Моделирование переходных процессов ( Transient )

Переходные процессы всегда рассчитываются с момента времени t = 0 до момента <конечное время>, заданного в режиме Transient. Если анализ схем, в которых используются внешние сигналы, обычно не представляет трудностей, то исследование генераторных схем не всегда завершается успешно.

Рассмотрим в качестве конкретного примера особенности расчёта переходного процесса в генераторе пилообразного напряжения (рис. 41) [18].

Период колебаний этого генератора ориентировочно можно оценить из выражения:

T » (U₀ + U_БЭ2)R₃ C₁ /(U₀ – U_БЭ6),

где U₀ = ER₂/(R₂+R₁);

E – напряжение источника питания V1.

Амплитуду U_П пилообразного напряжения, снимаемого с конденсатора С1, можно представить как:

U_П @ (U₀ + U_БЭ2) – U_ОСТ,

где U_ОСТ – остаточное напряжение на открытых и насыщенных транзисторах Q2–Q4.

Рис. 41 - Генератор пилообразного напряжения на основе аналога однопереходного транзистора

Сначала рассчитываем режим генератора по постоянному току в соответствии с заданием, предварительно определив параметры элементов для частоты колебаний 6–10 кГц и амплитуды пилообразного напряжения 5 В (ток коллектора транзистора Q1 выберем около 1 мА).

В результате расчёта в выходном файле (*.out) создаётся таблица узловых потенциалов. Нажатие на пиктограмму  вызывает появление карты потенциалов на экране (рис. 41):

V(1)=10, V(2)=5.25, V(3)=4.575, V(4)=9.325,

V(5)=0.67697, V(6)=3.9.

Если после расчёта режима по постоянному току сразу перейти к расчёту переходных процессов, то генератор, находящийся в одном из устойчивых состояний равновесия, не возбудится. Можно предложить два способа запуска математической модели генератора пилообразного напряжения (и любых других генераторов).

1. Перед началом анализа в режиме Transient с помощью стандартного символа IC задаются начальные значения узловых потенциалов и(или) начальные значения напряжений на конденсаторах (и токи через индуктивности при их наличии в схеме), отличные от значений в состоянии равновесия. Далее в задании указывается директива расчёта переходного процесса, при этом нужно отменить расчёт по постоянному току, так как он уже задан с помощью стандартных символов IC.

Если автоколебания не возникли, рекомендуется уменьшить шаг интегрирования, например, в десять раз, указав его конкретное значение в соответствующем пункте меню Analysis/Transient.

2. Имитируя включение напряжения питания, задавать источник напряжения в виде либо кусочно-линейной функции (единичного скачка), либо импульсной функции с линейным передним фронтом и длительностью в несколько наносекунд и длительностью плоской вершины, больше или равной конечному времени анализа.

Кроме того, если генератор симметричен (например симметричный мультивибратор), необходимо ввести незначительную асимметрию плеч (достаточно 1 %), так как математическая модель такого мультивибратора абсолютно симметрична!

Результаты моделирования схемы генератора пилообразного напряжения, приведённые на рисунке 42, довольно хорошо согласуются с расчётными аналитическими выкладками.

Рис. 42 - Выходное напряжение генератора пилообразного напряжения

Естественно, приводимые примеры не исчерпывают многообразия вопросов, которые могут возникнуть при использовании программы PSPICE. Абсолютно не затронуты вопросы моделирования цифровых схем.