Lezione PSPICE n.6 Lezione PSPICE n.6
Università degli Studi di Napoli Federico II CdL Ing. Elettrica
Corso di Laboratorio di Circuiti Elettrici
Dr. Carlo Petrarca
Dipartimento di Ingegneria Elettrica Università di Napoli FEDERICO II
Lezione 6
Cosa impareremo ….
1) Circuiti dinamici di ordine uno
Carica del condensatore
1. Circuiti di ordine uno
Il componente Sw_tClose è un interruttore e si chiude in un istante prefissato t=tClose.
Draw → Get New Part → Sw_tClose
Fare doppio click sul componente per impostare i parametri caratteristici.
tClose è l’istante di chiusura.
tClose è l’istante di chiusura.
Rclosed è la resistenza equivalente quando è chiuso. Un interruttore ideale ha Rclosed=0.
Ropen è la resistenza equivalente quando è aperto. Un interruttore ideale ha Ropen=∞.
ttran è l’intervallo di tempo in cui avviene la chiusura. Un interruttore ideale ha ttran=0
Fare doppio clic sul condensatore
Indicare il valore della capacità del condensatore
1 2
V12
1. Indicare il valore della capacità del condensatore
2. Impostare la condizione iniziale (IC)* della variabile di stato tensione v sul condensatore. Se il condensatore è scarico, porre IC=0
Attenzione! La tensione da impostare è sempre la tensione V12, tra il morsetto 1 e il morsetto 2
* IC significa Initial Condition (non corrente I nel condensatore C)
Indicare il valore dell’induttanza dell’induttore
1 2
i 12
Nel caso dell’induttore:
1. Indicare il valore dell’induttanza dell’induttore
2. Impostare la condizione iniziale (IC)* della variabile di stato corrente i nell’induttore. Se l’induttore è scarico è scarico, porre IC=0
Attenzione! La corrente da impostare è sempre la corrente i12 che circola dal morsetto 1 al morsetto 2
Final Time: specifica la durata della simulazione;
Print Step: passo temporale per la visualizzazione dei risultati sul grafico Analysis Setup Transient
Per studiare il transitorio di inserzione del condensatore:
visualizzazione dei risultati sul grafico Step Ceiling: è l’intervallo massimo tra due punti di simulazione. Se la casella è vuota, sarà scelto in modo automatico da PSpice
Carica del condensatore
60V 80V 1 100V
60mA 80mA 100mA 2
Time
0s 0.5us 1.0us 1.5us 2.0us 2.5us 3.0us 3.5us 4.0us 4.5us 5.0us
1 V(R1:2) 2 -I(C1) 0V
20V 40V
0A 20mA 40mA
>>
corrente tensione
( )
0( ) ( )
1 RCt 1 11
RCtC C Cp
v t v t v t V e V V e
−
−
= + = − + = −
( ) ( )
( ) ( )
1
1
1 0.63
1v
Cτ = V − e
−= V
La costante di tempo Indichiamo con V1 il valore di regime
τ = RC ( ) ( )
( ) ( )
3
1 1
5
1 1
3 1 0.95
5 1 0.99
C
C
v V e V
v V e V
τ τ
−
−
= − =
= − =
Dopo un intervallo di tempo pari a circa 5τ la tensione sul condensatore ha praticamente raggiunto il valore di regime V1
Calcolo della costante di tempo
Se usiamo il cursore e ci posizioniamo sulla curva della tensione in corrispondenza del valore 0.632*V1=63,2V, ricaviamo la costante di tempo τ=1µ6
(
t)
0.63V1vc =
τ
=Ricordiamo che all’istante t=τ la tensione assume il valore 0.63V1
Significato della costante di tempo
80V 100V
Se facciamo un’analisi parametrica al variare della resistenza R, scopriamo come la costante di tempo influenza il transitorio
0s 2us 4us 6us 8us 10us 12us 14us 16us 18us 20us
V(R1:2) 0V
20V 40V 60V
R
Carica e scarica del condensatore
Chiudendo l’interruttore U1 il condensatore si carica. Dopo 6 µs, chiudendo U2 e aprendo U3, il condensatore si scarica sulla resistenza R2
Carica e scarica del condensatore
60V 80V 1 100V
40mA 60mA 80mA 100mA 2
Time
0s 2us 4us 6us 8us 10us 12us 14us 16us 18us 20us
1 V(R1:2) 2 -I(C1) 0V
20V 40V
-20mA 0A 20mA
>>
Circuiti del primo ordine con generatori sinusoidali
( ) ( )
1 1000 cos 2 10000 ; 2000 ; 40 ; 0 100
6 L
v t = π t + π R = Ω L = mH i = mA
Poiché l’analisi è svolta nel dominio del tempo, non è possibile usare i generatori Vac e Iac che sono usati per il metodo simbolico
I generatori sinusoidali da introdurre sono Vsin e Isin
Draw → Get New Part → Vsin
Fare doppio click su Vsin e inserire:
Voff=0 (tensione di offset)
Vampl= 1000 (valore massimo) Freq= 1k (frequenza)
Phase= 120 (fase iniziale in gradi, riferita sempre al sin)
0A 200mA 400mA
Andamento della corrente nell’induttore
Time
0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us
-I(L1) -400mA
-200mA
Corrente nell’induttore
Ricaviamo la potenza istantanea assorbita a regime dall’induttore e dal resistore
100W 200W
resistore
Time
500us 550us 600us 650us 700us 750us 800us 850us 900us 950us 1000us
I(L1)* (V(L1:1)- V(L1:2)) I(R1)* (V(R1:1)- V(R1:2)) -200W
-100W 0W
Come si ricava la costante di tempo?
Time
0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us
-I(L1) -400mA -200mA 0A 200mA 400mA
Poiché la costante di tempo è indipendente dai generatori, è possibile utilizzare l’evoluzione libera del circuito.
è possibile utilizzare l’evoluzione libera del circuito.
1) Annullare tutti i generatori
2) Imporre una condizione iniziale IC≠0 sul bipolo a memoria
3) Impostare un’analisi transient
4) Ricavare τ dall’andamento temporale di tensioni o