OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Выполните моделирование и получите в Probe график I(R1) при линейной вариации частоты. Сравните ваши результаты с представленными на рис. 14.29. Обратите внимание, что при резонансной частоте f=1 кГц ток имеет максимальное значение 10 мА. Удалите этот график и получите график p(V(3)) для фазового угла напряжения на нагрузке (то есть на последовательном соединении R₂ и C₁). Убедитесь, что этот угол на резонансной частоте равен -14,04°, как показано на рис. 14.30.

Рис. 14.29. К определению максимальной мощности

Рис. 14.30. Фазовый угол напряжения на нагрузке

В качестве дополнительного упражнения удалите этот график и получите графики V(R1:1), V(L1:1), V(LI:2) и V(C1:1). Используйте курсор, чтобы найти значение каждого из этих напряжений при f=1 кГц. Сравните ваши результаты с показанными на рис. 14.31. Можете ли вы показать каждое из этих напряжений на схеме?

Рис. 14.31. Амплитуды напряжений при максимальной мощности 

Обозначения токов и напряжений в Probe

Перед тем как выйти из Probe, поэкспериментируйте с другими временными диаграммами напряжения и тока. Обозначив через x некоторый компонент, найдите напряжения на различных компонентах, используя V(x:1) для напряжения в точке х:1 относительно земли, r(v(x:1)) — для действительной и img(V(x:1)) — для мнимой части этого напряжения. Используйте I(х), чтобы найти график тока, текущего от первого узла ко второму в компоненте x, r(I(x)) — для действительной и img(I(x)) — для мнимой части этого тока.

Последовательный резонанс

В предыдущем примере значения L и C были выбраны такими, чтобы обеспечить резонанс на частоте f=1 кГц. Во многих схемах резонансная частота неизвестна, и ее необходимо определить при анализе схемы. Создайте в Capture схему, подобную приведенной на рис. 2.10. Схема для проведения этого анализа показана на рис. 14.32. Параметры элементов: V₁=1 В (используется источник типа VAC), R₁=50 Ом, L₁=20 мГн, и С₁=150 нФ. Необходимо найти резонансную частоту. Откройте новый проект с именем resonant, создайте схему и разметьте узлы в соответствии с рисунком. Для моделирования выберем имя Ssweep и зададим тип анализа AC Sweep/Noise в диапазоне частот от 100 Гц до 5 кГц. Используйте 4901 точку, получив результат для каждого целочисленного значения частоты.

Рис. 14.32. Последовательный резонансный контур

В Probe получите график I(R1), затем напряжение на конденсаторе V(C1:1) с отдельной осью Y. Сравните ваши результаты с приведенными в главе 2 и на рис. 14.33.

Рис. 14.33. АЧХ тока и напряжения на конденсаторе при резонансе 

Удалите эти графики и вторую ось Y и получите следующие графики:

1) v(v(3)), действительную составляющую напряжения на узле 3 (между L₁ и C₁); это напряжение становится нулевым при f₀.

2) img(v(3)), мнимую составляющую этого же напряжения, которая достигает отрицательного минимума в -7,238 В при f₀.

3) img(v(2)), мнимую часть напряжения на последовательном соединении L₁ и С₁; это напряжение равно нулю при f₀.

Эти графики приведены на рис. 14.34.

Рис. 14.34. Напряжение на конденсаторе и на LC-цепи при резонансной частоте 

Цепи переменного тока с несколькими источниками

Проанализируем теперь с помощью Capture цепи с несколькими источниками переменного напряжения из главы 2. Создайте в Capture схему, показанную на рис. 14.35, с именем multisrc. Используйте VAC для каждого источника напряжения и установите V₁=200∠0° В, V₂=10∠-90° В (обратите внимание, что V₂ имеет «+» у нижнего полюса) и V₃=40∠0° В. Значения R, L и С показаны на рисунке. Разметьте узлы, как показано на рис. 2.27 (выбрав Place, Netlist). После создания схемы дайте моделированию имя Multi и выполните анализ AC Sweep/Noise в диапазоне частот от 58 до 62 Гц для 101 точки. Вспомните, что мы не можем использовать курсор, если анализ выполнен для одной частоты 60 Гц, как в главе 2.

Рис. 14.35. Схема с несколькими источниками питания 

Проведите моделирование и получите графики I(C), IR(C) и II(C). Для оси X используйте линейный масштаб от 58 до 62 Гц. Теперь добавьте другую ось Y и получите IР(С). Эти графики показаны на рис. 14.36. При желании получите другие численные результаты, показанные на рис. 2.28. Для этого удалите графики, заменив их такими графиками, как I(L), IR(L), II(L) и IP(L). Разумеется, для этого вам потребуется достаточно много времени, и простота использования непосредственно PSpice вместо Capture станет особенно очевидной.