Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

• Название: OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей
• Автор: Дж. Кеоун
• Жанр: Программы
• Год: 2008
• ISBN: 978-5-9706-0009-2

Это руководство по работе в программе OrCAD Pspice предназначено для всех, кто знаком с основными разделами электротехники. При постепенном усложнении задач объясняются все необходимые аспекты работы в OrCAD Pspice, что позволяет творчески применять их при дальнейшем анализе электрических и электронных схем и устройств. Рассмотрение материала начинается с анализа цепей постоянного тока, продолжается анализом цепей переменного тока, затем переходит к различным разделам полупроводниковой электроники. Информация изложена таким образом, чтобы каждый, кто изучал или изучает определенный раздел электротехники, мог сразу же использовать OrCAD Pspice на практике. Больше внимания, чем в других книгах по этой теме, уделяется созданию собственных моделей и использованию встроенных моделей схем в OrCAD Pspice.

На прилагаемом к книге DVD вы найдете демонстрационную версию программы OrCAD PSpice Student Edition 9, которой можно пользоваться свободно. Кроме того, на диске размещена версия OrCAD 10.5 Demo Release, с которой можно работать в течение 30 дней после установки на компьютер.

---

Направление тока

Отметим, что порядок следования узлов в записи

R1 1 2 10

означает, что положительным считается ток, протекающий от узла 1 к узлу 2. Если в результате анализа ток будет протекать в обратном направлении, то в выходном файле он будет иметь отрицательное значение. Если запись для резистора будет иметь вид:

R1 2 1 10 

то условным положительным направлением тока будет считаться направление от узла 2 к узлу 1, и ток I(R1) в выходном файле станет отрицательным. Эта закономерность, естественно, относится ко всем резисторам схемы. Толкование направления напряжения на выходе источника напряжения Vs и на резисторах различаются. При записи

VS 1 0 24V

порядок следования 1, 0 означает, что напряжение внутри источника направлено от узла 1 к узлу 0. Поскольку ток в действительности вытекает из узла 1, он составляет -5,281Е-02 (ампера).

Что еще можно прочесть

Большинство задач этой книги могут быть решены с помощью традиционных методик расчета, описанных в других книгах. Можно порекомендовать следующие книги в качестве материала, объясняющего и развивающего содержание отдельных глав этой книги:

Circuit Analysis

Irving L. Kosow, Wiley, 1988

Electronic Devices and Circuits, 5th ed.

Theodore F. Bogart, Jr., Prentice Hall, 2001

Electronic Devices

William D. Stanley, Prentis Hall, 1989

Electronic Devices and Circuit Theorie 7th ed.

Robert L.Boylestad, Prentis Hall, 1999

Обзор PSpice

В этом разделе обсуждаются основные моменты, встречающиеся при работе с программой PSpice. Более подробные объяснения приводятся в следующих главах книги. Если в этом разделе попадутся вопросы, представляющие для вас особый интерес, можете сразу перейти к главам, в которых они рассмотрены более детально.

Анализ цепей постоянного тока

На рис. 0.1 представлена цепь постоянного тока с источником напряжения и тремя резисторами. Нетрудно получить значения различных токов и напряжений в схеме с помощью PSpice. Если вы прочли главу «Начальные шаги» в разделе «Введение», то сможете создать входной файл на PSpice. Откройте программу pspice.exe и выберите позиции меню File, New, Text File. Наберите следующий текст:

Resistive Circuit with Voltage Source

Vs 1 0 dc 12V

R1 1 2 50ohms

R2 2 0 100ohms

R3 2 0 200ohms

.END

Рис. 0.1. Схема на постоянном токе для анализа на PSpice

Как было указано ранее, не следует нажимать Enter после набора последней строки текста.

Теперь сохраните файл, присвоив ему имя preview.cir. Не забывайте сохранять входные файлы в папке Spice. После сохранения файла вы можете закрыть его и снова открыть для моделирования. Просто наберите комбинацию клавиш Alt+F+C, а затем Alt+F+O и выберите Simulation, Run preview. После успешного запуска вы сможете увидеть результаты в выходном файле, выбрав View, Output File. Автор рекомендует не использовать команду File, Print на этом этапе, поскольку в выходном файле содержатся лишние строки, и он будет выведен в альбомном формате.

Анализ проводится в так называемом малосигнальном режиме. Чтобы получить распечатку, закройте выходной файл и используйте такой редактор, как Microsoft Word, или, при его отсутствии, редактор WordPad (который входит комплект Windows), открыв в нем файл preview.out. После некоторой практики вы легко определите, какую лишнюю информацию следует удалить из этого файла. Прежде всего, вам не нужны лишние колонтитулы и пропуски страниц. Когда вы приведете файл к виду, показанному на рис. 0.2, распечатайте его, чтобы иметь возможность возвращаться к нему в дальнейшем и сравнивать с выходными файлами, полученными при последующей работе.

