|
Oppijakso 14: Kolmas oma kytkentä:
Puoliaaltotasasuuntaus
|
Tämän jakson tavoitteena on luoda virtapiiri ja tutkia sen avulla
puoliaaltotasasuuntaimen toimintaa.
|
Opiskelujakson aikana käsiteltävät asiat: |
|
Piirretään yksinkertainen
virtapiiri, jossa on vaihtosähkölähteen lisäksi tasasuuntausdiodi,
suodatuskondensaattori ja kuormitusvastus. Valitse valikkoriviltä 'File / New
/ Schematic' ja sulje keskusteluikkuna klikkaamalla sen
’Ok’-painiketta.
|
Sijoita piirikaavioon
vaihtosähkölähde. Valitse piirikaavioeditorin valikkoriviltä 'Component /
Analog Primitives / Waveform Sources / Sine Source'. Paina tämän jälkeen
hiiren oikeanpuoleista painiketta ja pidä se toistaiseksi alhaalla. Sijoita
kuvaruudulle ilmestynyt generaattorin piirrosmerkki sopivaan paikkaan
(kuvaruudun keskelle). Päästä hiiren oikeanpuoleinen painike vapaaksi. Anna
avautuneeseen ’Component’-keskusteluikkunaan ’Model’-nimeksi
(’Value’-ruutuun) Generaattori. Rastita seuraava ruutu ’Display’,
jotta ’Generaattori’-teksti näkyisi piirikaaviossa.
|
Klikkaa keskusteluikkunan
’Edit’-painiketta ja määritä generaattorin taajuus, amplitudi (jännitteen
huippuarvo) ja sisäinen vastus seuraavasti:
|
|
|
f =
50Hz
|
|
|
|
|
|
A =
12V*sqrt(2)
|
|
|
|
|
|
Rs
= 0.1ohm
|
|
|
|
|
|
Yllä olevassa määritteessä ’12V*sqrt(2)’ tarkoitetaan 12 V:n
tehollisarvoa. Tehollisarvon ja huippujännitteen välinen suhdeluku on
’neliöjuuri kaksi’ eli sqrt(2) (sqrt = Square Rooth). Huomaa, että
lukuarvojen ja laatujen tai niiden etuliitteiden välissä ei ole välilyöntejä.
Huomaa myös amerikkalainen tapa merkitä desimaalipilkku (=piste).
|
Klikkaa
’Ok’-painiketta, jolloin piirikaavioon ilmestyy
’Generaattori’-niminen vaihtosähkölähde.
|
Sijoita piirikaavioon
tasasuuntausdiodi. Valitse piirikaavioeditorin valikkoriviltä 'Component /
Analog Library / Diode / Rectifier / 1N3903- / 1N4001'. Paina tämän jälkeen
hiiren vasemmanpuoleista painiketta ja pidä se toistaiseksi alhaalla. Sijoita
kuvaruudulle ilmestynyt diodin piirrosmerkki sopivaan paikkaan (generaattorin
oikealle puolelle). Pidä edelleen vasemmanpuoleinen painike alhaalla ja klikkaa
oikeanpuoleista painiketta, kunnes diodin asento on sopiva (nuoli vasemmalta
oikealle). Päästä lopuksi hiiren vasemmanpuoleinen painike vapaaksi. Klikkaa
seuraavaksi työkalurivillä olevaa ’nuolinäppäintä’ (Enables Select mode)
ja sen jälkeen kaksoisklikkaa ’komponenttikursorista’
’nuolikursoriksi’ muuttuneella kursorilla diodia, jolloin komponentin
keskusteluikkuna aukeaa. Klikkaa ’Display’–ruutuun, jotta diodin tyyppi
näkyisi myös piirikaaviossa. Sulje keskusteluikkuna
’Ok’-painikkeella.
|
Sijoita piirikaavioon
suodatuskondensaattori. Valitse piirikaavioeditorin valikkoriviltä 'Component
/ Analog Primitives / Passive Components / Capacitor'. Paina tämän jälkeen
hiiren vasemmanpuoleista painiketta ja pidä se toistaiseksi alhaalla. Sijoita
kuvaruudulle ilmestynyt kondensaattorin piirrosmerkki sopivaan paikkaan (diodin
oikealle puolelle). Pidä edelleen vasemmanpuoleinen painike alhaalla ja klikkaa
oikeanpuoleista painiketta, kunnes kondensaattorin asento on sopiva (pystyssä).
