Badania symulacyjne wybranych układów elektronicznych

Podobne dokumenty
Badanie diod półprzewodnikowych

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Wprowadzenie do programu MultiSIM

Analiza komputerowa pracy wzmacniacza tranzystorowego jednostopniowego za pomocą programu PSpice wersja EDU.

Ćwiczenie nr 11. Metody symulacji komputerowej w elektrotechnice i elektronice

Data wykonania ćwiczenia: Ćwiczenie prowadził:

KOMPUTEROWE METODY SYMULACJI W ELEKTROTECHNICE I ELEKTRONICE. ZASADA DZIAŁANIA PROGRAMU MICRO-CAP

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Ćw. 0 Wprowadzenie do programu MultiSIM

Laboratorium KOMPUTEROWE PROJEKTOWANIE UKŁADÓW

Ćw. 0: Wprowadzenie do programu MultiSIM

Badanie diody półprzewodnikowej

Badanie tranzystora bipolarnego

Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych Laboratorium 1

WZMACNIACZE OPERACYJNE Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Symulacja komputerowa przetwornic flyback i forward

Zapoznanie z przyrządami stanowiska laboratoryjnego. 1. Zapoznanie się z oscyloskopem HAMEG-303.

Sprzęt i architektura komputerów

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK FILTRÓW BIERNYCH. (komputerowe metody symulacji)

AKADEMIA MORSKA KATEDRA NAWIGACJI TECHNICZEJ

Dynamiczne badanie wzmacniacza operacyjnego- ćwiczenie 8

Komputerowe projektowanie układów ćwiczenia uzupełniające z wykorzystaniem Multisim/myDAQ. Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych PŁ

Zajęcia 10. PSpice Komputerowa symulacja układów elektronicznych (analogowych i cyfrowych) Pspice Schematic evaluation version 9.1

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

BADANIE ELEMENTÓW RLC

Badanie układów aktywnych część II

Ćwiczenie Stany nieustalone w obwodach liniowych pierwszego rzędu symulacja komputerowa

łączenie elementów (Wire) zerowy potencjał (Ground) etykieta węzła (Label Net) pozostałe elementy (Component) przesuwanie elementów (Move)

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Państwowa WyŜsza Szkoła Zawodowa w Pile Studia Stacjonarne i niestacjonarne PODSTAWY ELEKTRONIKI rok akademicki 2008/2009

Zbiór zadań z elektroniki - obwody prądu stałego.

WZMACNIACZ OPERACYJNY

Symulacje inwertera CMOS

BADANIE FITRÓW AKTYWNYCH PAKIETEM PROGRAMOWYM PSPICE

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

Zastosowania nieliniowe wzmacniaczy operacyjnych

WPROWADZENIE DO ŚRODOWISKA SCICOS

PODSTAWY ELEKTRONIKI TEMATY ZALICZENIOWE

Bogdan Olech Mirosław Łazoryszczak Dorota Majorkowska-Mech. Elektronika. Laboratorium nr 3. Temat: Diody półprzewodnikowe i elementy reaktancyjne

INSTRUKCJA LABORATORIUM TECHNIK INFORMACYJNYCH

Zastosowania liniowe wzmacniaczy operacyjnych

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Politechnika Białostocka

WZMACNIACZ NAPIĘCIOWY RC

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Wprowadzenie do programu Multisim

Wzmacniacze operacyjne

1. Przekrój poprzeczny tranzystora nmos. Uzupełnij rysunek odpowiednimi nazwami domieszek (n lub p). S G D

schematic nmos_tb nmos_test ADE L Session-->Load State Cellview przejściowa Virtuoso Visualization & Analysis

Ćwiczenie 1 Podstawy opisu i analizy obwodów w programie SPICE

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych wzmacniacz odwracający i nieodwracający

