Проектирование электронных схем в среде Electronics Workbench. Изучение влияния дискретных электрорадиоэлементов (ЭРЭ) на отклик схемы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный университет приборостроения и информатики»

Кафедра: «Персональная электроника»

Пояснительная записка к курсовому проекту

По дисциплине: «Схемо- и системотехника электронных средств»

На тему: «Проектирование электронных схем в среде Electronics Workbench. Изучение влияния дискретных электрорадиоэлементов (ЭРЭ) на отклик схемы»

Выполнил: студент группы ПР7-вс

Сова Н.В.

Руководитель проекта: Шитько Ю.М.

Москва 2015 г.



Задание

1. Смоделировать работу схем в программе Electronics Workbench 5.12 или в другой (согласовать с преподавателем)

Рекомендация для цифровых схем: микросборки необходимо первоначально представлять в виде структурной электрической схемы, а затем в виде принципиальной электрической схемы (требуется согласование с преподавателем)

2. Определить опорный выходной сигнал

3. Определить влияние дискретных элементов на отклик схемы меняя номинал ЭРЭ с шагом ± 5% (диаграммы представлять в сравнении с опорным выходным сигналом) в диапазоне ± 50%

4. Смоделировать отказы (короткое замыкание и обрыв) всех ЭРЭ схемы

5. Каждый эксперимент необходимо дополнять текстовым комментарием, на каждом рисунке должно быть не более двух диаграмм (диаграмма опорного сигнала и диаграмма текущего сигнала отклика схемы)

6. В приложении КП необходимо представить используемую виртуальную аппаратуру в проводимых экспериментах с подробным описанием приборов (назначение элементов управления, схемы подключения, выбор параметров диагностики и считывание информации)



Содержание

Задание

Введение

1. Исследование параметров схемы при изменении номинала резисторов R1

2. Исследование параметров схемы при изменении номинала конденсатора С1

3. Исследование параметров схемы при изменении номинала конденсатора С2

4. Исследование параметров схемы при изменении номинала конденсатора С3

5. Исследование параметров схемы при изменении номинала D1, D2, D3

Заключение



Введение

Для данного курсового проекта была выбрана аналоговая схема Бестрансформаторного источника питания. Напряжение питания схемы 220В 50 Гц, а на выходе данного устройства получаем постоянное напряжение в номинале 15 В. Бестрансформаторные источники питания с гасящим конденсатором получили широкое распространение благодаря простоте конструкции, несмотря на серьезный недостаток -- наличие гальванической связи источника питания с сетью. Их можно применять для питания портативных приемников, часов, регуляторов напряжения, переключателей гирлян. В то же время их категорически запрещается использовать для питания устройств, имеющих связь с другими сетями (АОНов, антенных усилителей, автоответчиков и др.), устройств, работающих в гаражах, сараях, на улице, а также находящихся вблизи заземленных предметов.

Схема бестрансформаторного источника питания, исследуемого для курсового проекта:

На схеме, взятой с интернета, были предоставлены радиоэлементы отечественного производителя. В программе Multisim, в которой моделировал схему и проводил исследования курсового проект, библиотека радиоэлементов была заполнена американскими ЭРЭ. Пришлось заменить американские ЭРЭ на наши отечественные.

Предоставляю перечень элемента на бестрансофрматорный источник питания:

Сначала была собрана схема, в соответствии с перечнем элементов. После чего проверил на работоспособность . На выходе схемы имеем постоянное напряжение 15 В. Следущая картинка доказывает исправность прибора:

Слева, на осциллографе наблюдаем диаграмму входного переменного сигнала,напряжение которого 220В.Справа как раз выходное напряжение.

В дальнейшем исследование схемы буду производить на определенном интервале времени, на котором и будем наблюдать влияние дискретных элементов на отклик схемы меняя номинал ЭРЭ и моделировать отказы (короткое замыкание и обрыв).



1. Исследование параметров схемы при изменении номинала резисторов R1

В исследовании параметров схемы, сначала анализировал отклик схемы, относительно изменений параметров резистора R1, RC-цепочки.

Резистор R1 предназначен для разряда гасящего конденсатора С1 при отключении устройства от сети. Подключают резистор в схему для ограничения зарядного тока через конденсатор. На резисторе рассеивается значительная активная мощность, и он должен иметь допустимую мощность не менее 5 Вт.

Менял номинал резистора RC-цепочки от 1МОм до 1,45МОм .Предоставляю Выходные характеристики прибора в порядке изменения номинала резистора R1:

R1=1 Мом



R1=1,1 Мом

R1=1,15 Мом

R1=1,2 Мом



R1=1,25 Мом

R1=1,3 Мом

R1=1,37Мом



R1=1,4 МОм

R1=1,45 МОм

В следствие проделанного исследования с R1 было замечено , что на интервале времени 540-580 мс , с изменением номинала R1 с 1МОм до 1,45МОм ,выходное напряжение источника питания изменялось в районе 14,968 В--15,046 В , т.е. определенных изменений не наблюдалось.

При коротком замыкании R1, конденсатор мгновенно зарядился ,и сразу в период времени 99мс, на выходе наблюдаем напряжение в 15 В.