Päästä lopuksi hiiren vasemmanpuoleinen painike vapaaksi. Anna kondensaattorin
arvoksi (Value) 100uF. Sulje keskusteluikkuna ’Ok’-painikkeella.
|
Sijoita piirikaavioon
kuormitusvastus. Valitse piirikaavioeditorin valikkoriviltä 'Component /
Analog Primitives / Passive Components / Resistor'. Paina tämän jälkeen
hiiren vasemmanpuoleista painiketta ja pidä se toistaiseksi alhaalla. Sijoita
kuvaruudulle ilmestynyt vastuksen piirrosmerkki sopivaan paikkaan
(kondensaattorin rinnalle). Pidä edelleen vasemmanpuoleinen painike alhaalla ja
klikkaa oikeanpuoleista painiketta, kunnes vastuksen asento on sopiva
(pystyssä). Päästä lopuksi hiiren vasemmanpuoleinen painike vapaaksi. Anna
vastuksen arvoksi 1k. Sulje keskusteluikkuna ’Ok’-painikkeella.
Muuta kursori
’nuolikursoriksi’ ja aseta komponenttien tekstit haluamiisi paikkoihin.
|
Johdota piirikaavio. Käytä
johdottamiseen työkalurivin painikkeita ’Orthogonal Wire Mode’ ja
’Diagonal Wire Mode’, joista ensin mainitulla piirretään pysty- ja
vaakasuoria johtimia, ja jälkimmäisellä voi piirtää johtimen haluttuun kulmaan.
|
Sijoita piirikaavioon
solmupiste numero nolla eli ’maadoitusmerkki’ (tämä on pakollinen
symboli). Valitse piirikaavioeditorin valikkoriviltä 'Component / Analog
Primitives / Connectors / Ground' ja sijoita symboli sähkölähteen
miinusnapaan.
|
Nimeä mittauspiste
generaattorin napaan. Valitse piirikaavioeditorin työkaluriviltä ’Enables
Text Mode’ ja kirjoita generaattorin yläpäähän (plusnapaan) teksti in1
(ilman välilyöntiä).
|
Nimeä mittauspiste
vastuksen napaan. Kirjoita vastussymbolin päähän teksti out1 (ilman
välilyöntiä).
|
|
|
Vaihda
’tekstikursori’ ’nuolikursoriksi’ valitsemalla työkaluriviltä
’Select Mode’ -toiminto. Vedä hiirellä suorakaiteen muotoinen alue
ympäröimään piirikaaviota. Pidä näppäimistön ’Ctrl’-painiketta alhaalla
ja vedä hiirellä kopio piirikaaviosta alkuperäisen rinnalle. Huomaa, että kopio
ei ole identtinen. Komponenttien nimet ja merkitty mittauspiste (out1) ovat
kopioituneet siten, että niiden lukuarvot ovat kasvaneet. Tästä on myöhemmin se
hyöty, että piireissä olevia komponentteja tai mittauspisteitä voidaan puhutella
erikseen.
|
|
|
Transient-analyysin
asetusarvojen kirjoittaminen |
|
Käynnistä
Transient-analyysi valitsemalla piirikaavioeditorin valikkoriviltä 'Analysis
/ Transient Analysis... / RUN'. ERROR 11861
|
|
|
Tässä vaiheessa voi tulla virheilmoitus ’Bad value’
’12V*SQRT(2’ for ’A’, joka johtuu siitä, että generaattorin
amplitudin määritelauseesta puutuu yksi sulkumerkki. Kuitataan virheilmoitus
luetuksi ’Ok’-painikkeella, jolloin ohjelma avaa ’Text’-sivun.
