Чтение онлайн

Рис. 6.18. Входное и выходное напряжении при исследовании низкочастотного отклика 

В лаборатории реакция наблюдалась бы с помощью осциллографа, подключенного на выход усилителя при подаче на его вход прямоугольного напряжения соответствующей частоты.

Схема на рис. 6.19 содержит конденсатор в одной ветви и катушку индуктивности в другой. Источник напряжения подключается, чтобы зарядить конденсатор, затем он закорачивается.

Рис. 6.19. Схема с индуктивной и емкостной ветвями

Прежде чем выполнять анализ на PSpice, необходимо определить начальные напряжения и токи, при которых он будет проводиться. В команде описания для vs указано, что приложенное напряжение постоянно и равно 6 В при t<0. В схеме замещения для постоянных составляющих конденсатор представляет собой разрыв, а катушка индуктивности — короткое замыкание. Ток от источника в 6 В равен 6 В/3 Ом=2 А, а напряжение узла 1 равно 4 В и представляет собой напряжение на конденсаторе при t=0. Ток в 2 А проходит через R1, R2, и L. При t=0 приложенное напряжение vs= 0 В, и схема приобретает вид, показанный на рис. 6.20. Эта схема и анализируется на PSpice. Входной файл при этом

Рис. 6.20. Схема замещения для момента t = 0

Входной файл содержит в команде ввода конденсатора С значение IС=4 В, которое задает начальное напряжение на конденсаторе; в команде ввода L имеется запись IС=2 А, которая задает начальный ток через L. Отметим, что для конденсатора может быть задано только начальное напряжение, а для катушки индуктивности —только начальный ток. В команду .TRAN добавлена запись UIC, которая означает, что анализ переходных процессов должен начинаться при определенных начальных значениях.

Выполните анализ и получите графики напряжения на конденсаторе и на катушке индуктивности. Убедитесь, что при t=0,5 с, vc(0,5 с)=–0,860 В и vL(0,5 с)=-3,49 В. Графики показаны на рис. 6.21.

Рис. 6.21. Графики напряжений на конденсаторе и катушке в схеме на рис. 6.20

В качестве дополнительного упражнения получите графики токов конденсатора и катушки индуктивности. Убедитесь, что iC(0)=–6 А. Поскольку R1=1 Ом и R2=2 Ом, мы должны принять начальный ток через R1 вдвое большим тока через R2. Зададим начальный ток 4 А через R1 и ток 2 А через R2. Нарисуйте схему и покажите направления токов в различных ветвях. После получения графиков тока убедитесь, что при t=0,5 с tc(0,5с)=–0,457 и iL(0,5с)=1,316 А. Обратите внимание, что если на одном графике представлены две кривые, вы можете задать движение курсора по одной из них, выбрав Cursor и затем нажав мышью на маркер выбранной кривой. Например, можно нажать на значок перед v(2) под осью X, чтобы выбрать вторую кривую. 

Прежде, чем выйти из программы Probe, получите графики токов через оба резистора. Убедитесь, что при t=0 iR1(0)=–4 А и iR2(0)=2 А. Учтите направления токов на рис. 6.20, чтобы определить их знаки (положительные и отрицательные). Графики напряжений на элементах схемы на рис. 6.20 приведены на рис. 6.21. 

Другая схема, в которой источник напряжения исключается из цепи при t=0, показана на рис. 6.22. Перед проведением анализа на PSpice найдем начальные условия. Имеется напряжение постоянного тока Vs=6 В, приложенное к схеме при t<0. При этом условии схемой замещения является параллельное соединение R1 и R2. При делении тока между ветвями получаются значения токов iR1=3 А и iR2=2 А. Последний ток проходит также через катушку L. Ток через R2 создает на этом сопротивлении напряжение:

V(1,2) = R2IR2 = 3 Ом · 2 А = 6 В.

Рис. 6.22. Цепь с ключом, размыкающимся при t = 0

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:

Рис. 6.23. Схема замещения после размыкания ключа

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

Как можно определить vL(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 vL(0)=-10 В, подтверждая результаты, полученные на PSpice. На рис. 6.24 показано напряжение v(1, 2), которое и является напряжением на конденсаторе vc.

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:

vc(2 с) = 5,2778 В;

vL(2 с) = –3,94 В;

ic(2 с) = –2,428 А;

iL(2 с) = –0,675 А.

Токи показаны на рис. 6.25.

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

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 iL(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 vc(0)=6 В. Приведенной информации достаточно, чтобы выполнить анализ на PSpice. Входной файл:

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 vc(t1)=4,2095 В и vR(t1)=4,5476 В. Можете ли вы сказать, каково будет напряжение vL(t1), не получая график напряжения vL?