270 Luciano De Menna Corso di Elettrotecnica

Transcript

1 270 Luciano De Menna Corso di Elettrotecnica Per utilizzare a pieno le potenzialità dell'istruzione di controllo.ac, inseriamo il seguente file dati, riferito al circuito mostrato nella colonna delle immagini: AC 2 *CIRCUITO RLC, ANALISI ARMONICA V0 1 0 AC 1.41 R L C E-6.AC LIN 51 1K 2K.PLOT AC I(V0) L'istruzione contenuta nella linea 7 chiede a PSpice di sviluppare l'analisi per frequenze variabili linearmente, in 51 passi, a partire da 1kHz ed a finire a 2kHz. L'istruzione successiva richiede di riportare il grafico della corrente in funzione della frequenza. In queste condizioni in uscita si ritrovano i seguenti dati:

2 Luciano De Menna Corso di Elettrotecnica 271 FREQ I(V0) (*) E E E E E+02 _ 1.000E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-01..* E E-01.. * E E-01.. * E E-01.. * E E-01.. * E E-01.. * E E-01.. * E E-01.. * E E-01.. * E E-01..* E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. * E E-02. *..

3 272 Luciano De Menna Corso di Elettrotecnica Il che rappresenta un dignitoso tentativo di ottenere un grafico con un terminale non grafico o con una stampante a caratteri e quindi disponibili a chiunque. Ma, naturalmente, si può ottenere di più. L'istru z i o n e, infatti, contenuta nel file di ingresso, ha richiesto a PSpice di creare un file in uscita, individuato con il suffisso.dat, che contiene tutti i dati delle elaborazioni effettuate. Un tale file può essere letto da un postprocessore grafico, PROBE, che è in grado di produrre grafici di alta qualità sulla base dei dati forniti da PSpice. La stessa curva precedente assume ora la forma mostrata in figura. Si riconoscerà, a questo punto, agevolmente la curva di risonanza del circuito RLC serie di cui al capitolo VI. Le possibilità del postprocessore grafico PROBE sono notevoli ed il suo uso rende estremamente agevole la visualizzazione dei dati elaborati da PSpice. Veniamo ora ad una dinamica transitoria e proponiamo a PSpice i seguenti dati, relativi al circuito mostrato a lato:

4 Luciano De Menna Corso di Elettrotecnica 273 Tran 1 *CIRCUITO RC, CARICA DI C V0 1 0 DC 10 R C E-3 IC=0.TRAN UIC La quarta linea del pacchetto di istruzioni assegna al condensatore un valore iniziale della tensione ai suoi morsetti di 0 volt (IC = 0, dove IC sta per Initial Condition ). La quinta linea richiede di valutare il transitorio a partire dall'istante t=0 fino a T=0.5ms, utilizzando le condizioni iniziali (UIC sta per Utilize Initial Conditions ). Il primo dato dell'istruzione chiede di mostrare i risultati soltanto a partire da t=1ms. La risposta, che d'ora in poi esamineremo prevalentemente utilizzando PROBE, fornisce il seguente grafico del potenziale del nodo 2.

5 274 Luciano De Menna Corso di Elettrotecnica Che descrive il caratteristico andamento della tensione di un condensatore durante un processo di carica. Si noti che non è stato necessario introdurre esplicitamente un interruttore nei dati forniti a PSpice; la presenza delle condizioni iniziali ha svolto un ruolo equivalente. Cambiando infatti tali condizioni Tran 2 *CIRCUITO RC, CARICA DI C V0 1 0 DC 10 R C E-3 IC=20.TRAN O.5 UIC l'andamento della tensione cambia di conseguenza:

6 Luciano De Menna Corso di Elettrotecnica 275 La presenza di interruttori può essere simulata anche in maniera diversa utilizzando generatori ideali di tensione e di corrente con forma d'onda lineare a tratti, come illustrato nell'esempio seguente che fa riferimento al circuito mostrato nell'immagine a lato Tran 3 *CIRCUITO RLC, OSCILLAZIONI V0 1 0 PWL(0 0 1e e-6 10) R L M C E-6.TRAN 1e-9 2e-3 La terza linea del pacchetto di istruzioni comunica a PSpice che tra i nodi 1 e 0 è inserito un generatore che fornisce ai suoi morsetti una tensione che vale 0 al tempo t = 0, 10V al tempo t=1µs ed ancora 10V al tempo t = 1 ms. PSpice interpola linearmente tra questi punti. In pratica con questa istruzione è possibile simulare un qualsiasi andamento della tensione approssimandolo con un andamento lineare a tratti ( PiceWise Linear ). Nel caso in esame, essendo il primo intervallo di variazione estremamente breve, la forma d'onda simulata è quella di un gradino di tensione. La risposta di PSpice, analizzata con PROBE, fornisce il seguente grafico della tensione sul condensatore:

7 276 Luciano De Menna Corso di Elettrotecnica Ma naturalmente è possibile simulare andamenti più complessi, come nel caso dell'esempio riportato, che fa riferimento al circuito mostrato e già proposto nel capitolo VIII. Tran 4 *RAMPA V0 1 0 PWL( ) R C R L TRAN 1e-3 20 È facile verificare che la forma d'onda descritta dalle istruzioni per il generatore è quella richiesta dal problema. La risposta di PSpice fornisce il seguente andamento per la corrente erogata dal generatore.

8 Luciano De Menna Corso di Elettrotecnica 277 Nello stesso diagramma si è riportato anche l'andamento della tensione ai morsetti del generatore. Utilizzando i generatori lineari a tratti è possibile costruire anche modelli più realistici di interruttori con una resistenza bassa, ma non nulla, in chiusura ed una elevata, ma non infinita, in apertura. Infine, tra i componenti standard previsti da PSpice, si trovano i diversi tipi di generatori controllati, generatori ad impulso finito, e generatori impulsivi. Nelle librerie di PSpice si trovano poi tutti i possibili bipoli, lineari e non, della moderna elettronica, simulati attraverso opportuni modelli. Solo a titolo di esempio, ecco come appare un file di ingresso in cui è presente un diodo - vedi circuito a lato:

9 278 Luciano De Menna Corso di Elettrotecnica TRAN 5 *Diodo MODEL DMOD D(Is=100u N=1 Xti=3 Eg=1.11 Fc=.5 Nr=2) C mF R D1 1 2 DMOD V0 1 0 SIN( ).TRAN 1u 0.05 La terza riga specifica il particolare modello della biblioteca che si intende utilizzare per il diodo; i parametri tra parentesi ne individuano la caratteristica. La risposta di PSpice ci consente di tracciare l'andamento della tensione ai capi del resistore:

10 Luciano De Menna Corso di Elettrotecnica 279 Come si vede essa è quasi continua, nonostante la presenza del generatore sinusoidale. Il circuito in esame, infatti, può considerarsi un esempio elementare di convertitore CA/CC. Il motivo di un tale andamento si comprende subito se si considera che il condensatore, una volta caricato dal generatore di tensione, può scaricarsi soltanto sul resistore in parallelo, dato che il diodo non consente il passaggio di corrente nel senso inverso; tale scarica avverrà con la costante di tempo imposta dal resistore. Quando la tensione del generatore riprende un valore superiore a quello della tensione sul condensatore, lo stesso riprenderà la sua carica. Non è il caso in questa sede di dilungarci oltre sull'uso di PSpice, o di codici analoghi, e sulle sue notevoli potenzialità. Come si osservava all'inizio di questo capitolo, nulla potrebbe mai essere sostitutivo di una pratica sul campo, con l'ausilio di un buon manuale.