1. Построение графика АПХ, расчет Kст ,расчет КПД стабилизатора:
Используем анализ по постоянному току DC. В окне Micro-Cap 9.0.7.0 выбираем вкладку Анализ-Анализ по постоянному току. В появившемся окне Установки анализа по постоянному току необходимо указать диапазон изменения входного напряжения. Для этого в строке Variable 1 установить: Method=Auto, Name=Vl, Range=10,0,.5. В нижней части окна задать параметры графика АПХ: Выражение по оси X=V(IN), Выражение по оси Y =V(OUT), Масштаб оси X =AutoAlways, Масштаб по оси Y = AutoAlways. Для начала анализа нажать кнопку Запустить (рис.3).
Рис.3. Окно Установки анализа по постоянному току
Рис.4. График зависимости V(OUT)=f(V(IN))
На экране появляется график зависимости V( OUT)= f( V( IN))(Рис.4). Для определения минимального допустимого входного напряжения стабилизатора найдем и обозначим параметры точки излома АПХ, используя кнопку Точка перегиба на панели инструментов. Первое значение соответствует координате по горизонтали и принимается как искомая величина, второе значение соответствует координате по вертикали и является выходным напряжением стабилизатора в рабочем режиме.
Найдем коэффициент стабилизации схемы, определяемый в виде
, (1)
где 
– наклон АПХ.
Наклон АПХ определяется в окне результатов моделирования при использовании двух перемещаемых курсоров в виде перекрестий линий, сопровождающихся показаниями координат их местоположения на графике. Курсоры могут быть точно установлены в заданные точки как по оси Y, так и по оси X. На панели инструментов выбираем Идти по X. И на экране появляется дополнительное окно Перейти к X, где нужно указать координату левого или правого курсора и нажать соответствующую кнопку (Left или Right). По окончании перемещения курсоров экрана окно закрыть кнопкой Close. При этом в нижней части экрана выводятся координаты точек по осям в колонках Левая и Правая. В колонке Разность приводится разница координат точек по осям, а в колонке Наклон в первой строке указывается наклон АПХ, рассчитанный по точкам пересечения, а во второй строке - единичное значение.
Для перемещения курсоров в рабочую часть АПХ можно использовать мышь. Курсор мыши выводится в точку АПХ, где должен находиться, например, левый курсор экрана, затем нажимается левая кнопка мыши, и курсор экрана занимает положение курсора мыши. Для перемещения правого курсора экрана необходимо использовать правую кнопку мыши.
Рис.5.Определение параметра Slope
2. Расчет коэффициента сглаживания пульсаций:
Коэффициент сглаживания пульсаций определяется по формуле:
, (2)
где Uвх, Uвых – амплитуды пульсаций входного и выходного напряжений стабилизатора соответственно. Для определения амплитуд воспользуемся анализом переходных процессов. Для этого во вкладке Анализ выбираем Анализ переходных процессов. В настройках анализа выберем диапазон времени 25 мкс. В нижней части окна задать параметры графика: Выражение по оси X=Т, Выражение по оси Y =V(IN);Выражение по оси X=Т, Выражение по оси Y =V(OUT) ;Масштаб оси X =AutoAlways, Масштаб по оси Y = AutoAlways. Для начала анализа нажать кнопку Запустить (Рис.6).
Рис.6. Окно Установки анализа переходных процессов
На экране появляется график зависимости V(1)=f(t) и V(2)=f(t). Далее следует определить амплитуды этих сигналов. Для этого воспользуемся функцией определения глобального максимума и минимума.
Из графиков можно определить значения амплитуды сигнала на входе и на выходе схемы. Подставляя эти значения в формулу, находим коэффициент сглаживания пульсаций.
3. Динамический анализ по постоянному току (температурный коэффициент стабилизатора; внутреннее сопротивление стабилизатора).
Температурный коэффициент стабилизатора равен отношению приращения выходного напряжения ∆Uвых к приращению температуры окружающей среды ∆tокр при неизменном входном напряжении и токе нагрузки (Uвх=const,Iвх=const): γ=∆Uвых/∆tокр.
Для определения температурного коэффициента воспользуемся динамическим анализом по постоянному току. Для этого во вкладке Анализ выбираем Динамический анализ по постоянному току. Для начала определим напряжение выхода при температуре -20°С. Также определим, какой потенциал будет в этой точке при 60°С.
а) б)
Рис.7. Динамический DC анализ: а – T=-20°С; б – T=60°С
Подставляем полученные значения в формулу:
.
Внутреннее сопротивление стабилизатора ri, определяется как отношение приращения выходного напряжения ∆Uвых к приращению тока нагрузки ∆IН, при неизменном входном напряжении Uвх=const:
ri =∆Uвых /∆Iн.
Зная внутреннее сопротивление стабилизатора, можно определить изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки. В стабилизаторах напряжения внутреннее сопротивление может достигать тысячных долей ома.
