Роберт Хайнеманн - Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE

Шаг 19 Загрузите на экран схему последовательного включения резистора и емкости RC_TRANS.sch и замените установленный в ней источник напряжения VSIN на генератор импульсного напряжения типа VPULSE из библиотеки SOURCE.slb (рис. 4.16). Сохраните измененную схему в папке Projects под именем RC_PULS.sch.

Рис. 4.16. Схема последовательного включения резистора и емкости с генератором импульсного напряжения типа VPULSE 

При заданных значениях для резистора R и конденсатора С значение временной константы равно t=0.2 мс. Как известно, процессы зарядки и разрядки конденсаторов после 5 t практически завершаются. То есть, если установить длину импульса 1.5 мс и время моделирования 4 мс, этого будет вполне достаточно, чтобы полностью отобразить процесс зарядки и разрядки в виде одной общей диаграммы.

Шаг 20  Для того чтобы установить атрибуты нового источника напряжения, дважды щелкните мышью по его схемному обозначению и тем самым откройте окно атрибутов VPULSE (рис. 4.17).

Рис. 4.17. Окно атрибутов генератора импульсов VPULSE

Шаг 21 Заполните окно атрибутов генератора импульсов VPULSE следующим образом:

• DC=0 (приложенное постоянное напряжение);

• АС=0 (приложенное переменное напряжение);

• V1=0 (напряжение при начале импульса);

• V2=1V (высота импульса);

• TD=0 (время задержки начала импульса) — поле Delay Time;

• TR=1ns (время нарастания импульса) — поле Rise Time. Значение TR может быть сколь угодно малым, но не должно равняться 0;

• TF=1ns (время затухания импульса) — поле Fall Time. Значение TF может быть сколь угодно малым, но не должно равняться 0;

• PW=1.5ms (ширина импульса);

• PER=5ms (период повторения импульсов). После завершения периода источник напряжения посылает следующий импульс. Если требуется всего один импульс, нужно ввести для PER такое значение, чтобы оно было больше значения, указанного для длительности процесса моделирования в поле Final Time;

• SIMULATIONONLY. Здесь от вас не требуется никаких дополнительных указаний. Этот атрибут означает, что данный компонент не будет учитываться ни в одной из топологий печатных плат;

• PKGREF=U1. Оставьте это ориентировочное название (PacKaGe REFerence Designator) таким, какое оно есть.

Шаг 22 Проведите соответствующую предварительную установку для анализа переходных процессов, запустите процесс моделирования вашей схемы и создайте на его основе диаграмму, приведенную на рис. 4.18.

Рис. 4.18. Напряжение и ток при зарядке и разрядке конденсатора электросхемы RC_PULS.sch

Для того чтобы вам было легче разобраться в диаграмме на рис. 4.18, представленной здесь в черно-белом изображении, мы для удобства снабдили отдельные кривые особыми символами, позволяющими отличать графики друг от друга. Эти символы можно активизировать в программе PROBE, выполнив команды Tools→Options…→Use Symbols→Always (Инструменты→Установки…→Использовать символы→Всегда).

Шаг 23 Уменьшите вдвое значение сопротивления для резистора R и убедитесь в том, что процесс зарядки и разрядки конденсатора теперь протекает за вдвое меньшее время, а токи достигают вдвое больших пиковых значений (рис. 4.19).

Рис. 4.19. Напряжение и ток при зарядке и разрядке конденсатора при вдвое уменьшенном значении сопротивления резистора

4.4.1. Задания на закрепление материала

Задание 4.1. Создайте диаграмму входного и выходного напряжения для электросхемы RC_TRANS.sch в сокращенном временном интервале от 0 с до 1 мс. 

Задание 4.2. Уменьшите ширину шага вычислений (поле Step Ceiling) для моделирования электросхемы RC_TRANS.sch с 4 до 1 мкс. Повлекло ли за собой это изменение сколько-нибудь заметное улучшение качества графического изображения или привело, главным образом, к увеличению времени на выполнение расчетов?

Задание 4.3.* Последовательное соединение резистора и емкости состоит из резистора сопротивлением R=10 кОм и конденсатора емкостью С=10 пФ. К выводам цепи подведено переменное напряжение с амплитудой 1 В и частотой колебаний f=1 мГц. Вычислите самостоятельно напряжения UR и UC, а также сдвиг фазы j между током и общим напряжением в стационарном состоянии (после завершения переходных процессов). Затем с помощью PSPICE запустите процесс моделирования этой схемы и проверьте правильность своих расчетов.

