Lezione 6: Circuiti dinamici

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1 Lezione 6: Circuiti dinamici Cosa impareremo: 1. Inserire interruttori 2. Assegnare le condizioni iniziali 3. Condurre l analisi Transient 4. Analizzare circuiti del 1 ordine 5. Determinare la costante di tempo 6. Studiare il transitorio con generatori costanti e/o sinusoidali

2 Circuiti del primo ordine Carica del condensatore

3 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.

4 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

5 Fare doppio clic sul condensatore 1 2 V Indicare il valore della capacità del condensatore 2. 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 V 12, tra il morsetto 1 e il morsetto 2

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

7 Carica del condensatore 1 100V 2 100mA 80V 80mA 60V 60mA 40V 40mA 20V 20mA 0V >> 0A 0s 0.5us 1.0us 1.5us 2.0us 2.5us 3.0us 3.5us 4.0us 4.5us 5.0us 1 V(R1:2) 2 -I(C1) Time corrente 2010 tensione

8 La costante di tempo t RC v ( ) 0 ( ) ( ) 1 C t = vc t + vcp t = V1 e + V1 = V1 e t RC τ = RC ( ) ( 1 τ ) v = V 1 e = 0.63 V C 1 1 ( ) ( 3 τ ) v 3 = V 1 e = 0.95 V C 1 1 ( ) ( 5 τ ) v 5 = V 1 e = 0.99 V C 1 1 Dopo un intervallo di tempo pari a circa 5τ la tensione sul condensatore ha praticamente raggiunto il valore di regime V1

9 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 2010

10 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 40V R 20V 0V 0s 2us 4us 6us 8us 10us 12us 14us 16us 18us 20us V(R1:2) Time 2010

11 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

12 Carica e scarica del condensatore 1 100V 2 100mA 80V 80mA 60mA 60V 40mA 40V 20mA 20V 0A 0V >> -20mA 0s 2us 4us 6us 8us 10us 12us 14us 16us 18us 20us 1 V(R1:2) 2 -I(C1) Time corrente tensione

13 Circuiti del primo ordine con generatori sinusoidali π v1 ( t) = 1000 cos 2π10000 t + ; R = 2000 Ω ; L = 40 mh; il ( 0) = 100mA 6

14 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

15 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)

16 Andamento della corrente nell induttore 400mA 200mA 0A -200mA -400mA 0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us -I(L1) Time Corrente nell induttore 2010

17 Ricaviamo la potenza istantanea assorbita a regime dall induttore e dal resistore resistore 200W 100W 0W -100W -200W 500us 550us 600us 650us 700us 750us 800us 850us 900us 950us 1000us I(L1)* (V(L1:1)- V(L1:2)) I(R1)* (V(R1:1)- V(R1:2)) Time 2010 induttore

18 Ricaviamo la potenza media assorbita a regime dall induttore e dal resistore 100W resistore 80W 60W 40W 20W 0W -20W 500us 550us 600us 650us 700us 750us 800us 850us 900us 950us 1000us AVG(I(L1)* (V(L1:1)- V(L1:2))) AVG(I(R1)* (V(R1:1)- V(R1:2))) Time 2010 induttore