Lezione 6: Circuiti dinamici
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Cosa impareremo:
Inserire interruttori
Assegnare le condizioni iniziali
Condurre l’analisi Transient
Analizzare circuiti del 1° ordine
Determinare la costante di tempo
Studiare il transitorio con generatori
costanti e/o sinusoidali
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
Circuiti del primo ordine
Carica del condensatore
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
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.
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
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
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
Fare doppio clic sul condensatore
1
2
V12
1.
2.
Indicare il valore della capacità del condensatore
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
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
Per studiare il transitorio di inserzione del condensatore:
Analysis Setup Transient
• Final Time: specifica la
durata della simulazione;
• Print Step: passo temporale
per la 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
automaticamente da PSpice
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
Carica del condensatore
1
100V
2
100mA
80V
80mA
60V
60mA
40V
40mA
20V
20mA
0V
>>
0A
0s
1
0.5us
V(R1:2) 2
1.0us
-I(C1)
1.5us
2.0us
2.5us
3.0us
3.5us
4.0us
4.5us
Time
tensione
corrente
Anno Accademico 20092009-2010
Lezione PSpice n.6
5.0us
La costante di tempo
vC ( t ) = vC 0 ( t ) + vCp ( t ) = −V1e
τ = RC
−t
RC
(
−t
RC
+ V1 = V1 1 − e
)
vC (τ ) = V1 1 − e −1 = 0.63 V1
(
)
( 5τ ) = V (1 − e ) = 0.99 V
vC ( 3τ ) = V1 1 − e −3 = 0.95 V1
vC
−5
1
1
Dopo un intervallo di tempo pari a circa 5τ la
tensione sul condensatore ha praticamente
raggiunto il valore di regime V1
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
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
Anno Accademico 20092009-2010
Lezione PSpice n.6
Significato della costante di tempo
Se facciamo un’analisi parametrica al variare della
resistenza R, scopriamo come la costante di tempo
influenza il transitorio
100V
80V
60V
R
40V
20V
0V
0s
2us
V(R1:2)
4us
6us
8us
10us
12us
Time
Anno Accademico 20092009-2010
Lezione PSpice n.6
14us
16us
18us
20us
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
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
Carica e scarica del condensatore
1
100V
2
100mA
80mA
80V
60mA
60V
40mA
40V
20mA
20V
0A
0V
>>
-20mA
0s
1
2us
V(R1:2) 2
4us
6us
8us
10us
12us
14us
16us
-I(C1)
Time
corrente
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
tensione
18us
20us
Circuiti del primo ordine
con generatori sinusoidali
π
v1 ( t ) = 1000 cos 2π 10000t + ; R = 2000Ω; L = 40mH ; iL ( 0 ) = 100mA
6
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
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
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
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)
Anno Accademico 2009-2010
Lezione PSpice n.6
Andamento della corrente nell’induttore
400mA
200mA
0A
-200mA
-400mA
0s
100us
200us
300us
-I(L1)
Time
Corrente nell’induttore
Anno Accademico 20092009-2010
Lezione PSpice n.6
400us
500us
600us
Ricaviamo la potenza istantanea assorbita a
regime dall’induttore e dal resistore
resistore
200W
100W
0W
-100W
-200W
500us
550us
600us
650us
700us
I(L1)* (V(L1:1)- V(L1:2))
I(R1)* (V(R1:1)- V(R1:2))
750us
800us
850us
900us
950us
1000us
Time
Anno Accademico 20092009-2010
Lezione PSpice n.6
induttore
Ricaviamo la potenza media assorbita a regime
dall’induttore e dal resistore
resistore
100W
80W
60W
40W
20W
0W
-20W
500us
550us
600us
AVG(I(L1)* (V(L1:1)- V(L1:2)))
650us
700us
AVG(I(R1)* (V(R1:1)- V(R1:2)))
750us
800us
850us
900us
950us
1000us
Time
Anno Accademico 20092009-2010
Lezione PSpice n.6
induttore
