Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

На рис. 6.26 показана схема с источником тока, обеспечивающим установившееся значение в ЗА при t <0. В момент t =0 ток становится равным 0. Прежде чем приступить к анализу на PSpice, определим начальные условия для L и С . До момента t =0 ток через R =3 А, в то время как ток через другую ветвь равен нулю, так как конденсатор С является разрывом для постоянного тока. Таким образом i L (0)=0. Падение напряжения на R равно 2×3 = 6 В, с полярностью, показанной на рис. 6.27. Поскольку при постоянном токе напряжение на L равно нулю, напряжение v c (0)=6 В. Приведенной информации достаточно, чтобы выполнить анализ на PSpice. Входной файл:

Initial Conditions from Current Source

R 1 0 2

L 1 2 3H

N 2 0 4000mF IC=6V

.TRAN 0.001ms 24s UIC

.PROBE

.END

Рис. 6.26. Схема с источником тока

Рис. 6.27. Схема замещения для момента t = 0

Выполните анализ и получите графики напряжений на резисторе и конденсаторе. Проверьте начальные условия для обоих напряжений. В качестве упражнения убедитесь, что для момента t 1=4 с напряжения v c ( t 1)=4,2095 В и v R ( t 1)=4,5476 В. Можете ли вы сказать, каково будет напряжение v L ( t 1), не получая график напряжения v L ?

Используйте второй закон Кирхгофа, чтобы найти это значение. Напряжения на резисторе и конденсаторе показаны на рис. 6.28. Теперь получите график i C ( t ). Заметьте, что этот ток растет от нулевого начального значения до значения тока в катушке. Убедитесь, что i C (4 с)=–2,2738 А. Этот ток протекает через каждый элемент против часовой стрелки. Убедитесь также, что максимальный (по модулю) ток i max= -2,313 достигается при t= 3,48 с.

Рис. 6.28. Напряжения на элементах схемы на рис. 6.27

В схеме на рис. 6.29 ключ размыкается при t =0. Схема замещения до размыкания показана на рис. 6.30. В ней катушка индуктивности заменена коротким замыканием, при этом напряжения на R 1и R 3равны 6 В, что приводит к прохождению тока в 2 А через R 1и тока в 3 А через R 3. Поскольку в ветви конденсатора ток отсутствует, ток в катушке индуктивности также должен быть равен 3 А. Так как напряжение V(1,3) равно нулю, то и v c равно нулю. Эта информация позволяет нам задать начальные условия для анализа на PSpice, приводя к следующему входному файлу:

Switch Opening in Bridge Circuit

R1 0 1 3

R2 1 2 1

R3 3 0 2

L 1 3 3H IС = 3A

N 2 3 2000mF

.TRAN 0.001ms 16s UIC

.PROBE

.END

Рис. 6.29. Схема с размыканием ключа в момент t = 0

Рис. 6.30. Схема замещения для момента размыкания ключа ( t < 0)

Проведите анализ и проверьте следующее: i C (0)=–2,5 A, i L( 0)=3 А, i R3(0)=0,5 A, v 12(0)=–2,5 В, v 23(0)=0 и v 13(0)=–2,5 В (здесь v 12(0) означает v (1, 2) при t= 0). Графики токов показаны на рис. 6.31, а графики напряжений — на рис. 6.32.

Рис. 6.31. Графики токов в схеме на рис. 6.29

Рис. 6.32. Графики напряжений в схеме на рис. 6.29

В качестве упражнения определите i C при t =0, воспользовавшись вторым законом Кирхгофа для контура, содержащего R 1, R 2, R 3и С .

Определим реакцию на прямоугольное входное напряжение цепи, представленной на рис. 6.33. Входное напряжение резко изменяется от 0 до 1 В, затем в момент t =2 мс уменьшается на 2 В, достигая значения -1 В, затем в момент времени t =4 мс снова резко изменяется до 1 В. Задача состоит в том. чтобы определить, насколько точно напряжение на R L воспроизводит входное прямоугольное напряжение. Входной файл:

Ringing Circuit

Vs 1 0 PWL(0s, 0V 0.01ms, 1V 2ms, 1V 2.01ms, -1V 4ms, -1V 4.01ms, 1V)

Rs 1 2 1

L 2 3 10mН

RL 3 0 333.3

N 3 0 0.1uF

.TRAM 0.0 5ms 6ms

.PROBE

.END

Рис. 6.33. Звенящий контур

График V(3), полученный в Probe, показан на рис. 6.34. Вы можете получить также график V S , чтобы увидеть разницу в этих двух графиках. Прежде чем выйти из Probe, удалите графики напряжений и получите графики для каждою из токов. Если вам интересно, получите также I(C). Графики токов должны дать вам лучшее понимание процессов в схеме. Проведите анализ снова, уменьшив на порядок емкость С , и сравните результаты.

Рис. 6.34. Графики выходного напряжения в звенящем контуре

6.1. Параметры элементов схемы, показанной на рис. 6.35: V= 10 B, R 1 =R =1 кОм и от С= 200 мкФ. Получите график v c(t) на интервале от момента размыкания ключа до момента достижения напряжением на конденсаторе нулевого значения. Проведите необходимый анализ на PSpice и получите в Probe график v c .

Рис. 6.35

6.2. Параметры элементов для схемы на рис. 6.36: V =10 В, R 1= R =100 Ом и L =2 Гн. Получите график v L(t) на интервала от момента размыкания ключа до момента снижения напряжения на катушке индуктивности до нуля. Проведите анализ на PSpice и получите в Probe график v L .

Рис. 6.36

6.3. Параметры элементов для схемы с двумя различными накопителями энергии, показанной на рис. 6.37: V= 20 В, R =100 Ом, L =20 мГн и С= 2 мкФ. Получите временную зависимость тока после размыкания ключа. Поскольку значение R в этой схеме соответствует слабому затуханию, график должен содержать, по крайней море, один полный период колебаний.