Моделирование Стабилизированого источника питания в системе Orcad 16.6

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Ульяновский Государственный Технический Университет»

Кафедра: «Измерительно-вычислительные комплексы»

 

 

 

Курсовая работа 
по дисциплине Э и МПТ

на тему: «Моделирование Стабилизированого источника питания в системе Orcad 16.6»

 

 

 

 

 

                    Выполнил:

студент группы ПСбд-31

Кочелаев А.С.

Проверил: Ефимов И.П.

 

 

 

Ульяновск 2015

 

Исследования компенсационного стабилизатора.

Табл.1.Множители и приставки для образования  десятичных кратных и дольных единиц.

Приставка	Степень	OrCAD
тера	12	t, T
гига	9	g, G
мега	6	meg, MEG
кило	3	k, K
милли	– 3	m, M
микро	– 6	u, U
нано	– 9	n, N
пико	– 12	p, P
фемто	– 15	f, F

 

 

 

 

 

 

 

 

Табл.2.Используемые библиотеки и элементы.

Элемент	Обозначение	Библиотека
Резистор	R	ANALOG.OLB
Стабилитрон	D1N3501,D1N750	DIODE.OLB
Транзистор	2PA156Q/PLP	PHIL_BJT.OLB
Источник питания	VAC, VDC	SOURCE.OLB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общие сведения. Компенсационные стабилизаторы обладают более лучшими параметрами, чем параметрические стабилизаторы. Принцип их действия основан на том, что последовательно или параллельно с нагрузкой включается некоторое компенсационное сопротивление Rк.

Рис 1. Компенсционные стабилизаторы

В зависимости от вида подключения Rк компенсационные стабилизаторы делятся на последовательные и параллельные. В схеме последовательного стабилизатора входное напряжение Uвх распределяется между Rк и Rн: Uвх = Uк + Uн. Стабилизация напряжения на нагрузке достигается за счет изменения Rк, а следовательно и падения напряжения на Rк в соответствии с принципом:

Uн ↑ → Rк↑ → (Uк = Uвх  – Uн)↑ → Uн ↓ Uн ↓ → Rк↓  → (Uк = Uвх – Uн)↓ → Uн ↑ 

При параллельном соединении компенсационного резистора и нагрузки Uвх подается на делитель напряжения, образованный балластным резистором Rб и параллельно включенными Rк и Rн. Стабилизация напряжения Uн осуществляется за счет изменения Rк. При этом изменяется ток Iвх = Iк + Iн . Изменение Iвх приводит к изменению падения напряжения на балластном сопротивлении Uб и напряжение на нагрузке поддерживается постоянным:

Uн ↑ → Rк↓ → Iк ↑  → (Iвх = Iк + Iн)↑ → Uб ↑ → Uн ↓ Uн ↓ → Rк↑ → Iк ↓ → (Iвх = Iк + Iн)↓ → Uб ↓ → Uн ↑ Rн Uн Uк Uвх а Iвх Rк Iн + − Uб Iк б Uк Uвх Rк Iвх + − Rн Uн Iн Rб

Изменение сопротивления Rк в стабилизаторах происходит автомати- чески в зависимости от текущих значений Iн , Uвх и Uн. Чаще всего в качестве Rк используются транзисторы. При использовании биполярного транзистора Rк представляет собой сопротивление перехода коллектор–эмиттер (Rк = Rкэ). Управляющим электродом является база транзистора. Для полевого транзистора Rк сопротивление канала между стоком и истоком (Rк = Rси). Управляющим электродом является затвор.

 

 

Задание1:  Заполнить таблицу1 подобрав значения Rк  для рис.1а при

Rн=100Ом , Uвых=7в.

Заполнить таблицу 2 подобрав значения Rк  при Uвх=10в  Uвых=7В.

 

Uвх, В	10	15	25	40	55
Rк, Ом

таблица1

 

Rн, Ом	100	150	250	400	550
Rк, Ом

таблица2

 

Задание2:  Заполнить таблицу1 подобрав значения Rк  для рис.1б при

Rн=100Ом , Uвых=7в. Rб=50Ом

Заполнить таблицу 2 подобрав значения Rк  при Uвх=10в  Uвых=7В  Rб=100Ом.

 

 

 

 

 

 

Рис.2 Схема компенсационного стабилизатора.

1. Построение статической характеристики

Для построения статической характеристи необходимо произвести симуляцию собранной цепи. Для проведения симуляции необходимо создать новый профиль симуляции (рис.2) .