2. Исследование параметров схемы при изменении номинала конденсатора С1

Проанализируем конденсатор С1 , входящий в RC-цепочку, изменяя его номинал от 1 мкф до 7,5 мкф. Сначало смотрел изменения , относительно промежутка работы прибора на 370 мс. В следствие чего было замечено , что на данном участке времени с изменением емкости конденсатора, прибор работает стабильно на напражении 14,96 -14,97 В. Этот факт хорошо заметен на следующий картинках:

С1=1,2мкф



С1=1,3мкф

С1=1,4 мкф

С1=1,5мкф

С1=1,6мкф

С1=1,8мкф

С1=2,0мкф

С1=2,2мкф

С1=2,5мкф

С1=3,0мкф

С1=3,9мкф

С1=4,7мкф

конденсатор замыкание электрорадиоэлемент схема



С1=6,0мкф

С1=7,5мкф

Во время исследования первого этапа ,изменений номинала конденсатора С1 , было замечено, что изменение параметров конденсатора влияют на его время заряда. То есть чем больше емкость С1, тем быстрей заряжается конденсатор , и тем быстрей напряжение растет к выходному напряжению 15 В. Рассматриваем изменения на интервале времени 99--120мс.

С1=1,5мкф

С1=1,6мкф

С1=1,8мкф

С1=2,2мкф



С1=2,5мкф

С1=3,0мкф

С1=3,9мкф

С1=4,7мкф

С1=6,0мкф

С1=6,8мкф

С1=7,5мкф

При КЗ на конденсаторе С1, напряжение на выходе схемы моментально возросло до 15 В



При обрыве данного конденсатора, на выходе схемы не наблюдаем генерацию:

3. Исследование параметров схемы при изменении номинала конденсатора С2

Следующим этапом исследования стал однополярный конденсатор С2. Полярный конденсатор предназначен для гашения и фильтрации сетевых помех.

Номинал конденсатора по схеме равен 1мф и на выходе видим данную ситуацию



Изменял параметры конденсатора С2 в интервале от 100мкф до3,1мф. Картинки выходных характеристик предоставлены ниже

С2=100мкф

С2=200мкф



С2=400мкф

С2=500мкф

С2=550мкф

С2=680мкф

С2=820мкф

С2=1,1 мф

С2=1,2 мф

С2=1,3 мф

С2=1,5 мф

С2=1,6 мф

С2=1,8 мф

С2=2,4 мф

С2=2,7 мф

С2=3,1 мф

В следствие чего заметил, чем больше емкость однополярного конденсатора, тем медленней он заряжается.

При коротком замыкании С2, выходной сигнал отсутствует

Создав имитацию обрыва на С2, видим выходной сигнал ,в виде прямоугольного импульса:



4. Исследование параметров схемы при изменении номинала конденсатора С3

Проводил исследования конденсатора С3 на интервале времени 99--120мс. Данный конденсатор необходим для уменьшения выходного напряжения, и как было проверено, что с большой емкостью, как 700 мф, нет смысла ставить. На картинке будет видно, что на данном интервале (99--120мс) по сравнению с другими емкостями генерации выходного сигнала не наблюдаем.

С3=700мф



С3=10нф

С3=510нф

С3=910нф

Среди всех изменений параметров С3, кроме номинала ,равного 700мф, выходное напряжение находится в диапазоне постоянного напряжения 3,03--3,75 В

При коротком замыкании конденсатора С3, не наблюдаем генерации сигнала:

5. Исследование параметров схемы при изменении номинала D1, D2, D3

Следующее исследование проводил с полупроводниковыми приборами как диоды D1,D2и стабилитроном D3.

Диоды используются для выпрямления входного сигнала.

Выходное напряжение определяется стабилитроном D3, который служит для стабилизации напряжения питания на выходе. Долго оставлять включенным на холостом ходу нежелательно, так как при этом стабилитрон работает при максимальном токе и сильно нагревается.

С полупроводниковыми приборами были проделаны опыты, в виде имитации короткого замыкания и обрыва.

При замыкании D1, на выходе имеем синусоиду с амплитудой 59 мВ, можно считать что сигнала нет.

При обрыве - выходного сигнала не наблюдаем:

При коротком замыкании D2 также не наблюдаем сигнал на выходе схемы:

При обрыве второго диода ,имеем на выходе синусоиду, с подавлением нижней полуволны. Положительная полуволна на выходе имеет амплитуду в 185мВ:



Также со стабилитроном D3 при коротком замыкании не наблюдаем генерацию на выходе:

Однако убедиться с выходным сигналом при обрыве стабилитрона, пришлось затрать значительное время на точный результат. Обрыв в стабилитроне показал, что на выходе мы имеем постоянный сигнал в 219 В. То есть добились преобразования переменного сигнала в постоянным.



Заключение

В курсовом проекте была проделана работа, где была поставлена задача: определить влияние дискретных элементов на отклик схемы, меняя номинал электро-радио элементов. Все исследования были сделаны с помощью программы Multisim, с которой можно проделать моделирование любой электронной схемы, не используя механический труд, пайки, определенной измерительной аппаратуры и приборов.тем самым экономя время на проведения исследования.

В плане моего проекта была взята схема бестрансформаторного источника питания. Бестрансформаторный источник питания с гасящим конденсатором получили широкое распространение благодаря простоте конструкции, несмотря на серьезный недостаток -- наличие гальванической связи источника питания с сетью.

Анализируя весь процесс исследования курсового проекта, можно сделать вывод: любые изменение параметров радиоэлементов в схеме, влияют на работоспособность схемы напрямую. Изменяются выходные характеристики сигнала, амплитуда, фазовый сдвиг, формы сигналов.

Проделывая такую работу с электрической схемой, можем добиться нужных результатов и параметров, которые непосредственно пригодятся нам в быту.

Размещено на Allbest.ru