Цепи заряда конденсаторов

Цепи заряда конденсаторов

Схема на рис. 6.19 содержит конденсатор в одной ветви и катушку индуктивности в другой. Источник напряжения подключается, чтобы зарядить конденсатор, затем он закорачивается.

Рис. 6.19. Схема с индуктивной и емкостной ветвями

Прежде чем выполнять анализ на PSpice, необходимо определить начальные напряжения и токи, при которых он будет проводиться. В команде описания для v_s указано, что приложенное напряжение постоянно и равно 6 В при t<0. В схеме замещения для постоянных составляющих конденсатор представляет собой разрыв, а катушка индуктивности — короткое замыкание. Ток от источника в 6 В равен 6 В/3 Ом=2 А, а напряжение узла 1 равно 4 В и представляет собой напряжение на конденсаторе при t=0. Ток в 2 А проходит через R₁, R₂, и L. При t=0 приложенное напряжение v_s= 0 В, и схема приобретает вид, показанный на рис. 6.20. Эта схема и анализируется на PSpice. Входной файл при этом

Initial Conditions Example

R1 0 1 1

R2 1 2 2

C 1 0 250mF IC = 4V

L 2 1 21 IC=2A

.TRAN 0.01ms 4s UIC

.PROBE

.END

Рис. 6.20. Схема замещения для момента t = 0

Входной файл содержит в команде ввода конденсатора С значение IС=4 В, которое задает начальное напряжение на конденсаторе; в команде ввода L имеется запись IС=2 А, которая задает начальный ток через L. Отметим, что для конденсатора может быть задано только начальное напряжение, а для катушки индуктивности —только начальный ток. В команду .TRAN добавлена запись UIC, которая означает, что анализ переходных процессов должен начинаться при определенных начальных значениях.

Выполните анализ и получите графики напряжения на конденсаторе и на катушке индуктивности. Убедитесь, что при t=0,5 с, v_c(0,5 с)=–0,860 В и v_L(0,5 с)=-3,49 В. Графики показаны на рис. 6.21.

Рис. 6.21. Графики напряжений на конденсаторе и катушке в схеме на рис. 6.20

В качестве дополнительного упражнения получите графики токов конденсатора и катушки индуктивности. Убедитесь, что i_C(0)=–6 А. Поскольку R₁=1 Ом и R₂=2 Ом, мы должны принять начальный ток через R₁ вдвое большим тока через R₂. Зададим начальный ток 4 А через R₁ и ток 2 А через R₂. Нарисуйте схему и покажите направления токов в различных ветвях. После получения графиков тока убедитесь, что при t=0,5 с t_c(0,5с)=–0,457 и i_L(0,5с)=1,316 А. Обратите внимание, что если на одном графике представлены две кривые, вы можете задать движение курсора по одной из них, выбрав Cursor и затем нажав мышью на маркер выбранной кривой. Например, можно нажать на значок перед v(2) под осью X, чтобы выбрать вторую кривую. 

Прежде, чем выйти из программы Probe, получите графики токов через оба резистора. Убедитесь, что при t=0 i_R1(0)=–4 А и i_R2(0)=2 А. Учтите направления токов на рис. 6.20, чтобы определить их знаки (положительные и отрицательные). Графики напряжений на элементах схемы на рис. 6.20 приведены на рис. 6.21.