Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

.DC V1 0 50 10

Однако вариация нас пока не интересует, и мы оставим команду в прежнем виде, вычисляя токи только при одном значении напряжения V 1. Определить диапазон вариации мы вынуждены для реализации последующей команды .PRINT, чтобы получить значения тока I(R1) и напряжения V(2,3). Если не включить команду .DC перед командой .PRINT, последняя будет выполнена некорректно. Запустим моделирование и проверим результат. В выходном файле получены значения I(R1)=0,1833 A; I(R3)=25 мА и I(R5)=-83,33 мА. Это и есть три контурных тока, которые мы должны получить, решая три уравнения, составленные по методу контурных токов. На самом деле анализ, применяемый в PSpice, более похож на метод узловых потенциалов, но используя дальнейшие расчеты, можно получить и контурные токи (так же, как и токи в ветвях).

Поскольку в задачах на применение контурных токов мы столкнулись с проблемой вариации параметров на постоянном токе (dc sweep), рассмотрим пример, в котором такая вариация используется нормальным образом, в некотором диапазоне напряжений. Используем знакомую нам Т -образную схему на рис. 1.33.

Рис. 1.33. Т -образная схема, в которой проводится вариация напряжения

Без всякого предварительного анализа рассмотрим входной файл для PSpice:

Spice Sweep Analysis of Tee Circuit

V1 1 0 50V

R1 1 2 100

R2 2 3 50

R3 2 0 200

R4 3 0 150

.OP

.OPT nopage

.TF V(3) V

.DC V1 0 50 10

.PRINT DC V(2,3) I(R3)

.END

Вариация напряжения начинается от нуля вольт и производится до 50 В с шагом в 10 В. В выходном файле строятся две таблицы, в одной из которых показана зависимость V(2,3) от V, а в другой — зависимость I(R3) от V, как и требует команда .PRINT. Запустите моделирование на PSpice и просмотрите результат. Какого размера таблицы необходимо здесь использовать? Если вы хотите определить, какое напряжение соответствует току зависимости I(R3)=50 мА, то таблицы дадут значение напряжения 20 В. Вы, конечно, можете легко рассчитать результат, но если точек будет много, то PSpice может выполнить эту работу за вас.

Пакет MicroSim включает также программу Probe, применение которой было проиллюстрировано во введении. Программу можно запустить, выбрав пиктограмму Probe на рабочей панели MicroSim или включив во входной файл команду .PROBE.

Чтобы проиллюстрировать, как правильно работать с этой командой, рассмотрим снова Т -образную схему, несколько изменив входной файл и дав ему имя satc.cir (Sweep Analysis Tee Circuit).

Sweep Analysis of Tee Circuit

V1 1 0 50V

R1 1 2 100

R2 2 3 50

R3 2 0 200

R4 3 0 150

.OP

.OPT nopage

.TF V(3) V

.DC V1 0 50 10

.PROBE

.END

После окончания моделирования вы можете просмотреть выходной файл и выбрать графики, которые вам хотелось бы получить. Для подготовки к построению графиков выберите View, проигнорировав View Output Window и Simulating Status Window.

Из основного меню выберите Trace, Add Trace и вы увидите новый экран с выходными параметрами, такими как напряжения V, V(1), V(2) и V(3), токи I( R 1), I( R 2) и так далее. Выберите I( R 3) и, повторив процесс, выберите I( R 1) . Вы получите график зависимости этих двух токов от напряжения V в диапазоне от 0 до 50 В.

Желательно получить распечатку результатов, но если вы захотите также нанести на графики поясняющие надписи, используйте команды Plot, Label, Text и наберите необходимый текст в соответствующем поле. Затем нажмите OK. С помощью мыши перетащите появившийся текст в необходимую точку экрана. Вы должны получить вид экрана в соответствии с рис. 1.34.

Рис. 1.34. Зависимости токов IR 3и IR 1от напряжения питания, полученные с помощью функции .Probe

Чтобы ознакомиться с еще одной интересной возможностью, выберите Trace, Cursor, Display, чтобы вызвать окно Probe Cursor. Вы увидите табло:

А1 = 0.000, 0.000

А2 = 0.000, 0.000

dif = 0.000, 0.000

показывающее значения, соответствующие положению курсора в начале координат. Подведите с помощью мыши курсор к точке, соответствующей примерно 15 В на оси X, затем с помощью стрелок ← и → на клавиатуре переместите точку точно в 15 В. На табло должны появиться цифры:

А1 = 15.000, 37.500m

А2 = 0.000, 0.000

dif = 15.000, 37.500m

Координаты А1 представляют собой напряжение V и ток I(R3) в выделенной точке. Затем нажмите Ctrl и стрелку → на клавиатуре, чтобы перейти к другой кривой, и проверьте, что при V= 15 В ток I(R1) = 75,0 мА. Вспомним, что вариации проводились для значений V, равных 0, 10, 20, 30, 40 и 50 В. Программа Probe автоматически проводит анализ кривых, чтобы рационально разместить все полученные точки на экране.

Чтобы рассмотреть другой интересный пример использования программы Probe, вернемся к примеру рис. 1.30, где была показана схема с полиномиальным зависимым источником напряжения. Добавьте команду .PROBE во входной файл и снова запустите моделирование. Теперь вместо таблиц результатов в выходном файле используйте Probe, чтобы построить график зависимости V(2), V(3), V(4). Поработайте с кривыми, пока не почувствуете, что свободно пользуетесь функциями Probe. Используйте Trace, Cursor, Display, чтобы проверить численные результаты, сравнив их с полученными при помощи команды .PRINT.

В программе Probe имеется много других возможностей, которые будут продемонстрированы в процессе рассмотрения примеров в тексте.

Традиционные курсы электротехники обычно излагают метод узловых потенциалов, используя стандартные уравнения. Эти уравнения гораздо легче записать, если все неидеальные источники напряжения заменить неидеальными источниками тока. Это имеет тот недостаток, что цепь физически изменяется, но за счет этого уменьшается количество узлов и, соответственно, количество уравнений. После нахождения узловых потенциалов вы можете провести обратное преобразование источников, приведя схему снова к исходной. Стандартная форма уравнений для узловых потенциалов:

G 11 V 1+ G 12 V 2+ G 13 V 3= I 1;

G 22 V 2+ G 22 V 2+ G 13 V 3= I 2;

G 31 V 1+ G 32 V 2+ G 33 V 3= I 3,

где G 11— собственная проводимость узла 1 ; G 12 — взаимная проводимость узлов 1 и 2 ; G 13— взаимная проводимость узлов 1 и 3 , а I 1— ток узла 1 , алгебраическая сумма всех токов, походящих к узлу 1 . В методе узловых потенциалов все собственные проводимости положительны, а все взаимные проводимости отрицательны.