OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

.OPT nopage

.PRINT DC I(RL)

.END

Анализ на PSpice дает I(RL)=0,444 А, что и является искомым током короткого замыкания I_N. Включим в последний входной файл команду .TF, чтобы попытаться найти выходное сопротивление относительно V(4). Это сопротивление не должно отличаться от сопротивления R_L=0,001 Ом, которое мы включили в файл для определения тока короткого замыкания.

Мы должны признать, что определение V_Th и R_Th с использованием PSpice намного проще, поскольку в выходном файле можно получить оба значения. В примере на рис. 1.9 I_N=V_Th/R_Th=0,444 А.

Цепи с источниками тока и напряжения

Цепи, включающие источники тока и напряжения, могут быть рассчитаны при применении метода наложения. Если цепи не слишком сложны, этот метод дает простое и вполне приемлемое решение. На рис. 1.19 приведена цепь, содержащая источник тока I и источник напряжения V. Применим метод наложения для определения напряжения V₁₀. Проведите расчет самостоятельно, а затем проверьте результат по приведенному ниже решению.

Рис. 1.19. Схема с простыми источниками тока и напряжения 

Напряжение V₁₀(a), которое получается при замыкании источника напряжения, составляет V₁₀(a)=5 В, напряжение V₁₀(b), получающееся от V при размыкании источника тока, равно V₁₀(b)=10 В, и после сложения этих двух значений получим V₁₀=15 В.

Обратимся теперь к анализу схемы на PSpice. Входной файл должен выглядеть следующим образом:

Simple Current and Voltage Sources

I 0 1 1A

V 20 20

R1 1 0 10

R2 1 2 10

.OP

.OPT nopage

.TF V(1) V

.END

Выходной файл дает V(1) = 15 В, что соответствует расчету методом наложения. Команда .TF дает нам возможность найти ток источника напряжения V, равный 0,5 А. Проверьте правильность этого результата. Вспомним, что PSpice дает корректное значение отдаваемой мощности только для источников напряжения, оно просто равно произведению напряжения на ток источника и составляет 10 Вт. Вычислим мощность, рассеиваемую в каждом резисторе: Р₁=22,5 Вт, Р₂=2,5 Вт, что в сумме дает 25 Вт. Команда .TF дает возможность вычислить входное и выходное сопротивления. Проверьте эти значения, учитывая, что при их расчете источник тока следует разомкнуть.

Итак, если в исследуемой цепи есть источники тока, следует осторожно подходить к расчету рассеиваемой мощности, поскольку выходной файл показывает лишь мощность, потребляемую от источников напряжения. Если в схеме несколько таких источников, то в выходном файле приводится суммарная мощность всех источников напряжения.

Максимальная передача мощности

Для схем, в которых нагрузочное сопротивление может изменяться при функционировании устройства, представляется существенным вопрос: при какой величине нагрузочного сопротивления передаваемая ему мощность будет максимальной? На рис. 1.20 таким нагрузочным сопротивлением является резистор R_L. Когда сопротивление R_L равно сопротивлению схемы относительно выходных узлов (узлов 3 и 0 в нашей схеме), передаваемая в нагрузку мощность будет максимальной.

Рис. 1.20. Схема для определения максимальной мощности, передаваемой в нагрузку 

Выходное сопротивление цепи — это просто сопротивление Тевенина R_Th которое для нашей схемы составляет 30 Ом. Поэтому при R_L=30 Ом в нагрузке рассеивается максимальная мощность. Это означает, что при неизменных параметрах цепи любое изменение R_L в сторону увеличения или уменьшения приведет к снижению выделяемой в нем мощности. И анализ на SPICE может нам это продемонстрировать. Входной файл для такого анализа имеет вид:

Maximum Power Transfer to R Load

V 1 0 12V

R1 1 2 20

R2 2 0 20

R3 2 3 20

RL 3 0 30

.OP

.OPT nopage

.END

Выходной файл показывает V(3) = 3 В, откуда P_L=V(3)²/R_L=0,3 Вт. Теперь можно почувствовать реальные преимущества SPICE, в которой не составляет труда сделать R_L больше или меньше. Изменив в исходном файле только величину R_L и снова проведя анализ, мы быстро увидим новый результат. 

Например, при R_L=29 Ом, V(3)=2,9492 В и P_L=0,2999 Вт. Попытка проверить результат при нескольких различных значениях R_L покажет вам, что мощность всегда меньше 0,3 Вт. Запомните, что максимальная мощность в нагрузочном сопротивлении выделяется тогда, когда оно равно выходному сопротивлению схемы. Это может быть показано при применении теоремы Тевенина для сколь угодно сложных схем.

Из этого примера видно, что компьютерный анализ позволяет яснее представить себе общие принципы, определяющие поведение схем без нудного повторения сложных вычислений.

Зависимые источники в электрических цепях