Projektowania Układów Elektronicznych CAD Laboratorium

Ćwiczenie nr 65. Badanie wzmacniacza mocy

Przyjazna instrukcja obsługi generatora funkcyjnego Agilent 33220A

ĆWICZENIE ZASILACZE. L a b o r a t o r i u m Elektroniki 2. Zakład EMiP I M i I B

Wzmacniacze napięciowe z tranzystorami komplementarnymi CMOS

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Generator relaksacyjny

Filtry aktywne filtr środkowoprzepustowy

Podstawowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych

Rys. 1. Wzmacniacz odwracający

W celu obliczenia charakterystyki częstotliwościowej zastosujemy wzór 1. charakterystyka amplitudowa 0,

UKŁADY Z PĘTLĄ SPRZĘŻENIA FAZOWEGO (wkładki DA171A i DA171B) 1. OPIS TECHNICZNY UKŁADÓW BADANYCH

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ MOCY

Tranzystorowe wzmacniacze OE OB OC. na tranzystorach bipolarnych

Podstawy Elektroniki dla TeleInformatyki. Wprowadzenie do programu Multisim

Ćw. 1: Badanie diod i prostowników

2. Który oscylogram przedstawia przebieg o następujących parametrach amplitudowo-czasowych: Upp=4V, f=5khz.

Tranzystory bipolarne. Właściwości dynamiczne wzmacniaczy w układzie wspólnego emitera.

Dioda półprzewodnikowa

LABORATORIUM ELEKTRONIKI WZMACNIACZ OPERACYJNY

Pomiary napięć i prądów zmiennych

Ćwiczenie Podstawowe prawa obwodów prądu stałego symulacja komputerowa

Wstawianie nowej strony

Politechnika Białostocka

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki Katedra Elektroniki

1. Otwórz pozycję Piston.iam

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Diody półprzewodnikowe

Podstawy Elektroniki dla Teleinformatyki. Generator relaksacyjny

Badanie właściwości dynamicznych obiektów I rzędu i korekcja dynamiczna

Instrukcja nr 6. Wzmacniacz operacyjny i jego aplikacje. AGH Zespół Mikroelektroniki Układy Elektroniczne J. Ostrowski, P. Dorosz Lab 6.

Wzmacniacz operacyjny

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Tranzystory unipolarne MOS

Ćwiczenie 2 Mostek pojemnościowy Ćwiczenie wraz z instrukcją i konspektem opracowali P.Wisniowski, M.Dąbek

Modulatory PWM CELE ĆWICZEŃ PODSTAWY TEORETYCZNE

STABILIZATORY NAPIĘCIA I PRĄDU STAŁEGO O DZIAŁANIU CIĄGŁYM Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Łukasz Januszkiewicz Technika antenowa

Ćwiczenie: "Obwody prądu sinusoidalnego jednofazowego"

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

L ABORATORIUM UKŁADÓW ANALOGOWYCH

PRACOWNIA ELEKTRONIKI

1. Wybierz polecenie rysowania linii, np. poprzez kliknięcie ikony W wierszu poleceń pojawi się pytanie o punkt początkowy rysowanej linii:

1 Badanie aplikacji timera 555

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 11

Ćwiczenie 5. Zastosowanie tranzystorów bipolarnych cd. Wzmacniacze MOSFET

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Wzmacniacze operacyjne

Tranzystory w pracy impulsowej

Analiza właściwości filtra selektywnego

Ćwiczenie: "Właściwości wybranych elementów układów elektronicznych"

A6: Wzmacniacze operacyjne w układach nieliniowych (diody)

Program V-SIM tworzenie plików video z przebiegu symulacji

Transkrypt:

