ANALISI DEI CIRCUITI IN REGIME STAZIONARIO CON PSPICE DIEE A.A. 2002-2003 Esercitazione N.3 Utilità di Pspice Pspice risulta utile per il calcolo di tensioni di nodo e correnti di ramo solo quando sono noti i valori numerici di tutti i componenti dei circuiti Analisi in regime stazionario Bias point detail (calcolo del punto di lavoro). DC sweep Elementi circuitali Part name Resistenza Attributi Generatori indipendenti Generatore indipendente di tensione continua Generatore indipendente di corrente continua Voltmetri Amperometri Voltmetro Amperometro Generatori Dipendenti Generatore di tensione controllato in tensione Amplificatori Operazionali Operazionale tipo 741 Part-name Fattori di scala Per maggior comodità è possibile esprimere i valori numerici per mezzo di fattori di scala riportati in tabella Simbolo T G MEG K M U N P F Valore 1012 109 106 103 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 Nome del suffisso tera giga mega kilo milli micro nano pico femto Esercizio 1 Usare Pspice per determinare le tensioni di nodo Esercizio 2: Determinare l’equivalente Thevenin del circuito 2vX a vX b Circuito in Pspice VTh Calcolo della Rth :Verifichiamo il generatore pilotato: La grandezza pilotante e’ interna o esterna ? INTERNA Quindi non possiamo passivarlo!!! Passiviamo solo il generatore indipendente ed eccitiamo il circuito con un Gen V1 = 1V V1 Valore arbitrario Risolviamo col metodo delle maglie 2vX i0 vX Calcolo della Rth 2vX J1 i0 vX J2 J3 Applichiamo la legge di Kirchhoff delle tensioni Per la maglia 1 vale -2Vx + 2( J1 –J2) = 0 Vx = J1 – J2 ma -4 J2 = J1 – J2 J1 = -3J2 Per le maglie 2 e 3 vale: 4 J2 + 2( J2 – J1) + 6 ( J1 – J3) = 0 6 (J3 - J2) + 2J3+ 1 = 0 Risolvendo J3 = - 1/ 6 A = - i 0 RTh = 1 V / i0 = 6 Calcolo della VTh 2vX + vX VTh - Applichiamo le eq. alle maglie 2vX J3 + vX J1 J2 VTh - Svolgendo i calcoli: J1 = 5 -2Vx +2(J3 – J2) = 0 Vx = J3 – J2 4(J2 – J1) + 2(J2 – J3) + 6 J2 = 0 ossia 12 J2- 4 J1 - 2 J3 = 0 ma 4(J1 – J2) = Vx Da cui J2 = 10 / 3 VTh = 6 J2 = 20 V Circuito Equivalente Thevenin a b Thevenin e Norton con PSpice Il Calcolo delle VTh e RTh si ottiene per via grafica attraverso il DC Sweep 1. 2. 3. Si disegna il circuito con Schematics Si considera una coppia di nodi Si inserisce un gen. di corrente o di tensione (sonda con part name ISRC) Si effettua l’analisi Dc sweep, (es : corrente da 0 a 1 A con decrementi di 0.1 V) 5. Si effettua la simulazione del circuito con Simulate 6. Con Probe si visualizza il grafico della tensione su Ip sulla corrente Ip Vth e’ l’intercetta con l’asse delle tensioni Rth e’ la pendenza della retta 4. Esercizio 2 Disegno del circuito in PSpice Costruzione circuito •Piazzare i componenti con Draw/ Get New part •Definire Part Name e attributi per tutti i componenti •Posizionare la massa Es: Inseriamo il generatore ISRC per il DC Sweep •Draw /Get newpart •Part browser advanced •Scegliere ISRC •Determinare l’attributo Analisi del circuito Dal menu Analysis/Setup apriamo il DC Sweep scegliamo una variazione lineare per il gen sonda di corrente Selezioniamo: Sweep type = Linear Sweep var. type = Current source Name = I2 Start value = 0 End Value = 1 Increment = .1 quindi Analysys / simulate Analisys setup Sweep type and Sweep var. type Probe per visualizzare il grafico Inizialmente abbiamo solo i valori in ascissa l’asse Y e’ vuoto • In ascissa abbiamo la variabile del gen e il range del DC sweep. •Selezioniamo Trace/ Add e aggiungiamo la tensione ai capi di I2 ossia la traccia VI2 •Si possono visualizzare altre tracce con Windows/ •Cancellare le tracce con Edit /Delete New Probe Add Trace Grafico Legame I2 ,VI2 Dal grafico si ricava: VTh = l’intercetta = 20 V RTh = pendenza = (26 –20)/1 = 6 Calcoliamo il circuito equivalente Norton Consideriamo lo stesso circuito. Calcoliamo il Norton del Thevenin Si ha che IN = VTh / RTh In Generale ZTh = 1 / YNo Nel caso stazionario RTh = RN Circuito equivalente Norton IN = VTh / RTh = 20 / 6 = 3.333 A RTh = RN = 6 Calcoliamo il Norton con PSpice Poniamo stavolta un generatore di tensione sonda Dal menu Analysis/Setup apriamo il DC Sweep scegliamo una variazione lineare per il gen sonda di tensione Selezioniamo: Sweep type = Linear Sweep var. type = Voltage source Name = V1 Start value = 0 End Value = 1 Increment = .1 quindi Analysys / simulate Risultato Dal grafico si può ricavare IN = intercetta = 3.333 A GN = Pendenza = (3.33–3.16) / 1 = 0.17 S = (1 / RTh)