Tällä sivulla on piirissä olevien komponenttien määritteitä. Ohjelma valittaa
nyt siitä, että lausekkeessa ei ole tasapuolisesti sulkeita. Lisää lauseen
loppuun sulkumerkki ’)’ ja palaa takaisin piirikaavioon kuvaruudun vasemmassa
alareunassa olevan ’Page 1’ -painikkeen avulla ja käynnistä analyysi
uudelleen.
|
Koska generaattorin
taajuus on 50 Hz, kuluu yhteen jaksoon 20 ms ja viiteen jaksoon 5 * 20 ms = 100
ms. Kirjoita ’Transient Limits’ -keskusteluikkunaan ’Time Range’
-arvoksi 100ms (ilman välilyöntiä).
|
Kirjoita seuraavaan
ruutuun ’Maximum Time Step' -arvoksi esim. tuhannesosa edellisestä. Voit
kirjoittaa sen osamäärämuotoon 100ms/1000. Kuvaajan tarkkuuteen (ja
piirtymisnopeuteen) vaikuttaa datapisteiden lukumäärä. Mitä suurempi on jakajan
arvo, sitä enemmän syntyy datapisteitä.
|
Kirjoita ensimmäisen rivin
’Y Expression’ -ruutuun v(in1), ellei ohjelma ole sitä jo automaattisesti
lukenut piirikaaviosta.
|
Anna ’X Range’
-arvoksi 100ms.
|
Anna ’Y Range’
-arvoksi 50V,-50V.
|
Kirjoita toisen rivin
’Y Expression’ -ruutuun v(out1), ellei ohjelma ole sitä jo
automaattisesti lukenut piirikaaviosta.
|
Kopioi hiiren
oikeanpuoleista painiketta käyttäen ’X Range’ -arvoksi 100ms. Kopioi
hiiren oikeanpuoleista painiketta käyttäen ’Y Range’ -arvoksi 50V,-50V.
|
|
|
Transient-analyysin suorittaminen |
|
Käynnistä
Transient-analyysi keskusteluikkunan ’RUN’-painikkeella.
|
|
|
Molemmat kuvaajat näkyvät samassa kuvassa. Kuvaajien värit ja niiden
mittauspisteiden määritteiden värit (kuvaruudun vasemmassa alareunassa)
vastaavat toisiaan.
|
Merkitse
mustavalkotulostusta varten kuvaajat työkalurivin ’Applies tokens to the
waveform’ –painikkeella. Kutsu Transient-analyysin keskusteluikkuna
näppäimistön ’F9’-painikkeella. Klikkaa hiirellä alinta määriteriviä ja
sen jälkeen ’Add’-painikkeen avulla lisää uusi määriterivi. Kirjoita
kolmas määriterivi ensimmäisen rivin kaltaiseksi siten, että:
|
|
|
-kuvan (P) numero 1 asemasta se piirtyy kuvaan numero 2
|
|
|
|
|
|
-mittauspiste on pisteen ’in1’ asemasta ’in2’
|
|
|
|
|
|
-kopioit muut määritearvot hiiren oikeanpuoleista painiketta käyttäen
|
Kirjoita neljäs
määriterivi toisen rivin kaltaiseksi siten, että:
|
|
|
-kuvan (P) numero 1 asemasta se piirtyy kuvaan numero 2
|
|
|
|
|
|
-mittauspiste on pisteen ’out1’ asemasta ’out2’
|
|
|
|
|
|
-kopioit muut määritearvot hiiren oikeanpuoleista painiketta käyttäen
|
Suorita Transient-analyysi
keskusteluikkunan ’Run’-painikkeella tai näppäimistön
’F2’-painikkeella. Kuvia on nyt kaksi ja kummassakin kuvassa on kaksi
kuvaajaa, tulojännite ja lähtöjännite. Kuvat ovat identtisiä, koska piirikaavion
piirit ovat samanlaisia. Palaa hetkeksi piirikaavioon valitsemalla
valikkoriviltä 'Transient / Exit Analysis' tai näppäimistön
’F3’-painikkeella.
|
Piirikaavioita on kaksi.
