• Последовательные цепи на постоянном токе
  • Создание схем в программе Сapture
  • Анализ схемы
  • Исследование выходного файла
  • Печать результатов
  • Изображение Т-образной цепи
  • Запуск моделирования
  • Зависимые источники в схемах
  • Источник напряжения, управляемый напряжением
  • Источник тока, управляемый током
  • Цепи переменного тока
  • Проведение анализа с вариацией на переменном токе 
  • Нахождение более точных значений
  • Порядок следования узлов
  • Получение синусоидальных временных диаграмм при анализе на переменном токе
  • Временные диаграммы тока и напряжений
  • Последовательная RC-цепь
  • Полное сопротивление нагрузки, обеспечивающее максимальную передаваемую мощность
  • Обозначения токов и напряжений в Probe
  • Последовательный резонанс
  • Цепи переменного тока с несколькими источниками
  • Временные диаграммы для цепей переменного тока со многими источниками гармонического сигнала
  • Временные диаграммы гармонических токов
  • Трансформаторы
  • 14. Программа Capture

    В предыдущих версиях PSpice от MicroSim Corporation для схемотехнического анализа применялся метод, при котором схема вводилась с чертежной доски или с экрана компьютера. Это давало возможность проектировщику схемы обойтись без создания схемного файла PSpice — программа создавала его автоматически, используя информацию о компонентах и их связях, извлекаемую из рисунка. Программа для создания и анализа схем называлась Schematics.

    При разработке OrCAD PSpice исходный вариант программы PSpice не изменялся. Все схемные файлы, используемые в первых тринадцати главах этой книги, будут правильно работать в OrCAD PSpice без всякой доработки. Однако с введением программы OrCAD Capture предыдущая программа Schematics больше не может использоваться. К сожалению, между OrCAD Capture и Schematics имеются существенные различия.

    Новая программа Capture не получила пока одобрения в академических кругах, так как передать информацию из предыдущей программы в новую достаточно сложно. Но поскольку демонстрационная версия нового программного обеспечения доступна всем желающим, переход на OrCAD Capture без сомнения будет одобрен.

    Одним из основных преимуществ PSpice и Capture является большое разнообразие компонентов, доступных проектировщику. Имеется широкий выбор источников питания, пассивных и активных устройств и ряд специальных компонентов.

    Каждый из компонентов, доступных пользователю PSpice, помещен в соответствующую библиотеку. В демонстрационной версии Capture и PSpice имеются такие библиотеки, как analog, breakout, eval, source и special. При выборе компонента в одной из библиотек его условное изображение может быть помещено в рабочую область экрана, повернуто при необходимости относительно своей оси и подсоединено затем к другим частям схемы, пока вся схема не будет выведена на экран. После этого создание схемного файла для схемотехнического моделирования выполняется уже не пользователем, а самой программой Capture.

    Последовательные цепи на постоянном токе

    Простая схема постоянного тока, состоящая из источника напряжения и трёх резисторов, могла бы быть описана в уже знакомом нам листинге:

    Series Circuit with Source and Three Resistors

    V1 1 0 2 4V

    R1 1 2 50

    R2 2 3 100

    R3 3 0 80

    В PSpice это был бы листинг входного или схемного файла. Ему было бы присвоено имя типа rthree.cir, и было бы проведено моделирование для получения выходного файла. Можно было бы, конечно, снова получить схемный файл и с помощью программных средств создать схему, аналогичную показанной на рис. 1.1. (за исключением того, что здесь изменены параметры элементов). С другой стороны, программа Capture позволяет нам по схеме, построенной на экране, создать схемный файл и выполнить моделирование. Рассмотрим, как это делается.

    Создание схем в программе Сapture

    Вызовите программу OrCAD Capture, щелкнув мышью на значке, имеющемся на рабочем столе. Выберите из главного меню File, New Project, чтобы создать новый проект, обеспечивающий графическое изображение схемы на экране с последующим анализом ее на PSpice.

    После этого появится окно New Project (новый проект), показанное на рис. 14.1. Вы должны присвоить проекту имя, например rthree. Затем выберите Analog или Mixed-Signal Circuit Wizard и наберите c:\spice\, если каталог или папка Spice у вас расположены на этом диске[8].

    Рис. 14.1. Начало нового проекта в программе OrCAD Capture


    Нажмем OK, чтобы создать схему. Появится окно Analog Mixed-Mode Project Wizard, на нем отображены символы различных библиотек компонентов PSpice, которые могут быть включены в наш проект. Любая библиотека из левого окна станет доступной, если вы выделите ее и выберете Add>>. Для данного проекта необходимо использовать библиотеки source.olb и analog.olb. Добавьте их в группу пиктограмм, расположенных справа на экране, если они там уже не присутствуют, и нажмите Finish.

    Теперь на экране появятся два окна (рис. 14.2): меньшее с заголовком проекта Rthree наверху и большее с заголовком / - (SCHEMATIC: PAGE1). Щелкнув в случае необходимости в области последнего заголовка, на экране справа от большего окна вы увидите список символов в палитре инструментов. Если выбрано окно SCHEMATIC, то вы можете подвести курсор мыши к любому из этих символов, чтобы просмотреть назначение каждого из них.

    Рис. 14.2. Создание нового проекта в Capture


    Выберите Place, Part, а затем SOURCE из списка библиотек. При этом станут доступными источники питания различных типов. Просмотрите список и найдите VDC. После выбора этого компонента снова появляется список символов справа.

    Нажмите OK. Окно выбора исчезнет и на экране появится символ для источника постоянного напряжения вместе с курсором. С помощью мыши переместите источник в левую часть схемы, как показано на рис. 14.3, и зафиксируйте его щелчком левой клавиши мыши. Нажмите Esc, чтобы выйти из библиотеки источников постоянного тока (или нажмите правую клавишу и выберите End Mode).

    Рис. 14.3. Размещение элемента на рабочем поле


    Чтобы разместить на схеме три резистора, повторите процесс, начиная с Place, Part и выбирая теперь библиотеку ANALOG и R из числа доступных компонентов этой библиотеки. В поле предварительного просмотра снова появится символ выбранного компонента. Нажмите OK и поместите в схему резисторы. Сначала в верхнюю часть рабочей области поместим резистор R1 (рис. 14.3). Перед размещением R2 можно повернуть его условное изображение, нажав на правую клавишу мыши и выбрав Rotate. Так как на каждом шаге происходит поворот изображения против часовой стрелки, рекомендуется трижды повернуть R2 перед размещением. При этом левый конец R2 окажется вверху (при одиночном повороте он будет внизу). После размещения R2 выделите и поверните резистор еще раз, возвратив символ в исходное положение, чтобы при размещении следующего резистора R3 метка «R3» находилась выше символа, а номинал сопротивления оказался внизу.

    Символ заземления может быть извлечен из палитры инструментов, расположенной на правой стороне экрана (значок помечен надписью GND). После выбора этого символа появится окно Place Ground. Выберите поле 0/SOURCE (обратите внимание на ноль в поле предварительного просмотра!). Поместите символ заземления на схему ниже источника, затем нажмите Esc.

    Чтобы завершить изображение контура, выберите Place, Wire и обратите внимание на курсор мыши, который примет вид перекрестия. Каждый компонент в схеме имеет небольшое поле около каждого полюса, которое может быть подсоединено к схеме. Щелкните на верхнем полюсе И, затем переместите мышь к точке левого полюса R1, с которой необходимо осуществить соединение. Щелкните снова.