**** 09/13/05 22:01:10 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) **************

Resistive Circuit with Voltage Source

**** CIRCUIT DESCRIPTION

******************************************************************************

Vs 1 0 dc 12V

R1 1 2 50ohms

R2 2 0 100ohms

R3 2 0 200ohms

.END

**** 09/13/05 22:01:10 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) **************

Resistive Circuit with Voltage Source

**** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

******************************************************************************

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 12.0000 ( 2) 6.8571

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

Vs   -1.029E-01

TOTAL POWER DISSIPATION 1.23E+00 WATTS

 JOB CONCLUDED

 TOTAL JOB TIME .28

Рис. 0.2. Выходной файл для схемы на рис. 0.1 

Три величины представляют интерес в выходном файле: потенциал узла 2; ток источника питания; рассеиваемая мощность. Проверьте каждое из этих значений с помощью расчетов на бумаге.

Возможно, вам понадобится больше информации об исследуемой цепи. Могут быть выведены различные токи, если включить во входной файл две дополнительные строки: установки dc voltage и установки PRINT dc. Колонтитулы легко могут быть удалены, если включить во входной файл опцию (.ОРТ). Скорректированный входной файл примет вид:

Resistive Circuit with Voltage Source

Vs 1 0 dc 12V

R1 1 2 50ohms

R2 2 0 100ohms

R3 2 0 200ohms

.OPT nopage

.ds Vs 12V 12V 12V

.PRINT dc I(R1) I(R2) I(R3)

.END

Поскольку значения и узлы подсоединения Vs, R1, R2, R3 остались теми же, первые четыре строки не менялись. Команда печати в PSpice не может быть выполнена до тех пор, пока не проведен анализ вариаций при изменении входного напряжения (sweep). Поскольку его результаты нам в данном случае не нужны, он проводится при самых примитивных установках: при начальном напряжении 12 В, конечном напряжении 12 В и шаге 12 В, то есть для одной точки.

Запустите программу анализа и получите выходной файл. В нем имеется раздел DC TRANSFER CURVES, в котором приведены токи через каждый резистор. Заметим, однако, что узловые потенциалы в этом разделе отсутствуют. Их можно получить в выходном файле, используя команду ОР. При этом выводится информация о потенциалах узлов и токе источника питания.

Чтобы получить еще больше информации, при анализе во входной файл включается команда .TF. Окончательная версия входного файла имеет вид:

Resistive Circuit with Voltage Source

Vs 1 0 dc 12V

R1 1 2 50ohms

R2 2 0 l00ohms

R3 2 0 200ohms

.OPT nopage

.OP

.PRINT dc I(R1) I(R2) I(R3)

.ds Vs 12V 12V 12V

.TF V(2) Vs

.END

Выходной файл при этом показан на рис. 0.3. Исследование в малосигнальном режиме устанавливается командой .ОР. Команда .TF дает отношение V(2)/Vs потенциала узла 2 к потенциалу источника Vs, а также входное сопротивление относительно Vs и выходное относительно V(2). Проверьте результат с помощью самостоятельного расчета на бумаге. Каково должно быть входное сопротивление? Отметим, что выходное сопротивление рассчитывается при короткозамкнутом источнике питания, при этом три резистора оказываются соединенными параллельно. 

**** 09/13/05 22:09:05 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) **************

Resistive Circuit with Voltage Source

**** CIRCUIT DESCRIPTION

******************************************

Vs 1 0 dc 12V

R1 1 2 50ohms

R2 2 0 100ohms

R3 2 0 200ohms

.OPT nopage

.OP

.PRINT dc I(Rl) I(R2) I(R3)

.dc Vs 12V 12V 12V

.TF V(2) Vs

.END

**** DC TRANSFER CURVES TEMPERATURE = 27.000 DEG С

Vs        I(R1)     I(R2)     I(R3)

1.200E+01 1.029E-01 6.857E-02 3.429E-02

**** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 12.0000 ( 2) 6.8571

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

Vs   -1.029E-01

TOTAL POWER DISSIPATION 1.23E+00 WATTS

**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(2)/Vs = 5.714E-01

INPUT RESISTANCE AT Vs = 1.167E+02

OUTPUT RESISTANCE AT V(2) = 2.857E+01

JOB CONCLUDED

TOTAL JOB TIME .03

Рис. 0.3. Выходной файл для схемы на рис. 0.1, включающий дополнительную информацию

Анализ цепей переменного тока

Пример для цепи переменного тока показывает некоторые свойства установившегося режима цепи при гармоническом воздействии.

На рис. 0.4 показана схема с источником питания 100 В при частоте 100 Гц. Можно считать, что во входном файле приведено действующее или амплитудное значение напряжения, при этом для всех остальных величин будут вычисляться соответствующие значения. В схеме имеются резисторы, катушка индуктивности и конденсатор с параметрами, показанными на рисунке.

Рис. 0.4. Схема на переменном токе для анализа на PSpice