OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

.subckt iop 1 2 3

…

…

.ends 

где запись iop идентифицирует подсхему, в которой узлы подсхемы 1, 2 и 3 подключаются к внешним узлам 8, 9 и 10 соответственно команде X. Строка .ends показывает конец описания подсхемы. 

Использование подсхем наиболее удобно, когда во входном файле необходимо использовать устройство, модель или группу элементов более одного раза. Например, все команды X1, Х2 и Х3 могли бы обращаться к одному и тому же устройству: iop.

Задачи

5.1. Идеальный инвертирующий ОУ, показанный на рис. 5.2, имеет следующие параметры элементов: R₁=2 кОм; R₂=15 кОм; А=100000 и R_i=1 Мом. Проведите PSpice анализ, чтобы определить коэффициент усиления по напряжению, входное и выходное сопротивления. Значение 1 МОм для встречается на практике. Какие различия в результатах вы получите, если выполнить анализ на PSpice для R_i=1 ГОм?

5.2. Рассчитайте идеальный неинвертирующий ОУ, показанный на рис. 5.3, таким образом, чтобы иметь коэффициент усиления по напряжению, равный 20. Выберите значения для R₁ и R₂, и выполните PSpice анализ, чтобы проверить ваш расчет. 

5.3. Идеальный ОУ, показанный на рис. 5.5, должен использоваться при значениях входных сигналов v_a=3 В и v_b=10 В. При R₁=5 кОм, R₂=10 кОм, R₃=10 кОм и R₄=5 кОм, найдите выходное напряжение, используя PSpice. Сравните результаты с теми, что получили в примере из текста при R₁=R₃ и R₂=R₄. Определите роль R₃ и в определении коэффициента усиления по напряжению.

5.4. Для модели ОУ, приведенной на рис. 5.8, f_t=1 МГц и f_c=10 Гц. Пересмотрите модель, чтобы учесть f_t=2 МГц и f_c=10 Гц. Используйте R₁=10 кОм и R₂=240 кОм. Найдите коэффициент усиления на средних частотах и верхнее значение частоты для снижения на 3 дБ. Сравните ваши результаты с приведенными в текстовом примере.

5.5. На рис. 5.15 произведение RC составляет 1 с. Покажите, что использование чаще применяемых на практике значений С=50 мкФ и R=20 кОм в том же входном файле должно привести к тем же результатам, что и в текстовом примере. Затем при использовании С=50 мкФ и R=10 кОм выполните анализ снова. Объясните различие между этим и предыдущим результатами.

5.6. Используя схему на рис. 5.17 при С=50 мкФ и R=20 кОм, выполните на PSpice анализ с тем же входным сигналом, что и на рисунке. Сравните полученные результаты с рис. 5.18. Затем при использовании С=50 мкФ и R=10 кОм выполните анализ снова. Объясните различие между этим и предыдущим результатами.

5.7. На рис. 5.38 показан ОУ первого порядка, у которого

v_s = 4 – 4u(t) В,

где u(t) представляет собой единичную ступенчатую функцию. Анализ показывает, что

v_c(t) = 10e^-4t В и

v₀(t) = -v_c(t) В.

Рис. 5.38.

Для t≥0 выполните PSpice анализ, чтобы проверить предсказанные результаты.

5.8. На рис. 5.39 приведена схема с ОУ, для которой

v_s(t) = 3 - 3u(t) В.

Рис. 5.39

Найдите v₀(0), i_с(0), i₀(0) и получите график v₀(t), используя PSpice.

5.9. Рассчитайте фильтр низкой частоты первого порядка, показанный на рис. 5.40, с частотой среза f₀=5 кГц. Используйте R=R₁=1 кОм и рассчитайте С. Найдите коэффициент усиления на средних частотах и используйте программу Probe для проверки расчета.

Рис. 5.40.

6. Переходные процессы и анализ во временной области

Анализ переходных процессов является еще одной из полезных возможностей PSpice. Математический расчет переходных процессов может оказаться довольно утомительным и долгим. Он предусматривает сложные преобразования дифференциально-разностных уравнений при определенных граничных и начальных условиях. PSpice позволяет нам получить полную информацию за короткое время и лучше понять процессы, воспользовавшись широким набором временных зависимостей токов и напряжений.

Замыкание ключа в RL- цепях

В каждой схеме при попытке изменения ее энергетического состояния происходит хотя бы кратковременный переходной процесс. В качестве примера на рис. 6.1 показана схема с источником напряжения в 1 В, ключом (в начальный момент он закрыт), резистором R и катушкой индуктивности L. Посмотрим, что же произойдет сразу после замыкания ключа. Из курса теоретической электротехники известно, что ток достигнет установившегося значения V|R не сразу, нарастая по экспоненте. Постоянная времени нарастания τ=L|R представляет собой время, требуемое для достижения током 63,2% установившегося значения. Через 5τ! ток почти достигнет установившегося значения, отличаясь от него не более чем на 1%.

Рис. 6.1. Замыкание ключа в RL-цепи

В PSpice, мы исследуем этот переходной процесс, воспользовавшись источником с кусочно-линейным выходным напряжением PWL (piecewise linear). 

Он будет задан командой, описывающей приложенное напряжение, следующим образом:

V 1 0 PWL (0,0 10us,1V 10ms, 1V)