необходим, чтобы замкнуть путь для тока управления.

Использования команды F требует, например, модель транзистора в h-параметрах. Коэффициент усиления hfe является безразмерным. Другие транзисторные модели, использующие коэффициент усиления β, также требуют команды F.

G [имя] <+узла> <-узел> <+управляющий узел> <-управляющий узел>

Например, запись

G 8 7 5 3 20mS

указывает, что ИТУН включен между узлами 8 и 7. Стрелка тока направлена к узлу 7. Ток через зависимый источник является функцией напряжения между узлами 5 и 3 с крутизной 20 мС. Это означает, например, что если v53=10 мВ, то i87=(10 мВ)·(20 мС)=200 мкА.

Команды, начинающиеся с точки, используемые в данной главе

.TF <выходная переменная> <входной источник>

Например, запись

.TF V(4) VS

даст коэффициент усиления малого сигнала V4/VS, если команда используется с моделью в h-параметрах, как в этой главе. Это возможно, когда мы используем напряжения переменного тока в схемах, где пассивные компоненты являются чисто резистивными. В PSpice анализ может проводиться для переменного или постоянного тока.

.LIB <имя файла>

Например, запись

.LIB EVAL.LIB

указывает, что модели, используемые во входном файле, будут разыскиваться в библиотеке EVAL.LIB. В примере, посвященном определению чувствительности схемы смещения для биполярного транзистора Q1, использовалась модель для Q2N2222. Эта модель была найдена в библиотеке EVAL.LIB, которая поставляется с рабочей версией PSpice.

.SENS <переменная вывода>

Например,

.SENS V(2)

указывает, что будет вычислена чувствительность по постоянному току s для выходного напряжения V(2) относительно различных элементов схемы.

Задачи 

3.1. Схема смещения для кремниевого транзистора с hFE=100 показана на рис. 3.45. При VBE=0,7 В найдите токи IВ и IC и напряжение смещения Vce. Ваши результаты должны показать IВ=21,5 мкА; IC=2,15 мА и Vce=3,55. Работает ли транзистор в активной области?

Рис. 3.45

3.2. Измените значение RB в задаче 3.1 до 50 кОм. Оставив все другие значения неизменными, используйте PSpice, чтобы найти IВ, IC, и Vce. Внимательно рассмотрите полученные результаты и объясните, почему значения неверны. Подсказка: Вспомните, что относительно большие значения тока базы могут смещать транзистор в область насыщения.