Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей
R_R R(1=2 2=4 )
L_L L(1=2 2=3 )
С_С С(1=1 2=2 )
V_V3 V3(+=3 -=0 )
V_V2 V2(+=0 -=4 )
V_V1 V1(+=1 -=1 )
Рис. 14.39. Файл псевдонимов для схемы с несколькими источниками
Временные диаграммы гармонических токов
Не выходя из Probe, удалите графики напряжения и получите графики для каждого из токов схемы. Не забудьте показать условные направления для всех токов на схеме цепи. Рассмотрите временные диаграммы для токов конденсатора и катушки индуктивности после того, как они прошли начальный участок переходного процесса, чтобы определить правильные амплитуды и фазы. Не забудьте, что фактически нас интересует не переходной процесс для этой схемы, а скорее то, что мы могли бы видеть в лаборатории на экране осциллографа. Эти графики представлены на рис. 14.40. Обратите внимание, что ток через конденсатор I(C) проходит слева направо, ток I(L) — также слева направо, а ток через резистор I(R) направлен вниз. Рассмотрите файл псевдонимов, чтобы подтвердить это.
Рис. 14.40. Токи в ветвях схемы с несколькими источниками
В любой момент сумма токов в узле 2 должна быть равна нулю. С учетом направлений токов это отображается уравнением
IС - IL - IR = 0.
В качестве упражнения найдите сумму токов в узле 2 при t=20 мс. Вы должны получить 0,32+7,74–8,04=0,02 А. Эта сумма не совсем равна нулю, так как процессы к этому моменту еще не полностью установились.
Трансформаторы
Воспользуемся схемой на рис. 2.29, чтобы показать, как вводятся в Capture схемы, содержащие трансформаторы. На рис. 14.41 показан желательный вид схемы. Начните новый проект transpnr, используя компоненты VAC, R, С и L. Трижды поверните каждый из компонентов L1, L2, RL и CL при размещении их на схеме. Значения параметров такие же, как в главе 2: V=20 В, R1=20 Ом, R2=20 Ом, RL=40 Ом, L1=25 мГн, L2=25 мГн и CL=5,3 мкФ. Две катушки индуктивности независимы, если компонент K_Linear из библиотеки аналоговых компонентов не помещен в схему. Поместите этот символ в удобном месте, например, между катушками индуктивности, как на рисунке. Дважды щелкните на поле K и в Property Editor или электронной таблице, выберите поле для L1, и задайте значение «L1»; в поле L2 задайте значение «L2», столбец для коэффициента связи должен содержать значение «0,8» с М=20 мГн. Задав все значения и сохранив схему, проведите моделирование на PSpice с именем transfm1. Выполните вариацию AC Sweep в диапазоне от 900 до 1100 Гц для 201 точки. Проведите моделирование и используйте линейную ось X в диапазоне указанных частот. В Probe получите графики действительной и мнимой составляющих для токов через R1 и R2 и сравните их с результатами, полученными в главе 2. При f=1 кГц значения должны составлять I(R1)=(0,176, -0,144) и Il(R2)=(0,198, -0,049) А. На рис. 14.42 показаны эти компоненты с курсором, отображающим первое из четырех значений.
Рис. 14.41. Трансформаторная схема
Рис. 14.42. Токи в трансформаторной схеме
15. Транзисторные цепи в Capture
В главе 10 исследовалась модель PSpice для биполярного транзистора (BJT). В демонстрационной версии PSpice имеется шесть транзисторов BJT (Q2N2222, Q2N2907A, Q2N3904, Q2N3906, Q2N6052 и Q2N6059), три из которых npn-, а три других — pnp-транзисторы. Чтобы показать некоторые из свойств этих компонентов, начнем с примера, использующего Q2N3904.
Выходные характеристики Q2N3904
Для получения выходных характеристик вернемся к схеме на рис. 10.1. Создайте новый проект в Capture с именем bjtchar. Введем компонент IDC, затем R (для RB), затем снова R (для RC), затем VDC и 0 для «земли». Затем выберем транзистор типа Q2N3904 из библиотеки eval. Установим имена и значения компонентов, соответствующие рисунку, и соединим компоненты проводами. Пронумеруйте узлы, как на рис. 10.1 (с помощью Place, Netlist). Небольшое замечание касается условного направления тока через RС. Ниже приведена команда PSpice для ввода резистора RС.
