OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Во входном файле задано изменение частоты от 4 до 5 кГц с шагом в 1 Гц. Выполните анализ, затем, используя возможности Probe, получите график IP(R). Диапазон частот выведенного графика по оси X лежит в пределах от 1 до 10 кГц, предусматривая логарифмическую шкалу. Это означает, что выбранная кривая занимает лишь малую часть экрана. Выберите для шкалы по оси X линейный масштаб и диапазон от 4 до 5 кГц. Как и ожидалось, резонансная частота имеет значение, близкое к 4,3 кГц, что видно из графика на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Фазочастотная характеристика для схемы на рис. 2.14

Использование курсора в программе Probe

Из строки меню выберите Trace, Cursor, Display, и на экране появится поле Probe Cursor. Оно может появиться в правой нижней части, но его при желании можно переместить и в другую область экрана. Поле содержит следующую информацию:

А1 = 4.0000K, -27.025

А2 = 4.0000K, -27.025

dif = 0.000, 0.000

Строка А1 представляет значения X и Y: частоты и величины фазового угла тока IP(R) в левом конце графика. Частота равна 4 кГц, а фазовый угол составляет -27,025, то есть при f=4 кГц вектор тока повернут на -27,02° относительно вектора входного напряжения, фазовый угол которого считается нулевым.

Клавишей стрелки (→) переместите указатель курсора до отметки, где фазовый сдвиг будет нулевым (или почти нулевым). После этого значения на табло Probe Cursor изменятся

А1 = 4.3175K, -17.130m

А2 = 4.0000K, -27.025

dif = 3ъ17.544, 27.010

Полученные вами значения могут несколько отличаться. На самом деле, если вы удалите график и снова получите его, значения могут немного измениться, так как используется подпрограмма итераций, чтобы достигнуть необходимой точки графика. Строка A1 сообщает, что при f=4,3175 кГц фазовый угол тока близок к нулю.

Таким образом, резонансная частота f₀=4,3175 кГц, так как при этом входной ток находится в фазе с приложенным напряжением. Сопротивление R в схеме необходимо, чтобы сделать источник входного напряжение реальным источником напряжения.

Интересно определить также полное входное сопротивление (или полную проводимость) схемы при резонансе. Убедитесь еще раз, что сопротивление (или проводимость) при резонансе должны быть полностью активными (не должны содержать реактивной составляющей). Постройте с учетом этого график I(R). Поскольку V=1 В, ток схемы численно равен полной входной проводимости. Объясните, почему это так. Используйте снова режим курсора для этого графика. Перемещайте указатель курсора, пока не найдете предсказанную частоту f₀=4,3175 кГц. Каково значение тока I на этой частоте? Убедитесь, что I=4,683 мА при резонансной частоте. Убедитесь также, что Z₀=R₀=213,5 Ом. Отметьте, что ток при этом не минимален.

Определение полного входного сопротивления в цепях переменного тока

Рассмотрим «черный ящик», содержащий цепь с неизвестным полным сопротивлением, показанный на рис. 2.16. С помощью команды .PRINT вы можете вывести и V(I), и I(R). Однако эта команда не позволяет вывести значение V(I)/I(R). Различные математические операторы в ней не допускаются. Чтобы получить график желаемой переменной, следует использовать функцию Probe, которая может, кроме того, строить функции, использующие следующие операторы:

abs(x)	|x|
sgn(x)	+1 (если x > 0), 0 (если x = 0), -1 (если x<0)
sqrt(x)	√x
exp(x)	ex
log(x)	ln(|x|)
log10(x)	log(| x|)
m(x)	модуль x
p(x)	фазовый угол x
r(x)	действительная часть x
img(x)	мнимая часть x
g(x)	групповая задержка от x
pwr(x, y)	|х|y
sin(x)	sin(x)
cos(x)	cos(x)
tan(x)	tg(x)
atan(x)	arctg(x)
arctan(x)	arctg(x)
d(x)	дифференциал от x
s(x)	интеграл от x
avg(x)	среднее значение от x
rms(x)	действующее значение от х
min(x)	минимум действительной части х
max(х)	максимум действительной части х

Рис. 2.16. Чёрный ящик, содержащий цепь с неизвестным полным сопротивлением

Таким образом, чтобы найти входное полное сопротивление схемы (рис. 2.16), можно включить очень маленький резистор R в качестве датчика тока. Полное входное сопротивление V(1)/I(R) можно найти в Probe, используя выражения r(V(I)/I(R)) для вещественной части Z и img(V(I)/I(R)) для мнимой части. Это дает тот же результат, что и использование r(VM(I)/IM(R)) и img(VM(I)/IM(R)). Получить фазовый угол для Z можно, используя p(V(I)/I(R)). Поясним эту методику примером.