Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Цепи постоянного тока важны не только сами по себе, но и потому, что многие приемы, применяемые при их анализе, используются и при анализе цепей переменного тока. В действительности анализ большинства электронных цепей и приборов может быть проведен одними и теми же методами.

Наиболее важным свойством последовательной цепи из трех резисторов, подсоединенных к источнику постоянного напряжения (рис. 1.1), является то, что через все ее элементы течет один и тот же ток.

Рис. 1.1. Последовательная цепь с тремя резисторами

Другое важное ее свойство заключается в том, что приложенное напряжение (50 В) делится между резисторами прямо пропорционально их сопротивлению. Например, падение напряжения на резисторе в 150 Ом втрое больше падения напряжения на резисторе сопротивлением 50 Ом. Применяя концепцию деления напряжения, легко найти падение напряжения на каждом элементе, даже не зная тока в цепи. Так, напряжение на R 3равно:

а падение напряжения на R 2:

Ток также просто находится с помощью любого из следующих уравнений:

Вход в PSpice начинается с команд File, New, Text File. Анализ схемы можно провести с помощью представленного ниже входного файла:

Spice Analysis of Series Circuit

Vs 1 0 50V

R1 1 2 100

R2 2 3 50

R3 3 0 150

.OP

.END

Напомним, что после того как набрана последняя команда (.END), Enter лучше не нажимать. После ввода всех строк файла используйте набор команд File, Save и введите имя файла, например Probe1.cir. Как было отмечено ранее, лучше всего хранить все входные файлы в папке SPICE, используя правильный путь к папке, который будет выглядеть, например, c:/SPICE. Окно Save as type должно показывать «Circuit Files (*.cir)».

Закройте файл, используя команды File, Close и снова откройте его с помощью команд File, Open. Теперь Вы готовы к проведению моделирования с помощью команд Simulation, Run prob1. Перед тем как это сделать, вы можете использовать команду View и проверить «Output Window» и «Simulation Status Window». После завершения моделирования экран должен выглядеть так, как показано на рис 1.2. Отметим, что на дисплей должно быть выведено в нижнем левом окне окончательное состояние и сообщение об окончании моделирования: «Simulation complete».

Рис. 1.2. Экран PSpice после завершения моделирования

Вы можете увидеть результаты моделирования с помощью команд View, Output File. При этом экран покажет не только результаты моделирования, но и отметит некорректные команды во входном файле при их наличии. Мы рекомендуем вам не распечатывать выходной файл в той форме, в какой он представлен в PSpice, поскольку он содержит лишние пустые строки. Вместо этого, используя команды File и Close, закройте выходной файл, сверните окно PSpice и воспользуйтесь такими редакторами, как Microsoft Word или WordPad. Если, пользуясь этими редакторами, вы устраните пустые строки и ненужные разрывы страниц, возможно, результат можно будет распечатать на одной странице.

Наиболее важные части выходного файла содержат информацию о напряжениях различных узлов:

Node Voltage Node Voltage Node Voltage

(1) 50.0000 (2) 33.3330 (3) 25.0000

Потенциал узла 1 — это напряжение V 10, напряжение источника питания. Потенциал узла 2 — напряжение V 20, суммарное падение напряжения на R 2и R 3. Напряжение узла 3 — напряжение V 30является падением напряжения на резисторе R 3.

Как мы рассчитали ранее, напряжение V R3 (равное V30) составляет 25 В, следовательно, анализ на PSpice оказался верным. Как можно теперь определить напряжение на R 2? Оно равно V 2 –V 3, и его можно вычислить как V 20– V 30.

V 2– V 3= 33,333 – 25,000 = 8,333 В.

Анализ на PSpice учитывает также напряжение и ток источника питания; напряжение на источнике питания V задано в исходных данных, ток через него, согласно выходному файлу, равен -1.667Е-01. Ток имеет правильное числовое значение, но почему его знак отрицателен? SPICE показывает ток, который течет от плюса к минусу внутри источника питания, а поскольку реально ток внутри источника питания течет от минуса к плюсу, то знак тока отрицателен. Проще говоря, когда ток отрицателен, он течет от плюса к минусу во внешней цепи источника питания.

Отметим, что полная рассеиваемая мощность также определяется при моделировании на PSpice и составляет 8,33 Вт. Это просто произведение тока I на напряжение V: 50×0,1667=8,33 Вт. Для схемы (рис. 1.1), которая содержит всего одну ветвь, мы получили практически исчерпывающую информацию. Для получения других величин рассмотрим следующую, несколько более сложную, схему.

Рассмотрим теперь Т-образную схему с источником постоянного напряжения в 50 В и нагрузочным резистором R4=150 Ом (рис. 1.3). Сопротивление нагрузочного резистора может изменяться в произвольных пределах. Можно представить себе нагрузочный резистор как выходной (то есть подключенный на выход схемы).

Рис. 1.3. Т -образная схема

Как можно найти напряжение и ток на этом резисторе или, согласно обозначениям на рис. 1.3, напряжение V 3и ток I (ток, подходящий от узла 3 к узлу 0 )?

Входное сопротивление схемы находится путем сложения R 2и R 4(получим 200 Ом), включения этой цепочки параллельно R 3(200||200=100 Ом) и добавления R 1(сумма будет равна 200 Ом). Таким образом, R BX =200 Ом. Ток источника (входной ток) равен V/R BX= 50/200=0,25 А (ток направлен от плюсового полюса источника V).

Падение напряжения на R 1равно IR 1=0,25·100=25 В на R 3равно V–V R1=50–25=25 В.

Падение напряжения на R 4определим из выражения для делителя напряжения:

Ток I находится как V R4/ R 4=18,75/150=0,125 А.

На рис. 1.3 напряжение на R 4обозначим как V 3, точнее было бы обозначить это напряжение как V 30. Можно выполнить анализ и другими методами, что мы и советуем вам проделать.