ANALISI DEI CIRCUITI IN ANALISI DEI CIRCUITI IN REGIME STAZIONARIO CON REGIME STAZIONARIO CON

PSPICEPSPICE

DIEE

A.A. 2002-2003

Esercitazione N.3

Utilità di Pspice Utilità di Pspice

Pspice risulta utile per il calcolo di tensioni di nodo e correnti di ramo solo quando sono noti i valori numerici di tutti i componenti dei circuiti

Analisi in regime stazionarioAnalisi in regime stazionario

Bias point detail (calcolo del punto di

lavoro).DC sweep

Elementi circuitaliElementi circuitali

Part name

Attributi

Resistenza

Generatori indipendenti Generatori indipendenti

Generatore indipendente di tensione continua

Generatore indipendente di corrente continua

Voltmetri AmperometriVoltmetri Amperometri

Voltmetro

Amperometro

Generatori DipendentiGeneratori Dipendenti

Generatore di tensione controllato in tensione

Amplificatori OperazionaliAmplificatori Operazionali

Part-name

Operazionale tipo 741

Fattori di scalaFattori di scala

Per maggior comodità è possibile esprimere i valori numerici per mezzo di fattori di scala riportati in tabella

Simbolo Valore Nome del suffisso

T 1012 teraG 109 giga

MEG 106 megaK 103 kiloM 10-3 milliU 10-6 microN 10-9 nanoP 10-12 picoF 10-15 femto

Esercizio 1 Esercizio 1

Usare Pspice per determinare le tensioni di nodo

Esercizio 2: Determinare l’equivalente Esercizio 2: Determinare l’equivalente Thevenin del circuitoThevenin del circuito

vX

2vX

a

b

Circuito in PspiceCircuito in Pspice

VTh

Calcolo della RCalcolo della Rthth :Verifichiamo il generatore pilotato: :Verifichiamo il generatore pilotato:

La grandezza pilotante e’ interna o esterna ?

INTERNA Quindi non possiamo passivarlo!!!

Passiviamo solo il generatore indipendente ed eccitiamo il circuito con un Gen V1 = 1V

V1 Valore arbitrario

Risolviamo col metodo delle maglieRisolviamo col metodo delle maglie

i0

vX

2vX

Calcolo della RCalcolo della Rthth

vX

2vX

J1

J2 J3

i0

Applichiamo la legge di Kirchhoff delle tensioniApplichiamo la legge di Kirchhoff delle tensioni

Per le maglie 2 e 3 vale:Per le maglie 2 e 3 vale:

4 J4 J22 + 2( J + 2( J22 – J – J11) + 6 ( J) + 6 ( J11 – J – J33) = 0) = 0

6 (J6 (J33 - J - J22) + 2J) + 2J33+ 1 = 0+ 1 = 0Risolvendo JRisolvendo J33 = - 1/ 6 A = - i = - 1/ 6 A = - i 00

RRThTh = 1 V / i = 1 V / i00 = 6 = 6

Per la maglia 1 vale -2Vx + 2( J1 –J2) = 0 Per la maglia 1 vale -2Vx + 2( J1 –J2) = 0 Vx = JVx = J11 – J – J22 ma ma -4 J-4 J22 = J = J11 – J – J22 J J11 = -3J = -3J22

Calcolo della VCalcolo della VThTh

vX

2vX

+

-

VTh

Applichiamo le eq. alle maglieApplichiamo le eq. alle maglie

vX

2vX

+

-

VTh

J1J2

J3

Svolgendo i calcoli:Svolgendo i calcoli:

JJ11 = 5 = 5

-2V2Vxx +2(J +2(J33 – J – J22) = 0 ) = 0 VVxx = J = J33 – J – J22

4(J4(J22 – J – J11) + 2(J) + 2(J22 – J – J33) + 6 J) + 6 J22 = 0 ossia = 0 ossia

12 J12 J22- 4 J- 4 J11 - 2 J - 2 J33 = 0 = 0 ma 4(Jma 4(J11 – J – J22) = V) = Vxx

Da cui JDa cui J22 = 10 / 3 = 10 / 3 VVThTh = 6 J = 6 J22 = 20 V = 20 V

Circuito Equivalente TheveninCircuito Equivalente Thevenin

a

b

Thevenin e Norton con PSpiceThevenin e Norton con PSpiceIl Calcolo delle VTh e RTh si ottiene per via

grafica attraverso il DC Sweep1. Si disegna il circuito con Schematics

2. Si considera una coppia di nodi

3. Si inserisce un gen. di corrente o di tensione (sonda con part name ISRC)

4. Si effettua l’analisi Dc sweep, (es : corrente da 0 a 1 A con decrementi di 0.1 V)

5. Si effettua la simulazione del circuito con Simulate

6. Con Probe si visualizza il grafico della tensione su Ip sulla corrente Ip

Vth e’ l’intercetta con l’asse delle tensioni

Rth e’ la pendenza della retta

Esercizio 2 Esercizio 2 Disegno del circuito in PSpiceDisegno del circuito in PSpice