    Действуя аналогичным образом, соедините R1 с верхним концом R1 и нижний конец R1 с правым концом R3, левый конец этого резистора с нижним концом источника V1 и в завершение соедините последний узел с заземлением.

    Теперь схема нарисована, но компоненты имеют значения, присваиваемые им по умолчанию. Подведите курсор мыши к источнику напряжения на рисунке. Около исходных символов V1 и OV появится поле. После двойного щелчка на выбранном источнике откроется окно Property Editor. Это окно называют еще электронной таблицей компонента. В нижнем поле "Reference" появляется V1. Если вы хотите обозначить этот источник как-то иначе, введите другое имя. В поле Value появится метка VDC. Она означает, что этот компонент является источником постоянного напряжения и вы не можете его изменить. В поле, расположенном ниже, появляется значение «0V». Измените это значение на «24V», задав необходимое значение исходного напряжения. Не путайте это поле с полем Value. Теперь закройте это окно, и обратите внимание, что на рисунке появится значение 24V.

    Подведите мышь к резистору R1, отмечая, что около него появилось поле, затем, после двойного щелчка, вы увидите окно Property Editor. В нижнем поле Value впечатайте «50», установив необходимое сопротивление резистора R1 в Омах. Закройте это окно и обратите внимание, что на рисунке появляется 50. Тем же способом установите значения для R2=100 Ом и R3=80 Ом.

    Прежде чем продолжить, сохраните схему, выбирая File, Save. Появится окно OrCAD Capture с сообщением об изменении данных. Нажмите OK.

    Анализ схемы

    Чтобы выполнить анализ и получить выходной файл, выберем PSpice, New Simulation Profile из главного меню. В окне New Simulation наберите имя rthrees, затем нажмите на кнопку Create. Появляется окно Simulation Settings с меню в верхней части (рис. 14.4). Выберите позицию Analysis в поле Analysis type: выберите Bias Point. Никаких опций выходного файла для этого простого анализа не нужно, просто нажмите OK.

    Рис. 14.4. Окно установки опций моделирования


    В главном меню выберите PSpice, Run. Анализ должен дать в результате информацию о параметрах смещения. После того как моделирование закончено, появится окно с заголовком SCHEMATIC1-Rthrees-OrCAD PSpice A/D Demo. Из этого окна возможен переход в окно Probe, если оно было предварительно вызвано, но в нашем случае эта опция отсутствует и для исследования выходного файла следует выбрать View, Output File.

    Исследование выходного файла

    Рассматривая выходной файл, обратите внимание, что он намного объемнее файла, приведенного для подобного примера в главе 1.

    Проверьте ошибки в выходном файле, но не распечатывайте его непосредственно из OrCAD PSpice. Вместо этого закройте выходной файл, минимизируйте программу и откройте выходной файл в редакторах Word или WordPad. Вы можете найти этот файл по адресу

    с:\spice\rthrees-SCHEMATIC1-Rthrees.out

    Эта запись представляет соответствующий путь. В редакторе Word отредактируйте файл, как это показано на рис. 14.5.

    **** 09/20/39 20:08:43 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

    ** circuit file for profile: Rthrees

    **** CIRCUIT DESCRIPTION

    ** WARNING: DO NOT EDIT OR DELETE THIS FILE

    *Libraries:

    * Local Libraries :

    * From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:

    .lib nom.lib

    *Analysis directives: .PROBE

    *Netlist File:

    .INC "rthree-SCHEMATIC1.net"

    *Alias File:

    **** INCLUDING rthree-SCHEMATIC1.net ****

    * source RTHREE

    R_R3 0      N00032 80

    R_R2 N00025 N00032 100

    R_R1 N00018 N00025 50

    V_V1 N00018 0      24V

    **** RESUMING rthree-SCHEMATIC1-Rthrees.sim.cir ****

    .INC "rthree-SCHEMATIC.als"

    **** INCLUDING rthree-SCHEMATIC1.als ****

    .ALIASES

    R_R3 R3(1=0 2=NG0032 )

    R_R2 R2(1=N00025 2=N00032 )

    R_R1 R1(1=N00018 2=N00025 )

    V_V1 V1(+=N00018 -=0)

    .ENDALIASES

    **** RESUMING rthree-SCHEMATIC1-Rthrees.sim.cir ****

    .END

    **** SHALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

    NODE     VOLTAGE NODE     VOLTAGE  NODE    VOLTAGE NODE VOLTAGE

    (N00018) 24.0000 (N00025) 18.7830 (N00032) 8.3478

    VOLTAGE SOURCE CURRENTS

    NAME  CURRENT

    V_V1 -1.043E-01

    TOTAL POWER DISSIPATION 2.50Е+00 WATTS

    Рис. 14.5. Выходной файл для последовательной схемы с тремя резисторами

    Печать результатов

    После обработки результатов в соответствующем редакторе распечатайте файл для будущих исследований. Шрифт должен быть Courier New в формате Portrait. Программа OrCAD позволяет вам получить также и распечатку схемы. Мы возвратимся к этой теме после исследования выходного файла. Рассмотрим некоторые новые свойства выходного файла.

    В нем имеется команда, предупреждающая о редактировании или удалении файла. Вы не должны пытаться сохранить отредактированную версию в Word или WordPad; достаточно просто закрыть файл без сохранения изменений. Кроме того, вы увидите в разделе ссылок на библиотеки директиву

    .lib nom.lib,

    которая обращается к типовой стандартной библиотеке компонентов. Эта библиотека будет автоматически включена в анализ. Включена также директива вызова программы Probe, хотя она и не используется в данном анализе. Эта запись также включается автоматически. Имеется также директива, вводящая файл netlist. Она будет важна при внесении изменений в схему. Приведем краткое пояснение. Под заголовком «*Alias File:» вы видите такие входы, как

    R R3 0 N00032 80

    Эта запись относится к резистору R3, который включен между узлами 0 и N00032 и имеет сопротивление 80 Ом. Назначение нулевого, или опорного, узла было определено, когда вы поместили в схему компонент GND (земля). Номер другого узла (N00032) был назначен программой. Пользователю было бы удобнее, если бы узлы были отмечены цифрами 1, 2, 3…, но в программе предусмотрены иные номера.

    Затем приводится список псевдонимов, который показывает более детально каждый из компонентов. Например:

    R_R3 R3(1=0 2=N0032)

    В этой записи повторяются ссылки на узлы 0 и N00032, но, кроме того, сообщается, что конец 1 резистора R3 подключается к узлу 0, а конец 2 этого резистора — к узлу N00032. Подобная информации показана и для каждого из других компонентов схемы. Обратите внимание, что источник напряжения показан как 

    V_V1 V1 (+=1 -=0)

    Положительный полюс источника (+) подключен к узлу 1, а отрицательный полюс — к узлу 0. На рис. 14.6 прямым шрифтом показаны номера узлов (без первых символов N000…), а курсивом выделены номера соответствующих зажимов для компонентов.

    Рис. 14.6. Схема с разметкой узлов


    В конце выходного файла приведены параметры смещения для малого сигнала в знакомом нам формате. Очевидно, вывод напряжений и токов в этой схеме намного более подробный, чем непосредственно в PSpice, отличается и схемный файл. Иногда желательно получить рисунок схемы с помощью OrCAD Capture и продолжить решение на PSpice, но во многих случаях лучше просто использовать PSpice. 

