Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Рис. 14.36. К анализу схемы с тремя источниками питания

Решим теперь предыдущую задачу, применяя компоненты VSIN вместо VAC для источников напряжения V 1, V 2и V 3. При этом проводится исследование переходного процесса во временной области. Анализ сложнее и имеет некоторые ограничения, о которых мы скажем далее. Начните новый проект в Capture с именем tmulti и параметрами элементов из предыдущего примера: С =663 мкФ, L =7,96 мГн и R =3 Ом. Для напряжений источников используем V 1=20∠0° В, V 2=10∠-90° В (дважды поверните компонент, чтобы положительный полюс оказался внизу) и V 3 = 40∠5° В. Разметьте узлы, как показано на рис. 14.37, затем используйте для моделирования имя tmultis и выполните во временной области анализ для переходного процесса. Выберите время выполнения в 30 мс и максимальный размер шага в 30 мкс. Выполните моделирование и в Probe получите графики V(1), V(2) и V (3), как показано на рис. 14.38. Поскольку V(1), V(4) и V(3) источники напряжения, их диаграммы появляются с заданными начальными фазовыми углами, в отличие от напряжения V(2) в точке соединения трех компонентов С, L и R. Последнее в начальный момент равно V(3), но во время переходного процесса его фаза изменяется. На рисунке место, в котором V(2) пересекает горизонтальную ось в положительном направлении, отмечено курсором при t =16,296 мс. Поскольку V(1) пересекает ось при t =16,667 мс, то V(2) опережает его на 0,371 мс или на 8°.

Рис. 14.37. Анализ схемы с несколькими источниками во временной области

Рис. 14.38. Анализ во временной области для схемы с несколькими источниками питания

Отметим также, что начальный фазовый угол напряжения V(4), которое представляет собой V 2на схеме, составляет + 90°. Его фазовый угол на схеме задан как -90°, но поскольку положительный полюс находится внизу, знак начального фазового угла изменяется. Файл псевдонимов для схемы показан на рис. 14.39. Посмотрим, как размечены полюса для каждого из источников напряжения. В частности V_V2 показан, как V2(+=0 -=4). Вспомним, что компонент VSIN был дважды повернут перед размещением в схеме.

* Alias File:

**** INCLUDING tmulti-SCHEMATIC1.net ****

* source TMULTI

R_R 2 4 3

L_L 2 3 7.96mH

С_С 1 2 663uF

V_V3 3 0

+SIN 0 40V 60Hz 0 0 45

V _V2 0 4

+SIN 0 10V 60Hz 0 0 -90

V _V1 1 0 +SIN 0 20V 60 0 0 0

**** RESUMING tmulti-schematic1-tmultis.sim.cir ****

.INC "tmulti-SCHEMATIC1.als"

**** INCLUDING tmulti-SCHEMATIC1.als **** .ALIASES

R_R R(1=2 2=4 )

L_L L(1=2 2=3 )

С_С С(1=1 2=2 )

V_V3 V3(+=3 -=0 )

V_V2 V2(+=0 -=4 )

V_V1 V1(+=1 -=1 )

Рис. 14.39. Файл псевдонимов для схемы с несколькими источниками

Не выходя из Probe, удалите графики напряжения и получите графики для каждого из токов схемы. Не забудьте показать условные направления для всех токов на схеме цепи. Рассмотрите временные диаграммы для токов конденсатора и катушки индуктивности после того, как они прошли начальный участок переходного процесса, чтобы определить правильные амплитуды и фазы. Не забудьте, что фактически нас интересует не переходной процесс для этой схемы, а скорее то, что мы могли бы видеть в лаборатории на экране осциллографа. Эти графики представлены на рис. 14.40. Обратите внимание, что ток через конденсатор I(C) проходит слева направо, ток I(L) — также слева направо, а ток через резистор I(R) направлен вниз. Рассмотрите файл псевдонимов, чтобы подтвердить это.

Рис. 14.40. Токи в ветвях схемы с несколькими источниками

В любой момент сумма токов в узле 2 должна быть равна нулю. С учетом направлений токов это отображается уравнением

IС - IL - IR = 0.

В качестве упражнения найдите сумму токов в узле 2 при t =20 мс. Вы должны получить 0,32+7,74–8,04=0,02 А. Эта сумма не совсем равна нулю, так как процессы к этому моменту еще не полностью установились.

Воспользуемся схемой на рис. 2.29, чтобы показать, как вводятся в Capture схемы, содержащие трансформаторы. На рис. 14.41 показан желательный вид схемы. Начните новый проект transpnr , используя компоненты VAC, R, С и L. Трижды поверните каждый из компонентов L 1 , L 2 , RL и CL при размещении их на схеме. Значения параметров такие же, как в главе 2: V= 20 В, R 1 = 20 Ом, R 2 = 20 Ом, RL= 40 Ом, L 1=25 мГн, L 2=25 мГн и CL= 5,3 мкФ. Две катушки индуктивности независимы, если компонент K_Linear из библиотеки аналоговых компонентов не помещен в схему. Поместите этот символ в удобном месте, например, между катушками индуктивности, как на рисунке. Дважды щелкните на поле K и в Property Editor или электронной таблице, выберите поле для L 1 , и задайте значение «L1»; в поле L 2задайте значение «L2», столбец для коэффициента связи должен содержать значение «0,8» с М =20 мГн. Задав все значения и сохранив схему, проведите моделирование на PSpice с именем transfm 1 . Выполните вариацию AC Sweep в диапазоне от 900 до 1100 Гц для 201 точки. Проведите моделирование и используйте линейную ось X в диапазоне указанных частот. В Probe получите графики действительной и мнимой составляющих для токов через R 1и R 2и сравните их с результатами, полученными в главе 2. При f =1 кГц значения должны составлять I(R1)=(0,176, -0,144) и Il(R2)=(0,198, -0,049) А. На рис. 14.42 показаны эти компоненты с курсором, отображающим первое из четырех значений.

Рис. 14.41. Трансформаторная схема

Рис. 14.42. Токи в трансформаторной схеме

В главе 10 исследовалась модель PSpice для биполярного транзистора (BJT). В демонстрационной версии PSpice имеется шесть транзисторов BJT ( Q2N2222, Q2N2907A, Q2N3904, Q2N3906, Q2N6052 и Q2N6059 ), три из которых npn -, а три других — pnp- транзисторы. Чтобы показать некоторые из свойств этих компонентов, начнем с примера, использующего Q2N3904 .