Уч_пособие_Multisim

3.Сохранить файл, присвоив ему подходящее имя с помощью команды

File→Save as.

4.Смоделировать схему по постоянному току в рабочей точке.

Для этого используйте команду Simulate→Analyses and simulation, тип симуляции DC Operating Point. На вкладке Output выберите ток стока I(JQ1[ID]). Запустите моделирование нажатием кнопки Run.

5.Построить выходную и входную статические характеристики транзи-

стора.

Для построения выходной статической характеристики, т. е. зависимости тока стока от напряжения сток-исток, необходимо выбрать симуляцию

DC Sweep и на вкладке Analysis parameters в качестве источника Source 1 вы-

брать источник V2; источник Source 2 отключен. Начальное значение 0 В, конечное значение 15 В, а шаг 0.5 В. На вкладке Output выберите I(JQ1[ID]). Запустите моделирование нажатием кнопки Run.

Далее следует добавить параметры линейного изменения напряжения источника V1. Для этого в окне Analyses and Simulation на вкладке Analysis parameters поставьте галочку около Use source 2. В качестве источника выберите источник V1. Начальное значение 0 В, конечное значение 1 В, шаг 0.3 В. На вкладке Output выберите зависимость тока стока I(JQ1[ID]). Запустите моделирование. На экране должно появиться семейство выходных статических характеристик транзистора при различных напряжениях на затворе.

Постройте семейство входных статических характеристик транзистора – зависимость тока затвора I(JQ1[IG]) от напряжения на сток-исток. Запустите моделирование нажатием кнопки Run.

6.Построить график температурной зависимости тока стока.

Для этого используйте команду Simulate→Analyses and simulation, тип симуляции Temperature Sweep. В пункте Points to sweep выберите линейную зависимость. Начальное значение −30 °C, конечное значение 80 °C, шаг

10 °C. В пункте Analysis to sweep выберите DC Operating Point. На вкладке

Output выберите зависимость тока стока I(JQ1[ID]). Запустите моделирование.

7. Построить вольт-амперную характеристику полевого транзистора, используя виртуальный прибор IV analyzer.

Для этого необходимо расположить IV analyzer на рабочем поле (Simulate→Instruments→IV analyzer) и подключить его согласно рисунку на лицевой панели при выбранном компоненте NMOS. В настройках Simulate

22

param. задать параметры изменения напряжения сток-исток V_ds 0…15 В с шагом 0.5 В, напряжение затвор-исток V_gs −1…0 В, число шагов – 4. После установки необходимых пределов изменения параметров необходимо запу-

стить моделирование Simulate→Analyses and simulation→Interactive Simulation→Run. Для обеспечения наглядности характеристики можно корректировать начальное (I) и конечное (F) значения тока и напряжения.

Сравните графики, полученные в п. 5 и 7.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Источники электрического питания являются главной составной частью любого радиоэлектронного устройства, ведь без источника питания не будет работать ни одна схема. Для преобразования сетевого напряжения в необходимый потребителю постоянный или переменный ток используются специальные устройства, такие как стабилизатор переменного напряжения, сглаживающий фильтр, трансформатор, выпрямитель. Рассмотрим некоторые из них.

Выпрямитель – статическое устройство, необходимое для преобразования входного переменного напряжения в постоянное напряжение. Диоды и тиристоры – приборы с односторонней проводимостью – лежат в основе выпрямителей. Именно они позволяют току протекать в нагрузочной цепи только в одном направлении, т. е. выпрямляют его. Схема выпрямителя также содержит силовой трансформатор и нагрузку. Силовой трансформатор – устройство, необходимое для повышения или понижения напряжения питающей сети. По типу схемы выпрямители разделяют на однополупериодные, двухполупериодные со средней точкой, мостовые и схемы с умножением напряжения.

Рассмотрим однофазную мостовую схему выпрямителя, изображенную на рис. 3.1.

Представленная схема состоит из четырех диодов, включенных по мостовой схеме, источника синусоидального напряжения, трансформатора и выходной нагрузки. В одну из диагоналей моста включена выходная нагрузка, в другую – вторичная обмотка трансформатора. Общая точка катодов диодов D1, D2 представляет собой положительный полюс выпрямителя, а общая точка анодов диодов D3, D4 является отрицательным

полюсом.