Instrukcja do ćwiczenia: Badania symulacyjne wybranych układów elektronicznych Materiał do samodzielnego opracowania: podstawowe układy pracy tranzystora, wzmacniacze operacyjne, układy pracy wzmacniaczy operacyjnych, prostowniki, filtry, stabilizatory. Podczas zajęć należy posiadać instrukcję do ćwiczenia: Badanie wzmacniaczy tranzystorowych. 1. Program LTspiceIV Ze względu na duże koszty wykonywania kolejnych prototypów obecnie przy projektowaniu nowych urządzeń używa się komputerowych programów symulacyjnych. Najbardziej rozpowszechnione są programy klasy SPICE (ang. Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) wywodzące się od programu stworzonego przez Laurence Nagel a w Electronics Research Laboratory na Uniwersytecie Kalifornijskim (Berkeley) w latach 70 XX w. Jednym z takich programów jest LTspice IV udostępniony przez firmę Linear Technology, producenta podzespołów półprzewodnikowych. Można go pobrać ze strony: http://www.linear.com/designtools/software/#ltspice. Program nie ma żadnych ograniczeń czasowych i wielkości obwodu, może być wykorzystywany do symulacji układów wykorzystujących podzespoły firmy Linear Technology jak również innych firm. Może być również wykorzystywany do celów dydaktycznych. 2. Posługiwanie się programem symulacyjnym Program uruchamia się za pomocą skrótu LTspiceIV w menu Start Programy. Następnie należy otworzyć nowy schemat za pomocą pierwszej, od lewej, ikony (rys. 1) lub menu: File New Schematic. Po utworzeniu nowego schematu należy wprowadzić odpowiednie elementy posługując się ikonami (rys. 2). Rys. 1 Rys. 2

Do wstawienia elementu innego niż rezystor, cewka, kondensator czy dioda służy ikona wstawienia podzespołu. Następnie należy wybrać rodzaj podzespołu (rys. 3): dioda Zenera zener, źródło napięcia voltage, tranzystor bipolarny - npn lub pnp, wzmacniacze operacyjne - [Opamps], komparatory [Comparators], tyrystor [Misc] SCR, triak [Misc] TRIAC. Do wprowadzania elementów schematu można użyć poleceń menu Edit lub skrótów klawiaturowych (rys.4). Wstawiany element można obracać wykorzystując skrót CTRL+r. Po zaakceptowaniu pozycji elementu obrót jest możliwy po wcześniejszym wybraniu komendy przesuwania lub przeciągania. Rys. 3 Elementy należy połączyć elektrycznie po wciśnięciu odpowiedniej ikony z paska ikon (rys. 2). Co najmniej jeden węzeł obwodu musi być połączony z symbolem masy elektrycznej (GND rys. 5), w innym przypadku obliczenia symulacyjne nie zostaną wykonane. Następnie należy nadać parametry poszczególnym elementom obwodu. Można je zmienić po kliknięciu prawym przyciskiem myszki na wskazanym elemencie (rys. 6). Litera k bezpośrednio po wartości liczbowej oznacza kilo, m mili, meg lub MEG mega, n nano, u μ(mikro), p - piko. Właściwości diody i tranzystora można zmieniać wybierając typ rzeczywistego elementu - przycisk Pick New (rys. 7). Zaleca się wybór tranzystorów: npn - BC 547B, pnp - BC557B, diod: prostownicza ES1D, przełączająca małej mocy 1N4148. Właściwości (Advanced) źródła napięcia są przedstawione na rys. 8 i 9. W trybie analizy stanów nieustalonych (Transient) źródło może generować przebieg okresowy napięcia o kształcie prostokąta (rys. 8) i napięcia sinusoidalnie zmiennego (rys. 9). W pierwszym przypadku parametr Vinitial oznacza początkową (dla t = 0) wartość napięcia (zwykle 0 V), Ton amplituda napięcia, Tdelay opóźnienie czasowe od chwili t = 0 (zwykle 0 s), Trise, Tfall czas narastania / opadania impulsu (zwykle maks. 0,001-0,1 okresu), Ton czas 2

występowania pełnej amplitudy napięcia, Tperiod okres (=1/f), Ncycles liczba okresów (pozostawić puste). Rys. 4 Rys. 5 Rys. 6 3