    Система сложных меток типа N00032, применяемая программой OrCAD Capture для узлов, является несколько запутанной и совершенно излишней для пользователя. Чтобы рассмотреть это, возвратимся к схеме постоянного тока с тремя резисторами и добавим метки к каждому из узлов. В соответствии с файлом Rthree мы создадим три помеченных узла на рисунке следующим образом.

    В главном меню выберите Place, Net Alias. Появится окно Place Net Alias с полем для вставки меток узлов. Впечатайте «1»для первой метки узла (это схемный псевдоним) и нажмите OK. Около курсора появится маленькое прямоугольное поле. Поместите его слева от R1, щелкнув мышью на этой отметке. Повторите процесс, чтобы поместить метку 2 справа от R1. В заключение, поместите метку 3 справа от R3. Теперь схема должна быть такой, как на рис. 14.7.

    Рис. 14.7. Схема с псевдонимами узлов


    Выполните моделирование и сравните ваши результаты с представленными на рис. 14.8. Обратите внимание, что неуклюжая длинная маркировка узлов была заменена привычными обозначениями: 0, 1, 2 и 3. Псевдонимы теперь проще идентифицировать и легче разместить на схеме.

    **** 09/20/99 20:15:21 *********** Evaluation PSpice(Nov 1998) **************

    ** circuit file for profile: Rthrees

    **** CIRCUIT DESCRIPTION

    ** WARNING: DO NOT EDIT OR DELETE THIS FILE

    *Libraries:

    * Local Libraries :

    * From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini filer

    .lib nom.lib

    *Analysis directives:

    .PROBE

    *Netlist File:

    .INC "rthree-SCHEMATIС1.net"

    * Alias File:

    **** INCLUDING rthree-SCHEMATIC1.net ****

    * source RTHREE

    R_R3 0 3 80

    R_R2 2 3 100

    R_R1 1 2 50

    V_V1 1 0 24V

    **** RESUMING rthree-SCHEMATIC1-Rthrees.sim.cir ****

    .INC "rthree-SCHEMATIC1.als"

    **** INCLUDING rthree-SCHEMATIC1.als ****

    .ALIASES

    R_R3 R3(1=0 2=3 )

    R_R2 R2(1=2 2=3 )

    R_R1 R1(1=1 2=2 )

    V_V1 V1(+=1 -=0 )

    .ENDALIASES

    **** RESUMING rthree-SCHEMATIC1-Rthrees.sim.cir ****

    .END

    **** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

    NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

    ( 1) 24.0000 ( 2) 16.7830 ( 3) 8.3478

    VOLTAGE SOURCE CURRENTS

    NAME  CURRENT

    V_V1 -1.043E-01

    TOTAL POWER DISSIPATION 2.50E+00 WATTS

    Рис. 14.8. Выходной файл для схемы с тремя резисторами и псевдонимами


    Теперь мы готовы установить параметры для печати копии схемы в том виде, в каком она появляется на экране OrCAD. Выделим схему и выберем File, Print из главного меню. При этом на печать выводится рабочий чертеж с рамкой и блоком заголовка, как это показано на рис. 14.9. Схема занимает только малую часть полной страницы — так будет для большинства схем, используемых в примерах этой книги.


    Рис. 14.9. Рабочая область с рамкой и штампом


    В предыдущих выпусках PSpice можно было выбрать только печать рисунка, обведя его мышью и распечатав затем только выбранную область. В последней версии OrCAD Capture так сделать нельзя, можно только распечатать копию части экрана с помощью функции Screen Shot. Она позволяет выбрать прямоугольную область, которая включает только нужный рисунок, и затем распечатать ее. Этот метод использовался, чтобы получить многие рисунки из этой книги. Обратите внимание, что в Capture вы можете использовать функции View, Zoom, чтобы увеличить рисунок перед печатью.

    Изображение Т-образной цепи

    Создайте схему, показанную на рис. 14.10 в Capture. Эта схема может быть выведена на печать с помощью методов, описанных в предыдущем разделе. Единственные необходимые компоненты VDC, R и 0/SOURCE (для земли). Чтобы создать рисунок в OrCAD Capture, выберите File, New Project и введите имя проекта для Т-образной схемы. Как и в первом примере, мы выберем Analog или Mixed-Signal Circuit Wizard и адрес папки

    С:\spice\

    Рис. 14.10. Т-образная схема для Capture


    После того как компоненты размещены, а их значения (отличные от значений по умолчанию) заданы, желательно пронумеровать узлы так же, как мы сделали бы в схемном файле PSpice. Вспомним, что для этого следует выбрать Place, Net Alias из главного меню. Номера узлов 1, 2 и 3 расставлены по часовой стрелке и начинаются для удобства в общей точке между V1 и R1.

    Запуск моделирования

    Чтобы провести моделирование схемы, выберите PSpice, New Simulation Profile и используйте имя tees. Затем нажмите кнопку Create. Для Analysis type: выберите опцию Bias point и затем OK. Не выходя из OrCAD Capture, просмотрите выходной файл и проверьте ошибки. Если вы удовлетворены результатами, закройте выходной файл и используйте Word или WordPad для его редактирования и получения распечатки. Она должна быть похожа на приведенную на рис. 14.11. 

    **** 09/23/99 12:25:50 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

    ** circuit file for profile: Tees

    **** CIRCUIT DESCRIPTION

    *Libraries:

    * Local Libraries :

    * From (PSPICE NETLIST) section of pspiceev.ini file:

    .lib nom.lib

    *Analysis directives:

    .PROBE

    *Netlist File:

    .INC "tee-SCHEMATIC1.net"

    *Alias File:

    **** INCLUDING tee-SCHEMATIC1.net *****

    * source TEE

    R_R4 3 0 150

    R_R3 2 0 200

    R_R2 2 3 50

    R_R1 1 2 100

    V_V1 1 0 50V

    **** RESUMING tee-SCHEMATIC1-Tees.sim.cir ****

    .INC "tee-SCHEMATIC1.als"

    **** INCLUDING tee-SCHEMATIC1.als ****

    .ALIASES

    R_R4 R4(1=3 2=0 )

    R_R3 R3(1=2 2=0 )

    R_R2 R2(1=2 2=3 )

    R_R1 R1(1=1 2=2 )

    V_V1 V1(+=1 -=0 )

    _    _(1=1)

    _    _(2=2)

    _    _(3=3)

    .ENDALIASES

    **** RESUMING tee-SCHEMATIC1-Tees.sim.cir ****

    .END

    ** circuit file for profile: Tees

    **** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

    NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

    ( 1) 50.0000 ( 2) 25.0000 ( 3) 18.7500

    VOLTAGE SOURCE CURRENTS

    NAME  CURRENT

    V_V1 -2.500E-01

    TOTAL POWER DISSIPATION 1.25E+01 WATTS

    Рис. 14.11. Выходной файл для Т-образной схемы

    Зависимые источники в схемах

    Схемы с зависимыми источниками в OrCAD Capture сложнее, чем просто в PSpice. Если в PSpice зависимые источники изображаются двухполюсниками, а управляющие величины отражаются просто в записях команды ввода, то в OrCAD Capture они изображаются четырехполюсниками, поскольку в схеме должны быть отображены и полюса управления.

