OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей - [30]

и R и напряжение V(2). Входной файл:

AC Network with More Than One Source
V1 1 0 AC 20V 0
V2 0 4 AC 10V -90
V3 3 0 AC 40V 45
R 2 4 3
L 2 3 7.96mH
С 1 2 663uF
.AC LIN 1 60Hz 60Hz
.print ac i(C) iR(C) ii(C) ip(C)
.print ac i(L) iR(L) ii(L) ip(L)
.print ac i(R) iR(R) ii(R) ip(R)
.print ac v(2) vR(2) vi(2) vp(2)
.opt nopage
.end

Рис. 2.27. Схема с тремя источниками переменного напряжения 

Выполните моделирование в PSpice, и рассмотрите результаты, полученные в выходном файле. Каковы направления токов, которые были найдены? Чтобы понять это, вы должны учитывать описание элементов во входном файле. Например, команда, описывающая конденсатор, вводит узлы в последовательности 1, 2. Это означает, что на диаграмме цепи вы должны показать ток в направлении из узла 1 к узлу 2. Если вы этого не сделаете, решение будет неоднозначным. При просмотре команд для R и L, проставьте стрелки с направлением тока для этих элементов, чтобы получить однозначное решение. Рассмотрим выходной файл на рис. 2.28. Обратите внимание, что не интересующие нас в данном случае строки были удалены при редактировании. Это полезная практика при распечатке таких файлов.

**** 08/17/05 18:26:07 ******** Evaluation PSpice (Nov 1999)
AC Network with More Than One Sources
**** CIRCUIT DESCRIPTION
V1 1 0 AC 20V 0
V2 0 4 AC 10V -90
V3 3 0 AC 40V 45
R 2 4 3
L 2 3 7.96mH
C 1 2 663uF
.AC LIN 1 60Hz 60Hz
.print ac i(C) iR(C) ii(C) ip(C)
.print ac i(L) iR(L) ii(L) ip(L)
.print ac i(R) iR(R) ii(R) ip(R)
.print ac v(2) vR(2) vi(2) vp(2)
.opt nopage
.end
**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG C
FREQ      I(C)       IR(C)      II(C)      IP(C)
6.000E+01 2.050E+00  8.907E-01 -1.846E+00 -6.424E+01
6.000E+01 8.243E+00 -8.238E+00  2.994E-01  1.779E+02
6.000E+01 9.377E+00  9.129E+00 -2.145E+00 -1.323E+01
6.000E+01 2.762E+01  2.739E+01  3.564E+00  7.414E+00

Рис. 2.28. Выходной файл для схемы на рис. 2.27

Трехфазные сети будут рассматриваться в следующем разделе. Исходные напряжения будут определены таким же способом, как в представленном примере.

Трансформаторы

При использовании трансформаторов в Spice необходимо при вводе этого элемента задать коэффициент самоиндукции каждой из двух обмоток (первичной и вторичной) и коэффициент связи k. На рис. 2.29 показана схема с источником напряжения 20 В частотой 1 кГц. Для трансформатора заданы следующие параметры: R₁=20 Ом; L₁=25 мГн; R₂=20 Ом; L₂=25 мГн и взаимная индуктивность М=20 мГн. Найдите токи в первичной и вторичной обмотках, мощность вторичной обмотки и мощность в полном сопротивлении нагрузки.

Рис. 2.29. Схема со взаимной индуктивностью

Коэффициент связи может быть найден из уравнения:

Для примера, это значение будет равно 20/25 или 0,8. Теперь вы готовы создать входной файл:

Circuit with Mutual Inductance
V1 1 0 AC 20V 0
R1 1 2 20
R2 3 4 20
L1 2 0 25mH
L2 3 0 25mH
RL 4 5 40
CL 5 0 5.3uF
K L1 L2 0.8
.AC LIN 1 1kHz 1kHz
.print ас i(R1) iR(R1) ii(R1)
.print ac i(R2) iR(R2) ii(R2)
.opt nopage .end

Выполните анализ и распечатайте копию выходного файла. Убедитесь, что первичный ток равен (0,1767–0,1441), а вторичный ток составляет (0,1979–0,04904) А. Обратите внимание, что эти ответы даны просто как упорядоченные пары для реальных и мнимых компонентов. Результаты не дают желательных мощностей непосредственно, так как команды .PRINT не могут содержать выражений типа I*I*R. Используйте калькулятор, чтобы проверить, что мощность вторичной обмотки равна 2,49 Вт, а мощность полного сопротивления нагрузки — 1,66 Вт.

В некоторых трансформаторных схемах важно обозначить начала обмоток (обычно они обозначаются точками). В этом примере точками обозначены начало первичной обмотки L₁, подключенное к узлу 2, и начало вторичной обмотки L₂, подключенное к узлу 3. Таким образом, точками отмечены узлы, указанные первыми для каждой индуктивности L.

Реакция в частотной области для цепей настройки частоты

Схемы настройки используются в различных электронных устройствах, которые находят применение в радио и телевидении. Параллельно трансформаторным обмоткам подключаются конденсаторы, чтобы создать резонансные контуры. Вблизи резонансной частоты во вторичный контур передается большая мощность, при удалении от резонансной частоты эта мощность падает. На рис. 2.30 показана типовая схема, питающаяся от источника переменного тока: I=19,6 мА; R₁=R₂=1 Ом; L₁=L₂=25 мГн; C₁=С₂=1,013 мкФ; R_L=5 кОм и k=0,05. Резонансная частота LC-цепи составляет f₀=1 кГц.

Рис. 2.30. Схема подстройки частоты с индуктивной связью 

Интересно исследовать поведение схемы при частотах, близких к резонансной. Это можно осуществить, используя следующий входной файл:

Frequency Response of Tuned Circuit with Mutual Inductance
I 0 1 AC 19.6mA
R1 1 2 1
R2 3 4 1
L1 2 0 25mH
L2 4 0 25mH
RL 3 0 5k
K L1 L2 0.05
C1 1 0 1.013uF
C2 3 0 1.013uF
.AC LIN 401 800Hz 1200Hz
.PROBE
.END

Будем изменять частоту в диапазоне от 800 до 1200 Гц. Проведите анализ и получите график V(3) в этом диапазоне частот. Используя линейную шкалу по оси X, исследуйте форму напряжения на нагрузке. Обратите внимание, что оно повышается с обеих сторон от резонансной частоты. Распечатайте полученный график для дальнейшего изучения (см. рис. 2.31).