Краткие сведения о среде pspice

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Цель работы.............................................................................

2. КРАТКИЕ теоретические СВЕДЕНИЯ...............................

3. краткие сведения о среде pspice.................................

4. задание на лабораторную работу..............................

5. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ...........................................

6. РАБОТА С ИНтерфейсом программы pspice..............

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Основной целью лабораторной работы является исследование спектральных характеристик заданных периодических сигналов и проведение спектрального анализа сигнала для импульсной зависимости.

 

КРАТКИЕ теоретические СВЕДЕНИЯ

Спектральную плотность первого импульса в пачке (рис. 1) обозначим через . Следовательно, второй импульс, сдвинутый относительно первого на (в сторону запаздывания), будет иметь спектральную плотность , третий импульс и т.д., -ый импульс .

Для группы из импульсов получим спектральную плотность

. (2.67)

Если , где - целое число, то каждое из слагаемых в скобках равно единице и, следовательно, этих точках спектральная плотность в раз больше спектральной плотности одиночного импульса.

Если , то суммарная спектральная плотность , а во всех промежуточных точках определяется как геометрическая сумма отдельных векторов.

Рис. 1. Пачка одинаковых, равностоящих импульсов.

 

В качестве иллюстрации на рис. 2. изображен спектр из четырех прямоугольных импульсов при интервале между соседними импульсами . С увеличением числа импульсов в пачке спектральная плотность все более расщепляется и в пределе принимает линейчатую структуру спектра периодической функции. Таким образом, отличие пачки импульсов от периодической последовательности импульсов заключается в том, что пачка содержит конечное число импульсов, а последовательность – бесконечное.

Рис. 2. Модуль спектральной плотности пачки их четырех импульсов.

 

краткие сведения о среде pspice

 

Входной файл, имеющий по умолчанию расширение.cir, является исходной информацией для моделирования. Он содержит:

- заголовок;

- описание элементов схемы;

- описание моделей элементов;

- директивы управления заданием;

- конец описания.

1. Заголовок – обязательная составляющая часть входного файла (одна строка любого текста, не содержащего кириллицу, например, «lab1»). Этот же текст выводится в виде заголовка в выходном файле.

 

2. Рассмотрим правила описания элементов схемы.

Предложение, описывающее независимый источник напряжения (V) (тока (I)), имеет вид:

V<XXX> <N+> <N-> [[PULCE] [SIN] [EXP] [PWL] [SFFM] (<параметры>)]

гдe N+,N- - номера noлoжитeльной и oтpицaтeльной цепей noдключeния.

Ключевые слова PULCE, SIN, EXP, PWL, SFFM определяют вид временной зависимости напряжения (тока) при анализе переходных процессов: имnyльcная, экcnoнeнциaльная, cинycoидaльная, кycoчнo-линeйная, синусоидальная с частотной модуляцией. В предложении должна быть указана одна из этих зависимостей. Рассмотрим подробнее параметры указанных зависимостей. В двойных скобках <<...>> будет приведено значение по умолчанию.

а) Имnyльcная зависимость (рис. 3)

PULSE(V1 V2 Td Tr Tf Pw T),

где V1 - нижний уpовень сигнала, В(А), <<неопределено>>;

V2 - веpхний уpовень сигнала, В(А), {неопределено>>;

Td - задеpжка переднего фронта первого импульса, с, <<0>>;

Tr - длительность пеpеднего фpонта, с, <<TSTEP>>;

Tf - длительность заднего фpонта, с, <<TSTEP>>;

Pw - длительность плоской вершины импульса, с, <<TSTOP>>;

T - пеpиод следования импульсов, с, <<TSTOP>>.

где TSTEP - шаг по времени при выводе на печать результатов расчета переходных процессов; TSTOP - заданное время анализа переходного процесса.

Пример:

V1 1 0 PULSE(0.5 5 2 4 6 3 20)

 

Рис. 3.

б) Экcnoнeнциaльная зависимость (рис.4)

EXP(V1 V2 Td TAUd Tr TAUr),

где V1 - начальное значение <<неопределено>>;

V2 - максимальное значение импульса <<неопределено>>;

Td - вpемя задеpжки наpастания <<0>>;

TAUd - постоянная вpемени pоста <<TSTEP>>;

Tr - вpемя задеpжки спада <<Td+TSTEP>>;

TAUr - постоянная вpемени спада <<TSTEP>>.

Пример:

V2 2 0 EXP(0.5 5 2 3.7 10 2)

Рис. 4.

в) Синycoидaльная зависимость (рис. 5)

SIN(V0 Va F Td Df Fi),

где V0 - постоянная составляющая (В/А), <<неопределено>>;

Va - амплитуда (В/А), <<неопределено>>;

F - частота (Гц), <<1/TSTOP>>;

Td - задеpжка сигнала, (с), <<0>>;

Df - коэффициент затухания, (1/сек), <<0>>;

Fi - начальная фаза, (град), <<0>>.

Пример:

V3 3 0 SIN(2 1.9 2 0.8 0.8 12)

 

Рис. 5.

 

г) Кycoчнo-линeйная зависимость (рис. 6)

PWL(T1 V1 T2 V2... Tn Vn).