    Источник напряжения, управляемый напряжением

    Источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН — VDVS) был представлен в главе 1 (рис. 1.21). Вспомним, что для источников этого типа используется символ Е. В этом примере строка, описывающая Е, выглядит как

    Е 3 0 2 0 2

    Первые два числа (3 0) указывают, что зависимый источник включен между узлами 3 (+) и 0 (-). Следующая пара чисел (2 0) относится к двум узлам, на которых формируется управляющее напряжение. Таким образом, значение Е является функцией напряжения Va между узлами 2 и 0. Последнее число в строке, описывающей Е (также равное 2), представляет собой масштабный множитель, увеличивающий значение V2,0 до двух Е. Преобразуем эту информацию PSpice в данные для OrCAD. К сожалению, обычный символ для зависимого источника не применяется для этой цели в OrCAD. Символом будет квадратное поле с двумя полюсами слева и двумя полюсами справа.

    Выберем в OrCAD команды File, New Project, чтобы нарисовать схему. Введите имя Vcontrol, убедитесь, что выбран маркер Analog и что адрес папки c:\spice\. Начните создание схемы, показанной на рис. 14.12, с выведения на рабочее поле резисторов R1=250 Ом и R2=1 кОм. Затем поместите Е, потом R3=40 Ом и RL=100 Ом. (Эти значения такие же, как на рис. 1.21). Круг в прямоугольном поле представляет два полюса Е как в PSpice, а выводы с символами «плюс» и «минус» в поле слева должны быть подключены к узлам управляющего напряжения, которое в данном случае снимается с резистора R2. Подключите остальную часть схемы, затем дважды щелкните на поле Е. Наберите коэффициент усиления «2» и введите на дисплее имя и значение. После того как вы введете значения для всех компонентов, ваша схема должна такой, как на рис. 1.21. Сохраните рисунок перед продолжением анализа.

    Рис. 14.12. Источник напряжения, управляемый напряжением


    В главном меню выберите PSpice, New Simulation Profile, используйте имя Vcontrol1. На вкладке Analysis окна Simulation Settings установите тип анализа Bias Point и опциях Output File Option: выберите «Include detailed bias point information for nonlinear controlled sources and semiconductors (.OP)». Эта опция вводит директиву .OP в анализ (рис. 14.13). Теперь выполните моделирование, выбрав PSpice, Run из главного меню.

    Рис. 14.13. Установки моделирования для Vcontrl1


    Проверьте выходной файл на наличие ошибок, затем закройте его и используйте текстовый редактор для распечатки результатов. Выходной файл показан на рис. 14.14. Сравните с ним ваши результаты. Напряжения узлов легко проверить с помощью ручного расчета. Отметим, что без включения команды .ОР информация, выведенная под заголовком VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCE (источники напряжения, управляемые напряжением), не была бы отображена.

    **** 09/23/99 21:16:56 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

    ** circuit file for profile: Vcontrl1

    *Libraries:

    * Local Libraries :

    * From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:

    .lib nom.lib

    *Analysis directives:

    .OP

    .PROBE

    *Netlist File:

    .INC "vcontrol-SCHEMATIC1.net"

    *Alias File:

    **** INCLUDING vcontrol-SCHEMATIC1.net ****

    * source VCONTROL

    E_E1 3 0 2 0 2

    R_R4 4 0 100

    R_R3 3 4 40

    R_R2 2 0 1k

    R_R1 1 2 250

    V_V1 1 0 10V

    **** RESUMING vcontrol-SCHEMATIC1-Vcontrl1.sim.cir ****

    .INC "vcontrol-SCHEMATIC1.als"

    **** INCLUDING vcontrol-SCHEMATIC1.als ****

    .ALIASES

    E_E1 E1(3=3 4=0 1=2 2=0 )

    R_R4 R4(1=4 2=0 )

    R_R3 R3(1=3 2=4 )

    R_R2 R2(1=2 2=0 )

    R_R1 R1(1=1 2=2 )

    V_V1 V1(+=1 -=0 )

    _    _(1=1)

    _    _(2=2)

    _    _(3=3)

    _    _(4=4)

    .ENDALIASES

    **** RESUMING vcontrol-SCHEMATIC1-Vcontrl1.sim.cir ****

    .END

    file for profile: Vcontrl1

    **** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

    NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

    ( 1) 10.0000 ( 2) 8.0000  ( 3) 16.0000 ( 4) 11.4290

    VOLTAGE SOURCE CURRENTS

    NAME CURRENT

    V_V1 -8.000E-03

    TOTAL POWER DISSIPATION 8.00E-02 WATTS

    **** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

    NAME     E_E1

    V-SOURCE 1.600E+01

    I-SOURCE -1.143Е-01

    Рис. 14.14. Выходной файл с результатами анализа источника ИНУН


    Сравним директиву из netlist

    Е_Е1 3 0 2 0 2

    с директивой, описываемой псевдонимами (ALIASES):

    E_E1 E1(3=3 4=0 1=2 2=0)

    Последняя команда задает номера четырех полюсов (первые номера каждой пары, то есть 3, 4, 1 и 2). Очевидно, что полюсы 3 и 4 находятся справа, а полюсы 1 и 2 слева на условном обозначении Capture для Е. Так как мы нумеровали узлы Е слева как 2, 0 и справа как 3, 0 (используя команды Place, Alias), команда псевдонимов задает соответствие. Если вы разберетесь в этой системе соответствий, то расположение и маркировка различных выводов не вызовут у вас никаких сомнений.

    Почему необходимо использовать четырехполюсник, чтобы представить зависимый источник? Стандартное условное обозначение (ромб), имеющее только два полюса, не годится для Capture, поскольку в этой программе все связи должны быть отображены графически. Поэтому условное обозначение для Capture должно, кроме выходных полюсов зависимого источника Е, содержать входные полюса, используемые для управления.

    Источник тока, управляемый током

    Схема смещения для транзисторов (рис. 3.2) представляет собой пример практического использования источника тока управляемого током (ИТУТ — CCCS). 

    Используйте команды File, New Project, выберите имя Icontrol и задайте в проекте аналоговое моделирование. Разместим компоненты на схеме в следующем порядке: R1=40 кОм, R2=5 кОм, RC=1 кОм, RE=100 Ом, F (коэффициент усиления будет установлен позже), VA=0,7 В (параметр, представляющий собой значение VBE в активной области) и VCC=12 В. Параметры взяты из первого примера главы 3. Узлы пронумерованы с помощью команд Place, Netlist, как показано на рис. 14.15. Эта схема содержит, кроме опорного узла GND, еще пять узлов, в то время как на схеме на рис. 3.2 имеется только четыре узла. Для моделирования используйте PSpice, New Simulation Profile с именем Icontrol, запросив опцию .OP так же, как и в предыдущем примере.

    Рис. 14.15. Схема для получения рабочей точки источника тока, управляемого током


    Сравните схему на рис. 3.2, которая используется для создания входного файла PSpice, со схемой на рис. 14.15, используемой в Capture. Поскольку выходной ток F зависит от тока в какой-либо ветви схемы, входные полюсы F должны быть включены в контур, через который проходит управляющий ток. В нашем случае ток через VA проходит и через полюсы 1 и 2 четырехполюсника ИТУТ. Выходные полюсы включены в цепь коллекторного тока.

