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