Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Запустите анализ и получите результаты: V(1) = 50 В, V(2) = 25 В. Отметим, что V(2)/I = 50. Эта переходная функция представляет собой отношение выходного напряжения к входному току и имеет размерность сопротивления (Ом). Для данного анализа она не представляет интереса. Входное сопротивление в

100 Ом проверяется просто. Выходное сопротивление составляет 75 Ом и представляет собой сопротивление, которое «видит» нагрузка при неактивном источнике тока. Это означает, что источник тока разомкнут или удален из схемы. Проверьте значение 75 Ом для выходного сопротивления. Выходной файл показан на рис. 1.17

**** 07/27/05 12:15:15 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) **************

Simple Circuit with Current Source

**** CIRCUIT DESCRIPTION

I 0 1 500mA

RI 1 0 200

R1 1 2 100

RL 2 0 100

.OP

.OPT nopage

.TF V (2) I

.END

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

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 50.0000 ( 2) 25.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

TOTAL POWER DISSIPATION 0.00E+00 WATTS

**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(2)/I = 5.000E+01

INPUT RESISTANCE AT I = 1.000E+02

OUTPUT RESISTANCE AT V(2) = 7.500E+01

Рис. 1.17.Выходной файл при моделировании схемы на рис. 1.16

Рассеиваемая мощность равна 0, что, конечно, неверно. Дело в том, что команда .OР дает рассеиваемую мощность только для источников напряжения. А как же определить общую рассеиваемую мощность в нашем случае? Можно вычислить сумму I ² R для всех трех резисторов и проверить, что это и есть суммарная потребляемая мощность, составляющая 25 Вт. Еще проще вычислить произведение тока источника I и напряжения V(1) на его выходе. Проверьте, что и в этом случае расчет дает 25 Вт.

Теорема Нортона используется, чтобы представлять неидеальные источники в виде идеальных источников тока с шунтирующим резистором, так же как теорема Тевенина представляет их в виде последовательного соединения резистора и идеального источника напряжения. Соотношение между параметрами этих двух моделей задается уравнением:

причем внутренние сопротивления у обеих моделей одинаковы. Ток I N определяется при закороченной нагрузке.

Для одних цепей принято находить ток короткого замыкания I N, для других— напряжение холостого хода V Th. Когда найдена одна из этих величин, другую можно получить из приведенного выше соотношения.

В схеме на рис. 1.18 ток короткого замыкания можно определить при закорачивании резистора R 4. При этом узел 3 исчезает, поскольку потенциал его сравнивается с потенциалом узла 0 . Входной файл для этого случая имеет вид:

Norton's Theorem; Find Isc

V 1 0 48V

R1 1 2 20k

R2 2 0 20k

R3 2 0 5k

.DC V 48V 48V 48V

.OP

.OPT nopage

.PRINT DC I(R3) V(1,2)

.END

Рис. 1.18. Т-образная схема для анализа по теореме Нортона

Запустите анализ и проверьте, что ток короткого замыкания равен току через R 3и что I(R3)=1,6 мА.

Вернемся снова к схеме на рис. 1.9, в которой резистор R L должен быть закорочен, чтобы получить ток короткого замыкания. Проблема, которая при этом возникает, состоит в том, что мы не можем указать элемент схемы, в котором следует определить ток. В подобных ситуациях можно просто заменить R L резистором с сопротивлением, пренебрежимо малым по сравнению с любым другим сопротивлением схемы. При этом вид входного файла будет:

Norton's Theorem with RL Replaced by Small R

V 1 0 80V

R1 2 1 20

R2 2 3 100

R3 3 0 200

R4 3 4 100

R5 2 4 400

RL 4 0 0.001

.DC V 80V 80V 80V

.OP

.OPT nopage

.PRINT DC I(RL)

.END

Анализ на PSpice дает I(RL)=0,444 А, что и является искомым током короткого замыкания I N. Включим в последний входной файл команду .TF, чтобы попытаться найти выходное сопротивление относительно V(4). Это сопротивление не должно отличаться от сопротивления R L =0,001 Ом, которое мы включили в файл для определения тока короткого замыкания.

Мы должны признать, что определение V Th и R Th с использованием PSpice намного проще, поскольку в выходном файле можно получить оба значения. В примере на рис. 1.9 I N=V Th/R Th =0,444 А.

Цепи, включающие источники тока и напряжения, могут быть рассчитаны при применении метода наложения. Если цепи не слишком сложны, этот метод дает простое и вполне приемлемое решение. На рис. 1.19 приведена цепь, содержащая источник тока I и источник напряжения V. Применим метод наложения для определения напряжения V 10. Проведите расчет самостоятельно, а затем проверьте результат по приведенному ниже решению.

Рис. 1.19. Схема с простыми источниками тока и напряжения

Напряжение V 10( a ), которое получается при замыкании источника напряжения, составляет V 10( a )=5 В, напряжение V 10( b ), получающееся от V при размыкании источника тока, равно V 10( b )=10 В, и после сложения этих двух значений получим V 10=15 В.

Обратимся теперь к анализу схемы на PSpice. Входной файл должен выглядеть следующим образом:

Simple Current and Voltage Sources

I 0 1 1A

V 20 20

R1 1 0 10

R2 1 2 10

.OP

.OPT nopage

.TF V(1) V

.END

Выходной файл дает V(1) = 15 В, что соответствует расчету методом наложения. Команда .TF дает нам возможность найти ток источника напряжения V, равный 0,5 А. Проверьте правильность этого результата. Вспомним, что PSpice дает корректное значение отдаваемой мощности только для источников напряжения, оно просто равно произведению напряжения на ток источника и составляет 10 Вт. Вычислим мощность, рассеиваемую в каждом резисторе: Р 1=22,5 Вт, Р 2=2,5 Вт, что в сумме дает 25 Вт. Команда .TF дает возможность вычислить входное и выходное сопротивления. Проверьте эти значения, учитывая, что при их расчете источник тока следует разомкнуть.

Итак, если в исследуемой цепи есть источники тока, следует осторожно подходить к расчету рассеиваемой мощности, поскольку выходной файл показывает лишь мощность, потребляемую от источников напряжения. Если в схеме несколько таких источников, то в выходном файле приводится суммарная мощность всех источников напряжения.