    Задайте параметры компонентов, затем дважды щелкните на поле F1. Задайте коэффициент усиления равным 80 и убедитесь, что на дисплее рядом с обозначением ИТУТ появилась надпись GAIN=80. После нумерации узлов согласно рисунку (с помощью Place, Netlist) сохраните окончательную версию рисунка, затем для моделирования выберите PSpice, New Simulation Profile. Выберите имя Icontrl1 и включите опцию .OP. 

    Проведите моделирование и сравните ваши результаты с показанными на рис. 14.16. В выходном файле напряжения узлов такие же, как и в главе 3. Номера узлов не такие, как в примере главы 3, поскольку в Capture необходимо обозначить еще один узел. Решение для цепи смещения, использующее .ОР, выводит все токи источника. Ток VF_F1 представляет собой ток базы, равный 50,47 мкА, как и ток V_VA. Ток источника F равен коллекторному току, который проходит через резистор RC, и составляет 4,039 мА.

    **** 09/24/99 15:01:11 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) *********

    ** circuit file for profile: Icontrl1

    *Libraries:

    * Local Libraries :

    * From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:

    .lib nom.lib

    *Analysis directives:

    .OP

    .PROBE

    *Netlist File:

    .INC "icontrol-SCHEMATIC1.net"

    *Alias File:

    **** INCLUDING icontrol-SCHEMATIC1.net ****

    * source ICONTROL

    F_F1  3 5 VF_F1 80

    VF_F1 2 5 0V

    V_VCC 4 0 12V

    V_VA  1 2 0.7V

    R_RE  5 0 100

    R_RC  4 3 1k

    R_R2  1 0 5k

    R_R1  4 1 40k

    **** RESUMING icontrol-SCHEMATIC1-Icontrl1.sim.cir ****

    .INC "icontrol-SCHEMATIС1.als"

    **** INCLUDING icontrol-SCHEMATIC1.als ****

    .ALIASES

    F_F1  F1(3=3 4=5 )

    VF_F1 F1(1=2 2=5 )

    V_VCC VCC(+=4 -=0 )

    V_VA  VA(+=1 -=2 )

    R_RE  RE(1=5 2=0 )

    R_RC  RC(1=4 2=3 )

    R_R2  R2(1=1 2=0 )

    R_R1  R1(1=4 2=1 )

    _     _(1=1)

    _     _(2=2)

    _     _(3=3)

    _     _(4=4)

    _     _(5=5)

    .ENDALIASES

    **** RESUMING icontrol-SCHEMATIC1-Icontrl1.sim.cir ****

    .END

    ** circuit file for profile: Icontrl1

    **** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

    NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

    ( 1) 1.1089  ( 2) .4069   ( 3) 7.9610  ( 4) 12.0000

    ( 5) .4089

    VOLTAGE SOURCE CURRENTS

    NAME   CURRENT

    VF_F1  5.049E-05

    V_VCC -4.311E-03

    V_VA   5.049E-05

    TOTAL POWER DISSIPATION 5.17E-02 WATTS

    **** CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES

    NAME     F_F1

    I-SOURCE 4.039E-03

    Рис. 14.16. Выходной файл с результатами анализа ИТУТ

    Цепи переменного тока

    Чтобы анализировать цепи переменного тока, которые мы рассматривали в главе 2 (синусоидальный ток в установившемся режиме), нам необходим источник питания VAC из библиотеки источников и компоненты R, L и С из библиотеки аналоговых компонентов. Вернемся к схеме на рис. 2.1, на которой показан источник переменного напряжения с подключенной к нему цепочкой из последовательно соединенных резистора и катушки индуктивности. Создайте новый проект в Capture с именем ас1. Разместите компоненты на рабочем поле, задайте их параметры, дважды щелкнув мышью на каждом из них. Для нумерации узлов используйте команды Place, Netlist. Окончательный вид схемы представлен на рис. 14.17.

    Рис. 14.17. Схема на переменном токе

    Проведение анализа с вариацией на переменном токе 

    Начните моделирование, выбрав PSpice, New Simulation Profile. Введите имя ac1s. Выберите тип анализа AC Sweep/Noise при линейной вариации частоты от 60 до 60 Гц (рис. 14.18). Затем нажмите OK. Вспомним, что в главе 2 значения переменного тока определялись следующими командами:

    .AC LIN 1 60 60Hz 60Hz

    .PRINT AC I(R) IR(R) II(R) IP(R)

    Рис. 14.18. Моделирование с линейной вариацией по переменному току


    Линейная вариация при одной частоте в 60 Гц представляет собой вырожденный случай, но она требуется, чтобы просто получить значения переменных составляющих токов и напряжений. В Capture результаты для переменных составляющих получаются аналогичным способом, но с помощью приведенных выше директив.

    Выберем теперь PSpice, Run чтобы начать моделирование. После выполнения анализа на экране появляется график. Подобный вид экрана мы уже получали, когда пользовались командой .PROBE в схемном файле PSpice. Программа Capture вставляет эту команду в схемный файл всякий раз, когда мы используем вариацию по переменному току. Чтобы получить различные выходные переменные, выберите Trace, Add Trace… из главного меню. Появится окно Add Trace (рис. 14.19). Обратите внимание, что имеется выбор из большого числа переменных. Такие величины, как I(R1), V(1) и V(2), нам знакомы, но другие требуют некоторых пояснений. Выходной файл для этого моделирования будет полезен, чтобы идентифицировать все узлы и полюса (рис. 14.20). Переменная V(L1:1) — это напряжение на полюсе 1 катушки L1, который идентифицирован как узел 2 (на рис. 14.20) в команде псевдонимов

    L_L1 L1(1=2 2=0)

    Рис. 14.19. Добавление новых кривых к графикам в Capture


    09/24/99 20:05:26 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

    ** circuit file for profile: ads

    *Libraries:

    * Local Libraries :

    * From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:

    .lib nom.lib

    *Analysis directives:

    .AC LIN 1 60Hz 60Hz

    .PROBE

    *Netlist File:

    .INC "acl-SCHEMATIC1.net"

    *Alias File:

    **** INCLUDING acl-SCHEMATIC1.net ****

    * source AC1

    L_L1 2 0 5.3mH

    R_R1 1 2 1.5

    V_V1 1 0 DC 0V AC 1V

    **** RESUMING acl-schematic1-acls.sim.cir ****

    .INC "acl-SCHEMATIС1.als"

    **** INCLUDING acl-SCHEMATIC1.als **** .ALIASES

    L_L1 L1(1=2 2=0 )

    R_R1 R1(1=1 2=2 )

    V_V1 V1(+=1 -=0 )

    _    _(1=1)

    _    _(2=2)

    .ENDALIASES

    **** RESUMING acl-schematic1-acls.sim.cir ****

    .END

    ** circuit file for profile: acls

    **** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

    NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

    ( 1) 0.0000 ( 2) 0.0000

    VOLTAGE SOURCE CURRENTS

    NAME CURRENT

    V_V1 0.000E+00

    TOTAL POWER DISSIPATION 0.00E+00 WATTS

    Рис. 14.20. Выходной файл для идентификации всех узлов и полюсов


    Номера в круглых скобках сообщают нам, что полюс 1 подключен к узлу 2, а полюс 2 - к узлу 0. Не забудьте, что направление полюсов зависит от того, сколько раз вращался компонент при создании рисунка.

