Проверка результатов аналитического расчета рабочего режима на примере каскада с ОЭ (п. 5)

Получение характеристик транзистора КТ315В и графический расчет рабочего режима (п. 7) и определение параметров малосигнальной схемы замещения транзистора (п. 8) на примере каскада с ОЭ.

Рассчитать рабочую точку графически можно по вольтамперным характеристикам транзистора. Но, к сожалению, найти характеристики транзисторов в современных справочниках (да и в Интернете тоже) невозможно. Поэтому получаем входные и выходные характеристики, используя программу DesignLab и модель транзистора, например, КТ315В. Параметры модели транзистора можно найти в Интернете на сайтах производителей.

Для получения входной характеристики I _б (U _бэ) для U _кэ=5В собираем схему, показанную на рис.1. При этом для установки управляющего тока в цепи базы транзистора и напряжения на коллекторе из библиотеки символьных компонентов выбираются постоянные источники IDC и VDC. Для вывода напряжения U _бэ устанавливаем на базе транзистора маркер . Так как в библиотеке компонентов в демо-версии транзистор отсутствует, выбираем транзистор n-p-n -типа Qbreak. После сохранения схемы под оригинальным именем, помечаем транзистор, щелкнув его один раз, и входим в интерфейсный диалог Edit - Model - Change Model Reference. .. и заменяем имя модели транзистора QbreakN на KT315V (все буквы латинские!!!). Это можно сделать, только если модель есть в библиотеке пользователя, и библиотека подключена к системе. В противном случае предварительно с помощью любого текстового редактора создается файл модели транзистора, который потом подключается к данной схеме.

Рис. 1. Схема для снятия входной и выходной характеристик транзистора КТ315В

Можно также просто установить (или заменить) параметры модели транзистора в окне, которое откроется по команде Edit - Model - Edit instance model (text). .. (рис. 2).

Рис. 2. Задание параметров транзистора КТ315В

Чтобы получить входную характеристику биполярного транзистора, U _бэ(I _б), задаем режим расчета напряжения U _бэпри изменении тока I _б при фиксированном значении напряжения U _кэ=5В. С этой целью отключаем режим расчета схемы по постоянному току Bias Point Detail и устанавливаем режим расчета статических характеристик DC Sweep … (рис. 3). После выхода из диалога DC Sweep … запускаем схему на расчет (клавиша F11, или пиктограмма ) и получаем входную характеристику U _бэ(I _б). Изменяем масштаб по оси Y, и характеристика приобретает вид, показанный на рис. 4.

Рис.3. Задание на построение входной характеристики транзистора КТ315В

По входной характеристике графоаналитическим способом определяем базовый ток транзистора в схеме усилительного каскада ОЭ. Для этого, оставаясь в диалоге с программой графического отображения результатов расчета Probe, делаем следующее.

- Наносим на график линию нагрузки , записав в окне Trace Expression (пиктограмма ) следующее выражение: , где , и – определяются параметрами элементов схемы (см. рис. 8). Полученное уравнение линии нагрузки отображено на рис.4.

Рис. 4. Входная характеристика транзистора

- С помощью электронного курсора и пиктограммы MarkLabel по координатам точки пересечения линии нагрузки и входной характеристики транзистора (т. А) определяем базовый ток I _б и напряжение база-эмиттер U _бэ.

- На линейном участке характеристики выбираем вторую точку (т. В), определяем с помощью маркера ее координаты и находим входное сопротивление транзистора в режиме малого сигнала: .

Для расчета семейства выходных характеристик биполярного транзистора I _к(U _кэ) необходимо задать режим расчета тока I _к при изменении напряжения U _кэпри фиксированных значениях тока базы I _б. Для этого:

- устанавливаем маркер тока на коллектор транзистора VT для задания вывода тока I _к;маркер вывода напряжения U _бэ удаляем;

Рис.5. Задание на построение семейства выходных характеристик транзистора

- устанавливаем режим расчета выходной характеристики DC Sweep …
(рис. 5).

- Запускаем схему на расчет (клавиша F11, или пиктограмма ) и получаем семейство выходных характеристик (рис. 6).

По выходной характеристике графоаналитическим способом определяем коллекторный ток транзистора в схеме усилительного каскада ОЭ. Для этого наносим на график линию нагрузки , записав в командной строке окна Trace Expression (пиктограмма ) следующее выражение: , где и определяются параметрами элементов схемы (см. рис. 8). Полученное уравнение линии нагрузки отображено на рис. 6. Построив (используя линейную интерполяцию) фрагмент дополнительной выходной характеристики, соответствующей рабочему току I _б = 260.5 мкА (см. рис 4), определяем координаты точки пересечения линии нагрузки и этой выходной характеристики (точка А).

С помощью электронного курсора и пиктограммы MarkLabel определяем координаты точек 1 и 2, для которых U _кэ1= U _кэ2= U _кэА, и рассчитываем коэффициент усиления транзистора в режиме малого сигнала: .

Рис.6. С емейство выходных характеристик транзистора

Для определения выходного сопротивления транзистора на выходных характеристиках с помощью курсоров определяем координаты точки 3. По полученным данным рассчитываем выходное сопротивление транзистора:

.

На входные и выходные характеристики с помощью графического редактора наносим и обозначаем оси и режимы (I _б) и распечатываем для отчета.

Проверка результатов аналитического расчета рабочего режима на примере каскада с ОЭ (п. 5).

Для определения рабочего режима усилителя на биполярном транзисторе с общим эмиттером собираем рабочую схему (рис. 7) и устанавливаем режим Bias Point Detail. После запуска программы расчета (клавиша F11, или пиктограмма ) и нажатия на пиктограммы и , экран приобретает вид, показанный на рис. 7.

Рис.7. Схема усилителя для расчета рабочего режима

Рис.8. Схема усилителя

Результаты расчета каскада по постоянному току можно также посмотреть в выходном файле программы Pspice, воспользовавшись, например, командой Analysis/Examine Output программы Schematics:

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME Q_Q1

MODEL kt315v

IB 2.62E-04 – ток базы (I _бА),

IC 1.98E-02 – ток коллектора (I _кА),

VBE 6.91E-01 – напряжение база-эмиттер (U _бэА),

VBC -4.36E+00 – напряжение база-коллектор (U _бкА),

VCE 5.05E+00 – напряжение коллектор-эмиттер (U _кэА),

RPI 1.04E+02 – входное сопротивление транзистора (h _11э),

RO 3.12E+03 – выходное сопротивление транзистора (1/ h _22э),

BETAAC 6.83E+01 – коэффициент передачи тока h _21э.

Для отчета надо распечатать схему каскада с результатами аналитического расчета по постоянному току (см. рис. 7). На схеме обязательно должно быть видно название транзистора. Затем надо выписать результаты расчета по постоянному току и, сделав таблицу, сравнить их с результатами ручного расчета (п. 5).