LABORATORIUM KOMPUTEROWEGO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH

Transkrypt

1 POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Elektroniki i Telekomunikacji Katedra Systemów Telekomunikacyjnych i Optoelektroniki Zespół Elektronicznych Systemów Pomiarowych LABORATORIUM KOMPUTEROWEGO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH ELEKTRONIKA I TELEKOMUNIKACJA Instrukcja do ćwiczenia 3: Analiza czasowa i analiza FFT

2 1. Cel ćwiczenia: zapoznanie z możliwościami analizy czasowej TRAN i FFT w programach symulacyjnych SPICE i APLAC, symulacja działania układu generatora z mostkiem Wiena, symulacja działania prostownika dwupołówkowego z mostkiem Graetza. 2. Przebieg ćwiczenia 2.1. Program SPICE - Symulacja układu generatora przebiegu sinusoidalnego z mostkiem (półmostkiem Wiena) Rys. 1. Schemat układu do badania charakterystyki amplitudowej i fazowej półmostka Wiena a) Badanie charakterystyki amplitudowej i fazowej półmostka Wiena przeprowadzić analizę zmiennoprądową AC układu półmostka Wiena przedstawionego na rys. 1, wyznaczyć tłumienie β oraz charakterystyczną częstotliwość dla przesunięcia fazowego 0, porównać częstotliwość odczytaną z wykresu z częstotliwością obliczoną ze wzoru: 1 f = 2πRC b) Badanie charakterystyk czasowych generatora fali sinusoidalnej zaprojektować układ generatora, dobrać konfigurację wzmacniacza, ustalić wzmocnienie tak aby spełnić warunki generacji drgań (warunek amplitudy i fazy), układ półmostka Wiena w pętli sprzężenia dodatniego wzmacniacza utworzyć jako podschemat (Block), zastosować elementy IN i OUT (rys. 2),

3 Rys. 2. Schemat układu generatora fali sinusoidalnej dobrać wartość rezystora R 2 tak, aby uzyskać efekt generacji drgań (wykonać analizę parametryczną dla kilku wartości R 2 ), przeprowadzić analizę FFT. c) Badanie układu generatora z dołączoną szeregową gałęzią diodową uzupełnić schemat generatora o gałąź diodową (diody D1N rys. 3), ponownie dobrać wartość rezystora R 2 tak, aby uzyskać efekt generacji drgań (wykonać analizę parametryczną dla kilku wartości R 2 ), Rys. 2. Schemat układu z dodaną gałęzią diodową zaobserwować wpływ diod na zniekształcenia kształtu generowanego sygnału, przeprowadzić analizę FFT i ocenić wpływ zniekształceń na widmo sygnału.

4 2.2. Program APLAC - analiza czasowa TRAN szczegółowy opis w skrypcie "Symulacja układów elektronicznych w środowisku APLAC" a) Symulacja układu prostownika z mostkiem Graetza (str.36, Przykład 5) Circuit Diagram [...] (E) Text Deklaracja zmiennych (E) Sweep ["Prostownik z m...] (E) Uzas Transformator 30 P1 P2 TRAN=300*sin(2*pi*50*t) A D1 D3 D2 D4 P3 AplacVar Ud AplacVar Id AplacVar Pd R 100 Sweep "Prostownik z mostkiem Graetza" LOOP 101 TIME LIN 0 40m WINDOW 0 Y "U" "V" WINDOW 1 Y "U" "V" Y2 "I" "V" -100m 100m WINDOW 2 Y "P" "W" 0 100m AUTOSCALE Calc Ud = Vtran(P1)-Vtran(P3) Id = Itran(A) Pd = abs(ud*id) EndCalc Show W 0 Y Vtran(P1)-Vtran(P2) NAME "Uwe" + Y Vtran(P3) NAME "Uwy" WIDTH 2 MARKER 1 Show W 1 Y Ud NAME "Napiecie Ud" + Y2 Id NAME "Prad Id" WIDTH 2 MARKER 1 Show W 2 Y Pd NAME "Moc Pd" EndSweep Rys. 4. Układ prostownika z mostkiem Graetza przeprowadzić analizę czasową układu prostownika dwupołówkowego z mostkiem Graetza przedstawionego na rys. 4, wykreślić przebiegi na wejściu i na wyjściu mostka, wykreślić wartość napięcia, natężenia prądu oraz mocy na diodzie D 1 (zastosować obiekt obliczeń Calc..EndCalc), sprawdzić, czy nie zostanie przekroczona wartość dopuszczalnego napięcia wstecznego diody (jaka wartość napięcia panuje na diodzie D 1, gdy nie przewodzi prądu?), sprawdzić wartość napięcia wstecznego w danych katalogowych przykładowych diod prostowniczych małej mocy (np.byp401), sprawdzić działanie układu z dołączonym dodatkowym kondensatorem filtrującym na wyjściu o pojemnością 470µF. 3. Zadania dodatkowe przeprowadzić w programie SPICE analizę czasową układu regulatora oświetlenia przedstawionego na rys. 5. w modelu diod przyjąć parametr Bv = 500, w modelu tyrystora przyjąć V drm = 500, oraz V rrm = 500,

5 Rys. 5. Schemat układu regulatora oświetlenia (analiza czasowa) zaobserwować efekt regulacji - zmiany kąta załączania tyrystora w zależności od wartości rezystora R 3 (przeprowadzić analizę parametryczną R 3 - rys. 6). Rys. 6. Schemat układu regulatora oświetlenia (analiza czasowa + parametryczna) 4. Pytania sprawdzające Wyjaśnić jak w analizowanym przykładzie generatora działa układ ARW (automatyczna regulacja wzmocnienia) z gałęzią diodową? Jak zdeklarować źródło sygnału prostokątnego w programach SPICE i APLAC? 5. Sprawozdanie Powinno zawierać: wszystkie schematy symulowanych układów, wyniki symulacji, odpowiedzi na pytania zawarte w instrukcji, wnioski.