Методическое пособие 370

u3 t : if t t1, u1t , u2 t

Рис. 2.9. График результата расчета с h t

В случае применения для расчетов интеграла Дюамеля на основе импульсной характеристики (1.56), переходной процесс по примеру 1.4. также вычисляется по частям на интервалах 0 t t1 и t t1 . Расчеты с применением системы Mathcad и график (рис. 2.10) для этого случая показаны в листинге 2.2.

70

Листинг 2.2, Mathcad

10

0

u3(t)

10

20

t

Рис. 2.10. График результата расчета переходного процесса с g t

71

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Моделирование на ЭВМ является мощным средством для исследования свойств электрических цепей и устройств. В отличие от ранее рассмотренных аналитических методов, оно позволяет с достаточной степенью точности получить все необходимые характеристики цепи при минимальных затратах времени на проведение экспериментов, обеспечивая также определение требуемых зависимостей для достаточно сложных, с точки зрения схемотехники, электронных устройств, для которых применение обычных способов анализа в принципе не возможно.

Процедура моделирования осуществляется с помощью специальных компьютерных программ. Довольно часто в учебных заведениях используется программа Electronics Workbench [6], как наиболее простая в обращении и достаточно доступная. Кроме этого в инженерной практике применяются более сложные программы: Micro-CAP, Circuit-Maker, Tanner T-Spice, Pspice, Orcad и другие [7, 8, 9], которые, к со-

жалению, более сложны в их использовании.

Вданном разделе исследование переходных процессов

влинейных цепях будет осуществляться на основе программы Workbench, которая достаточно успешно может быть совмещена с программой Mathcad, предварительные численные расчеты на основе которой могут быть далее использованы для создания моделей электронных устройств, например источников энергии со сложной формой генерируемых колебаний.

3.1.Общие подходы к моделированию переходных процессов в линейных электрических цепях

Здесь предполагается, что читатель знаком с основными правилами использования и применения программного про-

дукта Electronics Workbench.

72

Для моделирования переходного процесса, возникающего в схеме, прежде всего необходимо собрать эту схему с помощью компонентов программы Electronics Workbench. В готовую принципиальную схему в обязательном порядке следует включить источник напряжения, форма генерируемого колебания которого и должна воздействовать на цепь в качестве входной функции, от которой на выходе схемы ищется напряжение, т.е. отклик цепи.

Так, если исследователя интересует переходная характеристика цепиh t , то на ее входе должно присутствовать воздействие в виде единичного сигнала t (рис.1.22).

Для этой цели, например, можно использовать функциональный генератор из иконки приборов, у которого следует выбрать на его выходе прямоугольный сигнал (рис.3.1), нажав кнопку, соответствующую этой форме колебания.

Рис. 3.1. Лицевая панель функционального генератора

Наблюдение переходного процесса можно осуществлять в автоматическом режиме через меню Anаlysis (Transient) или с помощью осциллографа, подключенного на выход исследуемой цепи, вызов которого происходит при соответствующем

73

нажатии кнопки на панели окна программы Workbench. Использование того или иного варианта является делом “вкуса” исследователя. Вариант с осциллографом получается более сложным, так как требует определенных навыков в его использовании.

В том случае, когда входное воздействие по своей форме является «уникальным» и его нельзя получить из набора стандартных генераторов программы EWB, то следует воспользоваться генератором, программируемым из файла (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Генератор EWB 5.12, программируемый из файла

Для программирования генератора следует создать файл с расширением txt , например, DATA 4.txt, набирая цифры отсчетов непосредственно с клавиатуры в окно приложения «Блокнот» или в область «Документ» редактора Word. В последнем случае набранный файл следует сохранить как текстовый файл с помощью стандартных процедур.

В том случае, когда входное напряжение задано сложной функцией, его необходимо представить в виде отсчетов в программе Mathcad, состоящей из двух столбцов матрицы (время

74

и напряжение) и далее записать их в формате txt в рабочий файл расчета переходных процессов.

Более подробные процедуры моделирования переходных процессов будут представлены на конкретных примерах далее.

3.2. Моделирование переходных процессов при воздействии стандартных сигналов

Под стандартными сигналами будем понимать те, которые могут быть непосредственно получены из моделей источников энергии программы EWB. Это, прежде всего, генераторы напряжений гармонической, прямоугольной и пилообразной форм.

Приведем пример определения переходного процесса в схеме (рис.3.3), на вход которой воздействует прямоугольный импульс от соответствующего источника напряжения с

Um 10 В и tu 0,005с.

Рис. 3.3. Схема для определения переходного процесса

Для определения переходного процесса в автоматическом режиме «Transient» необходимо выполнить следующие процедуры:

75

1. Создать электрическую схему из меню элементов EWB (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Схема для моделирования переходного процесса

2.Расставить номера Nod в схеме, используя меню Circuit пункта Schematic Оption через установку метки в окошечке

«Show nodes» (рис.3.5).

Рис. 3.5. Установка метки для номеров Nod в схеме

3.Выбрать в меню «Analysis» режим «Transient Analysis» с

установкой времени начала и окончания анализа переход-

76

ного процесса и номера Nod, где он должен наблюдаться

(рис. 3.6).

Рис. 3.6. Установка режима Transient Analysis

4.Нажать на кнопку «Simulate» (рис.3.6) и наблюдать переходной процесс на экране дисплея (рис.3.7).

Рис. 3.7. Переходный процесс в RL-цепи по рис. 3.4

77

Тот же результат (рис. 3.7) может быть получен, если использовать не режим Transient, а осциллограф, включенный на выход цепи (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Схема для наблюдения переходного процесса на экране осциллографа

Используя настройки осциллографа, можно установить наиболее лучший вариант просмотра переходного процесса

(рис. 3.9).

Рис. 3.9. Осциллограмма переходного процесса

78

Одновременно (рис. 3.9) можно наблюдать как входное так и выходное воздействия и осуществлять все необходимые измерения их параметров с помощью визирных линий осциллографа в режиме «Expland», при передвижении которых изменяются цифры отсчета по амплитуде и длительности в соответствующих окошечках на его передней панели.

3.3. Моделирование переходных процессов при воздействии колебаний сложной формы

Под колебаниями сложной формы будем понимать сигналы, которые нельзя получить непосредственно от моделей источников энергии программы EWB, и в составе которых, как правило, присутствуют несколько колебаний, описываемых степенными, гармоническими или другими функциями, например,

График колебания (3.1), при значении величины а = 100, представлен на рис.3.10

79