Anna ensimmäisen piirin olla alkuperäisenä ja muuta toisen piirin
kuormitusvastuksen arvoa klikkaamalla sen (R2) resistanssiarvoa ja
kirjoittamalla entisen arvon (1k) päälle 500 (ohmia). Poistu keskusteluikkunasta
’Ok’-painikkeella.
|
Käynnistä
Transient-analyysi ja totea kasvaneen kuormituksen vaikutus hurinajännitteen
kasvuun (alemmassa kuvassa). Palaa takaisin piirikaavioon.
|
|
|
Komponenttiarvon
askeltaminen |
|
Paina mieleesi
oikeanpuoleisen piirin kuormitusvastuksen nimi (R2) ja käynnistä
Transient-analyysi. Klikkaa keskusteluikkunan ’Stepping...’-painiketta,
jolloin ’Stepping’-keskusteluikkuna aukeaa. (Huomaa, että askellettavia
parametrejä voi maksullisessa ammattiversiossa olla kaksi, mutta ilmaiseksi
jaettavassa demoversiossa vain yksi.).
|
Anna
’Stepping’-keskusteluikkunassa seuraavat määritteet:
|
|
|
1.
rivi: R2
|
|
|
2.
rivi: Value
|
|
|
3.
rivi: 1000ohm
|
|
|
4.
rivi: 250ohm
|
|
|
5.
rivi: 250ohm
|
|
|
|
jolloin kuormitusvastus saa arvot 1000ohm, 750ohm, 500ohm ja 250ohm.
|
Merkitse kohtaan ’Step
It’ ’Yes’ ja poistu keskusteluikkunasta ’Ok’-painikkeella.
Käynnistä Transient-analyysi ja totea kasvaneen kuormituksen vaikutus
hurinajännitteen kasvuun (alemmassa kuvassa).
|
|
|
Alemmasta analyysikuvasta
ei ole kovin helppoa lukea hurinajännitteiden arvoja, joten kannattaa menetellä
esim. seuraavasti:
|
|
|
Avaa analyysin keskusteluikkuna ja merkitse ensimmäisen ja toisen
määriterivin kuvanumerokohtaan ’ei mitään’ . Voit tehdä sen helpoimmin
hiiren oikeanpuoleista painiketta käyttämällä ja valitsemalla ’None’ (ei
mitään).
|
Käynnistä analyysi
uudelleen ja totea hieman parempi luettavuus. Avaa analyysin keskusteluikkuna ja
skaalaa kolmannen rivin jännitearvo (50V,-50V) ’25V,-25V’:ksi ja kopioi vastaava
määrite neljännelle riville. Käynnistä analyysi uudelleen ja totea parempi
luettavuus. Dokumentoi analyysitulos käyttäen ’ABS’- ja ’REL’
-tekstimuotoja, ’Horizontal-’ ja ’Vertical’ -mittausmuotoja sekä
’Tag’-merkintää (xy-koordinaatit).
|
|
|
Piirikaavion ja
analyysituloksen tulostus |
|
Valitse valikkoriviltä
'File / Print Preview...'. Jos kuvaruudulla näkyvä A4-lomake ei ole
pystyasennossa, valitse ’Setup’-painike ja vaihda vaaka-asennossa oleva
kuva pystyasentoon. Aktivoi kuvaruudun oikeassa yläkulmassa olevat
piirikaaviosivun ja analyysituloksen kuvat siten, että molempien pohjaväriksi
tulee sininen. Klikkaa seuraavaksi ’Tile’-painiketta, jolloin molemmat
kuvat sijoittuvat automaattisesti kuvaruudulle. Voit halutessasi tehdä tilaa
rei'itykselle tarttumalla hiirellä vuorotellen molempien kuvien
vasemmanpuoleisista kahvoista ja vetämällä kuvan reunaa oikealle. Tulosta kuva
’Print’-painikkeella. Poistu ’Close’-painikkeella analyysiin ja
sieltä edelleen näppäimistön ’F3’-painikkeella piirikaavioon. Vertaa
harjoitustyösi tulosta ratkaisumalliin 061X.CIR.
|
|
|
|