Система моделювання Electronics Workbench (стр. 6 из 10)
3.3 Комутаційні пристрої
Під комутаційними пристроями (КУ) розуміються пристрої, що стрибкоподібно змінюють значення своїх параметрів при визначеному (граничному) значенні керуючого сигналу. У пристроях, призначених для комутації електричних ланцюгів, це реалізується практично миттєвою зміною електричного опору або провідності їхніх виконавчих систем (безпосередньо комутуючих елементів). Комутаційні пристрої програми EWB 3.1 представлені на мал. 3.25 (зведення по реальних пристроях — у розд. 13.5).
Пристрій на мал. 3.25, а — перемикач типу однополюсного тумблера, керованого натисканням призначеної клавіші клавіатури (за замовчуванням клавіші Space — пробіл). Ім'я клавіші встановлюється в діалоговому вікні (мал. 3.26).
а) б) в) г) д)
Мал.3.25. Комутаційні пристрої.
Мал.3.26. Вікно установки клавіші управління ключем.
КУ на мал. 3.25, б — реле часу (перемикач із програмувальним часом перемикання). Його параметри задаються в діалоговому вікні (мал. 3.27), де параметр Топ — час включення розімкнутого у вихідному стані контакту після початку моделювання; параметр Toff — час вимикання (переклад контактів у початковий стан), цей час також відраховується від моменту початку моделювання.
Як приклад використання програмувального КУ розглянемо схемі >ис. 3.28. Вона містить джерело живлення U = 5 В, два перемикачі SI, S2 і алфавітно-цифровий індикатор. Параметри перемикачів обрані наступної для перший Топ = 3 з, Toff = 10 з; для другий Топ = 6 з, Toff =15 с. Після включення живлення (початок моделювання) сигнал логічної одиниці (+5 В) буде поданий на висновки 0 і 2 індикатори. Оскільки індикатор працює в коді 8-4-2-1, то при цьому висвічується цифра 5 (сума чисел 4 і 1). Через 3 із ключ S1 переводиться у верхнє положення і сигнал +5 В подається на вхід 3 — займе цифра 9 (сума чисел 8 і 1). Оскільки початок відліку для всіх проміжків часу однаково, те через 3 зі спрацює перемикач S2, у результаті чого сигнал +5 В буде поданий на вхід 1 — займе буква А (шістнатцятірковій еквівалент десяткової цифри 10 = 8 + 2). Потім через 4с спрацює перемикач S1, у результаті чого напруга +5 В буде подана на вхід 2 і займе цифра 6 (сума 4 + 2). І нарешті через 5 зі спрацює перемикач S2, і схема повернеться у вихідний стан.
КУ на мал. 3.25, у, м — однополюсні вимикачі, керовані напругою або струмом. Параметри ланцюга керування задаються в діалоговому вікні на мал. 3.29 (для компонента на мал. 3.25, в), де перший параметр — напруга включення, другий — напруга вимикання (для компонента на мал. 3.25, м — струм включення і вимикання відповідно).
Як приклад розглянемо схему на мал. 3.30. У ній маються дві керованих напруги ключа SI, S2.
Мал.3.27. Вікно установки параметрів реле часу.
Мал.3.28. Схема з програмувальним КУ.
Мал.3.29. Вікно установки параметрів КУ, який керується напругою.
Керування ключами здійснюється від функціонального генератора, вихідна напруга якого контролюється осцилографом. У силовій частині схеми використане джерело напруги U, логічний пробник Р и лампочка L. Параметри ланцюга керування ключів обрані в такий спосіб: для першого ключа Uon = 1 В, Uoff = 2 В; для другого ключа Uоп=5 В, Uoff = 7 В. Режим роботи функціонального генератора показаний на мал.3.31, а, осцилограма його вихідної напруги — на мал. 3.31, б. Як видно з осцилограми, генератор дозволяє одержати пилкоподібні однополярні імпульси. З мал. 3.31 видно, що швидкість наростання пилкоподібної напруги складає10 В/с. Якщо розглянути роботу схеми за один період, то включення логічного пробника відбудеться через 0,1 з послу початку формування пилкоподібного імпульсу, оскільки для ключа S1 напруга спрацьовування обрана рівним 1 В ("пройдений шлях" у 1 В потрібно розділити на швидкість 10 В/с). Потім при напрузі 2 В, тобто через 0,1 з, ключ S1 розмикається і логічний пробник вимикається. Коли пилкоподібна напруга досягає 5 В (0,5 з послу початку формування імпульсу), спрацьовує ключ S1, запалюється лампочка і залишається в такому стані 0,2 з, поки пилкоподібний імпульс не досягне значення 7 В, при якому ключ S2 розмикається. Через 0,3 із процес повторюється, оскільки пилкоподібний імпульс досягає свого максимального значення 10 В.