Каждая паpа значений (Ti(с),Vi(В/А)) определяет координаты точек, через которые проходит зависимость. Значение источника в пpомежуточные моменты вpемени опpеделяется с помощью линейной интеpполяции.

Пример

V4 4 0 PWL(0 0.1 2 1.5 3 3.5 4 2.4 5 0.2)

Рис. 5.

 

д) Синусоидальная зависимость с частотной модуляцией

SFFM(V0 Va Fc M Fm),

где V0 - постоянная составляющая, (В/А), <<неопределено>>;

Va - амплитуда, (В/А), <<неопределено>>;

Fc - несущая частота (Гц), <<1/TSTOP>>;

M - индекс модуляции, <<0>>;

Fm - частота модуляции (Гц), <<1/TSTOP>>.

 

Предложение, описывающее резистор, имеет вид:

R<XXX> <N+> <N-> [ИМЯМОД] <ВЕЛИЧИНА>,

где N+, N- - номера цепей подключения (N+ и N- задают положительное направление тока через резистор – положительный ток течет от цепи N+ к цепи N-;

ИМЯМОД – имя модели резистора;

ВЕЛИЧИНА – номинал в омах с учетом масштабного коэффициента. В нашем случае она будет равна 100000.

3. Директивы управления заданием имеют символ «.» в первой позиции строки и определяют порядок работы программы. Рассмотрим некоторые из них.

Передача данных в графический постпроцессор PROBE осуществляется директивой

.PROBE [<ПЕРЕМ>] [<ПЕРЕМ>],

где ПЕРЕМ – исследуемая переменная (ток, напряжение, …). Результаты расчета данных записываются в файл с расширением.dat.

 

Расчет переходных процессов производится по директиве

.TRAN <ИНТЕРВАЛ> <ВРАНАЛ>,

где ИНТЕРВАЛ - интервал вывода результатов вычислений в виде таблиц или графиков (не нужно путать с шагом интегрирования, который выбирается программой автоматически);

ВРАНАЛ - время анализа (анализ всегда начинается с нулевого момента времени), принимаем его равным периоду сигнала.

 

Спектральный анализ выполняется после окончания расчета переходного процесса (в задании должна быть директива.TRAN) с помощью дискретного преобразования Фурье по директиве

.FOUR <F> <ПЕРЕМ> <ПЕРЕМ>

где F – линейная частота сигнала, , где - период сигнала;

ПЕРЕМ – исследуемая переменная (ток, напряжение, …).

Рассчитываются амплитуды постоянной составляющей и девяти первых гармоник . При этом анализу подвергается временной интервал от равный ВРАНАЛ- до ВРАНАЛ. Также по соотношению

рассчитывается коэффициент нелинейных искажений.

В результате использования такой директивы в выходном файле с расширением.out появляется таблица со следующими данными

DC COMPONENT - амплитуда постоянной составляющей ;

FREQUENCY (HZ) – линейные частоты первых девяти гармоник (Гц);

FOURIER COMPONENT – амплитуды первых девяти гармоник;

PHASE (DEG) – начальные фазы гармоник.

 

Конец задания отмечается директивой

.END

Задание на лабораторную работу

1. Исследовать

 

Таблица 1.

№ вар.

V1

V2

Td

Tr

Tf

Pw

T

№ вар.

V1

V2

Td

Tr

Tf

Pw

T

1.5

0.6

1.8

0.5

1.5

1.2

 

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Рассмотрим пример выполнения лабораторной работы в среде PSPICE и Mathcad.

В соответствии с заданием для сигнала имеютя начальные параметры, например, V1=0, V2=5, Td=0, Tr=2, Tf=3, Pw=6, T=13.

Зададим сигнал в Mathcade

В качестве длительности трапецевидного сигнала будем брать разность значений сигнала, соответствующих концам отрезка, проходящего через прямую , где и - начальное и максимальное значения импульса соответственно. В данном случае,

и длительность сигнала

Спектральная плотность заданного сигнала равна

и ее амплитудная характеристика

Зададим пачку из пяти импульсов (), обозначим ее через . Тогда ее спектральная плотность находится по формуле

и модуль

Полученные результаты выведем на экран

Аналогичные действия проделайте с последовательностью периодических импульсов, например, для .

Убедитесь, что в определенных точках графика выполняются соотношения между спектральной плотности пачки импульсов или периодической последовательности импульсов и спектром единичного сигнала. Результаты выведите на экран. Что происходит с графиком спектральной плотности при увеличении числа импульсов до ?

В PSPICE строим графики для пачки из 5 импульсов

 

и периодической последовательности 30 импульсов

 

При анализе результатов, полученных в PSPICE, необходимо учесть тот момент, что графики нормируются относительно времени наблюдения. То есть, если исходный импульс имеет время наблюдения , то спектральная плотность будет уменьшена в раз. Если мы на этот же график добавим пачку или периодическую последовательность таких же импульсов, то спектральная плотность исходного импульса будет уменьшена еще в раз.

Приведите графики, полученные в Mathcade и PSPICE к одинаковому виду.