Rys. 7 Rys. 8 Rys. 9 4

W drugim przypadku (przebieg sinusoidalny) DC offset to wartość składowej stałej (zwykle 0 V), następnie dwa parametry to amplituda i częstotliwość, Tdelay opóźnienie czasowe od chwili t = 0 (zwykle 0 s), Theta współczynnik tłumienia (zwykle 0), Phi faza [ ](zwykle 0 ), Ncycles liczba okresów (pozostawić puste). Parametr czasowy wyrażony liczbą bez jednostki oznacza wartość w sekundach, z literką m ms (0,001 s), z literką u μs (10-6 s). Jeżeli wymagane jest źródło napięcia stałego, wartość napięcia wpisuje się w polu DC Value po prawej stronie (rys. 8, 9). Wartość rezystancji szeregowej źródła podaje się w polu Parasitic Properties SeriesResistance. Ostatnim krokiem przed uruchomieniem obliczeń symulacyjnych jest wybór trybu symulacji i ustawienie parametrów symulacji w menu: Simulate Edit Simulation Cmd. Tryb Transient pozwala na obserwację przebiegów napięć, prądów i mocy w wybranych punktach (elementach) obwodu w funkcji czasu podobnie jak na ekranie oscyloskopu. Tryb AC Analysis pozwala analizować przebieg charakterystyk amplitudowej i fazowej badanego obwodu w funkcji częstotliwości. W takim przypadku amplitudę i fazę sygnału należy wpisać w pole Small signal AC Analysis (patrz rys. 9) źródła napięcia wykorzystywanego jako źródło sygnału wejściowego. Na rys. 10 pokazano parametry symulacji w trybie Transient. Rys. 10 Parametr Stop Time to czas zakończenia obliczeń (tutaj 10 ms). Przebiegi będą generowane domyślnie dla okresu czasowego 0 10 ms. Zakres ten można ograniczyć z dołu podając wartość Time to Start Saving Data większą od zera. Maximum Timestep to krok całkowania równań różniczkowych, które opisują badany obwód zwykle powinien być 10 1000 razy mniejszy od przedziału czasowego obliczeń symulacyjnych. Parametry symulacji w trybie AC Analysis pokazano na rys. 11. Poza wyborem trybu przemiatania częstotliwości Type of Sweep Decade, należy podać liczbę punktów obliczeniowych w ramach jednej dekady (dekada to pewien zakres częstotliwości w którym wartość końcowa częstotliwości jest 10 razy większa od wartości początkowej) Number of points per decade, oraz częstotliwość początkową i końcową (Start / Stop Frequency, np. 10 Hz i 100kHz). Po ustaleniu parametrów symulacji na schemacie pojawi się dyrektywa:.tran lub.ac zawierająca wprowadzone ustawienia. Uruchomienie symulacji następuje po kliknięciu piątej 5

ikonki od lewej strony na pasku ikon (rys. 2). Rys. 11 Okno programu automatycznie podzieli się na 2 części. Na części o czarnym tle kreślone są przebiegi w funkcji czasu (rys. 12). Rys. 12 Zbliżenie kursora myszki do połączenia elektrycznego lub węzła obwodu zmienia kształt kursora na sondę o barwie czerwonej. Kliknięcie lewym przyciskiem myszki spowoduje wykreślenie przebiegu napięcia w tym punkcie obwodu w stosunku do masy układu (węzła połączonego z symbolem GND). Można również wygenerować przebieg napięcia w węźle A w stosunku do napięcia w węźle B obwodu (pomiar różnicowy). Należy wskazać węzeł A, 6

