Lezione PSpice 2 2009 - Elettrotecnica PSpice 2 20… · potenziale del nodo a cui è collegato...

Lezione 2Cosa impareremo ….

1. Visualizzare i risultati (Schematics - .out – Probe)

Anno Accademico 2009-2010 Lezione PSpice n.2

2. Simulare con DC sweep

3. Condurre un’analisi parametrica

1

Talvolta, quando ci sono molti componenti, la visualizzazione dei risultati in Schematics può

risultare non chiara.


2

Conviene inserire dei voltmetri e degli amperometrisolo nei punti desiderati. Infatti, spesso siamointeressati solo alla intensità di corrente o allatensione relative ad uno specifico componente

DrawDraw GetGet New PartNew Part ViewpointViewpoint

ViewpointViewpoint consente di leggere ilpotenziale del nodo a cui è collegato


DrawDraw GetGet New PartNew Part IprobeIprobe

IprobeIprobe è un amperometro edeve essere inserito in serie

potenziale del nodo a cui è collegato

Il morsetto + è quello indicato in figura, ma non appare nello Schematic di PSpice

+

3

Esercizio: Usare viewpoint e Iprobe per visualizzare lecorrenti i2 e i1 e i potenziali dei nodi A e B

i2 i3


AB

4

Inserimento di Iprobe e Viewpoint

Visualizzare i risultati in Schematics


5

VOLTAGE SOURCE CURRENTSNAME CURRENT

La lettura degli amperometri Iprobe è trascrittaanche nel file .out.Gli Iprobe sono trattati come generatori di tensionenulla (V_V8 e V_V9) ai cui morsetti PSpice calcolale intensità di corrente


NAME CURRENT

V_V2 -2.073E+00V_V3 -4.878E-01V_V4 -1.585E+00V_V8 4.878E-01V_V9 1.585E+00

TOTAL POWER DISSIPATION 8.78E+01 WATTS

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Esercizio 2.1Valutare la potenza erogata dai generatori


Per l’unico generatore di tensione il risultato è visibile nel file .out Pe=3.36 W

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NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

($N_0001) 0.3280 ($N_0002) 0.312

($N_0003) 1.0000


V_V1 -3.36E+00

TOTAL POWER DISSIPATION 3.36E+00 WATTS


!! Spice calcola solo la potenza erogata dai generatori di tensione !!

!! Spice valuta l’intensità di corrente assorbita dal generatore di tensione

Pj=0.624 W

!! Spice non calcola la potenza erogata dal generatore di corrente !!

E’ necessario, allora, calcolare manualmente la tensione su IDC

Un generatore di tensione nulla può essere usato come amperometro

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Visualizzare i risultati con Probe

• Probe (DC sweep)


Esercizio 2-2 :Tracciare la caratteristica del diodo difigura, facendo variare la tensione del generatorenell’intervallo [-100V÷100V] con passo di 5 V

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1. Analysis Setup DC SWEEP2. Scegliere il tipo di variabile (Voltage

source)3. Inserire il nome del componente “V1”4. Inserire Sweep Type : Linear

È necessaria un’analisi al variare della tensione


5. Inserire Start value : -1006. Inserire End value: +1007. Inserire Increment: 5

Completata la fase di Setup, può iniziare la simulazione

Analysis Setup (F11)

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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


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Compare la finestra Compare la finestra Add Traces Add Traces in cui si in cui si possono selezionare le grandezze da visualizzarepossono selezionare le grandezze da visualizzare


Variabili che possono Variabili che possono essere visualizzateessere visualizzate

Espressione da Espressione da visualizzarevisualizzare

FunzioniFunzionidisponibilidisponibili

12

Sintassi in Probe

• I(D1): intensità di corrente i12 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

I(V1)I(V1)


• 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(D1)I(D1)

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Caratteristica del diodo

100A

200A


V_V1

-100V -50V 0V 50V 100VI(D1)

0A

I(D1)

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• Per visualizzare direttamente l’intensità di corrente elettricanel diodo, possiamo usare un Marker

• In Schematics, Markers Mark current into pin

• Il marker di corrente permette di visualizzare in Probel’intensità di corrente valutata con verso di riferimentoentrante nel componente attraverso il nodo selezionato.


• Introdotto il marker, alla fine della simulazione,automaticamente si apre la finestra di Probe ed è possibilevisualizzare la grandezza selezionata.

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• Per i potenziali: Mark voltage level

Esistono anche altri tipi di markers

Il marker va inserito nel nodo del qualesi vuole conoscere il potenziale

• Per le tensioni: Mark voltage differential

Sono due marker di potenziale,


• Marker advanced …… che useremo in seguito.

Sono due marker di potenziale, contrassegnati con i segni + e -

Consentono di conoscere la differenza di potenziale tra il morsetto + e il morsetto -

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Esercizio 2-3 :Tracciare la caratteristica (I,V) del resistore da50 ohm di figura.

I

V


Suggerimento: attenzione ai versi di riferimento scelti

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• Draw Get New Part Iprint

• Iprint ha funzione di amperometro

Visualizzare i risultati nel file .outPer l’intensità di corrente si usa il componente Per l’intensità di corrente si usa il componente IprintIprint


• Inserire Iprint in serie al bipolo.

