7.2. Источник постоянного тока в качестве изменяемой переменной

7.2. Источник постоянного тока в качестве изменяемой переменной

Согласно теории о построении электрических цепей, любой источник напряжения с заданным напряжением истока U_q и заданным внутренним сопротивлением R можно заменить на соответствующий источник тока I_q с параллельным сопротивлением R_p, оказывая при этом то же действие на остальную часть электрической цепи. Для R_p нужно задать значение, равное значению R_i, а значение I_q должно быть таким, чтобы оба источника имели одинаковый ток короткого замыкания. На рис. 7.6 показана цепь с источником напряжения R_i=1 кОм и U=10 В и источником тока с R=1 кОм и I=10 мА. Оба этих источника за пределами зажимов не должны отличаться друг от друга по своим характеристикам.

Рис. 7.6. Цепь с источником напряжения и источник тока

Перед проведением первого теста оба источника будут нагружены одинаковым нагрузочным резистором R_H=4.7 кОм. После этого мы выполним для полученных таким образом схем источников два анализа DC Sweep: для первого источника в качестве изменяемой переменной будет варьироваться напряжение истока в диапазоне значений от U_q=0 В до U_q=100 В, а для второго — ток истока в диапазоне значений от I_q=0 мА до I_q=100 мА. По завершении первого анализа мы вызовем на экран PROBE диаграмму напряжения на резисторе R_H, а затем сравним ее с аналогичной диаграммой, которую получим после проведения второго анализа. Если верить теории, обе диаграммы напряжения на резисторе R_H должны полностью совпадать.

Шаг 9 Начертите схему источника напряжения с напряжением истока U_q=10 В и внутренним сопротивлением R_i=1 кОм (рис. 7.7) и сохраните эту схему в папке Projects под именем U_I.sch.

Рис. 7.7. Источник напряжения с внутренним сопротивлением R_i=1 кОм и напряжением истока U_q=10 В; сопротивление нагрузки R_H=4.7 кОм

Шаг 10 Откройте окно Analysis Setup, установите флажок перед кнопкой DC Sweep… и затем откройте окно DC Sweep (рис. 7.8). В качестве изменяемой переменной будет варьироваться напряжение истока U_q в диапазоне значений от 0 В до 100 В.

Рис. 7.8. Окно DC Sweep

Шаг 11 Выполните в этом окне необходимые настройки по образцу на рис. 7.8 и запустите моделирование вашей схемы. По завершении выведите на экран диаграмму, изображенную на рис. 7.9.

Рис. 7.9. Диаграмма изменения напряжения на нагрузочном резисторе R_H при изменении напряжения истока от U_q=0 В до U_q=100 В

Шаг 12 А теперь создайте в редакторе SCHEMATICS схему эквивалентного по значению источника тока с параллельным сопротивлением R_p=1 кОм и током истока I=10 мА. Используйте при проектировании этой схемы источник тока типа IDC из библиотеки SOURCE.slb. Разверните источник тока на 180° (при позиционировании дважды нажмите комбинацию клавиш Ctrl+R), чтобы ток мог проходить через резистор нагрузки R_p сверху вниз (рис. 7.10). Сохраните схему в папке Projects под именем I_U.sch. Согласно теории, данный источник тока и источник напряжения, изображенный на рис. 7.7, должны быть эквивалентны по значению.

Рис. 7.10. Источник тока с параллельным сопротивлением R_p

Шаг 13 Снова откройте окно DC Sweep и выполните, по образцу на рис. 7.11, все необходимые приготовления для проведения анализа DC Sweep. В качестве параметра взят источник тока I изменяющийся в диапазоне значений от 0 до 100 мА.

Рис. 7.11. Окно DC Sweep с настройками для проведения анализа

Шаг 14 Запустите процесс моделирования и выведите на экран PROBE диаграмму напряжения на нагрузочном резисторе R_H (рис. 7.12). Результат, представленный на этом рисунке, аналогичен показанному на рис. 7.9.

Рис. 7.12. Диаграмма изменения напряжения на нагрузочном резисторе R_H при изменении тока истока I_q от 0 до 100 мА

Проведенный вами тест со всей наглядностью показал, что обе диаграммы напряжения на нагрузочном резисторе R_H, полученные вами в ходе анализа источника тока и источника напряжения, абсолютно идентичны. Похоже, теория не ошибается. Однако окончательно удостовериться в истинности теоретических высказываний вы сможете только тогда, когда будет доказано, что оба этих источника имеют одинаковые характеристики даже при различных значениях сопротивления R_H. Это вы сделаете, выполнив задание 7.1. Но прежде вам предстоит еще научиться тому, как моделировать и выводить на экран PROBE семейства кривых. Семейства кривых создаются с помощью анализа Nested Sweep, что дословно переводится как «вложенный анализ». С проведением такого анализа вы познакомитесь в разделах 7.4 и 7.5.