OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Это начальное напряжение на конденсаторе. Обратите внимание на полярность этого напряжения и направление начального тока катушки индуктивности. Схема замещения с учетом начальных условий, получающаяся после замыкания ключа, показана на рис. 6.23. Входной файл при этом приобретает вид:

Switch-Opening Circuit with L, С

R11 0 2

R2 1 2 3

N 1 2 4000mF IC=6V

L 2 0 SH IC=2A

.TRAN 0.01ms 16s UIC

.PROBE

.END

Рис. 6.23. Схема замещения после размыкания ключа

Проведите анализ и убедитесь, что при t=0, при разомкнутом переключателе v_c(0) = 6 В и i_L(В) = 2 А в соответствии с начальными условиями, зафиксированными во входном файле. Получив график v(2), проверьте также, что v_L(0)=-10B и i_L(0)=0.

Как можно определить v_L(0) после размыкания ключа с помощью простого схемотехнического анализа? Так как ток через катушку индуктивности в момент переключения неизменен, ток через R₁ мгновенно становится равным 2 А (направлен вверх, к узлу 1), хотя до размыкания ключа он равен 3 А и направлен от узла 1 (вниз). Ток в 2 А создает падение напряжения 4 В с полярностью, показанной в рис. 6.23. Применение второго закона Кирхгофа к контуру, содержащему R₁, С и L, дает v_L(0)=-10 В, подтверждая результаты, полученные на PSpice. На рис. 6.24 показано напряжение v(1, 2), которое и является напряжением на конденсаторе v_c.

Рис. 6.24. График напряжения на R₂ в схеме на рис. 6.23

Прежде чем выйти из программы Probe, убедитесь, что токи и напряжения в момент t=2 с имеют следующие значения:

v_c(2 с) = 5,2778 В;

v_L(2 с) = –3,94 В;

i_c(2 с) = –2,428 А;

i_L(2 с) = –0,675 А.

Токи показаны на рис. 6.25.

Рис. 6.25. Графики токов в ветвях схемы на рис. 6.23

Цепи с источником тока

На рис. 6.26 показана схема с источником тока, обеспечивающим установившееся значение в ЗА при t<0. В момент t=0 ток становится равным 0. Прежде чем приступить к анализу на PSpice, определим начальные условия для L и С. До момента t=0 ток через R=3 А, в то время как ток через другую ветвь равен нулю, так как конденсатор С является разрывом для постоянного тока. Таким образом i_L(0)=0. Падение напряжения на R равно 2×3 = 6 В, с полярностью, показанной на рис. 6.27. Поскольку при постоянном токе напряжение на L равно нулю, напряжение v_c(0)=6 В. Приведенной информации достаточно, чтобы выполнить анализ на PSpice. Входной файл:

Initial Conditions from Current Source

R 1 0 2

L 1 2 3H

N 2 0 4000mF IC=6V

.TRAN 0.001ms 24s UIC

.PROBE

.END

Рис. 6.26. Схема с источником тока

Рис. 6.27. Схема замещения для момента t = 0

Выполните анализ и получите графики напряжений на резисторе и конденсаторе. Проверьте начальные условия для обоих напряжений. В качестве упражнения убедитесь, что для момента t₁=4 с напряжения v_c(t₁)=4,2095 В и v_R(t₁)=4,5476 В. Можете ли вы сказать, каково будет напряжение v_L(t₁), не получая график напряжения v_L?

Используйте второй закон Кирхгофа, чтобы найти это значение. Напряжения на резисторе и конденсаторе показаны на рис. 6.28. Теперь получите график i_C(t). Заметьте, что этот ток растет от нулевого начального значения до значения тока в катушке. Убедитесь, что i_C(4 с)=–2,2738 А. Этот ток протекает через каждый элемент против часовой стрелки. Убедитесь также, что максимальный (по модулю) ток i_max=-2,313 достигается при t=3,48 с.

Рис. 6.28. Напряжения на элементах схемы на рис. 6.27 

Мостовые схемы с ненулевым начальным током

В схеме на рис. 6.29 ключ размыкается при t=0. Схема замещения до размыкания показана на рис. 6.30. В ней катушка индуктивности заменена коротким замыканием, при этом напряжения на R₁ и R₃ равны 6 В, что приводит к прохождению тока в 2 А через R₁ и тока в 3 А через R₃. Поскольку в ветви конденсатора ток отсутствует, ток в катушке индуктивности также должен быть равен 3 А. Так как напряжение V(1,3) равно нулю, то и v_c равно нулю. Эта информация позволяет нам задать начальные условия для анализа на PSpice, приводя к следующему входному файлу:

Switch Opening in Bridge Circuit

R1 0 1 3

R2 1 2 1

R3 3 0 2

L 1 3 3H IС = 3A

N 2 3 2000mF

.TRAN 0.001ms 16s UIC

.PROBE

.END

Рис. 6.29. Схема с размыканием ключа в момент t = 0

Рис. 6.30. Схема замещения для момента размыкания ключа (t < 0)