• L’intensità di corrente misurata è quella con verso di riferimento uscente dal morsetto -

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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

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Inserimento degli amperometri Iprint


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V_PRINT1 6.250E+00

V_PRINT2 1.250E+00

Visualizzare i risultati nel file .out


V_PRINT2 1.250E+00

Corrente nel resistore R4Corrente nel resistore R4

Corrente nel resistore da R2Corrente nel resistore da R2

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• 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

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Calcolo della resistenza equivalente

eq

VR

I=

E’ possibile valutare la resistenza equivalente aduna coppia di morsetti, imponendo la corrente di1 A e misurando al tensione ai morsetti

I


eqRI

=

se I=1 1eq

VR⇒ =

V

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


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I_I1 V(0,$N_0003)

-5.000E+00 -1.109E+04-4.000E+00 -8.870E+03-3.000E+00 -6.652E+03-2.000E+00 -4.435E+03-1.000E+00 -2.217E+030.000E+00 0.000E+00

Con un’analisi DC Sweep, se utilizziamo il componente Vprint2, nel file .out ricaviamo:

eqR


0.000E+00 0.000E+001.000E+00 2.217E+032.000E+00 4.435E+033.000E+00 6.652E+034.000E+00 8.870E+035.000E+00 1.109E+04

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

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Esercizio 2.6Tracciare su uno stesso grafico la caratteristica corrente-tensione (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:


Suggerimento:1) Controllare i bipoli in corrente;2) Usare Vprint e Mark Voltage Differential

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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 voltmetri27


28

E’ possibile cambiare le caratteristiche delle curverappresentate in PROBE

Con il tasto sinistro del mouse si seleziona la curva dacambiare. Poi, cliccando con il tasto destro si sceglie:properties


Si può cambiare il colore, il pattern, lo spessore e ilsimbolo della curva selezionata

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ESERCIZIO 2.6:Analisi del file .out

I_I1 V($N_0001,$N_0002)

-1.000E+01 -1.000E+02-9.000E+00 -9.000E+01-8.000E+00 -8.000E+01-7.000E+00 -7.000E+01-6.000E+00 -6.000E+01-5.000E+00 -5.000E+01-4.000E+00 -4.000E+01-3.000E+00 -3.000E+01-2.000E+00 -2.000E+01-1.000E+00 -1.000E+010.000E+00 0.000E+00

Nel file .out sono indicati ivalori di tensione letti da ognivoltmetro VPRINT2, incorrispondenza di ciascun


0.000E+00 0.000E+001.000E+00 1.000E+012.000E+00 2.000E+013.000E+00 3.000E+014.000E+00 4.000E+015.000E+00 5.000E+016.000E+00 6.000E+017.000E+00 7.000E+018.000E+00 8.000E+019.000E+00 9.000E+011.000E+01 1.000E+02

voltmetro VPRINT2, incorrispondenza di ciascunvalore di corrente imposto dalgeneratore

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Analisi parametricaEsercizio 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

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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 PARAMDrawDraw GetGet New PartNew Part PARAMPARAM

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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 resistenzavariabile di nome Rval. E’ sufficiente ora indicarel’intervallo di variazione di Rval, il passo di variazionee poi risolvere il circuito per ogni nuovo valoreassunto dal nostro parametro

33

AnalysisAnalysis SetupSetup DC SWEEPDC SWEEP

1) Tipo di variabileSwept Var. Type: Global Parameter

2) Nome della variabileName: Rval

3) Tipo di scanzione: LogaritmicaDecade


Decade

4) Valore iniziale per RvalStart Value: 0.01 ohm

5) Valore finale per RvalEnd Value: 10000 ohm

6) Numero di punti per decadePts/Decade: 10

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In probe: Trace Add trace


Trace expression: (V(R2:1)- V(R2:2))* I(R2)

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Trace Cursor Display

Si può abilitare un cursore grafico per muoversi lungo la curva e seguirne i valori.


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

erogata

carico

P

P=η


Il rendimento è definito come il rapporto tra la potenza assorbita Il rendimento è definito come il rapporto tra la potenza assorbita dal carico e la potenza erogata dal generatore:dal carico e la potenza erogata dal generatore:((V(R2:1)((V(R2:1)-- V(R2:2))* I(R2))/(( V(V1:V(R2:2))* I(R2))/(( V(V1:--))-- V(V1:+))* I(V1))V(V1:+))* I(V1))Quando la potenza assorbita da R2 è massima (R2=R1=50Quando la potenza assorbita da R2 è massima (R2=R1=50ΩΩ), il ), il rendimento è 0.5rendimento è 0.5

37

Esercizio 2.3Nella rete di figura specificare l’intervallo di valori di R1 per il quale

siano soddisfatte entrambe le relazioni:1. IR1>18A2. PR1>2200W


38

• 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


• 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

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10A

15A

20A

25A

30A1

1.0K

2.0K

3.0K

4.0K2


Rvar

100m 300m 1.0 3.0 10 30 100 300 1.0K 3.0K 10K1 I(R1) 2 Rvar * I(R1) * I(R1)

0A

5A

>>0

1.0K

4.9 ohm <R1<8.9 ohm

i(R1)P(R1)

40

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

Esercizio 2.4


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