Описание источника стабилизированного напряжения

В маломощных источниках постоянного напряжения к выходу фильтра подключается стабилизатор напряжения. На рис. 3 приведена схема маломощного источника стабилизированного напряжения, которое содержит: линейный понижающий трансформатор TX1, мостовую схему выпрямителя (собранную на диодах D1-D4), емкостной фильтр (конденсатор С1) и стандартный стабилизатор напряжения U1, к выходу которого подключена нагрузка R1.

Напряжение сети с амплитудой 311 В задается источником синусоидального напряжения V1, имеющего следующие основные свойства: постоянная составляющая напряжения – VOFF = 0 V; амплитуда напряжения –VAMPL = 311 V; частота синусоидального напряжения – FREQ=50 Hz. Остальные свойства источника V1 зададим равными 0: AC = 0 V, TD = 0 s, DF = 0, PHASE = 0.

Рис. 3. Схема маломощного источника стабилизированного напряжения.

Линейный трансформатор TX1 является понижающим, имеет имя XFRM_LINEAR и хранится в библиотеке ANALOG. Коэффициент трансформации этого трансформатора определяется известным выражением:

К _тр

где – число витков первичной обмотки трансформатора;

– число витков вторичной обмотки трансформатора;

– амплитуда синусоидального напряжения первичной обмотки;

– амплитуда синусоидального напряжения вторичной обмотки.

Квадрат коэффициента трансформации определяется отношением:

К _тр²

где – индуктивность первичной обмотки;

– индуктивность вторичной обмотки;

Для получения стабилизированного напряжения 15 В, примем с запасом тогда:

Приняв , вычислим :

Резистор R3 c сопротивление 1 Ом включен для учета активного сопротивления первичной обмотки трансформатора, а резистор R2 с большим сопротивлением 200 МОм – для гальванической связи между обмотками трансформатора.

Выпрямитель собран по мостовой схеме на мощных диодах BYT12P-600. Этот тип диода хранится в библиотеке DIODE и имеет следующие основные параметры: максимальный прямой ток IF = 12 А, максимальное обратное напряжение VR = 600 В, максимальная рассеиваемая мощность PDM = 25 Вт.

Стабилизатор LM7815 предназначен для получения стабилизированного напряжения в 15 В, хранится в библиотеке OPAMP и имеет следующие основные параметры: максимальное входное напряжение VINMAX=35 В, напряжение стабилизации Output Voltage =15 В.

Для обычного режима стабилизации на входе и выходе стабилизатора LM7815C включены два конденсатора C2, C3 с рекомендуемыми емкостями 0, 33 мкФ и 0, 1 мкФ соответственно.

Задание 1. Проведите анализ работы мостового выпрямителя (см. рис.1). Для этого создайте папку с именем Lab_rab4, имеющуюпуть доступа C: \Ivanov\Lab_rab4. Соблюдая изложенное в п. 1 лабораторной работы № 1, создайте проект и дайте ему имя Zadanie1.

Начертите схему, приведенную на рис. 1 и задайте свойства компонентам этой схемы, приведенные в п. 2.

Создайте профиль моделирования с именем «SCHEMATIC1-transient», установив его параметры:

– в поле Run to time введите верхнюю границу интервала времени анализа переходных процессов 0, 1 s;

– в поле Start saving data after – 0 s;

– в поле Maximum step size – 0, 001 s.

Запустите процесс моделирования и после его окончания в окне модуля Probe отобразите последовательно три диаграммы:

– напряжения на нагрузке – V(R1: 1);

– ток в нагрузке – I(R1);

– мощности, рассеиваемой на нагрузке – W(R1).

Активизируйте курсор, щелкнув по кнопке – Toggle cursor (Включить / выключить курсор). Определите амплитуды V(R1: 1), I(R1) и W(R1). Зафиксируйте их в отчете. Занесите в отчет диаграмму V(R1: 1).

Получите диаграммы среднего и действующего значений выпрямленного напряжения V(R1: 1). В модуле Probe определенны две стандартные функции: AVG(V(R1: 1)) – функция для вычисления среднего значения напряжения и RMS (V(R1: 1)) – функция для вычисления действующего значения. Получите диаграмму среднего значения V(R1: 1). Для этого щелчком по: < Trace> → < Add Trace> откройте окно ‘Add Traces’ и в строку Trace Expression введите выражение AVG(V(R1: 1)). Заметим, что строка Trace Expression ведет себя как обычный текстовый редактор, курсор которого можно перемещать и устанавливать с клавиатуры в любое место по вашему желанию, а также редактировать введенный текст. Поэтому ввести выражение AVG(V(R1: 1)) можно в следующей последовательности:

– щёлкните по имени стандартной функции AVG(), отправив его в строку Trace Expression;

– в строке Trace Expression поместите курсор между скобками этой функции и щёлкните по имени V(R1: 1).

Щёлкнув по кнопке OK, посмотрите как выглядит диаграмма среднего значения напряжения.

Аналогично получите диаграмму действующего значения напряжения RMS (V(R1: 1)) и занесите её в отчет.

Задание 2. Проведите анализ работы мостового выпрямителя с LC-фильтром (см. рис.2).

Для этого по аналогии с заданием 1:

– создайте проект с именем Zadanie2;

– начертите схему, приведенную на рис. 2, и задайте нужные свойства компонентам схемы;

– создайте профиль моделирования с именем «SCHEMATIC1-transient», с параметрами настройки (приведенными в задании 1);

– запустите процесс моделирования и после его окончания в окне модуля Probe отобразите последовательно четыре диаграммы:

– напряжения источника – V(V1: +) – V(V1: -);

– напряжения на нагрузке – V(R1: 1);

– ток в нагрузке – I(R1);

– мощности рассеиваемой на нагрузке -W(R1).

Активизируйте курсор, щелкнув по кнопке – Toggle cursor (Включить / выключить курсор). Определите максимальные значения V(R1: 1), I(R1) и W(R1). Зафиксируйте их в отчете. Четыре полученные диаграммы, для наглядности, приведены на рис. 4. Получите и занесите в отчет три диаграммы I(R1), AVG(I(R1)) и RMS(I(R1)).

Задание 3. Проведите анализ работы источника стабилизированного напряжения (см. рис. 3).

Для этого:

– создайте проект с именем Zadanie3;

– начертите схему приведенную на рис. 3 (зная, что компонент LM7815C хранится в библиотеке OPAMP). Свойства трансформатора задайте в следующей последовательности: дважды щелкните левой кнопкой ‘мыши’ по символу TX1. В появившемся окне ‘Property Editor’ введите значение 10 mH в столбец L1_VALUE, а столбец L2_VALUE – 0.0335 mH, затем закройте это окно. Свойства остальных компонентов схемы задайте обычным способом:

– создайте профиль моделирования с именем «SCHEMATIC1-transient», с параметрами настройки (приведенными в задании 1);

– запустите процесс моделирования и после его окончания в окне модуля Probe отобразите последовательно две диаграммы напряжений: V(R1: 1), V(C1: 1) и диаграмму мощности на нагрузке W(R1). Занесите в отчет три полученные диаграммы.