    Переменная V(R1:2) — это напряжение на полюсе 2 резистора R1, который идентифицирован как узел 2 в директиве псевдонима

    R_R1 R1(1=1 2=2)

    В последнем примере этой записи напряжение V(V1:+) — напряжение «+» на полюсе V1, который идентифицирован как узел 1 в директиве псевдонима

    V1 (+=1 -=0)

    Рассмотрим теперь некоторые из доступных переменных. В окне Add Trace выберем V(1) и V(2) и отобразим эти кривые. Они появляются в виде маленьких перевернутых «Т» на графиках, из которых видно, что V(1)=1,0 В и V(2)=0,8 В. Удалите эти графики и получите графики I(R1), IR(R1) и II(R1). Они имеют следующие значения: I(R1)=400 мА, IR(R1)=240 мА и II(R1)=-320 мА. Точные значения можно было бы найти, выбрав Trace, Cursor, Display, но мы получим сообщение: «нет никаких графиков для исследования». 

    В этом случае выходной файл нужен в основном для идентификации узлов и полюсов схемы, так как напряжения смещения не имеют никакого значения при анализе переменных составляющих, а вставить директиву .PRINT АС, как в Pspice, нельзя.

    Нахождение более точных значений

    Чтобы получить более точные значения, используем дисплей курсора следующим образом. Закройте окно Probe и возвратитесь к позиции PSpice из главного меню. Выберите Edit Simulation Settings и выполните моделирование от 50 до 70 Гц для трех частот. Когда моделирование будет выполнено и в Probe, после получения графиков I(R1), IR(R1) и II(R1) может быть активизирован курсор, чтобы получить точные значения при f=60 Гц. Графики для этого случая приведены на рис. 14.21.

    Рис. 14.21. Вариация частоты вблизи 60 Гц 

    Порядок следования узлов

    В качестве дополнительного упражнения удалите графики с экрана Probe и получите график V(L1:1)=0,8 В, VR(L1:1)=0,64 В и VI(L1:1)=0,48 В при f=60 Гц. Теперь удалите эти графики и получите график VP(L1:1)=36,9. На рисунке, созданном в Capture, катушка индуктивности была три раза повернута из начальной горизонтальной позиции. Вспомните, что при каждом вращении происходит поворот на 90 против часовой стрелки. Так как полюс 1 был первоначально слева, то после трех поворотов полюс 1 находится сверху. Таким образом, полюс L1:1 соответствует узлу 2 в схеме. Когда мы имеем дело с узлами в любой электрической схеме, необходимо учитывать порядок их следования.

    Таким образом, напряжение на катушке индуктивности может быть установлено как 0,8 В, но директива не завершена, если направление не показано также на сопровождающей схеме цепи и/или записью с двойным нижним индексом. В нашим примере запись V(L)1,2=0,8 В правильно указала бы, что полюс 1 катушки индуктивности смещен на 0,8 В относительно полюса 2. При использовании для ссылки узлов вместо полюсов напряжение на катушке индуктивности было бы обозначено как V(L)2,0=0,8 В.

    Получение синусоидальных временных диаграмм при анализе на переменном токе

    При изучении схем переменного тока обычно используется векторное представление, при котором напряжение источника можно было бы записать как VS=1∠0° В. Это означает, что источник синусоидальный с действующим значением 1 В и начальным фазовым углом в 0°. Это напряжение имеет вид синусоиды с максимальным значением 1√2=1.414 В. Прежде чем мы начнем рассматривать синусоидальные временные диаграммы напряжение и токов в Probe, отметим, что удобнее заменить действующее значение максимальным. Таким образом, наша запись VS=1∠0° В будет означать напряжение с максимальным значением 1 В, поскольку с такой формой удобнее работать. Только не забудьте, что значение, которое вы считаете максимальным, — на самом деле действующее. Если вы считаете это неудобным, то можете при анализе преобразовывать действующие значения в максимальные, воспользовавшись калькулятором. Если иное не оговаривается, то наши значения будут заданы как действующие, а использоваться, как максимальные.

    В Capture начните новый проект с именем ac1sine для источника переменного напряжения, включенного последовательно с резистором и катушкой индуктивности, как и в предыдущем примере. На сей раз вместо VAC источник будет показан как VSIN. Компоненты имеют одинаковое графическое обозначение, но различные надписи. Завершите рисунок, выведя на рабочее поле VSIN, R, L и GND). Задайте значения R1=1,5 Ом и L1=5,3 мГн. Трижды поверните L1 так, чтобы первый полюс оказался вверху. Это даст соответствующие углы для напряжения и тока катушки индуктивности, как объяснено в предыдущем примере. Дважды щелкните на компоненте V1 и в окне Property Editor установите VAMPL=«1 V», FREQ=«60Hz» и VOFF=«0». Вспомним из предыдущего параграфа, что амплитуда напряжения в 1 В — фактически максимальное значение, но для простоты мы будет считать его действующим. Это означает, что значения всех напряжений и токов также будут считаться действующими.

    Задав значения и номера узлов для остальных компонентов, сохраните схему и выберите PSpice, New Simulation Profile, задав имя ac1sines. Для Analysis type выберите «Time Domain (Transient)» со временем выполнения 30 мс и максимальным размером шага 0,0167 мс, как показано на рис. 14.22. Выполните моделирование и в Probe получите графики V(V1:+) и V(L1:1), чтобы установить их амплитуды и фазовые углы. Они должны получиться такими, как на рис. 14.23. Как явствует из рисунка, временные диаграммы напряжений начинаются в одной точке, но поскольку напряжение V(L1:1) изменяется в переходном процессе (и не задано начальное значение IС), рассмотрим процесс вблизи третьего пересечения оси напряжением катушки индуктивности (при t=23,28 мс).

    Рис. 14.22. Установки для моделирования во временной области 


    Рис. 14.23. Фазовые соотношения в RL-цепи


    Напряжение источника питания пересекает ось вблизи t=25 мс, опережая напряжение на катушке индуктивности приблизительно на 36,9°.

    Отметим, что в отличие от второго максимума в 0,8 В, первый максимум напряжения на катушке индуктивности не дает верного значения (получающегося при установившемся режиме).

    Временные диаграммы тока и напряжений

    Мы можем получить временные диаграммы тока и напряжений, выбрав Plot, Add Y Axis. При этом создается вторая вертикальная ось, в то время как для первой сохраняется прежняя разметка. Если мы теперь получим график I(R1), то крайняя левая вертикальная ось сохранит диапазон ±1 В, в то время как правая ось (с меткой 2) будет размечена в диапазоне ±500 мА (рис. 14.24). Эта методика особенно полезна, когда числовые значения напряжений и токов значительно отличаются. Синусоидальная временная диаграмма тока в третий раз пересекает ось X вблизи t=27,449 мс. Это соответствует запаздыванию тока на 52,9° относительно приложенного напряжения, что близко к истинному значению (53,1°).

    Рис. 14.24. Временные диаграммы тока и напряжений при анализе на переменном токе

    Последовательная RC-цепь

    Во втором примере главы 2 рассматривалась схема, содержащая источник переменного тока, включенный последовательно с резистором и конденсатором. Анализ выполнялся при частоте f=318 Гц. Используйте Capture, чтобы создать новый проект ac2. При создании схемы трижды поверните конденсатор (так, чтобы первый полюс оказался наверху). Используйте компоненты VAC, R, С и 0/SOURCE для земли.

