ANALISI DEI CIRCUITI IN ANALISI DEI CIRCUITI IN REGIME STAZIONARIO CON REGIME STAZIONARIO CON
PSPICEPSPICE
DIEE
A.A. 2002-2003
Esercitazione N.3
Utilità di Pspice 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 stazionarioAnalisi in regime stazionario
Bias point detail (calcolo del punto di
lavoro).DC sweep
Elementi circuitaliElementi circuitali
Part name
Attributi
Resistenza
Generatori indipendenti Generatori indipendenti
Generatore indipendente di tensione continua
Generatore indipendente di corrente continua
Voltmetri AmperometriVoltmetri Amperometri
Voltmetro
Amperometro
Generatori DipendentiGeneratori Dipendenti
Generatore di tensione controllato in tensione
Amplificatori OperazionaliAmplificatori Operazionali
Part-name
Operazionale tipo 741
Fattori di scalaFattori di scala
Per maggior comodità è possibile esprimere i valori numerici per mezzo di fattori di scala riportati in tabella
Simbolo Valore Nome del suffisso
T 1012 teraG 109 giga
MEG 106 megaK 103 kiloM 10-3 milliU 10-6 microN 10-9 nanoP 10-12 picoF 10-15 femto
Esercizio 1 Esercizio 1
Usare Pspice per determinare le tensioni di nodo
Esercizio 2: Determinare l’equivalente Esercizio 2: Determinare l’equivalente Thevenin del circuitoThevenin del circuito
vX
2vX
a
b
Circuito in PspiceCircuito in Pspice
VTh
Calcolo della RCalcolo della Rthth :Verifichiamo il generatore pilotato: :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 maglieRisolviamo col metodo delle maglie
i0
vX
2vX
Calcolo della RCalcolo della Rthth
vX
2vX
J1
J2 J3
i0
Applichiamo la legge di Kirchhoff delle tensioniApplichiamo la legge di Kirchhoff delle tensioni
Per le maglie 2 e 3 vale:Per le maglie 2 e 3 vale:
4 J4 J22 + 2( J + 2( J22 – J – J11) + 6 ( J) + 6 ( J11 – J – J33) = 0) = 0
6 (J6 (J33 - J - J22) + 2J) + 2J33+ 1 = 0+ 1 = 0Risolvendo JRisolvendo J33 = - 1/ 6 A = - i = - 1/ 6 A = - i 00
RRThTh = 1 V / i = 1 V / i00 = 6 = 6
Per la maglia 1 vale -2Vx + 2( J1 –J2) = 0 Per la maglia 1 vale -2Vx + 2( J1 –J2) = 0 Vx = JVx = J11 – J – J22 ma ma -4 J-4 J22 = J = J11 – J – J22 J J11 = -3J = -3J22
Calcolo della VCalcolo della VThTh
vX
2vX
+
-
VTh
Applichiamo le eq. alle maglieApplichiamo le eq. alle maglie
vX
2vX
+
-
VTh
J1J2
J3
Svolgendo i calcoli:Svolgendo i calcoli:
JJ11 = 5 = 5
-2V2Vxx +2(J +2(J33 – J – J22) = 0 ) = 0 VVxx = J = J33 – J – J22
4(J4(J22 – J – J11) + 2(J) + 2(J22 – J – J33) + 6 J) + 6 J22 = 0 ossia = 0 ossia
12 J12 J22- 4 J- 4 J11 - 2 J - 2 J33 = 0 = 0 ma 4(Jma 4(J11 – J – J22) = V) = Vxx
Da cui JDa cui J22 = 10 / 3 = 10 / 3 VVThTh = 6 J = 6 J22 = 20 V = 20 V
Circuito Equivalente TheveninCircuito Equivalente Thevenin
a
b
Thevenin e Norton con PSpiceThevenin e Norton con PSpiceIl Calcolo delle VTh e RTh si ottiene per via
grafica attraverso il DC Sweep1. Si disegna il circuito con Schematics
2. Si considera una coppia di nodi
3. Si inserisce un gen. di corrente o di tensione (sonda con part name ISRC)
4. 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
Esercizio 2 Esercizio 2 Disegno del circuito in PSpiceDisegno del circuito in PSpice
Costruzione circuitoCostruzione circuito
•Piazzare i componenti con Draw/ Get New partPiazzare i componenti con Draw/ Get New part•Definire Part Name e attributi per tutti i componentiDefinire Part Name e attributi per tutti i componenti•Posizionare la massaPosizionare la massa