wcisnąć lewy przycisk myszki i przesunąć kursor myszki do węzła B barwa kursora zmienia się z czerwonej na czarną. W celu narysowania przebiegu prądu płynącego przez element obwodu należy ustawić kursor na tym elemencie kształt kursora zostaje zmieniony na cęgi prądowe. Wciśnięcie klawisza Alt umożliwia narysowanie przebiegu mocy elemencie kursor przybiera kształt termometru. Przebieg można usunąć wciskając klawisz Del i wskazując jego etykietę. Jednocześnie można obserwować do pięciu przebiegów. Kliknięcie prawego przycisku myszki, jeśli jej kursor znajduje się na polu wykresów pozwala zmieniać powiększenie wykresu i wybierać interesujące fragmenty (rys. 13): Zoom Area, Zoom Back, Zoom to Fit. Opcje Visible Traces i Add Trace pozwalają ręcznie wybrać przebiegi do pokazania na polu wykresów. Rys. 13 Obliczenie wartości średniej i skutecznej (rys. 14) wybranego przebiegu uzyskuje się wskazując etykietę tego przebiegu (taka sama barwa) znajdującą się tuż pod górną krawędzią okna z wykresami, wciskając klawisz Ctrl i klikając lewym przyciskiem myszki. Rys. 14 Klikając prawym przyciskiem myszki na etykietce przebiegu można włączyć lub wyłączyć funkcję kursora (rys. 15. Pojedynczy kursor 1st lub 2nd pozwala płynnie śledzić wartość chwilową przebiegu (rys. 16). Kursor można przesuwać za pomocą strzałek lewo i prawo lub myszką: jej kursor przyjmuje wtedy kształt cyfry odpowiednio: 1 lub 2. Włączenie opcji obu kursorów 1st & 2nd, lub obu pojedynczych kursorów dwa dwóch różnych przebiegów pozwala wyznaczyć przedział czasu, zmianę wartości chwilowej przebiegu, częstotliwość i nachylenie krzywej (rys. 17). Parametry te są obliczane na podstawie różnicy 7

położenia kursora 2 względem kursora 1: Diff (Cursor 2 Cursor1). Rys. 15 Rys. 16 Rys. 17 3. Zadania do wykonania W ramach zajęć należy wykonać badania symulacyjne układów o parametrach wskazanych przez prowadzącego. W celu poznania zasad obsługi programu symulacyjnego wstępnie należy wykonać symulację układu prostownika pełnookresowego w układzie Graetz a (w trybie Transient). Czas zatrzymania obliczeń powinien być równy dwóm okresom napięcia zasilającego o częstotliwości 50 Hz i amplitudzie 12V. Obciążeniem powinien być rezystor o wartości od 10 do 100 Ω. Zaobserwować przebiegi napięć i prądów wejściowego i na obciążeniu, oraz poszczególnych diod. Następnie wykonać symulację układu wzmacniaczy WE i WK wg schematów podanych na rys. 18 i 19. W trybie Transient zbadać przebiegi napięć: wejściowego i wyjściowego dla C i = C o = 10 μf, R o = 10 kω, Do wejścia podać sygnał sinusoidalnie zmienny o amplitudzie 100 mv i częstotliwości 1 khz. Wyznaczyć współczynnik wzmocnienia i przesunięcie fazowe pomiędzy sygnałem wyjściowym a wejściowym. W trybie AC Analysis wyznaczyć charakterystykę przenoszenia wzmacniaczy, określić górną i dolną częstotliwość graniczną. Określić wpływ na te parametry wartości pojemności sprzęgających C i i C o (z przedziału: 1 100 μf). W ramach ostatniego zadania należy zaprojektować układ wzmacniacza odwracającego 8

fazę i układ nieodwracający fazy z użyciem wzmacniacza operacyjnego o parametrach podanych przez prowadzącego. Zweryfikować symulacyjnie spełnienie założeń projektowych. Rys.18 Rys. 19 4. Literatura [1] scad3.pdf, Linear Technology, 2010, www.linear.com, [2] LTspiceGettingStartedGuide.pdf, Linear Technology, 2010, www.linear.com. wersja 23.05.2011 r. 9