а) б)
Мал. 3.31.Режим роботи функціонального генератора (а) І осцифалограма його вихідної напруги.
Мал.3.32. Вікно установки параметрів електромагнітного реле.
Мал.3.33. Схема включення електромагнітного реле.
Пристрій на мал. 3.25, д — електромагнітне реле з перекидними контактами Параметри його керуючого ланцюга задаються в діалоговому вікні на мал. 3.3: перший параметр — індуктивність котушки реле, другий і третій — струм спрацювання й утримання.
Як приклад на мал. 3.33 приведена схема включення реле з керуванням від КУ (напруга включення 1 В, вимикання 8 В). Для індикації стану контактів реле використовується логічний пробник Р. Другий канал осцилографа підключений у ланцюг живлення обмотки після струмозадаючого резистора Rd. Осцилограми сигналів (другий канал зміщений униз) показані на мал. 3.34 при індуктивності обмотки 0,001 і 0,1 Гн. З порівняння осцилограм видно, що при великій індуктивності в ланцюзі керування спостерігаються загасаючі коливання.
а) б)
Мал.3.33. Осцифалограми напруги на обмотці електромагнітного реле при індуктивності обмотки 0,001Гн (а) і 0,1(б).
3.4 Конденсатори
Конденсатори відносяться до одному з найбільш розповсюджених компонентів РЭА. У програмі EWB 3.1 конденсатори представлені трьома типами (Рис. 3.35, а).
Перший тип охоплює практично всі конденсатори, другий — електролітичні, третій — підстроювальні; значення ємності кожного конденсатора може бути встановлене в межах від 10"' пф до 10' Ф. Ємність підстроювального конденсатора може змінюватися натисканням призначеної користувачем клавіші клавіатури (за замовчуванням — клавіші З), починаючи від максимального значення до мінімального з заданим кроком (від 1 до 100%) (рис. 3.36).
При розрахунку перехідних процесів у програмі використовується схема заміщення конденсатора (мал. 3.35, б), параметри якої визначаються вираженнями [671:
Rcn=h/2C; Icn=2C*Un/h+In
при чисельному інтегруванні по методу трапецій;
Rcn=h/C; Icn=C*Un/h
при використанні методу Гіра.
Тут h — збільшення часу на кожнім кроці інтегрування; 1П — значення струму еквівалентного джерела на певному кроці; Rcn, Un і Icn — опір шунтуючого резистора, напруга на конденсаторі і струм на певному кроці.
Як приклад розглянемо використовувану на практиці схему ємнісного дільника (мал. 3.37), вихідна напруга якого, вимірюване мультиметром, визначається формулою:
U0=Ui*C1/(C1+C2) (3.4)
а)б)
мал.3.35. Графічне позначення конденсаторів(а) і схема їх заміщення в режимі розрахунку перехідних процесів(б).
Мал.3.36. Вікно установки параметрів підстроювального конденсатора.
Оскільки виміру можна проводити при різній формі напруги функціонального генератора, то при зіставленні результатів розрахунку по формулі (3.4) і результатів моделювання необхідно враховувати, що мультиметр вимірює ефективне значення напруги, що для синусоїдального сигналу складає 0,707 від амплітудного, 0,578 — для трикутного і 1 — для меандру (прямокутний сигнал зі шпаруватістю 2). Розглянемо можливість використання в якості підстроювального конденсатора варікапа — спеціально сконструйованого діода, бар’єрна ємність р-n-перехода якого залежить від зворотної напруги відповідно до формули: *
Cu=Ci/(1+Ut/Uc)m(3.5)
де С" — ємність переходу при зворотній напрузі U,., З, — ємність при нульовій напрузі, U, — температурний потенціал (при кімнатній температурі він складає 26 мв), m = 0,5 — для різких (сплавних) і 0,333 — для плавних (дифузійних) переходів.
Основний параметр варікапа — ємність Сп при номінальній напрузі зсуву. Крім того, указуються максимальна Смакс і мінімальна Смнн ємності при мінімальній і максимальній напругах зсуву відповідно. Інколи, в числі характеристик варікапа приводиться коефіцієнт перекриття ємності — відношення максимальної ємності до мінімального.
Мал.3.37. Ємнісний двигун.
Якість конденсатора характеризується добротністю, що визначається як відношення реактивного опору до повного опору втрат діода на заданій частоті. Підвищення добротності досягається шляхом зменшення витоків.