    Законченная схема должна выглядеть, как показано на рис. 14.25. Значения параметров: V1=1 В, R1=5 Ом и С1=100 мкФ. После создания схемы пронумеруйте узлы, чтобы удобно было на них ссылаться. Как в первом примере этой главы, мы используем PSpice, New Simulation Profile, выбрав имя ac2s. Проведем анализ типа AC Sweep/Noise с начальной и конечной частотами f=318 Гц. Посмотрите, как это выполнено в предыдущем разделе.

    Рис. 14.25. Последовательная RC-цепь


    Выполните моделировании и в Probe получите графики V(C1:1), r(V(C1:1)) и img(V(C1:1)). Они появятся как точки на графике со значениями 0,7 В, 0,5 В и -0,5 В соответственно (рис. 14.26). Если вы попытаетесь распечатать этот график, вы столкнетесь с ошибкой в программе PSpice (которой не было в предыдущих ее версиях), и значения не будут появляться в соответствующем месте частотного диапазона. Как упомянуто ранее, курсор не может использоваться в случае графика для одной частоты (чего также не было в предыдущих версиях). На рис. 14.26 показаны эти значения в том виде, в каком они появляются на экране Capture. Удалите графики напряжений и выведите временную диаграмму тока.

    Рис. 14.26. Экран Capture, показывающий действительную и мнимую составляющие напряжения


    Убедитесь, что I(R1)=0,14 A, r(I(R1))=0,1 А и img(I(R1))=0,1 А. Удалите эти графики и убедитесь, что угол сдвига тока схемы IP(R1) относительно приложенного напряжения V1, составляет 45°.

    Полезно также рассмотреть перечень элементов (netlist) схемы. Панель в левой части экрана показывает различные файлы, связанные с этим проектом. Открыв файл ac2-schematic1, вы увидите список из трех компонентов (V, R и С) вместе с их узлами и значениями параметров (рис. 14.27).

    Рис. 14.27. Схема и перечень компонентов, полученных в Capture


    Два примера в начале этой главы познакомили нас с методами создания схемы в Capture и с автоматическим созданием программой схемного файла, с помощью которого выполняется моделирование. Очевидно, что процесс гораздо более утомителен и требует большего времени, чем просто использование команд PSpice в схемном файле для тех же целей. Это справедливо для всех задач и в этом целесообразность изучения программы PSpice до овладения созданием схем в Capture.

    Полное сопротивление нагрузки, обеспечивающее максимальную передаваемую мощность

    На рис. 2.9 главы 2 показан последовательный контур, предназначенный для определения полного сопротивления нагрузки, при котором в ней обеспечивается максимальная мощность. Используем Capture, чтобы создать новый проект maxpo для схемы, показанной на рис. 14.28. Параметры элементов: V1=12 В (используем источник VAC), R1=600 Ом, R2=600 Ом, L1=23,873 мГн и С1=1,06 мкФ. Трижды поверните R2 и C1 так, чтобы ваш рисунок был похож на приведенный в этом примере. Пронумеруйте узлы, двигаясь по часовой стрелке от V1, используя Place, Netlist. Для моделирования на PSpice выберите имя Maxsweep и в качестве типа анализа выберите AC Sweep/Noise. Вариация должна быть проведена для частотного диапазона от f=500 Гц до f=1500 Гц с использованием 1001 точки.

    Рис. 14.28. Схема для определения максимальной мощности


    Выполните моделирование и получите в Probe график I(R1) при линейной вариации частоты. Сравните ваши результаты с представленными на рис. 14.29. Обратите внимание, что при резонансной частоте f=1 кГц ток имеет максимальное значение 10 мА. Удалите этот график и получите график p(V(3)) для фазового угла напряжения на нагрузке (то есть на последовательном соединении R2 и C1). Убедитесь, что этот угол на резонансной частоте равен -14,04°, как показано на рис. 14.30.

    Рис. 14.29. К определению максимальной мощности


    Рис. 14.30. Фазовый угол напряжения на нагрузке


    В качестве дополнительного упражнения удалите этот график и получите графики V(R1:1), V(L1:1), V(LI:2) и V(C1:1). Используйте курсор, чтобы найти значение каждого из этих напряжений при f=1 кГц. Сравните ваши результаты с показанными на рис. 14.31. Можете ли вы показать каждое из этих напряжений на схеме?

    Рис. 14.31. Амплитуды напряжений при максимальной мощности 

    Обозначения токов и напряжений в Probe

    Перед тем как выйти из Probe, поэкспериментируйте с другими временными диаграммами напряжения и тока. Обозначив через x некоторый компонент, найдите напряжения на различных компонентах, используя V(x:1) для напряжения в точке х:1 относительно земли, r(v(x:1)) — для действительной и img(V(x:1)) — для мнимой части этого напряжения. Используйте I(х), чтобы найти график тока, текущего от первого узла ко второму в компоненте x, r(I(x)) — для действительной и img(I(x)) — для мнимой части этого тока.

    Последовательный резонанс

    В предыдущем примере значения L и C были выбраны такими, чтобы обеспечить резонанс на частоте f=1 кГц. Во многих схемах резонансная частота неизвестна, и ее необходимо определить при анализе схемы. Создайте в Capture схему, подобную приведенной на рис. 2.10. Схема для проведения этого анализа показана на рис. 14.32. Параметры элементов: V1=1 В (используется источник типа VAC), R1=50 Ом, L1=20 мГн, и С1=150 нФ. Необходимо найти резонансную частоту. Откройте новый проект с именем resonant, создайте схему и разметьте узлы в соответствии с рисунком. Для моделирования выберем имя Ssweep и зададим тип анализа AC Sweep/Noise в диапазоне частот от 100 Гц до 5 кГц. Используйте 4901 точку, получив результат для каждого целочисленного значения частоты.


    Рис. 14.32. Последовательный резонансный контур


    В Probe получите график I(R1), затем напряжение на конденсаторе V(C1:1) с отдельной осью Y. Сравните ваши результаты с приведенными в главе 2 и на рис. 14.33.

    Рис. 14.33. АЧХ тока и напряжения на конденсаторе при резонансе 


    Удалите эти графики и вторую ось Y и получите следующие графики:

    1) v(v(3)), действительную составляющую напряжения на узле 3 (между L1 и C1); это напряжение становится нулевым при f0.

    2) img(v(3)), мнимую составляющую этого же напряжения, которая достигает отрицательного минимума в -7,238 В при f0.

    3) img(v(2)), мнимую часть напряжения на последовательном соединении L1 и С1; это напряжение равно нулю при f0.

    Эти графики приведены на рис. 14.34.

    Рис. 14.34. Напряжение на конденсаторе и на LC-цепи при резонансной частоте 

    Цепи переменного тока с несколькими источниками

    Проанализируем теперь с помощью Capture цепи с несколькими источниками переменного напряжения из главы 2. Создайте в Capture схему, показанную на рис. 14.35, с именем multisrc. Используйте VAC для каждого источника напряжения и установите V1=200∠0° В, V2=10∠-90° В (обратите внимание, что V2 имеет «+» у нижнего полюса) и V3=40∠0° В. Значения R, L и С показаны на рисунке. Разметьте узлы, как показано на рис. 2.27 (выбрав Place, Netlist). После создания схемы дайте моделированию имя Multi и выполните анализ AC Sweep/Noise в диапазоне частот от 58 до 62 Гц для 101 точки. Вспомните, что мы не можем использовать курсор, если анализ выполнен для одной частоты 60 Гц, как в главе 2.

