Lab 1 Innføring i simuleringsprogrammet PSpice

Transkript

1 Universitetet i Oslo FYS1210 Elektronikk med prosjektoppgave Lab 1 Innføring i simuleringsprogrammet PSpice Sindre Rannem Bilden 10. februar 2016 Labdag: Tirsdag Labgruppe: 3

2 Sindre Rannem Bilden 1 Oppgave 1: Lavpassfilter Bakgrunn Et enkelt lavpassfilter behøver kun en resistans og en kondensator i tillegg til signalkilden. Lavpassfilteret ble koblet som vist i Figur 1.1. R 1 V ut 2 Oppgave 2: Høypassfilter Bakgrunn Et enkelt høypassfilter behøver i likhet med et lavpassfilter kun en resistans og en kondensator i tillegg til signalkilden. Høypassfilteret ble koblet som vist i Figur 5.1. C 1 V ut V 1 C 1 V 1 R 1 Figur 1.1: Illustrasjon av et lavpassfilter. Gjennomføring Kretsen ble tegnet i PSpice og komponentene ble satt til verdiene R 1 = 1kΩ og C 1 = 1nF. Senere ble V ut målt i db relativt til signalkilden V 1. Resultater Resultatene fra simuleringen er vist som et plot i Vedlegg 1 og ASCII-fil i Vedlegg 2. Diskusjon Siden kondensatoren fungerer som en frekvensavhengig motstand vil spenningsfallet over kondensatoren variere med frekvensen til signalkilden, ved lav frekvens vil motsatanden i kondensatoren dominere kretsen og spenningsfallet V ut være høyt. Ved høye frekvenser vil resistoren dominere og spenningsfallet V ut blir svært lavt. Figur 2.1: Illustrasjon av et høypassfilter. Gjennomføring Kretsen ble tegnet i PSpice og komponentene ble satt til verdiene R 1 = 10kΩ og C 1 = 10nF. Senere ble V ut målt i db relativt til signalkilden V 1 = 1V. Resultater Resultatene fra simuleringen er vist som et plot i Vedlegg 3. Filteret sitt knekkpunkt ble funnet til f knekk = etter kriteriet V knekk = 1 2 V 1. Diskusjon På sammen måte som i et lavpassfilter brukes kondensatoren som en frekvensavhengig motstand, forskjellen her er at komponentene skifter plass og V ut definerer spenningsfallet over resistoren, ved lav frekvens vil motsatanden i kondensatoren dominere kretsen og spenningsfallet V ut være lavt. Ved høye frekvenser vil resistoren dominere og spenningsfallet V ut blir høyt. 1

3 Sindre Rannem Bilden 3 Oppgave 3: Diodelikeretter Bakgrunn En diode lar strøm passere i kun én retning, settes denne i en AC krets vil dioden fungere som en likeretter som kutter bort alle strømmer i én retning. D 1 V ut 4 Oppgave 4: Diodelikeretter med liten filterkondensator Bakgrunn Om en likeretter kombineres med et frekvensfilter vil spenningen V ut alltid være positiv i én retning. Spenningskildem veksler mellom å være V 1 og C 1. D 1 V ut V 1 R 1 V 1 C 1 R 1 Figur 3.1: Illustrasjon av en enkel diodelikeretter. Gjennomføring Kretsen ble tegnet i PSpice og komponentene ble satt til verdiene R 1 = 10kΩ og D 1 i modell 1N Senere ble det gjort en transitentanalyse for V 1 = 10V med frekvens f = 50Hz. Resultater Resultatene fra simuleringen er vist som et plot i Vedlegg 4. Diskusjon Da dioden slipper gjennom strøm i kun én retning vil alle negative utslag sett i dioden sin retning bli stoppet. Dette gir en rekke positive topper og perioder med null mellom hver topp. Da reelle dioder behøver en viss spenning V terskel for å slippe strøm gjennom vil spenninger fra signalkilden med V < V terskel også ses på som null. Figur 4.1: Illustrasjon av en enkel diodelikeretter med frekvensfilter. Gjennomføring Kretsen ble tegnet i PSpice og komponentene ble satt til verdiene R 1 = 1kΩ, D 1 i modell 1N4148 og C 1 = 10µF. Senere ble det gjort en transitentanalyse for V 1 = 10V med frekvens f = 50Hz. Resultater Resultatene fra simuleringen er vist som et plot i Vedlegg 5. Diskusjon På samme måte som i en enkel diodelikeretter får vil kun topper avskilt av perioder med null spenning, men i dette tilfellet vil spenningen også lade opp en kondensator. Kondensatoren vil lades ut i periodene med null spenning fra dioden og dermed gi en fallende spenning mellom toppene av positiv spenning fra dioden. Rippelspenningen ble beregner til V rippel = 7.18V. 2

4 5 Oppgave 5: Diodelikeretter med middels filterkondensator Bakgrunn Om en likeretter kombineres med et frekvensfilter vil spenningen V ut alltid være positiv i én retning. Spenningskildem veksler mellom å være V 1 og C 1. Spenningen fra kondensatoren vil være avhengig av kapasiteten til kondensatoren. V 1 D 1 Sindre Rannem Bilden V ut C 1 R 1 Figur 5.1: Illustrasjon av en enkel diodelikeretter med frekvensfilter. 6 Oppgave 6: Teori Et LP-filter kan konstrueres ved at man kobler en kondensator til jord, mens et HP-filter kan konstrueres ved at man kobler en kondensator i serie som i Figur 5.1. Hva sier dette deg om frekvensegenskapene til en kondensator? Hvordan fungerer denne sammenliknet med en spole? Svar: En kondensator starter på null motstand og bygger seg opp til å bryte kretsen når den er fulladet. Dermed vil lave frekvenser gi høy effektiv motstand da man lar kondensatoren lade seg opp og sette opp et motgående felt. En kondensator har derfor lavere reaktans ved høye frekvenser. En kondensator og en spole kan ses som inverse av hverandre da en spole starter med høy motstand på grunn av endring i magnetfelt men minker over tid. Spoler vil derfor ha høy reaktans ved høy frekvens og omvendt. Gjennomføring Kretsen ble tegnet i PSpice og komponentene ble satt til verdiene R 1 = 1kΩ, D 1 i modell 1N4148 og C 1 = 100µF. Senere ble det gjort en transitentanalyse for V 1 = 10V med frekvens f = 50Hz. Resultater Resultatene fra simuleringen er vist som et plot i Vedlegg 6. Diskusjon Når kondensatoren har høy kapasitet kan den levere høyere spenningn i perioden med null signal. Dermed blir rippelspenningen lavere: V rippel = 1.47V. 3

5

6

7

8

9

10

11

12