Для определения внутреннего сопротивления стабилизатора воспользуемся динамическим анализом по постоянному току(dynamic DC). Далее необходимо измерить значения тока и напряжения в нагрузке, так же зафиксировать их изменения при изменении сопротивления нагрузки. В установках анализа укажем комнатную температуру (т.е. 27°С). Нажмём на кнопки, позволяющие отобразить токи и узловые потенциалы.
Рис. 8. Установки динамического DC анализа
На основе полученных данных находим внутреннее сопротивление стабилизатора.
4. Метод Монте-Карло.
Для проведения анализа методом Монте-Карло необходимо задать разброс параметров пассивных элементов схемы. Проделаем это на примере резистора R1. Дважды щелкнем на резисторе левой кнопкой мыши и вызовем тем самым окно настройки компонента. В пункте MODEL пропишем RES1 и щелкнем клавишу Enter. Далее пройдем в меню Models в нижней левой части экрана. В поле пропишем команду RES1 RES (R=1 DEV=10%). Что означает – варьировать случайным разбросом сопротивление модели RES1 в пределах 10 % относительно номинала. Проделаем аналогичную операцию для всех пассивных элементов цепи.
Рис.9.Окно «Resistors»
Рис.10. Рабочее поле вкладки «Models»
Следующим шагом является проведение Анализа по постоянному току . В верхнем рабочем поле появиться вкладка Монте-Карло (Рис. 15). Далее вызываем меню настройки анализа методом Монте-Карло, нажав на кнопку Опции. Выберем в нем распределение Гаусса ( Gauss), Число вариантов установим равным 300 . В окне Статус выберем Вкл. Нажав кнопку Get, вызовем меню функций, по которым будет проводиться анализ. В графе Function выберем параметр Slope. Нажимаем кнопку Да.
Рис.11. Вкладка «Монте-Карло»
Рис.12. Окно «Опции Монте-Карло»
Затем необходимо повторить DC анализ. На графике отобразятся итоги всех трехста выборок. В меню настройки выбираем пункт Histograms 
Add Histogram. На экране появится гистограмма распределений Slope (рис.13).
Рис.13.Гистограмма распределений
5. Расчет выходного сопротивления стабилизатора.
Для определения выходного сопротивления стабилизатора в схеме ИСН произведем замену сопротивления нагрузки на источник тока. Отметим, что источник необходимо включить в направлении протекания тока в схеме.
Для расчета воспользуемся вкладкой Анализ по постоянному току. В появившемся окне Установки анализа по постоянному току необходимо указать параметры ВАХ стабилизатора. Для этого в строке Variable 1 установить: Method=Auto, Name=Il, Range=5,0,.5. В нижней части окна задать параметры графика ВАХ: Выражение по оси X=I(I1), Выражение по оси Y =V(OUT), Масштаб оси X =AutoAlways, Масштаб по оси Y = AutoAlways. Для начала анализа нажать кнопку Запустить (Рис.14)
Рис.14. Окно Установки анализа по постоянному току
ВАХ стабилизатора напряжения будет иметь следующий вид:
Затем на панели инструментов выбираем Идти по X,указываем координату левого или правого курсора и нажимаем соответствующую кнопку (Left или Right). По окончании перемещения курсоров экрана окно закрыть кнопкой Close. Значение в колонке Наклон (взятое по модулю) и есть искомое выходное сопротивление стабилизатора RВЫХ.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с целью работы, изучить теоретические сведения о программном пакете схемотехнического моделирования Micro-Cap и типовых стабилизаторах постоянного напряжения.
2. Получить задание у преподавателя на исследование конкретной схемы ИСН.
3. Включить компьютер, войти в программную среду Micro-Cap и создать заданную схему.
4. Провести необходимый анализ схемы с помощью средств Micro-Cap, получить соответствующие графики (например, входного и выходного напряжений и др.), определить параметры схемы, сделать выводы.
5. Подготовить отчет о работе.
Содержание отчета
1. Введение.
2. Цель работы.
3. Задание на моделирование.
4. Краткие теоретические сведения о полученных в задании схемах.
5. Анализ схем с помощью пакета Micro-Cap и интерпретация полученных результатов.
6. Заключение.
7. Список литературы.
2.6. Контрольные вопросы
1. Каковы преимущества схемотехнического моделирования с помощью программных средств по сравнению с физическим экспериментом?
2. Что представляют собой математические модели радиоэлектронного объекта и его компонентов?
3. Основные характеристики программного пакета Micro-Cap.
4. Общие сведения о программе расчета параметров моделей аналоговых компонентов Model в пакете Micro-Cap.
5. Как создается схема в среде Micro-Cap?
6. Какие виды анализа схемотехнических устройств можно провести с помощью программы Micro-Cap.
7. Что представляют собой параметры источников вторичного электропитания?
8. Каковы достоинства и недостатки источников электропитания с непрерывным и импульсным регулированием?
9. Понятие об импульсном стабилизаторе напряжения. Поясните принцип его действия.
10. Что представляют собой основные параметры ИСН?
Тиристорные стабилизаторы
Цель работы
Целью работы являются исследование принципа работы тиристорного стабилизатора, а также его моделирование в среде Micro-Cap.
Дата: 2019-11-01, просмотров: 244.