    Рис. 14.35. Схема с несколькими источниками питания 


    Проведите моделирование и получите графики I(C), IR(C) и II(C). Для оси X используйте линейный масштаб от 58 до 62 Гц. Теперь добавьте другую ось Y и получите IР(С). Эти графики показаны на рис. 14.36. При желании получите другие численные результаты, показанные на рис. 2.28. Для этого удалите графики, заменив их такими графиками, как I(L), IR(L), II(L) и IP(L). Разумеется, для этого вам потребуется достаточно много времени, и простота использования непосредственно PSpice вместо Capture станет особенно очевидной.

    Рис. 14.36. К анализу схемы с тремя источниками питания 

    Временные диаграммы для цепей переменного тока со многими источниками гармонического сигнала

    Решим теперь предыдущую задачу, применяя компоненты VSIN вместо VAC для источников напряжения V1, V2 и V3. При этом проводится исследование переходного процесса во временной области. Анализ сложнее и имеет некоторые ограничения, о которых мы скажем далее. Начните новый проект в Capture с именем tmulti и параметрами элементов из предыдущего примера: С=663 мкФ, L=7,96 мГн и R=3 Ом. Для напряжений источников используем V1=20∠0° В, V2=10∠-90° В (дважды поверните компонент, чтобы положительный полюс оказался внизу) и V3=40∠5° В. Разметьте узлы, как показано на рис. 14.37, затем используйте для моделирования имя tmultis и выполните во временной области анализ для переходного процесса. Выберите время выполнения в 30 мс и максимальный размер шага в 30 мкс. Выполните моделирование и в Probe получите графики V(1), V(2) и V (3), как показано на рис. 14.38. Поскольку V(1), V(4) и V(3) источники напряжения, их диаграммы появляются с заданными начальными фазовыми углами, в отличие от напряжения V(2) в точке соединения трех компонентов С, L и R. Последнее в начальный момент равно V(3), но во время переходного процесса его фаза изменяется. На рисунке место, в котором V(2) пересекает горизонтальную ось в положительном направлении, отмечено курсором при t=16,296 мс. Поскольку V(1) пересекает ось при t=16,667 мс, то V(2) опережает его на 0,371 мс или на 8°.

    Рис. 14.37. Анализ схемы с несколькими источниками во временной области


    Рис. 14.38. Анализ во временной области для схемы с несколькими источниками питания


    Отметим также, что начальный фазовый угол напряжения V(4), которое представляет собой V2 на схеме, составляет + 90°. Его фазовый угол на схеме задан как -90°, но поскольку положительный полюс находится внизу, знак начального фазового угла изменяется. Файл псевдонимов для схемы показан на рис. 14.39. Посмотрим, как размечены полюса для каждого из источников напряжения. В частности V_V2 показан, как V2(+=0 -=4). Вспомним, что компонент VSIN был дважды повернут перед размещением в схеме.

    * Alias File:

    **** INCLUDING tmulti-SCHEMATIC1.net ****

    * source TMULTI

    R_R 2 4 3

    L_L 2 3 7.96mH

    С_С 1 2 663uF

    V_V3 3 0

    +SIN 0 40V 60Hz 0 0 45

    V _V2 0 4

    +SIN 0 10V 60Hz 0 0 -90

    V _V1 1 0 +SIN 0 20V 60 0 0 0

    **** RESUMING tmulti-schematic1-tmultis.sim.cir ****

    .INC "tmulti-SCHEMATIC1.als"

    **** INCLUDING tmulti-SCHEMATIC1.als **** .ALIASES

    R_R  R(1=2 2=4 )

    L_L  L(1=2 2=3 )

    С_С  С(1=1 2=2 )

    V_V3 V3(+=3 -=0 )

    V_V2 V2(+=0 -=4 )

    V_V1 V1(+=1 -=1 )

    Рис. 14.39. Файл псевдонимов для схемы с несколькими источниками

    Временные диаграммы гармонических токов

    Не выходя из Probe, удалите графики напряжения и получите графики для каждого из токов схемы. Не забудьте показать условные направления для всех токов на схеме цепи. Рассмотрите временные диаграммы для токов конденсатора и катушки индуктивности после того, как они прошли начальный участок переходного процесса, чтобы определить правильные амплитуды и фазы. Не забудьте, что фактически нас интересует не переходной процесс для этой схемы, а скорее то, что мы могли бы видеть в лаборатории на экране осциллографа. Эти графики представлены на рис. 14.40. Обратите внимание, что ток через конденсатор I(C) проходит слева направо, ток I(L) — также слева направо, а ток через резистор I(R) направлен вниз. Рассмотрите файл псевдонимов, чтобы подтвердить это.

    Рис. 14.40. Токи в ветвях схемы с несколькими источниками


    В любой момент сумма токов в узле 2 должна быть равна нулю. С учетом направлений токов это отображается уравнением

    IС - IL - IR = 0.

    В качестве упражнения найдите сумму токов в узле 2 при t=20 мс. Вы должны получить 0,32+7,74–8,04=0,02 А. Эта сумма не совсем равна нулю, так как процессы к этому моменту еще не полностью установились.

    Трансформаторы

    Воспользуемся схемой на рис. 2.29, чтобы показать, как вводятся в Capture схемы, содержащие трансформаторы. На рис. 14.41 показан желательный вид схемы. Начните новый проект transpnr, используя компоненты VAC, R, С и L. Трижды поверните каждый из компонентов L1, L2, RL и CL при размещении их на схеме. Значения параметров такие же, как в главе 2: V=20 В, R1=20 Ом, R2=20 Ом, RL=40 Ом, L1=25 мГн, L2=25 мГн и CL=5,3 мкФ. Две катушки индуктивности независимы, если компонент K_Linear из библиотеки аналоговых компонентов не помещен в схему. Поместите этот символ в удобном месте, например, между катушками индуктивности, как на рисунке. Дважды щелкните на поле K и в Property Editor или электронной таблице, выберите поле для L1, и задайте значение «L1»; в поле L2 задайте значение «L2», столбец для коэффициента связи должен содержать значение «0,8» с М=20 мГн. Задав все значения и сохранив схему, проведите моделирование на PSpice с именем transfm1. Выполните вариацию AC Sweep в диапазоне от 900 до 1100 Гц для 201 точки. Проведите моделирование и используйте линейную ось X в диапазоне указанных частот. В Probe получите графики действительной и мнимой составляющих для токов через R1 и R2 и сравните их с результатами, полученными в главе 2. При f=1 кГц значения должны составлять I(R1)=(0,176, -0,144) и Il(R2)=(0,198, -0,049) А. На рис. 14.42 показаны эти компоненты с курсором, отображающим первое из четырех значений.

    Рис. 14.41. Трансформаторная схема


    Рис. 14.42. Токи в трансформаторной схеме 


    Примечания:



    8

    Вместо набора пути с клавиатуры можно воспользоваться функцией Browse. (Прим. переводчика.)





     

    Главная | В избранное | Наш E-MAIL | Добавить материал | Нашёл ошибку | Наверх