Моделирование цепи постоянного тока

 

С помощью меню Analysis программа осуществляем моделирование временных диаграмм сигналов (Transient Analysis), частотных характеристик (AC Analysis), постоянных токов и напряжений (DC Analysis).

В качестве примера рассмотрим модель цепи постоянного тока, показанную на рис. 6.1. В ней источник постоянного напряжения (Analog primitives\waveform sours\battery) с напряжением 10 В и два сопротивления .

Рис. 6.1

 

В режиме «Анализ, расчет по постоянному току» проводится моделирование напряжений в узлах 1 (10 В) и 2 (5 В), тока в цепи (5 мА) и мощностей, потребляемых от источника (50 мВт) и в сопротивлениях (по 25 мВт).

Эти результаты можно получить расчетом по закону Ома: ток равен , а напряжения на сопротивлениях .

Мощности, потребляемые в сопротивлениях, равны , а потребляемая от источника .

Как видно, выполняется условие баланса мощностей .

В режиме «Анализ, передаточные характеристики по постоянному току» можно получить зависимость напряжения в узле 2 (на сопротивлении R2) и тока в цепи i(R2) от напряжения источника V1. Окно установки параметров режима показано на рис. 6.2.

 

Рис. 6.2

 

На рис. 6.3 показаны результаты моделирования передаточных характеристик по постоянному току. Как видно, в линейной цепи это прямые линии.

Проведем моделирования нелинейной цепи, рассмотренной ранее на рис. 5.6. Модель показана на рис. 6.4, а передаточная характеристика по постоянному току – на рис. 6.5. Ка видно, результаты моделирования совпадают с расчетной кривой на рис. 5.7.

Рис. 6.3

 

Рис. 6.4

 

Рис. 6.5

Моделирование цепи переменного тока

 

Если в цепи на рис. 6.1 заменить источник постоянного напряжения на гармонический источник (Analog primitives\waveform sours\Sine sours, модель 1 MHZ), то получим модель, показанную на рис. 6.6.

 

Рис. 6.6

 

Задание на моделирование в режиме «Анализ, переходные процессы» показано на рис. 6.7.

 

Рис. 6.7

 

На рис. 6.8 показаны временные диаграммы гармонических напряжений в узлах 1 (на источнике) и 2 (на сопротивлении R2 и емкости C1) в верхней части рисунка и токов в

сопротивлениях R1 и R2 и емкости С1 в его нижней части.

 

Рис. 6.8

 

Как видно, напряжения и токи сдвинуты друг от друга по времени (по фазе). Напряжение источника опережает по фазе напряжение , которое совпадает по фазе с током в сопротивлении , а ток в сопротивлении (ток источника) опережает по фазе напряжение (цепь имеет емкостный характер сопротивления). Аналогично можно провести анализ других фазовых соотношений.

Расчет этой цепи проведен ранее (рис. 4.5). Повторите его самостоятельно, обратив внимание на начальную фазу напряжения источника в модели.

 

 

Моделирование частотных характеристик

 

Рассмотрим цепь переменного тока, модель которой показана на рис. 6.9, а.

 

Рис. 6.9

 

В режиме «Анализ» - меню «Частотные характеристики» (рис. 6.10) указываются анализируемые величины, интервал частот и другие параметры моделирования. Величины указываются в виде v(1) (выходное напряжение, коэффициент передачи) db(v(1)) – напряжение в децибелах, ph(v(1)) – начальная фаза в радианах. При построении АЧХ амплитуда входного напряжения принимается равной 1 В, при этом выходное напряжение численно равно АЧХ.

 

Рис. 6.10

Результаты моделирования показаны на рис. 6.11.

 

Рис. 6.11

 

Как видно, рассматриваемая цепь представляет собой фильтр верхних частот.

Проведем расчет его частотных характеристик по эквивалентной схеме, показанной на рис. 6.9б. На основе закона Ома получим

 

,

 

тогда комплексный коэффициент передачи равен

 

,

а для АЧХ и ФЧХ соответственно получим

 

,

.

 

Программа MathCAD для расчета частотных характеристик приведена на рис. 6.12.

 

Рис. 6.12

Кривая 1 соответствует АЧХ в линейном масштабе, а кривая 2 – в децибелах и логарифмическом масштабе по частоте, как это принято в MicroCAP (сравните с верхним графиком на рис. 6.11). Кривая 3 для АЧХ в децибелах построена в линейном частотном масштабе. Кривая 4 отображает ФЧХ цепи. Аналогично проведите моделирование АЧХ рассмотренного ранее фильтра нижних частот (рис. 5.8, б).

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: