Lezione 2. Cosa impareremo. 1. Visualizzare i risultati (Schematics -.out Probe) 2. Simulare con DC sweep. 3. Condurre un analisi parametrica

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1 Lezione 2 Cosa impareremo. 1. Visualizzare i risultati (Schematics -.out Probe) 2. Simulare con DC sweep 3. Condurre un analisi parametrica 1

2 Talvolta, quando ci sono molti componenti, la visualizzazione dei risultati in Schematics può risultare non chiara. 2

3 Conviene inserire dei voltmetri e degli amperometri solo nei punti desiderati. Infatti, spesso siamo interessati solo alla intensità di corrente o alla tensione relative ad uno specifico componente Draw Get New Part Viewpoint Viewpoint consente di leggere il potenziale del nodo a cui è collegato Draw Get New Part Iprobe Iprobe è un amperometro e deve essere inserito in serie + Il morsetto + è quello indicato in figura, ma non appare nello Schematic di PSpice 3

4 Esercizio: Usare viewpoint e Iprobe per visualizzare le correnti i2 e i1 e i potenziali dei nodi A e B i2 i3 B A 4

5 Visualizzare i risultati in Schematics Inserimento di Iprobe e Viewpoint 5

6 La lettura degli amperometri Iprobe è trascritta anche nel file.out. Gli Iprobe sono trattati come generatori di tensione nulla (V_V8 e V_V9) ai cui morsetti PSpice calcola le intensità di corrente VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_V E+00 V_V E-01 V_V E+00 V_V E-01 V_V E+00 TOTAL POWER DISSIPATION 8.78E+01 WATTS 6

7 Esercizio 2.1 Valutare la potenza erogata dai generatori Per l unico generatore di tensione il risultato è visibile nel file.out Pe=3.36 W 7

8 NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE ($N_0001) ($N_0002) ($N_0003) VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_V1-3.36E+00 TOTAL POWER DISSIPATION 3.36E+00 WATTS!! Spice calcola solo la potenza erogata dai generatori di tensione!!!! Spice non calcola la potenza erogata dal generatore di corrente!! E necessario, allora, calcolare manualmente la tensione su IDC Pj=0.624 W!! Spice valuta l intensità di corrente assorbita dal generatore di tensione Un generatore di tensione nulla può essere usato come amperometro 8

9 Visualizzare i risultati con Probe Probe (DC sweep) Esercizio 2-2 :Tracciare la caratteristica del diodo di figura, facendo variare la tensione del generatore nell intervallo [-100V 100V] con passo di 5 V 9

10 È necessaria un analisi al variare della tensione 1. Analysis Setup DC SWEEP 2. Scegliere il tipo di variabile (Voltage source) 3. Inserire il nome del componente V1 4. Inserire Sweep Type : Linear 5. Inserire Start value : Inserire End value: Inserire Increment: 5 Completata la fase di Setup, può iniziare la simulazione Analysis Setup (F11) 10

11 Si apre il post-processore grafico PROBE Inizialmente si hanno solo in ascissa i valori di V1. L asse y è vuoto e non è visualizzato alcun grafico Per inserire un grafico, dal menu: Trace Add Trace 11

12 Compare la finestra Add Traces in cui si possono selezionare le grandezze da visualizzare Variabili che possono essere visualizzate Espressione da visualizzare Funzioni disponibili 12

13 Sintassi in Probe I(D1): intensità di corrente i 12 nel diodo D1; I(V1): intensità di corrente i +- nel generatore V1; V(D1:1): potenziale del morsetto 1 del diodo; V(D1:2): potenziale del morsetto 2 del diodo; V(V1:+): potenziale del morsetto + di V1 V(V1:-): potenziale del morsetto di V1 V1(D1): potenziale del morsetto 1 di D1 V2(D1): potenziale del morsetto 2 di D1 I(V1) I(D1) 13

14 200A Caratteristica del diodo 100A 0A -100V -50V 0V 50V 100V I(D1) V_V1 14

15 Per visualizzare direttamente l intensità di corrente elettrica nel diodo, possiamo usare un Marker In Schematics, Markers Mark current into pin Il marker di corrente permette di visualizzare in Probe l intensità di corrente valutata con verso di riferimento entrante nel componente attraverso il nodo selezionato. Introdotto il marker, alla fine della simulazione, automaticamente si apre la finestra di Probe ed è possibile visualizzare la grandezza selezionata. 15

16 Esistono anche altri tipi di markers Per i potenziali: Mark voltage level Il marker va inserito nel nodo del quale si vuole conoscere il potenziale Per le tensioni: Mark voltage differential Sono due marker di potenziale, contrassegnati con i segni + e - Consentono di conoscere la differenza di potenziale tra il morsetto + e il morsetto - Marker advanced che useremo in seguito. 16

17 Esercizio 2-3 :Tracciare la caratteristica (I,V) del resistore da 50 ohm di figura. I V Suggerimento: attenzione ai versi di riferimento scelti 17

18 Visualizzare i risultati nel file.out Per l intensità di corrente si usa il componente Iprint Draw Get New Part Iprint Iprint ha funzione di amperometro Inserire Iprint in serie al bipolo. L intensità di corrente misurata è quella con verso di riferimento uscente dal morsetto - 18

19 Attenzione!! IPRINT deve sempre essere abilitato Doppio clik su Iprint, In DC inserire il valore y Esercizio 2-4 Misuriamo la corrente I4 Misuriamo la corrente I2 19

20 Inserimento degli amperometri Iprint 20

21 Visualizzare i risultati nel file.out VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V_PRINT E+00 V_PRINT E+00 Corrente nel resistore R4 Corrente nel resistore da R2 21

22 Per visualizzare nel file.out il valore del potenziale di un nodo si usa il componente Vprint1 Vprint1 va collegato al nodo del quale si vuole conoscere il potenziale Per visualizzare nel file.out il valore della tensione su un bipolo si usa il componente Vprint2 Vprint2 ha funzione di voltmetro e va inserito in parallelo al bipolo Vprint1 e Vprint2 devono essere abilitati I valori sono riportati nel file.out solo se si compie un analisi parametrica o un analisi DC SWEEP 22

23 Calcolo della resistenza equivalente E possibile valutare la resistenza equivalente ad una coppia di morsetti, imponendo la corrente di 1 A e misurando al tensione ai morsetti I V se I=1 V I = R eq R = eq V 1 23

24 Esercizio 2-5: Data la rete a ponte di figura, ricavare la resistenza equivalente ai morsetti AB 24

25 Con un analisi DC Sweep, se utilizziamo il componente Vprint2, nel file.out ricaviamo: I_I1 V(0,$N_0003) E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+04 R eq Ricaviamo, quindi che, quando l intensità di corrente è 1A, la tensione ai morsetti del generatore è uguale a 2217 V. Di conseguenza, la resistenza equivalente è pari a 2217 Ω 25

26 Esercizio 2.6 Tracciare su uno stesso grafico la caratteristica correntetensione (I,V) di tre resistori R1=10Ω, R2=50 Ω, R3=100 Ω. Riportare, inoltre, nel file.out i valori di tensione e corrente nei singoli resistori. Suggerimento: 1) Controllare i bipoli in corrente; 2) Usare Vprint e Mark Voltage Differential 26

27 Esercizio 2.6 I voltmetri Vprint2 devono essere collegati in parallelo I voltmetri, così come Iprint, devono essere abilitati Il file.out contiene i valori di tensione letti dai voltmetri 27

28 28

29 E possibile cambiare le caratteristiche delle curve rappresentate in PROBE Con il tasto sinistro del mouse si seleziona la curva da cambiare. Poi, cliccando con il tasto destro si sceglie: properties Si può cambiare il colore, il pattern, lo spessore e il simbolo della curva selezionata 29

30 I_I1 V($N_0001,$N_0002) E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+02 ESERCIZIO 2.6: Analisi del file.out Nel file.out sono indicati i valori di tensione letti da ogni voltmetro VPRINT2, in corrispondenza di ciascun valore di corrente imposto dal generatore 30

31 Analisi parametrica Esercizio 2.7: Max trasferimento di potenza Un generatore di resistenza interna R1 fornisce la massima potenza al carico di resistenza R2, quando R2=R1 Al variare della resistenza di carico R2, varia l intensità della corrente nel circuito, varia la potenza erogata dal generatore, così come la potenza assorbita su R1 e R2. Ci proponiamo di studiare il circuito al variare della resistenza di carico R2 31

32 Per creare un resistore R2 con resistenza variabile: 1. Fare doppio clic sul resistore R2. Value: {Rval} Attenzione a non dimenticare le parentesi graffe!! {..} 2. Inserire il componente PARAM Draw Get New Part PARAM 32

33 3. Fare doppio clic su PARAMETERS Name 1: Rval (attenzione! senza le parentesi) Value 1: 10 (o qualsiasi altro valore) A questo punto abbiamo creato una resistenza variabile di nome Rval. E sufficiente ora indicare l intervallo di variazione di Rval, il passo di variazione e poi risolvere il circuito per ogni nuovo valore assunto dal nostro parametro 33

34 Analysis Setup DC SWEEP 1) Tipo di variabile Swept Var. Type: Global Parameter 2) Nome della variabile Name: Rval 3) Tipo di scanzione: Logaritmica Decade 4) Valore iniziale per Rval Start Value: 0.01 ohm 5) Valore finale per Rval End Value: ohm 6) Numero di punti per decade Pts/Decade: 10 34

35 In probe: Trace Add trace Trace expression: (V(R2:1)- V(R2:2))* I(R2) 35

36 Si può abilitare un cursore grafico per muoversi lungo la curva e seguirne i valori. Trace Cursor Display Si abilita il cursore facendo clic con il tasto sin. del mouse Muovendosi con il cursore si osserva (Probe cursor) che la potenza assorbita è max per R1=R2=50Ω Asse x (Rvar) Asse y (P) 36

37 η = P P carico erogata Il rendimento è definito come il rapporto tra la potenza assorbita dal carico e la potenza erogata dal generatore: ((V(R2:1)- V(R2:2))* I(R2))/(( V(V1:-)- V(V1:+))* I(V1)) Quando la potenza assorbita da R2 è massima (R2=R1=50Ω), il rendimento è

38 Esercizio 2.3 Nella rete di figura specificare l intervallo di valori di R1 per il quale siano soddisfatte entrambe le relazioni: 1. IR1>18A 2. PR1>2200W 38

39 Il resistore R1 deve avere resistenza variabile Possiamo scegliere di far variare R1, da 0.1 a 1000 ohm. Poiché il range è molto ampio, in SETUP DCSWEEP, scegliamo una scansione per decade con scala logaritmica Per visualizzare sullo stesso grafico sia la potenza assorbita da R1 che l intensità di corrente in R1, conviene aggiungere oltre all asse delle correnti, anche l asse delle potenze Per aggiungere un altro asse, In PROBE, PLOT Add Yaxis Con l aiuto dei cursori ricaviamo la risposta al quesito 39

40 1 30A 2 4.0K 25A 3.0K 20A 15A 2.0K 10A 1.0K 5A >> 0A 0 100m 300m K 3.0K 10K 1 I(R1) 2 Rvar * I(R1) * I(R1) Rvar P(R1) i(r1) 4.9 ohm <R1<8.9 ohm 40

41 Esercizio 2.4 Nella rete di figura V1 è un generatore di tensione variabile. La sua tensione può essere variata tra -500V a +100V con passo di 10V. Determinare: 1. Il valore di V1 che rende nulla la potenza assorbita su R3 41