На панели инструментов OrCAD’а выбираем New Simulation Profile. Воткрывшемсяокне «New Simulation» вводим название профиля симуляции, например «V1var» нажимаем кнопочку Create. В дальнейшем при исследовании стабилизатора и построении других его характеристик можно будет изменять этот профиль или создавать новые. Новые профили будут создаваться с параметрами по умолчанию, не всегда подходящими для построения требуемой характеристики.

Рис.3 Создание нового профиля симуляции.

Для редактирования параметров симуляции на панели инструментов необходимо выбрать выбираем Simulation Settings. Далее в открывшемся окошке, во вкладке Analysis в пункте Analysistype выбираем DCSweep. Далее в пункте Primary Sweep необходимо выбратьпараметрынеобходимые длясимуляции(рис.4).

Рис.4 Задание параметров симуляции.

После чего необходимо поставить щуп на сопротивление нагрузки R5 как показано на рис.4

Рис.5 Подготовка к симуляции

После выбора симуляции и установки необходимых параметров необходимо запустить симуляцию, нажав кнопочку RunPSpice.

Рис.6 Результат симуляции.

Далее следует заменить стабилитрон D1N3501 на стабилитрон D1N750 (Рис.7) и получить статическую характеристику стабилизатора(Рис.8).

Рис.7 схема с использованием стабилитра D1N750

Рис.8 Результат симуляции.

Тоже самое следует проделать для случая последующего подключения 2 стабилитронов D1N750 и D1N3501

Рис.9 последовательное подключение стабилитронов

Рис.10 Результат симуляции.

После проведения симуляции следует вернуться к первоначальной схеме включающую в себя стабилитрон D1N3501 (рис. 5).

Задание: Рассчитать коэффицент стабилизации для для стабилизатора на стабилитроне D1N3501, стабилитроне D1N750 и их последовательного включения.

2.Температурный анализ.

Для проведения температурного анализа нужно нажать кнопку «Simulatio Settings» в появившемся окне необходимо поставить  галочку напротив«Temperature(Sweep)» и выставить значения температур через запятую как показана на Рис.10.

 

 

 

 

Рис.11 Параметры температурного анализа.

После установки необходимых параметров необходимо запустить симуляцию, нажав кнопочку RunPSpice.

Рис.12 Результат температурного анализа.

 

3.Параметрический  анализ

На панели инструментов OrCAD’авыбираем New Simulation Profile. Воткрывшемсяокне «New Simulation» вводим название профиля симуляции нажимаем кнопочку Create.

У резистора  R3 значение сопротивления, для этого дважды кликнем по нему В открывшемся окошке DisplayProperties изменяем параметр Value на {R3val}.Имя параметра может быть любым, главное, что бы оно находилось в фигурных скобках.Далее необходимо добавить элемент PARAM, находящийся в библиотеке SPECIAL.OLB

Двойным щелчком открываем этот элемент. В новом окне нажимаем New  Property либоCtrl+N. Вокне Add New Property вводим имя нашей частоты, уже без круглых скобок, и присваиваем ей некоторое значение(рис.13).

Рис.13 Работа с переменным параметром.

Впункте Options(рис.9) поставитьгалочкунапротив Parametric Sweep.Впункте Sweep variable выбрать Global parameter и в поле Parameter name ввести R3val. В пунктеSweeptypeвыбираемLinear

Start value = 5k End value = 30k   Increment= 5k

НажимаемOKизапускаемсимуляцию - RunPSpice.

Рис.14 Параметрический анализ для резистора R3.

Аналагичную процедуру следует провести для резистора R4 для таких же значений сопротивления. Результат показан на рис.16.

Рис.14 Параметрический анализ для резистора R4.

4. Смешанная схема  питания

К нашей из библиотеки SOURS.OLB добавим элемент VSIN согласно рис.15 и присвоем ему параметры VOFF=0, VAMPL=5, FREQ=50.

Рис.16 Смешанная схема питания.

Далее необходимо создать новый профиль симуляции либо изменить уже существующий.

Заходим в Simulation Settings во вкладке Analysis Type выбираемTime Domain. В поле Run to time вводим значение 0.1S.

Рис 17 Параметры симуляции.

НажимаемOKизапускаемсимуляцию - RunPSpice.

Рис.18 Результат симуляции.

На полученном графике видно что значительное изменение напряжения питания в 5 вольт дает незначительное изменение напряжения на выходе стабилизатора. Для более наглядного результата рекомендуется расположить второй щуп как показано на рис. 19, для того что бы наблюдать напряжение создаваемое источником переменного тока.

 

Рис.19 Измерение напряжения источника питания

Рис.20 Результат симуляции.

Рис.20 наглядно показывает что значительное изменение напряжения питания незначительно по сравнению с изменением выходного напряжения стабилизатора.