7.5. Значение сопротивления в качестве изменяемой переменной

7.5. Значение сопротивления в качестве изменяемой переменной

Теперь вы научитесь проводить анализ цепи постоянного тока DC Sweep, при котором в качестве изменяемой переменой будет использоваться значение сопротивления. В таких случаях значение сопротивления называется глобальным параметром (Global Parameter). При проведении анализа цепей переменного тока AC Sweep и анализа переходных процессов Transient Analysis этот термин используется, наряду со значением сопротивления, применительно еще к целому ряду других значений.

Анализ DC Sweep с использованием в качестве изменяемой переменной глобального параметра проводится несколько иначе, чем вы привыкли это делать на примере предыдущих анализов, где в качестве переменных выступали обычные параметры. Прежде вы могли выполнять всю предварительную установку для предстоящего анализа в пределах одного окна DC Sweep (иногда еще и в окне DC Nested Sweep). Для анализа DC Sweep с изменением глобального параметра, помимо вышеуказанных окон, необходимо определить изменяемые переменные еще в двух других местах. Всю эту процедуру вы изучите на примере проведения анализа последовательной цепи при изменении значения сопротивления одного из резисторов в диапазоне 0-20 кОм.

Шаг 30 Начертите схему последовательной цепи с двумя резисторами (рис. 7.24) и сохраните ее в папке Projects под именем PARAM1.sch.

Рис. 7.24. Последовательное соединение двух резисторов

Шаг 31 Двойным щелчком по значению сопротивления 10k откройте окно Set Attribute Value резистора R2. Удалите из строки значение 10k и вместо него введите для вашей переменной какое-нибудь имя (например, Rvar), которое вы должны заключить в фигурные скобки (рис. 7.25). Тем самым вы определяете R2 как параметр.

Рис. 7.25. Окно Set Attribute Value для резистора R2

Шаг 32 Закройте окно Set Attribute Value, щелкнув по кнопке OK. Отметьте, что значение резистора R2 на чертеже вашей схемы изменилось (рис. 7.26).

Рис. 7.26. Схема, где было изменено значение сопротивления резистора R₂

Шаг 33 Достаньте из библиотеки SPECIAL.slb элемент PARAM и установите его на своем рабочем листе, как показано на рис. 7.27.

Рис. 7.27. Чертеж схемы с псевдокомпонентом PARAMETERS

Шаг 34 Дважды щелкните по элементу PARAMETERS, после чего откроется окно его атрибутов (рис. 7.28). В этом окне вы должны будете еще раз зарегистрировать Rvar как параметр.

Рис. 7.28. Окно атрибутов элемента PARAMETERS с установками для регистрации Rvar как параметра

В окне атрибутов элемента PARAMETERS вам уже не нужно заключать имя Rvar в фигурные скобки. Что вы должны сделать обязательно, так это задать для вашего параметра какое-нибудь значение (здесь: 10k), потому что PSPICE позволяет регистрировать сколько угодно параметров, даже если вы потом не будете использовать их в качестве переменной для анализа. В таких случаях пусть и зарегистрированные, однако не выбранные в качестве переменной компоненты получают значение, указанное вами в окне атрибутов PARAMETERS.

Шаг 35 Закройте окно атрибутов. Теперь на вашем чертеже установлен символ PARAMETERS с указанием зарегистрированного параметра (рис. 7.29).

Рис. 7.29. Схема, для которой полностью проведена процедура регистрации R₂ как параметра

Шаг 36 Откройте окно DC Sweep. Ориентируясь на рис. 7.30, проведите необходимые настройки: в качестве изменяемого параметра будет использоваться значение сопротивления Rvar от 1 до 20 кОм с шагом в 1 Ом. Подтвердите все установки, щелкнув по кнопке OK.

Рис. 7.30. Окно DC Sweep с установками для проведения анализа цепи постоянного тока

Шаг 37 Запустите процесс моделирования и выведите на экран PROBE диаграмму напряжения на Rvar и диаграмму тока, проходящего через Rvar (рис 7.31).

Рис. 7.31. Напряжение на Rvar и ток, проходящий через Rvar

Диаграмма, изображенная на рис. 7.31, иллюстрирует то, что вам давно уже известно: когда сопротивление Rvar имеет нулевое значение, то значение тока, проходящего через Rvar, очень высоко, а напряжение на Rvar равно нулю. При очень высоких значениях Rvar ток, проходящий через Rvar, приближается к нулевому значению, а напряжение — к значению 10 В.

Разумеется, что при изменении Rvar также меняется и мощность, рассеиваемая на Rvar. Эту мощность вы сейчас графически представите.

Шаг 38 Удалите диаграммы тока и напряжения на Rvar, а также дополнительную ось координат Y (команда Plot?Delete Y Axis (Удалить ось Y)), чтобы подготовить экран PROBE для изображения диаграммы мощности. Затем откройте окно Add Traces и отправьте в строку Trace Expression произведение тока и напряжения на Rvar (рис. 7.32).

Рис. 7.32. Окно Add Traces с введенным выражением для расчета мощности, рассеиваемой на Rvar

Шаг 39 Выведите на экран диаграмму мощности, рассеиваемой на Rvar (рис. 7.33).

Рис. 7.33. Диаграмма мощности, рассеиваемой на Rvar, с ярко выраженным максимумом

Шаг 40 Активизируйте курсор PROBE, чтобы выявить точное положение максимума (рис. 7.34).

Рис. 7.34. Диаграмма зависимости мощности, рассеиваемой на Rvar, с курсором

Из теории вы знаете, что мощность достигает своего максимального значения тогда, когда значение Rvar равно значению R₁. Это называется согласование по мощности. На рис. 7.34 показано, что мощность имеет максимальное значение при сопротивлении 2.2 кОм. Итак, результаты проведенного моделирования в точности подтверждают теорию.

Для того чтобы поупражняться в проведении анализа DC Sweep с использованием двух переменных, вы сейчас еще раз должны будете подтвердить на практике теоретическое положение, в соответствии с которым согласование по мощности происходит тогда, когда значения Rvar и R₁ равны. В ходе предстоящего анализа в качестве основной переменной будет изменяться значение Rvar, в качестве дополнительной — значение R₁.

Шаг 41 Проведите анализ DC Sweep в сочетании с анализом DC Nested Sweep. В ходе предварительной установки руководствуйтесь образцами на рис. 7.35 и 7.36. Сопротивления резисторов R₁ и R₂ зарегистрированы как параметры R_i и Rvar для проведения анализа DC Sweep с двумя изменяемыми переменными. Цель анализа — определить зависимость мощности, рассеиваемой на R₂, от величины сопротивлений резисторов R₂ и R₁. По окончании моделирования выведите на экран PROBE диаграмму, изображенную на рис. 7.37.

Рис. 7.35. Чертеж схемы в редакторе SCHEMATICS

а)

б)

Рис. 7.36. Предварительная установка для проведения анализа цепи постоянного тока с основной (а) и дополнительной (б) переменными

Рис. 7.37. Диаграмма изменения мощности, рассеиваемой на Rvar; в зависимости от величины сопротивлений резисторов R₂ и R₁

Шаг 42 Поупражняйтесь в измерении максимумов семейства кривых (см. рис. 7.37) с помощью курсора и подтвердите, таким образом, еще раз, что точки максимумов соответствуют значениям Rvar=R₁.