Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

При изучении схем переменного тока обычно используется векторное представление, при котором напряжение источника можно было бы записать как VS =1∠0° В. Это означает, что источник синусоидальный с действующим значением 1 В и начальным фазовым углом в 0°. Это напряжение имеет вид синусоиды с максимальным значением 1√2=1.414 В. Прежде чем мы начнем рассматривать синусоидальные временные диаграммы напряжение и токов в Probe, отметим, что удобнее заменить действующее значение максимальным. Таким образом, наша запись VS=1∠0° В будет означать напряжение с максимальным значением 1 В, поскольку с такой формой удобнее работать. Только не забудьте, что значение, которое вы считаете максимальным, — на самом деле действующее. Если вы считаете это неудобным, то можете при анализе преобразовывать действующие значения в максимальные, воспользовавшись калькулятором. Если иное не оговаривается, то наши значения будут заданы как действующие, а использоваться, как максимальные.

В Capture начните новый проект с именем ac1sine для источника переменного напряжения, включенного последовательно с резистором и катушкой индуктивности, как и в предыдущем примере. На сей раз вместо VAC источник будет показан как V SIN. Компоненты имеют одинаковое графическое обозначение, но различные надписи. Завершите рисунок, выведя на рабочее поле VSIN, R, L и GND). Задайте значения R 1=1,5 Ом и L 1=5,3 мГн. Трижды поверните L 1так, чтобы первый полюс оказался вверху. Это даст соответствующие углы для напряжения и тока катушки индуктивности, как объяснено в предыдущем примере. Дважды щелкните на компоненте V 1и в окне Property Editor установите VAMPL=«1 V», FREQ=«60Hz» и VOFF=«0». Вспомним из предыдущего параграфа, что амплитуда напряжения в 1 В — фактически максимальное значение, но для простоты мы будет считать его действующим. Это означает, что значения всех напряжений и токов также будут считаться действующими.

Задав значения и номера узлов для остальных компонентов, сохраните схему и выберите PSpice, New Simulation Profile, задав имя ac1sines. Для Analysis type выберите «Time Domain (Transient)» со временем выполнения 30 мс и максимальным размером шага 0,0167 мс, как показано на рис. 14.22. Выполните моделирование и в Probe получите графики V(V1:+) и V(L1:1), чтобы установить их амплитуды и фазовые углы. Они должны получиться такими, как на рис. 14.23. Как явствует из рисунка, временные диаграммы напряжений начинаются в одной точке, но поскольку напряжение V(L1:1) изменяется в переходном процессе (и не задано начальное значение IС), рассмотрим процесс вблизи третьего пересечения оси напряжением катушки индуктивности (при t =23,28 мс).

Рис. 14.22. Установки для моделирования во временной области

Рис. 14.23. Фазовые соотношения в RL- цепи

Напряжение источника питания пересекает ось вблизи t =25 мс, опережая напряжение на катушке индуктивности приблизительно на 36,9°.

Отметим, что в отличие от второго максимума в 0,8 В, первый максимум напряжения на катушке индуктивности не дает верного значения (получающегося при установившемся режиме).

Мы можем получить временные диаграммы тока и напряжений, выбрав Plot, Add Y Axis. При этом создается вторая вертикальная ось, в то время как для первой сохраняется прежняя разметка. Если мы теперь получим график I(R1), то крайняя левая вертикальная ось сохранит диапазон ±1 В, в то время как правая ось (с меткой 2) будет размечена в диапазоне ±500 мА (рис. 14.24). Эта методика особенно полезна, когда числовые значения напряжений и токов значительно отличаются. Синусоидальная временная диаграмма тока в третий раз пересекает ось X вблизи t =27,449 мс. Это соответствует запаздыванию тока на 52,9° относительно приложенного напряжения, что близко к истинному значению (53,1°).

Рис. 14.24. Временные диаграммы тока и напряжений при анализе на переменном токе

Во втором примере главы 2 рассматривалась схема, содержащая источник переменного тока, включенный последовательно с резистором и конденсатором. Анализ выполнялся при частоте f =318 Гц. Используйте Capture, чтобы создать новый проект ac2. При создании схемы трижды поверните конденсатор (так, чтобы первый полюс оказался наверху). Используйте компоненты VAC, R, С и 0 /SOURCE для земли.

Законченная схема должна выглядеть, как показано на рис. 14.25. Значения параметров: V 1=1 В, R 1=5 Ом и С 1=100 мкФ. После создания схемы пронумеруйте узлы, чтобы удобно было на них ссылаться. Как в первом примере этой главы, мы используем PSpice, New Simulation Profile, выбрав имя ac2s . Проведем анализ типа AC Sweep/Noise с начальной и конечной частотами f =318 Гц. Посмотрите, как это выполнено в предыдущем разделе.

Рис. 14.25. Последовательная RC -цепь

Выполните моделировании и в Probe получите графики V(C1:1), r(V(C1:1)) и img(V(C1:1)). Они появятся как точки на графике со значениями 0,7 В, 0,5 В и -0,5 В соответственно (рис. 14.26). Если вы попытаетесь распечатать этот график, вы столкнетесь с ошибкой в программе PSpice (которой не было в предыдущих ее версиях), и значения не будут появляться в соответствующем месте частотного диапазона. Как упомянуто ранее, курсор не может использоваться в случае графика для одной частоты (чего также не было в предыдущих версиях). На рис. 14.26 показаны эти значения в том виде, в каком они появляются на экране Capture. Удалите графики напряжений и выведите временную диаграмму тока.

Рис. 14.26. Экран Capture, показывающий действительную и мнимую составляющие напряжения

Убедитесь, что I(R1)=0,14 A, r(I(R1))=0,1 А и img(I(R1))=0,1 А. Удалите эти графики и убедитесь, что угол сдвига тока схемы IP(R1) относительно приложенного напряжения V 1, составляет 45°.

Полезно также рассмотреть перечень элементов (netlist) схемы. Панель в левой части экрана показывает различные файлы, связанные с этим проектом. Открыв файл ac2-schematic1, вы увидите список из трех компонентов ( V, R и С ) вместе с их узлами и значениями параметров (рис. 14.27).