OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Теперь можно провести анализ и получить кривые тока. Убедитесь, что начальное значение тока составляет 0,5 А, а его установившееся значение равно 2 А. С какой постоянной времени ток будет достигать установившегося значения? Общее изменение тока составляет 1,5 А. А за какое время разница достигает величины 0,632·1,5 = 0,948? Прибавив эту величину к начальному значению 0,5 А, вы получите ток i=1,448 А. Проверьте это по графику, воспользовавшись курсором. Сверьте ваш график с показанным на рис. 6.5.

Рис. 6.5. График тока для схемы на рис. 6.4

Подключение источника постоянного напряжения к RC -цепи

В конденсаторе, показанном на рис. 6.6, при замыкании ключа происходит начальный скачок тока. Входной файл для этого случая:

Switch Closing in RC Circuit

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

R 1 2 10k

С 2 0 0.1uF

.TRAN 1ms 10ms

.PROBE

.END

Рис. 6.6. Замыкание ключа в RC-цепи

Проведите анализ и получите график I(R). Каково значение тока в момент, когда ключ разомкнут? Каково оно будет при t=τ, если ток продолжит падать с начальной скоростью после того, как станет нулевым? Сверьте ваш результат с приведенным на рис. 6.7.

Рис. 6.7. График тока для схемы на рис. 6.6 

Удалите график тока и получите графики приложенного напряжения V(1) и напряжений на конденсаторе V(2) и на резисторе V(1, 2). Обратите внимание на экспоненциальный рост напряжения на конденсаторе и экспоненциальный спад напряжения на резисторе. Такой характер изменения напряжений подтверждается кривыми на рис. 6.8.

Рис. 6.8. Напряжения на элементах схемы на рис. 6.6

Цепи с двумя накопителями энергии

Схемы с двумя различными накопителями энергии содержат катушку индуктивности L и конденсатор С вместе с одним или несколькими резисторами R. Когда схема содержит последовательно включенные R, L и С, различают переходные процессы трех типов. При слабом затухании процесс называется колебательным, при избыточном затухании — апериодическим, а при критическом затухании — критическим случаем. Начнем с первого случая.

Апериодический переходной процесс в RLC- цепях

На рис. 6.9 показана схема с источником напряжения в 12 В. Ключ замыкается при t=0, после чего начинается переходной процесс. Значения параметров: С=1,56 мкФ, L=10 мГн и R=200 Ом. Изменение значения R при дальнейшем изложении приведет нас к двум другим типам переходных процессов, но для R=200 Ом получается случай апериодического процесса при избыточном затухании. За время 1 мс ток увеличивается до максимума и затем спадает по экспоненте.

Рис. 6.9. Схема с двумя накопителями энергии при избыточном затухании

Математический анализ этой схемы показывает, что ток представляет собой сумму двух показательных функций, что и должно быть видно на графике. Входной файл:

Double-Energy Circuit, Overdamped

V 1 0 PWL(0,0 1us,12V 10ms,12V)

R 1 2 200

L 2 3 10mH

N 3 0 1.56uF

.TRAN 10us 1ms

.PROBE

.END

Проведите анализ, затем получите график I(R). Убедитесь, что максимум тока i=47,4 мА достигается при t=125 мкс. График для случая с большим затуханием показан на рис. 6.10.

Рис. 6.10. График тока для схемы на рис. 6.9

Интересно также посмотреть, как изменяются напряжения на компонентах схемы. Удалите график тока и вы получите графики V(1), V(3), V(2,3) и V(1,2). Соответствующие узлы обозначены на схеме на рис. 6.9. Убедитесь, что напряжение на резисторе достигает максимума v_R=9,46 В в момент t=125 мкс, а напряжение на катушке индуктивности в момент замыкания ключа круто нарастает — почти до v_L=11,8 В, затем спадает до нуля и достигает минимума v_L=-1,201 В при t=226 мкс. Эти графики показаны на рис. 6.11.

Рис. 6.11. Временные диаграммы напряжений на элементах схемы на рис. 6.9 

Критический переходной процесс в RLC- цепях

Обратимся снова к схеме на рис. 6.9. Анализ показывает, что при критическом затухании

Если оставить значения L и С прежними, то условие критического режима соблюдается при R=160 Ом. Чтобы увидеть результаты, просто измените значение R во входном файле и выполните анализ снова.

Убедитесь, что ток достигает максимального значения i=55,36 мА при i=125 мкс. Удалите график тока и получите графики различных напряжений, как в предыдущем анализе. Эти кривые будут иметь тот же вид, что и при апериодическом процессе (рис. 6.12).