Es: Inseriamo il generatore ISRC per il DC SweepEs: Inseriamo il generatore ISRC per il DC Sweep
•Draw /Get newpartDraw /Get newpart•Part browser advancedPart browser advanced•Scegliere ISRCScegliere ISRC•Determinare l’attributoDeterminare l’attributo
Dal menu Dal menu Analysis/SetupAnalysis/Setup apriamo il apriamo il DC SweepDC Sweep scegliamo una variazione lineare per il gen sonda di scegliamo una variazione lineare per il gen sonda di correntecorrenteSelezioniamo: Selezioniamo: Sweep typeSweep type = Linear= Linear
Sweep var. typeSweep var. type = Current source = Current source NameName = I2= I2 Start valueStart value = 0= 0 End ValueEnd Value = 1= 1 Increment Increment = .1= .1
quindi quindi Analysys / simulateAnalysys / simulate
Analisi del circuitoAnalisi del circuito
Analisys setupAnalisys setup
Sweep type and Sweep var. typeSweep type and Sweep var. type
Probe per visualizzare il graficoProbe per visualizzare il grafico
Inizialmente abbiamo solo i valori in ascissa l’asse Y e’ vuotoInizialmente abbiamo solo i valori in ascissa l’asse Y e’ vuoto
• In ascissa abbiamo la variabile del gen e il range del DC In ascissa abbiamo la variabile del gen e il range del DC sweep. sweep. •Selezioniamo Selezioniamo Trace/ AddTrace/ Add e aggiungiamo la tensione ai e aggiungiamo la tensione ai capi di I2 ossia la traccia VI2 capi di I2 ossia la traccia VI2 •Si possono visualizzare altre tracce con Si possono visualizzare altre tracce con Windows/ NewWindows/ New
•Cancellare le tracce con Cancellare le tracce con Edit /DeleteEdit /Delete
ProbeProbe
Add TraceAdd Trace
Grafico Legame I2 ,VI2Grafico Legame I2 ,VI2
Dal grafico si ricava:Dal grafico si ricava:
VVThTh = l’intercetta = 20 V = l’intercetta = 20 V
RRThTh = pendenza = (26 –20)/1 = 6 = pendenza = (26 –20)/1 = 6
Calcoliamo il circuito Calcoliamo il circuito equivalente Nortonequivalente Norton
Consideriamo lo stesso circuito.Consideriamo lo stesso circuito.Calcoliamo il Norton del Calcoliamo il Norton del TheveninThevenin
Si ha che ISi ha che INN = V = VThTh / R / RThTh
In Generale ZIn Generale ZThTh = 1 / Y = 1 / YNoNo
Nel caso stazionario RNel caso stazionario RThTh = R = RNN
Circuito equivalente Norton Circuito equivalente Norton
IINN = V = VThTh / R / RThTh = 20 / 6 = 3.333 A = 20 / 6 = 3.333 A
RRThTh = R = RN N = 6 = 6
Calcoliamo il Norton con PSpiceCalcoliamo il Norton con PSpice
Poniamo stavolta un generatore di tensione sondaPoniamo stavolta un generatore di tensione sonda
Dal menu Dal menu Analysis/SetupAnalysis/Setup apriamo il apriamo il DC SweepDC Sweep scegliamo una variazione lineare per il gen sonda di scegliamo una variazione lineare per il gen sonda di tensionetensioneSelezioniamo: Selezioniamo: Sweep typeSweep type = Linear= Linear
Sweep var. typeSweep var. type = Voltage source = Voltage source NameName = V1= V1 Start valueStart value = 0= 0 End ValueEnd Value = 1= 1 Increment Increment = .1= .1
quindi quindi Analysys / simulateAnalysys / simulate
RisultatoRisultato
Dal grafico si può ricavareDal grafico si può ricavare
IINN = = intercettaintercetta = 3.333 A = 3.333 A
GGNN = = PendenzaPendenza = =
(3.33–3.16) / 1 = 0.17 S(3.33–3.16) / 1 = 0.17 S = = (1 / RTh)(1 / RTh)