Вначале соберем схему для исследования ВАХ стабилитрона, аналогичную рис. 42, используя Zener Diode из раздела Diodes. Результат показан на рис. 63. Далее аналогично рис. 62, а составим схему стабилизатора (см. рис. 64,а). Для измерений здесь использованы виртуальные схемные приборы программы EWB:амперметр А и вольтметр V. Изменяя значения ЭДС и включая моделирование, можно исследовать режимы работы стабилизатора. Как уже указывалось, программа EWBтакже предоставляет возможность многовариантного анализа. Для этого надо войти в меню Analysis (анализ) и в ниспадающем меню DC (Direct Current - постоянный ток) выбрать позицию DC Sweep (вариация параметров) и в открывшемся окне провести необходимые установки согласно рис. 64,6. Нажав на кнопку Simulate (моделирование), расположенную в этом же окне, полуЗогасисгаши^» джзутетасБь (ющфтф6ёаи)ияв программах МС и EWB,видим, что они идентичны (небольшое различие связано с тем, что были использованы различные способы представления и типы диодов).
Диоды, стабилитроны, а также нелинейные полупроводниковые резисторы - варисторы могут использоваться как ограничители уровня напряжения (амплитудные дискриминаторы). В зависимости от полярности и схемы включения (последовательно или параллельно с нагрузкой), а также наличия дополнительного смещения можно получить различные варианты ограничителей уровней исходного сигнала. Смоделируем работу некоторых из них.
Рис. 63. ВАХ стабилитрона (EWB)
Рис 64. Параметрический стабилизатор напряжения (EWB): а - схема включения; б - окно «DC Sweep»; в – график
Схемы последовательных ограничителей отрицательной части сигнала (ограничение снизу) и положительной части сигнала (ограничение сверху) ничем не отличаются от обычного однополупериодного выпрямления. Для ограничения не на нулевом уровне добавим в схему (МС) рис. 53,а источник Е2 (рис. 65,а). Здесь приемником сигнала является резистор R2. Поскольку ЭДС Е2 = 10 В, то при заданной полярности происходит ограничение сигнала снизу на уровне +10В (рис. 65,6). Различные варианты ограничения сигнала можно легко пронаблюдать, изменяя в этой же схеме поочередно полярность включения диода и батареи.
Смоделируем работу параллельного (шунтирующего) диодного ограничителя в программе EWB. Соберем схему согласно рис. 66,а и проведем моделирование с установками аналогичными рис. 52. Полученный результат (рис. 66;б) аналогичен предыдущему (рис. 65,в). Цифровая разметка оси ординат соответствует принятым значениям напряжений и искусственному смещению лучей А и В на экране виртуального схемного осциллографа. Изменяя в этой схеме поочередно полярность включения диода и батареи, также можно исследовать варианты ограничения сигнала.
Комбинируя ограничение сигнала сверху и снизу, можно получить требуемые уровни двухстороннего ограничения. Например, используя два параллельных встречновключенных диода VD1 и VD2 (рис. 67,а) со специально подобранными характеристиками можно получить ВАХ (рис. 67,6), похожую на ВАХ нелинейных полупроводниковых резисторов - варисторов.
Рис. 67. ВАХ двухстороннего ограничителя (МС)
Используя эту виртуальную схемную сборку можно смоделировать работу сетевого фильтра, часто используемого для подключения питания компьютеров к сети. Соберем схему по описанию набора сетевого фильтра КИТ № NK045 (см. рис. 68,а). В реальном устройстве между узлами 1 и 2 стоят не диоды, а два специальных последовательно включенных варистора. Заменять их диодами в реальном устройстве, если только целью не является создание короткого замыкания сети, нельзя ни в коем случае! Здесь мы вновь встречаемся с тем, что нельзя путать виртуальную модель и реальный объект. На схеме (рис. 68,а) источник Е1 моделирует однофазную сеть переменного тока (50 Гц, 220 В), а Е2 и ЕЗ источники импульсной помехи. Резистор R1 моделирует нагрузку, резисторы R3 и R4 носят подсобный характер.
Рис. 68. Моделирование работы сетевого фильтра КИТ NK045 (МС)
Совет(МС и EWB)
Для устранения коротких замыканий идеальных источников на землю, приводящих в расчетах к бесконечным значениям токов в соответствующих контурах, последовательно с каждым источником нужно включить резистор, с достаточно малым сопротивлением, практически не влияющим на свойство модели. Тогда программы будут нормально работать, а не выдавать сообщение об ошибке при каждой команде на проведение моделирования.
Значения индуктивностей в моделирующей схеме (рис. 68,а) взяты условно. Остальные параметры элементов фильтра соответствуют паспортным данным. Проведя моделирование в режиме Transient, получим осциллограммы, показанные на рис. 68,6, из которых видно, как фильтр «справляется» с этой помехой.
Закончим этот раздел рассмотрением работы простого регулируемого источника питания с выходным напряжением 0...12 В из набора КИТ NK10A. Источник представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения, совмещенный с выпрямителем и фильтром (рис. 69,а и 70). Для работы этого стабилизированного источника необходим понижающий сетевой трансформатор 220В/15 В с током вторичной обмотки не менее 0,8А. На приведенных моделирующих схемах трансформатор отсутствует и питание источника осуществляется от идеального генератора переменного напряжения Е1 с частотой 50 Гц и амплитудой A=V2*15 = 21B для программы МС и действующим значением 15 В для программы EWB. Остальные компоненты схем подобраны из имеющихся в библиотеках программ. Регулировка выходного напряжения осуществляется с помощью потенциометра R2.
Результат моделирования в программе МС (рис. 69,6) показан в виде осциллограммы входного напряжения и графиков выходного напряжения в режиме Sweeping по параметру R2 от 200 Ом (нижняя линия) до 1000 Ом (верхняя линия) с шагом в 200 Ом.
В программе EWB можно наблюдать результат регулирования, нажимая на клавиатуре на R или Shift + R и следя за показанием вольтметра. Приведенный на рис. 66 отсчет 12 В соответствует положению движка виртуального потенциометра 85%, то есть напряжение снимается на базу транзистора с сопротивления, равного 850 Ом. В этой же программе можно воспользоваться многовариантным анализом, войдя в режим Analysis и далее Parameter Sweep. В открывшемся окне (рис. 70,6) необходимо сделать показанные установки для изменения R2. Затем нажать на кнопку Set transient options |
Рис. 69. Моделирование работы регулируемого источника питания КИТ NK010A (МС)
Рис. 70. Моделирование работы регулируемого источника питания КИТ NK010A (EWB)
(установка опций анализа переходных процессов) и в появившемся окне (рис. 70,в) произвести установку времени анализа. Выбранное время начала 0,1 с и конца 0,15 с отсекает показ начала зарядки конденсатора С1, имеющего большую емкость, а, следовательно, и большую постоянную времени зарядки. Далее надо нажать на кнопку SIMULATE (моделирование) в этом окне. Появится окно с графиками (рис. 70,г), но вид их будет иным. Для того чтобы отредактировать графики надо нажать на кнопку -2-i и во вновь появившемся окне (рис. 70,д) выбрать редактирование левой оси Left Axis.После этого надо выбрать диапазон (Range) минимум 0 и максимум 15 (это напряжение на выходе в вольтах). Нажав кнопку OK, получим необходимый график. Сравнивая поведение моделей источника в двух программах (рис. 69,а и 70,г) видим их идентичность.
