Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Iron-Core Transformer with Less Saturation

I 0 1 sin (0 1A 60Hz)

R1 1 0 1k

L1 1 0 10; 10 витков первичной обмотки

L2 2 0 150; 150 витков вторичной обмотки

R2 2 0 1

K1 L1 L2 0.9999 KT

.model KT core

.options ITL5 = 0

.tran 1ms 16.67ms

.probe

.end

Выполните анализ и получите в Probe графики i ( R 2) и i ( L 1)/20. Последний график масштабирован, чтобы облегчить сравнение двух кривых. Из рис. 13.8, где представлен результат моделирования, можно видеть, что обе кривые — почти синусоидальны. Однако вторичный ток по-прежнему несколько искажен.

Рис. 13.8. Искажения формы тока вторичной обмотки трансформатора при допустимом насыщении магнитопровода

Вы можете попробовать несколько других сочетаний сопротивления и числа витков, чтобы лучше понять, как работает основная модель. Вы обнаружите, что для некоторых сочетаний процесс моделирования в PSpice не сходится.

Другой способ получения нелинейного резистора состоит в использовании ключа, управляемого напряжением или током. Такой ключ может размыкаться или замыкаться в зависимости от значения напряжения или тока в другой части схемы.

На рис. 13.9 представлен ключ, управляемый напряжением, включенный последовательно с источником напряжения V =10 В и резисторами R i =50 Ом и R l =50 Ом. Если выбрать напряжение V в качестве управляющего, то ключ может замыкаться при достижении напряжением заданного значения.

Рис. 13.9. Модель нелинейного сопротивления с ключом, управляемым напряжением

Ключ в замкнутом состоянии имеет номинальное значение сопротивления RON= 1 Ом, а в разомкнутом состоянии ROFF= 1 МОм. Сопротивление в разомкнутом состоянии вводится, чтобы предотвратить появление узла с плавающим потенциалом. Модель вводится с помощью команды, включающей имя v switch и описание режима переключения. Чтобы определить условия, при которых ключ находится в замкнутом и разомкнутом состояниях, выберите напряжение включения VON= 3 В и используйте для напряжения выключения VOFF, значение, заданное по умолчанию VOFF= 0. Входной файл:

Voltage-Controlled Switch

v 1 0 10V

Ri 1 2 50

RL 3 0 5 0

S 2 3 1 0 S1; имя ключа, управляемого напряжением, должно начинаться с S

.model SI vswitch(RON=1 ROPF=1E6 VON=3V VOPF=0)

.dc v 0 10V 0.05V

.probe

.end

Проведите анализ и получите график i ( R i ). Обратите внимание, что кривая показывает почти нулевое значение тока, пока входное напряжение не приближается к значению 2 В. Затем к моменту, когда входное напряжение достигает VON= 3 В, наклон кривой отражает сопротивление контура при замкнутом ключе. В состав этого сопротивления, равного 101 Ом, входит и сопротивление самого ключа. Этот график приведен на рис. 13.10.

Рис. 13.10. ВАХ модели нелинейного резистора, представленной на рис. 13.9

Измените значение VON на 8 В и снова проведите анализ. Вы должны получить график, подобный показанному на рис. 13.11. Наблюдайте изменения в начале вольт-амперной характеристики. Ток начинает повышаться вблизи 4 В. Не забудьте, что наклон кривой обратно пропорционален сопротивлению контура. Обратите внимание, что наклон кривой изменяется плавно; не наблюдается никакого резкого изменения при значении VON. Вы должны учитывать это при использовании такого ключа в схемах. Перед использованием управляемого напряжением ключа в сложной схеме желательно получить ВАХ, подобную приведенной здесь.

Рис. 13.11. ВАХ модели нелинейного резистора при напряжении переключения в 8 В

Как вариант, дуальный ключу, управляемому напряжением, может использоваться ключ, управляемый током. В этом случае включение ключа происходит при определенном значении тока в какой-либо ветви схемы. На рис. 13.12 приведена схема, в которой имеется источник тока, подключенный к двум ветвям, каждая из которых содержит резистор сопротивлением 100 Ом. Правая ветвь содержит, кроме того, ключ W. Пока ключ не замкнут, сопротивление этой ветви очень высоко ROFF= 1 МОм. Когда ток в левой ветви достигает установленного значения (тока включения) ION= 10 мА, ключ в правой ветви замыкается. Значение ION по умолчанию принимается равным нулю. После достижения током значения в 10 мА, сопротивление правой ветви становится равным 101 Ом, поскольку RON =1 Ом. Ключи, управляемые током, должны иметь имена, начинающиеся с W. В команде .MODEL должна использоваться запись ISWITCH. Входной файл:

Current-Controlled Switch

i 0 1 4 0mA

VO 1 1A 0V

Ri 1A 0 100

RL 2 0 100

W 1 2 V0 W1

.MODEL W1 ISWITCH(ION=10mA RON=1 ROFF=1E6)

.DC i 0 4 0mA 1mA

.PROBE

.END

Рис. 13.12. Модель нелинейного сопротивления с ключом, управляемым током

Выполните анализ и получите график зависимости i ( R L ) от тока i . Поскольку изменение сопротивления происходит в схеме плавно, график тока через R L не имеет постоянного наклона, пока ток существенно не превышает 15 мА. Для токов в этой ветви, больших чем 15 мА, сопротивление ветви равно 101 Ом. График приведен на рис. 13.13.

Рис. 13.13. Характеристика модели нелинейного сопротивления с ключом, управляемым током

S[имя] <+узел ключа> <-узел ключа> <+узел управления> <-узел управления > <���имя модели>

Например, запись

S 2 3 1 0 S1

показывает, что управляемый напряжением ключ s включен между узлами 2 и 3. По умолчанию ключ обычно разомкнут, но когда напряжение управления (между узлами 1 и 0 ) достигает некоторого значения, ключ замыкается. Команда S требует включения во входной файл директивы .MODEL, чтобы определить сопротивления во включенном и выключенном состояниях и значение управляющего напряжения. В нашем примере модель идентифицируется как S 1. Запись идентификации всегда должна начинаться с символа S. Полное описание команды приведено в приложении D.