23

Рис. 3.1. Схема выпрямителя

Во вторичной обмотке трансформатора полярность напряжения меняется с частотой питающей сети. В данной схеме диоды работают парами поочередно. Во время прохождения положительного полупериода напряжения U2 ток проводят диоды D1 и D4, во время отрицательного – диоды D2 и D3. Ток нагрузки проходит постоянно в одном направлении. Поскольку на нагрузке выделяется два полупериода сетевого напряжения, схема выпрямителя – двухтактная.

Стабилизатор напряжения – устройство, предназначенное для автоматической стабилизации выходного напряжения в узких пределах при существенном изменении входного напряжения.

В данной работе используется стабилизатор LM1084IS-ADJ/NOPB – низковольтный регулятор постоянного напряжения, способный регулировать выходное напряжение, даже если оно близко по значению к напряжению питания. Стабилизатор имеет два входа. Вход IN предназначен для подключения напряжения питания, ADJ – регулируемый вход, используется для подключения опорного напряжения, равного 1.25 В, которое развивается между выходом и регулировочным штифтом стабилизатора. Рассматриваемый стабилизатор является понижающим: его выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного.

Еще одним виртуальным прибором, который существует в NI Multisim, является виртуальный осциллограф Oscilloscope (рис. 3.2).

Осциллограф – прибор, необходимый для исследования амплитудных и временных характеристик электрического сигнала, подаваемого на его вход. Набор инструментов используемого пакета содержит двухканальный и четырехканальный осциллографы. В данной лабораторной работе применяется

24

двухканальный осциллограф, имеющий канал А и канал B (Channel A, Channel B) с раздельными регулировками чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел до 5 кВ/дел и смещением по вертикали (Y Position). Чувствительность каналов и положения изображений сигналов регулируются с помощью кнопок «увеличить» и «уменьшить», появляющихся при щелчке по полю, где отображаются значения чувствительности и смещения. Информационные входы для каждого канала обозначены символом «+», символом «–» обозначены общие входы – «земля».

Рис. 3.2. Лицевая панель виртуального прибора Oscilloscope

На условном обозначении осциллографа отмечены несколько типов развертки: Y/T, Add, B/A, A/B. В основном используется режим Y/T – режим, при котором по вертикали отображается напряжение сигнала, по горизонтали – время. Режим Add необходим для воспроизведения суммы каналов А и В. В режиме B/A по вертикали воспроизводится сигнал канала B, по горизонтали – сигнал канала А. В случае использования режима A/B наоборот.

Вждущем режиме (Trigger) запуск развертки (Edge) может

осуществляться по фронту или срезу запускающего сигнала при

25

регулируемом уровне (Level) запуска: в режиме Auto (от канала A или B), от канала А, от канала В или от внешнего источника (Exit).

Осциллограф снабжен двумя визирами (T1, T2), необходимыми для проведения измерений. Их положение оцифровывается – под экраном осциллографа для каждого визира отображаются значения напряжения и времени для каналов А и В. В строчке T1-T2 вычисляется значение разности времени и напряжения для моментов времени, определенных визирами. Для управления визирами можно воспользоваться командами контекстного меню, которое вызывается щелчком по правой кнопке мыши.

Для изменений каких-либо параметров в большинстве виртуальных приборов после их запуска необходимо остановить моделирование, нажав на кнопку Stop на панели инструментов программы NI Multisim.

3.1.Моделирование выпрямителя

1.Запустить программу NI Multisim.

2.Используя набор библиотек программы NI Multisim, построить схему, показанную на рис. 3.1.

Источник переменного синусоидального напряжения АС_VOLTAGE

содержится в группе Sources в семействе SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES,

заземление GROUND содержатся в группе Sources в семействе POWER_SOURCES, резисторы необходимых номиналов – в группе Basic в семействе RESISTOR, трансформатор COUPLED_INDUCTORS – в группе

Basic в семействе TRANSFORMER, диоды BAS21 – в группе Diodes в семействе SWITCHING_DIODE.

Для изменения параметров источника синусоидального напряжения необходимо зайти в его свойства, дважды щелкнув левой кнопкой мыши. На рис. 3.3 представлено окно свойств элемента АС_VOLTAGE.

Основными параметрами элемента АС_VOLTAGE являются:

– амплитудное значение Voltage (Pk);

– постоянная составляющая Voltage Offset;

– частота сигнала Frequency;

– время задержки сигнала от начала моделирования Time Delay;

– коэффициент затухания Damping factor;

– начальная фаза Phase;

– амплитуда сигнала (используется в режиме AC Sweep);

– фаза сигнала (используется в режиме AC Sweep);

26

–два значения амплитуд и фаз (используются для анализа искажений, вносимых исследуемым устройством в режиме Distortion);

–разброс параметров Tolerance.

Рис. 3.3. Окно свойств элемента АС_VOLTAGE

Для выполнения лабораторной работы необходимо установить для источника синусоидального напряжения амплитудное значение Voltage (Pk) – 220 В, постоянную составляющую Voltage Offset – 0 В, частоту

Frequency (F) – 50 Гц.

3.Сохранить файл, присвоив ему подходящее имя с помощью команды

File→Save as.

4.Установить индикаторы напряжения на входе и на нагрузке R2.

Для этого необходимо зайти в строку меню Place→Probe→Voltage. 5. Построить графики входного и выходного напряжений.

Для этого выбрать в строке меню опцию Simulate→Analyses and simulation и установить тип анализа Transient. В поле Start time (TSTART) установить время начала анализа – 0 с. Время завершения анализа End time (TSTOP) – 60 мс. Во вкладке Output автоматически появились напряжения, соответствующие поставленным ранее индикаторам (V(PR1), V(PR2)). После установки параметров нажать кнопку Run. При отсутствии ошибок на экране

27

появится график временной зависимости входного и выходного напряжений.

6.С помощью команды Cursor→Show cursors в диалоговом окне Grapher View установить курсор 1 на максимум входного напряжения, курсор 2 – на максимум выходного напряжения. Для точной установки курсоров можно воспользоваться командами контекстного меню нажатием правой кнопки мыши на курсор и выполнить команду «Go to next YMAX». Зафиксировать результаты. Скопировать график можно с помощью команды Edit→Copy graph.

7.Определить предельное значение входного сигнала для данного типа диодов, увеличивая амплитудное значение источника АС_VOLTAGE. После исследования вернуть исходные параметры.

8.Определить влияние на работу выпрямителя значения коэффициента трансформации с помощью изменения индуктивности обмоток трансформатора. После исследования вернуть исходные параметры.

9.Последовательно с нагрузкой включить индуктивность. Для этого необходимо открыть библиотеку Basic, семейство INDUCTOR, выбрать индуктивность L = 1 Гн. После исследования вернуть первоначальную схему.

10.Построить входное и выходное напряжения, используя виртуальный прибор осциллограф.

Для исследования входного и выходного напряжений на осциллографе необходимо подключить его к схеме. Для этого выполните команду

Simulation→Instruments→Oscilloscope. Информационный вход канала А подключите к входной цепи, информационный вход канала В подключите к выходной. Вход с символом «–» подключите к земле. Подключение осциллографа к схеме изображено на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Схема выпрямителя с измерительным прибором

28

11.Запустить команду Simulate→Analyses and simulation и выбрать тип анализа Interactive Simulation. Закрыть окно нажатием кнопки Save.

12.Дважды левой кнопкой мыши нажать на подключенный к схеме осциллограф XSC1. В левом нижнем углу в секции Timebase выбрать режим развертки – Y/T – режим, в котором по вертикали отображается напряжение сигнала, по горизонтали – время. В той же секции выбрать Scale – 10 ms/Div. Чувствительность (Scale) и смещение по вертикали (Y Position) для обоих каналов подстраиваются так, чтобы графики было удобно исследовать на экране. Рекомендуется задать Channel A Scale – 100 V/Del. Channel B Scale – 100 V/Del. В секции Trigger выбрать Single. Выбрать для каналов А и В тип развертки – DC. После выполнения настроек осциллографа нажать кнопку

Run.

13.Выполнить измерения для канала А. Для этого установить тип развертки канала В – 0. Установить курсор на максимум входного напряжения, для этого нажать правой кнопкой мыши на курсор и выполнить команду «Go to next YMAX». Зафиксировать результаты.

14.Выполнить измерения для канала В. Зафиксировать результаты. Сравнить полученные результаты при моделировании схемы

выпрямителя с использованием типа анализа Transient и виртуального осциллографа.

3.2.Моделирование стабилизатора напряжения

1.Запустить программу NI Multisim.

2.Используя набор библиотек программы NI Multisim, построить схему, представленную на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Схема стабилизатора напряжения

29