RC 4 3 0.01
Порядок следования узлов (4, 3) означает, что ток резистора будет положителен, когда он направлен справа налево, то есть от узла 4 к узлу 3. Применим это соглашение к нашему анализу в Capture. Выберите RС и дважды поверните появившееся изображение, чтобы привести направление в соответствие с порядком следования узлов. Схема показана на рис. 15.1.
Рис. 15.1. Схема для биполярного транзистора, полученная в Capture
Для моделирования используйте имя Bjt1 и выберите тип анализа DC Sweep. Команда для анализа на PSpice:
.dc VCC 0 10V 0.05V IB 5uA 25uA 5uA
используется, чтобы выполнить вложенную вариацию. В Capture, для внутреннего цикла выбирается в качестве переменной напряжение источника VCC, которое линейно изменяется от 0 до 10 В с шагом 0,05 В, как показано на рис. 15.2. Переменной внешнего цикла является ток IB, изменяющийся от 5 до 25 мкА с шагом 5 мкА (рис. 15.3).
Рис. 15.2. Установки для моделирования биполярного транзистора
Рис. 15.3. Использование источника тока для внешнего цикла вариации параметров
Выполните моделирование и в Probe получите график I(RC). При этом будет выведено необходимое семейство характеристик, с одной кривой для каждого приращения тока базы в 5 мкА. Результаты показаны на рис. 15.4.
Рис. 15.4. Выходные характеристики биполярного транзистора
Выходной файл, полученный в Capture, показан на рис. 15.5. Сравните его с соответствующим выходным файлом, приведенным в главе 10. Отметим две команды, приведенные под заголовком Analysis directives: и порядок следования узлов для строки, вводящей RC:
R RC 4 3 0.01
**** 09/27/99 14:13:33 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **********
** circuit file for profile: Bjt1
*Libraries:
* Local Libraries :
* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:
.lib nom.lib
*Analysis directives:
.DC LIN V_VCC 0 10V 0.05V
+ LIN I_IB 5uA 25uA 5uA
.PROBE
*Netlist File:
.INC "bjtchar-SCHEMATIC1.net"
*Alias File:
**** INCLUDING bjtchar-SCHEMATIC1.net ****
* source BJTCHAR
V_VCC 4 0 10V
R_RC 4 3 0.01
R_RB 12 0.01
I_IB 0 1 DC 25uA
Q_Q1 3 2 0 Q2N3904
**** RESUMING bjtchar-SCHEMATIC1-Bjt1.sim.cir ****
.INC "bjtchar-SCHEMATIC1.als"
**** INCLUDING bjtchar-SCHEMATIC1.als ****
.ALIASES
V_VCC VCC(+=4 -=0 )
R_RC RC(1=4 2=3 )
R_RB RB(1=1 2=2 )
I_IB IB(+=0 -=1 )
Q_Q1 Q1(c=3 b=2 e=0 )
_ _(1=1)
_ _(2=2)
_ _(3=3)
_ _(4=4)
.ENDALIASES
**** BJT MODEL PARAMETERS
Q2N3904 NPN
IS 6.734000E-15 BF 416.4
Рис. 15.5. Выходной файл для биполярного транзистора
Такой порядок был определен, когда мы дважды повернули RC из первоначальной позиции. Транзистор введен строкой
Q_Q1 3 2 0 Q2N3904
Полюса 3, 2, 0 соответствуют коллектору, базе и эмиттеру.
Входные характеристики Q2N3904
Используем схему, показанную на рис. 10.3, чтобы получить входные характеристики транзистора Q2N3904. После создания нового проекта bjtichar разместим компоненты обычным способом. Резистор RS необходимо трижды повернуть, резистор RL вращать не нужно. Пронумеруйте узлы, как показано на рис. 15.6, и сохраните проект. Для моделирования используйте вариацию dc sweep с именем Bjti1 с внутренним циклом вариации по току источника IВВ в линейном диапазоне от 0 до 100 мкА и с шагом в 1 мкА. На рис. 15.7 показана вкладка для установки опций этой вариации. В качестве параметра внешнего цикла вариации выбирается напряжение источника VCC от 0 до 10 В с шагом в 2 В (рис. 15.8). Выполните моделирование и в Probe установите в качестве переменной по оси X напряжение на узле 1 (напряжение на базе) V(Rs:I). График I(BB) отображает ток базы. Все кривые этого семейства, кроме первой (при VCE=0), сливаются в одну (рис. 15.9). Выходной файл показан на рис. 15.10 для сравнения с предыдущим выходным файлом.