Costruzione circuitoCostruzione circuito

•Piazzare i componenti con Draw/ Get New partPiazzare i componenti con Draw/ Get New part•Definire Part Name e attributi per tutti i componentiDefinire Part Name e attributi per tutti i componenti•Posizionare la massaPosizionare la massa

Es: Inseriamo il generatore ISRC per il DC SweepEs: Inseriamo il generatore ISRC per il DC Sweep

•Draw /Get newpartDraw /Get newpart•Part browser advancedPart browser advanced•Scegliere ISRCScegliere ISRC•Determinare l’attributoDeterminare l’attributo

Dal menu Dal menu Analysis/SetupAnalysis/Setup apriamo il apriamo il DC SweepDC Sweep scegliamo una variazione lineare per il gen sonda di scegliamo una variazione lineare per il gen sonda di correntecorrenteSelezioniamo: Selezioniamo: Sweep typeSweep type = Linear= Linear

Sweep var. typeSweep var. type = Current source = Current source NameName = I2= I2 Start valueStart value = 0= 0 End ValueEnd Value = 1= 1 Increment Increment = .1= .1

quindi quindi Analysys / simulateAnalysys / simulate

Analisi del circuitoAnalisi del circuito

Analisys setupAnalisys setup

Sweep type and Sweep var. typeSweep type and Sweep var. type

Probe per visualizzare il graficoProbe per visualizzare il grafico

Inizialmente abbiamo solo i valori in ascissa l’asse Y e’ vuotoInizialmente abbiamo solo i valori in ascissa l’asse Y e’ vuoto

• In ascissa abbiamo la variabile del gen e il range del DC In ascissa abbiamo la variabile del gen e il range del DC sweep. sweep. •Selezioniamo Selezioniamo Trace/ AddTrace/ Add e aggiungiamo la tensione ai e aggiungiamo la tensione ai capi di I2 ossia la traccia VI2 capi di I2 ossia la traccia VI2 •Si possono visualizzare altre tracce con Si possono visualizzare altre tracce con Windows/ NewWindows/ New

•Cancellare le tracce con Cancellare le tracce con Edit /DeleteEdit /Delete

ProbeProbe

Add TraceAdd Trace

Grafico Legame I2 ,VI2Grafico Legame I2 ,VI2

Dal grafico si ricava:Dal grafico si ricava:

VVThTh = l’intercetta = 20 V = l’intercetta = 20 V

RRThTh = pendenza = (26 –20)/1 = 6 = pendenza = (26 –20)/1 = 6

Calcoliamo il circuito Calcoliamo il circuito equivalente Nortonequivalente Norton

Consideriamo lo stesso circuito.Consideriamo lo stesso circuito.Calcoliamo il Norton del Calcoliamo il Norton del TheveninThevenin

Si ha che ISi ha che INN = V = VThTh / R / RThTh

In Generale ZIn Generale ZThTh = 1 / Y = 1 / YNoNo

Nel caso stazionario RNel caso stazionario RThTh = R = RNN

Circuito equivalente Norton Circuito equivalente Norton

IINN = V = VThTh / R / RThTh = 20 / 6 = 3.333 A = 20 / 6 = 3.333 A

RRThTh = R = RN N = 6 = 6

Calcoliamo il Norton con PSpiceCalcoliamo il Norton con PSpice

Poniamo stavolta un generatore di tensione sondaPoniamo stavolta un generatore di tensione sonda

Dal menu Dal menu Analysis/SetupAnalysis/Setup apriamo il apriamo il DC SweepDC Sweep scegliamo una variazione lineare per il gen sonda di scegliamo una variazione lineare per il gen sonda di tensionetensioneSelezioniamo: Selezioniamo: Sweep typeSweep type = Linear= Linear

Sweep var. typeSweep var. type = Voltage source = Voltage source NameName = V1= V1 Start valueStart value = 0= 0 End ValueEnd Value = 1= 1 Increment Increment = .1= .1

quindi quindi Analysys / simulateAnalysys / simulate

RisultatoRisultato

Dal grafico si può ricavareDal grafico si può ricavare

IINN = = intercettaintercetta = 3.333 A = 3.333 A

GGNN = = PendenzaPendenza = =

(3.33–3.16) / 1 = 0.17 S(3.33–3.16) / 1 = 0.17 S = = (1 / RTh)(1 / RTh)