Задание 4.4.* Начертите схему электрической цепи из последовательно соединенных резистора, катушки индуктивности и конденсатора, изображенной на рис. 4.20, выясните для нее сдвиг фазы (в стационарном состоянии) между током и общим напряжением и сравните полученные результаты с теорией.

Рис. 4.20. Электрическая цепь, включающая резистор, катушку индуктивности и конденсатор

4.5. Руководство к действию

Рецепт 1. Провести анализ переходных процессов

1. Откройте окно Analysis Setup (см. рис. 4.3), щелкнув по кнопке .

2. В этом окне установите флажок рядом с кнопкой Transient…, чтобы активизировать режим анализа переходных процессов.

3. Щелкните по кнопке Transient…, откроется одноименное окно.

4. Проведите в нем необходимые настройки для анализа переходных процессов (см. рис. 4.4):

 • в поле Final Time введите время окончания анализа переходных процессов;

 • в поле Step Ceiling установите максимальную ширину шага для проведения расчетов;

 • поле Print Step не оказывает никакого влияния на работу с имитатором PSPICE, однако указанное в нем значение должно быть больше 0 и меньше, чем значение в поле Final Time;

 • остальные поля ввода можно оставить пустыми.

5. Щелкните по кнопке OK, чтобы подтвердить введенные значения и вернуться к окну Analysis Setup.

6. Щелкните по кнопке Close, чтобы снова вернуться к главному окну редактора SCHEMATICS.

7. Запустите процесс моделирования.

(См. раздел 4.1.)

Рецепт 2. Представить результаты моделирования в программе-осциллографе PROBE 

1. После того как, в зависимости от предварительных установок программы, экран PROBE либо автоматически открылся по завершении моделирования, либо вы сами открыли его, выбрав в меню Analysis команду Run Probe, вы должны открыть окно Add Traces (см. рис. 4.10). Для этого выберите в меню Trace опцию Add…, или щелкните по кнопке .

2. Щелкните в левой части окна Add Traces (см. рис. 4.10) поочередно по величинам, которые вы хотели бы представить в виде диаграммы и отправьте их таким образом в строку Trace Expression. В случае необходимости вы всегда сможете отредактировать введенные в ней значения.

3. Подтвердите свой выбор щелчком по кнопке OK и возвратитесь обратно к экрану PROBE. Теперь нужные вам диаграммы появятся на экране.

(См. раздел 4.2.)

Рецепт 3. Расчет значений токов и напряжений в прямом направлении

Знак перед напряжениями — PSPICE производит расчет напряжений в прямом направлении от соответствующего узла по направлению к «земле».

Знак перед токами — для резисторов, катушек и конденсаторов расчет тока проводится в прямом направлении от вывода 1 к выводу 2, для биполярных транзисторов, полевых транзисторов, тиристоров и т.п. расчет тока проводится в прямом направлении, если он является входящим в данный компонент схемы.

Рецепт 4. Редактирование строки Trace Expression

Величины, перечисленные в левой части окна Add Traces (см. рис. 4.10), в строке Trace Expression можно связывать друг с другом с помощью различных математических операций. Например, ввод

V(C1:2) - V(C1:1) * (-IC1)

дает временную диаграмму реактивной мощности на конденсаторе С1.

Список всех имеющихся в PROBE математических операций и их назначений вы найдете в приложении.

Рецепт 5. Добавить вторую координатную ось Y

1. Откройте в программе PROBE меню Plot и выберите в нем опцию Add Y Axis, чтобы создать на диаграмме вторую ось Y.

2. К следующей диаграмме, которую вы выберите из списка диаграмм и отправите в строку Trace Expression, будет автоматически добавлена новая координатная ось Y.

(См. раздел 4.3.)

Урок 5

Анализ частотных характеристик AC Sweep

Изучив материал этого урока, вы узнаете, как с помощью анализа AC Sweep моделировать и графически представлять в программе-осциллографе PROBE частотные характеристики, а также провести линейное или логарифмическое форматирование обеих координатных осей диаграммы.