Simulering I. Laboration 158 Elektro. LABORATION Analog elektronik UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik.

Transkript

1 UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Ulf Jonsson LABORATION Analog elektronik Simulering I Laboration 158 Elektro Namn Ej godkänd/åter Datum1 Datum2 Godkänd Datum

2 1. Målsättning. Efter genomgången laboration skall du kunna analysera passiva nät med avseende på typiska kretsparametrar. 2. Förberedelse. Simuleringen görs med ett programverktyg som heter Design Center(DC). Detta består av en ett antal programmoduler varav du under den här laborationen kommer att använda: schemaritningsverktyget(psched), simulatorn(pspice), visningsprogrammet(probe). Om det är första gången som du kommer i kontakt med DC så rekomenderas att du först genomför den självstudie som är bifogad i app A. 3. Simulering av ett DC-nät 3.1 Skapa nätet nedan med schemaritaren, spara det under ett lämpligt namn. V1 = 12V V2 = 6V I1 = 5mA I2 = 2mA R1 = 1.2kΩ R2 = 4.7kΩ R3 = 1.5kΩ R4 = 2.2kΩ R5 = 5.6kΩ 3.2 Med hjälp av special/viewpoint så kan du kontrollera spänningarna i noderna. Välj Analysis/setup../Bias point detail och ta reda på spänningen över R4. Skriv in värdet i svarsbladet under pkt 3.2!( 3.2) 3.3 Vilken effekt utvecklas i källan I2?(ange tecken) ( 3.3) 3.4 Vilken spänning finns över källan I1?( 3.4)

3 4 Tvåpoler Skapa en tvåpol av nätet i föregående uppgift genom att ta bort resistansen R4. Tvåpolen identifieras nu av A - B. 4.1 Ta fram den ekvivalenta Thevenintvåpolen till nätet A - B genom att bestämma tomgångspänningen U 0 och Theveninresistansen R 0.( 4.1) Tips: Nollställ alla källor i nätet, placera en källa med 1V polspänning mellan A - B, mät strömmen (Iv)genom källan, då är R 0 = 1/Iv 4.2 Skapa en ny sida där du bygger en Thevenintvåpol med de värden du fått på U 0 och R 0. Koppla in R4 och mät spänningen över resistansen.( 4.2) 4.3 Enligt teorin så skall maximal effekt utvecklas i en resistans(r L ) ansluten till en tvåpol om resistansens värde väljs lika med tvåpolens inre resistans(r 0). Man kan visa detta genom att variera värdet på R L och låta simulatorn beräkna effekten för varje R L. Hämta upp det ursprungliga nätet (pkt 3.1) och gör följande: Hämta in en PARAM symbol genom CTRL-G och skriva PARAM. Dubbelklicka på symbolen och fyll i fälten: NAME1=R4var VALUE1=0.2k Dubbelklicka på R4 och fyll i fältet VALUE={R4var}. Välj sedan i analysis/setup.../dc SWEEP klicka i GLOBAL PARAMETER, LINEAR, Name:R4var, Start value 0.2k, end value 6k, Increment = 0.2k. Kör simuleringen, Gå in i PROBE och plotta effekten som funktion av R4! (P = I(R4)*I(R4)*R4 men tänk på att R4 heter R4var i PROBE!). Printa ut en kurva över hur effekten i R4 varierar med R4! Bifoga svarsbladet( 4.3)

4 5 Analys av ett växelströmsnät. 5.1 Skapa kretsen nedan, källorna (VSIN,ISIN) finns i SOURCE. Tips: VOFF(DC-offset) sätts till 0!, PHASE ger fasvridningen! V1 = 12sin(ωt)V I1 = 2sin(ωt - 30 )A ω = 200π, (f = 100Hz) R1 = 4Ω R2 = 8Ω L1 = 4.8mH C1 = 2.5mF 5.2 Man kan 'mäta' i nätet ungefär som med ett oscilloskop genom att göra en TRANSIENT simulering. Du anger under hur lång tid du vill simulera (Final time). Ta med några perioder och ange tiden i ANALYSIS/SETUP.../TRANSIENT. Med funktionen RMS() så kan du mäta spänningar och strömmar i PROBE, med cursors så kan du mäta i plottarna. (vänster musknapp - cursor1, höger - cursor2). Vilken största värde på U rms finns över R2?( 5.2.1). Vilken fasskillnad är det mellan strömmarna i R1 resp. R2?( 5.2.2) Plotta en grap över hur RMS-värdet för strömmen genom R2 varierar med tiden.(bifoga lösningsbladet) 5.3 Växelströmseffekt Plotta en graf över effekten i R2 som funktion av tiden. ( 5.3.1) Sträck ut simuleringstiden till 1s. Plotta en graf över tidsmedelvärdet PR2(t), AVG() ger medelvärdet i PROBE. ( 5.3.2) Skriv ned dina iaktagelser! ( 5.3.3)

5 SVARSBLAD U R4 P I2 U I1 4.1 U 0, R U R4 Kurva över P(R4) max-u rms θ(ir1 - IR2) Kurva över Irms(t) Kurva över PR2(t) Kurva över tidsmedelvärdet PR2(t) synpunkter på effektkurvan: