5.2 Порядок выполнения работы

5.2.1 Моделирование амплитудной передаточной характеристики (апх) компенсационного стабилизатора

а) Построение схемы стабилизатора

Рассмотрим схему на рис. 5.8.

Источник напряжения V1 моделирует входное напряжение схемы. Установим V1=16V. Резистор R6 является эквивалентом нагрузки. В качестве стабилитрона выберем абстрактный диод. Для ввода диода необходимо нажать кнопку Components и последовательно активировать опции Analog Primitives, Passive Components, Zener. Модель диода обозначена в окне Zener как $GENERIC. Скорректируем напряжение пробоя диода при обратном смещении и установим значение BV=5V.

Используем транзисторы 2N2218.

Рисунок 5.8 – Стабилизатор напряжения

б) Моделирование АПХ

Используем анализ по постоянному току DC. В окне DC Analysis Limits необходимо указать диапазон изменения входного напряжения. Для этого в строке Variable 1 установить: Method=Auto, Name=V1, Range=16,0,0.1. В нижней части окна задать параметры графика АПХ: Р=1, X Expression=V(1), Y Expression=V(6), X Range=Auto, Y Range=Auto. Запустить анализ кнопкой Run.

На экране появляется график зависимости V(6)=f(V(1)) (рис. 5.9). Для определения минимального допустимого входного напряжения стабилизатора найдем и обозначим параметры точки излома АПХ, используя кнопку Tag Mode на панели инструментов. Первое значение 10.753 В соответствует координате по горизонтали и принимается как искомая величина, второе значение 8.549 В соответствует координате по вертикали и является выходным напряжением стабилизатора в рабочем режиме.

Таким образом, стабилизатор на рис. 5.8 работает в диапазоне входного напряжения более 10.8 вольта и вырабатывает на выходе напряжение примерно 8.5 вольта.

Рисунок 5.9 – Амплитудная передаточная характеристика стабилизатора

5.2.2 Определение параметров стабилизатора

Определим более точно выходное напряжение стабилизатора при указанном выше входном напряжении 16 вольт и нагрузке 4.7 килоом. Для этого сразу после закрытия окна результатов анализа по постоянному току необходимо на панели инструментов нажать кнопку Node Voltage (Напряжение узла) . На схеме появляются напряжения в узлах схемы (рис. 5.10). В частности, на выходе схемы (в точке 6) видим напряжение 8.75 вольта.

Рисунок 5.10 – Окно анализа по постоянному току

Найдем коэффициент стабилизации схемы, определяемый в виде

, где – изменение напряжения на выходе стабилизатора, обусловленное изменением напряжения на входе . Возможности программы позволяют определить наклон АПХ в виде Slope= . Перепишем формулу для коэффициента стабилизации в виде

,

удобном для использования при известном значении наклона Slope.

Наклон АПХ определяется в окне результатов моделирования при использовании двух перемещаемых курсоров в виде перекрестий линий, сопровождающихся показаниями координат их местоположения на графике. Курсоры могут быть точно установлены в заданные точки как по оси Y, так и по оси X. Воспользуемся управлением по оси X. Для этого нажимается кнопка Go to X (Идти в точку Х) и на экране появляется дополнительное окно Go to X, где нужно указать координату левого или правого курсора и нажать соответствующую кнопку (Left или Right). По окончании перемещения курсоров экрана окно закрыть кнопкой Close. При этом в нижней части экрана выводятся координаты точек по осям в колонках Left (Левая) и Right (Правая). В колонке Delta (Разность) приводится разница координат точек по осям, а в колонке Slope (Наклон) в первой строке указывается наклон АПХ, рассчитанный по точкам пересечения, а во второй строке – единичное значение.

Для перемещения курсоров в рабочую часть АПХ можно использовать мышь. Курсор мыши выводится в точку АПХ, где должен находиться, например, левый курсор экрана, затем нажимается левая кнопка мыши, и курсор экрана занимает положение курсора мыши. Для перемещения правого курсора экрана необходимо использовать правую кнопку мыши. Установим левый курсор экрана в точку Х=12, а правый – в точку Х=16 (см. рис. 5.11). Считаем показания Slope=16.865m и выполним расчет коэффициента стабилизации:

.

Рисунок 5.11 – К определению коэффициента стабилизации

Определим выходное сопротивление стабилизатора. Поскольку стабилизатор имеет защиту от короткого замыкания, то первоначально необходимо установить его рабочий диапазон по току нагрузки. Для этого целесообразно смоделировать нагрузочную характеристику, которая с учетом принятых в схеме обозначений может быть записана в виде функции

.

Подключим к выходу вместо резистора нагрузки R(6) источник тока ISource в направлении выходного тока стабилизатора (рис. 5.12) и смоделируем выходную ВАХ при V(1)=16V так, как это производилось для транзистора в работе 2 при определении входных характеристик.

Запустим анализ DC и в окне DC Analysis Limits укажем диапазон изменения тока источника I1. Для этого в строке Variable 1 необходимо установить: Method=Auto, Name=I1, Range=40m,0. В нижней части окна зададим параметры графика ВАХ: Р=1, X Expression= I(I1), Y Expression= V(6), X Range=Auto, Y Range=Auto и запустим анализ кнопкой Run. На экране появится нагрузочная характеристика стабилизатора (рис. 5.13).

Рисунок 5.12 – Окно панели ограничения анализа

Рисунок 5.13 – Нагрузочная характеристика стабилизатора

Используя кнопку Go to X (Идти в точку Х) , установим курсоры экрана в точки Х=10m (Левый) и Х=12m (Правый), которые находятся в рабочей зоне ВАХ стабилизатора. Считаем показания Slope=-3.011 Ом. Модуль этого значения представляет собой выходное сопротивление стабилизатора: Ом.