Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Теперь нетрудно наблюдать влияние емкости С на размах пульсаций выходного напряжения. Измените емкость до значения С =50 мкФ и выполните анализ снова. Получите графики v(1) и v(2). Убедитесь, что размах пульсаций уменьшается при этом до V r= 2,802 В.

Чтобы лучше использовать входное напряжение, применяют двухполупериодный выпрямитель, схема которого приведена на рис. 9.8. Напряжения v 1и v 2снимаются с обмотки трансформатора с заземленной средней точкой. Выходное напряжение v 0подается на R . Входной файл для этой схемы:

Full-Wave Rectifier

v1 1 0 sin(0 12 60Hz)

v2 0 3 sin(0 12 60Hz)

R 2 0 1k

D1 1 2 DA

D2 3 2 DA

.MODEL DA D

.TRAN 0.1ms 2 5ms

.PROBE

.END

Рис. 9.8. Модель двухполупериодного выпрямителя для анализа в PSpice

Проведите анализ и получите в Probe графики для двух входных напряжений v(1), v(3) и для выходного напряжения v(2). Здесь мы видим двухполупериодное выпрямление, когда на протяжении всего периода один из диодов проводит ток. Эти графики показаны на рис. 9.9. Удалите графики напряжений и получите затем график выходного тока I(R). Убедитесь, что ток I(R) достигает на каждом полупериоде максимума (I(R) max=11.28 мА). Согласуется ли это с вашим расчетным значением? График тока нагрузки приведен на рис. 9.10.

Рис. 9.9. Входное и выходное напряжения при двухполупериодном выпрямлении

Рис. 9.10. Ток нагрузки при двухполупериодном выпрямлении

Подключите конденсатор емкостью 25 мкФ параллельно сопротивлению нагрузки R , добавив команду

С 2 0

во входной файл предыдущего примера.

После проведения анализа получите график выходного напряжения v(2) вместе с входными напряжениями v(1) и v(3). Получите графики, отражающие влияние емкости конденсатора на напряжение пульсаций. Воспользовавшись режимом курсора, убедитесь, что v(2) max=11,28 В и v(2) min=8,79 В, что создает размах пульсаций напряжения V r= 2,52 В. Эти графики показаны на рис. 9.11.

Рис. 9.11.Входное и выходное напряжения при двухполупериодном выпрямлении с емкостной фильтрацией

Ограничитель используется, чтобы передать на выход только часть входного напряжения произвольной формы. Когда диод включается, происходит отсечка: на выход независимо от входного сигнала подается сумма напряжений на источнике и прямосмещенном диоде. На рис. 9.12 показана одна из таких схем. Входной файл для нее:

Diode Clipping Circuit

vi 1 0 sin(0 12V 60Hz)

DA 2 3 D1

R 1 2 1k

VR 3 0 8V

.MODEL D1 D

.TRAN 0.1ms 25ms

.PROBE

.END

Рис. 9.12. Простейшая схема диодного ограничителя

Проведите анализ и получите график входного напряжения v(1) и выходного напряжения v(2). Можете ли вы предсказать, каким будет уровень ограничения? Почему он не равен в точности 8 В? Эти графики показаны на рис. 9.13.

Рис. 9.13. Входное и выходное напряжения в схеме на рис. 9.12

Чтобы преобразовать синусоидальное напряжение в прямоугольное, используется двусторонний ограничитель. Для этой цели может служить простое последовательное соединение двух противовключенных стабилитронов (рис. 9.14). Выбраны стабилитроны, с напряжением зенеровского пробоя 2,4 В, используется встроенная модель диода, которая может быть легко преобразована в модель стабилитрона введением параметра BV для напряжения пробоя, как показано в следующем входном файле:

Double-Ended Clipper Using Avalanche Diodes

vi 1 0 sin(0 24V 60Hz)

DA 3 2 D1

DB 3 0 D1

R 1 2 1k

.MODEL D1 D(BV=2,4V)

.TRAN 0.1ms 2 5ms

.PROBE

.END

Рис. 9.14. Двусторонний ограничитель на базе встречновключенных стабилитронов

Проведите анализ, получите графики входного v(1) и выходного v(2) напряжений. Обратите внимание, что выходное напряжение отсекается с двух сторон из-за действия противовключенных стабилитронов. Почему отсечка происходит таким образом, что выходное напряжение изменяется между значениями ±2,4 В? Проверьте, что выходное напряжение достигает максимума в 3,628 В. Оставьте на графике только кривую v(2), чтобы сделать прямоугольную форму более очевидной. Эти графики приведены на рис. 9.15.

Рис. 9.15. Входное и выходное напряжение в схеме на рис. 9.14

Часто для этой схемы показывают передаточную характеристику (характеристику выход-вход). Вы можете увидеть эту кривую, выведя по оси X напряжение v(1) и получив затем график v(2). Этот график покажет выходное напряжение при полном колебании входного напряжения. Обратите внимание, что эта кривая немного выходит за диапазон графика. Это объясняется тем, что анализ переходных процессов проводится при синусоидальном входном напряжении. Этого можно избежать, используя вариацию по постоянному току (dc sweep). Измените входной файл следующим образом:

Double-Ended Clipper Using Avalanche Diodes

VI 1 0 24V

DA 3 2 D1

DB 3 0 D1

R 1 2 1k

.MODEL D1 D(BV=2.4V)

.DC VI -24 24 0.1

.PROBE

.END

Проведите анализ и получите более качественную характеристику передачи. Входное напряжение VI выводится по оси X. Получите график V(2) на оси Y. Характеристика показана на рис. 9.16.

Рис. 9.16. Передаточная характеристика схемы на рис. 9.14

Мы рассмотрели теорему о максимальной мощности для схем постоянного и переменного тока. В обоих случаях устанавливалась нагрузка и затем проводился анализ. Если мы изменяли значение нагрузки во входном файле, то анализ приходилось выполнять снова. Существует, однако, способ изменения нагрузки в рамках одного анализа. Опишем его.