5.5. Примеры схемотехнического моделирования простых нелинейных электрических цепей переменного тока

на Electronics Workbench

Рассмотрим примеры схемотехнического моделирования простых нелинейных электрических цепей переменного тока в среде Electronics Workbench (EW).

Результаты моделирования хорошо иллюстрируются методами расчета, приведенными выше.

5.5.1. Простые электрические цепи с одним диодом

Рассмотрим нелинейные электрические цепи в виде схем замещения, рис. 5.24.

а) б)

Рис. 5.24

Запишем уравнения по второму закону Кирхгофа для каждой схемы рис. 5.24. При этом напряжения входного и выходного сигналов соответственно обозначены как и , осциллограммы которых будем снимать при моделировании. Все выкладки сведены в табл. 5.1. Схемы моделирования рис. 5.25 реализуют первый пункт табл. 5.1, а схемы рис. 5.27 реализуют второй пункт табл. 5.1.

Таблица 5.1

№	Схема	Уравнения, записанные по второму закону Кирхгофа	Выходной сигнал
1	2	3	4
1	Рис. 5.24а	, или	а) б)
2	Рис. 5.24б	, или	а) б) в) г)

На всех схемах моделирования указаны параметры элементов, характеристика диода идеальная. На всех схемах рис. 5.25 и 5.27 на первый вход осциллографа подается входное синусоидальное напряжение

.

На второй вход осциллографа подается напряжение , которое, согласно табл. 5.1, представлено напряжениями на соответствующих элементах схем.

Для удобства анализа схемы моделирования представлены в виде четырехполюсника, на вход которого подается напряжение , а с выхода снимается напряжение .

а) u₂=u_r

б) u₂=u_d

Рис. 5.25

а) u₂ = u_r – график выделен жирной линией

б) u₂ = u_d – график выделен жирной линией

Рис. 5.26. Осциллограммы, снятые со схем моделирования рис 5.25

а) u₂ = u_r

б) u₂ = u_d

Рис. 5.27. Схемы моделирования (начало)

в) u₂ = u_r + E

г) u₂ = u_d + E

Рис. 5.27. Схемы моделирования (окончание)

а) u₂ = u_r– график выделен жирной линией

б) u₂ = u_d – график выделен жирной линией

Рис. 5.28. Осциллограммы, снятые со схем моделирования рис. 5.27

(начало)

в) u₂=u_r + E – график выделен жирной линией

г) u₂=u_d + E – график выделен жирной линией.

Рис. 5.28. Осциллограммы, снятые со схем моделирования рис. 5.27

(окончание)

На всех рис. 5.26 и 5.28 представлены осциллограммы для соответствующих схем рис. 5.25 и 5.27. Все графики представлены в одном масштабе. Законы электротехники выполняются в любой момент времени, поэтому сумма соответствующих падений напряжений дает входное синусоидальное напряжение, см. табл. 5.1. После такой проверки правильности полученных осциллограмм можно приступать к их анализу.

Электрические цепи рис. 5.24 состоят из однородных элементов, поэтому для анализа этих цепей можно применить графический метод расчета по мгновенным значениям напряжения и тока, см. рис. 5.1. Действительно, схема рис. 5.1 аналогична моделируемой рис. 5.24а. Графики решения рис. 5.4 и осциллограммы рис. 5.26 отличаются только за счет разных ВАХ диодов.

Расчет электрической цепи рис. 5.24б будет аналогичен предыдущему, если построить результирующую ВАХ диода и источника ЭДС, как это было сделано выше в разделе 3.1.1, пример 2.

Графики рис. 5.28 могут быть также построены с помощью метода кусочно-линейной аппроксимации, см. раздел 5.3.