МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева» Институт информатики и телекоммуникаций (ИИТК) Безопасность информационных технологий (БИТ) ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1 Анализ схем по постоянному току и во времени Преподаватель Кустов Н. Д подпись, дата Обучающийся БКБ22-01 221275018 Коробейников К.А. подпись, дата Красноярск 2023 Цель работы. Изучение некоторых средств анализа схем в Qucs-S. Задачи работы Знакомство с Qucs-S; Изучение анализа по постоянному току на примере резистивного делителя напряжения; Изучение средств временного анализа на примере однополупериодного выпрямителя. Ход работы Анализ по постоянному току В Qucs-S в разделе «Моделирование» выберите симулятор по умолчанию Ngspice и укажите путь к исполняемому файлу. Рисунок 1 Введите элементы R=1кОм, конденсатор C=1мкФ, индуктивность L=1 мГн. Рисунок 2 Составьте схему с параллельным соединением 2 элементов. 2 Рисунок 3 Введите электрическую цепь (схему) с источником постоянного тока 5В и тремя резисторами по 1кОм, два из которых включены параллельно. Рисунок 4 Подсоединяем элемент «заземления» в узле схемы, в которой потенциал должен быть равен 0. Рисунок 5 Далее выведем номера узлов. 3 Рисунок 6 Выберем «моделирование на постоянном токе» (DC) и «Развертка параметра» со следующими числовыми параметрами: Рисунок 7 Далее необходимо запустить моделирование. 4 Рисунок 8 – моделирование успешно Добавить на странице просмотра график – «Декартовая диаграмма». На графике необходимо отобразить следующие кривые – напряжения в точках n1 и n2. Рисунок 9 5 Рисунок 10 - график Рисунок 11 – точные значения параметров в различных точках графика 4.2. Временной анализ Рассмотрим временной анализ на примере исследования работы однополупериодного выпрямителя. Соберем схему. 6 Рисунок 12 Выбираем миллисекунд. временной анализ. Время моделирования 100 Рисунок 13 Установим две переменные, выводимые на экран. По оси Х время для обоих графиков, первый график (синий) отображает напряжение на выходе источника синусоидального напряжения, второй график (красный) отображает напряжение на нагрузке. 7 Рисунок 14 Диод работает как положено. Чтобы получить на выходе постоянное напряжение без пульсаций необходимо перед нагрузкой схемы поставить пассивный RC-фильтр. Но в простейшем случае можно поставить конденсатор. Рисунок 15 Перестройте график. Выходное напряжение приобретает постоянную форму, и таким образом, мы убеждаемся, что однополупериодный выпрямитель на одном диоде работает должным образом. 8 Рисунок 16 Задания для выполнения 2. Рассчитайте общее сопротивление схемы в задании 4.1. Для схемы 3 самостоятельно (вручную) проведите анализ по постоянному току (постройте графики). Графики линейные, поэтому для простоты рассчитайте значения всего в 2-3 точках. Сравните ваши результаты и результаты полученные Qucs-S. Общее сопротивление схемы: 𝑅3 ∗ 𝑅4 1 𝑅2 + = 1 + = 1,5 кОм 𝑅4 + 𝑅3 2 Рисунок 17 9 3. В задании 4.1 замените резистор R2 на конденсатор емкостью 100 МкФ (1 МкФ, 0.01 МкФ). Представьте графики изменения выходного напряжения от входного напряжения при различной емкости конденсатора. Почему графики не меняются? Рисунок 18 Емкость конденсатора не влияет на выходное напряжение, так как он характеризуется реактивными свойствами и проявляет себя при переменном токе. 4. В задании 4.2 замените емкость конденсатора на 1 МкФ, 0,1 МкФ. Что произошло с выходной характеристикой? Объясните. При увеличении емкости конденсатор будет заряжаться и разряжаться более медленно. Это приведет к тому, что выходная характеристика будет иметь более плавный и медленный переходный процесс. При уменьшении емкости конденсатора временная константа уменьшается, что означает, что конденсатор будет заряжаться и разряжаться более быстро. Это приведет к тому, что выходная характеристика будет иметь более резкий и быстрый переходный процесс. 10 Рисунок 19 – 1 МкФ Рисунок 20 – 0,1 МкФ 5. Найдите в Интернете изображение и характеристики диода КД521А. Проведите их анализ. Основные технические характеристики диода КД521А: Uoбp max - Максимальное постоянное обратное напряжение: 75 В Inp max - Максимальный прямой ток: 50 мА Unp - Постоянное прямое напряжение: не более 1 В при Inp 50 мА Ioбp - Постоянный обратный ток: не более 1 мкА при Uoбp 75 В 11 tвoc обр - Время обратного восстановления: 0,004 мкс Сд - Общая емкость: 4 пФ Максимально допустимая частота - 100 МГц КД521 эксплуатируются при температуре окружающей среды от -60 до +125°C Рисунок 21 – диод КД521А 6. Чем можно объяснить, что средневыпрямленное напряжение меньше мгновенного значения входного синусоидального сигнала? Средневыпрямленное напряжение – это среднее значение напряжения, полученное после выпрямления переменного напряжения. Оно показывает постоянную составляющую переменного напряжения и измеряется в вольтах. Во время выпрямления, отрицательные полупериоды синусоидального сигнала удаляются, оставляя только положительные полупериоды. Это приводит к тому, что среднее значение напряжения становится меньше мгновенного значения, так как отрицательные значения исключены из усреднения. 7. Какова частота и значение амплитуды промышленной сети переменного тока? Измените на эти значения параметры генератора V1. Что произошло? Частота = 60Hz Значение амплитуды переменного тока 220 В Максимальное постоянное обратное напряжение диода KD521A - 75 В и не рассчитан на напряжение 220 В. 12 Рисунок 22 Замените диод в схеме на 1N4005. Что произошло теперь? Найдите в Интернете характеристики диода 1N4005. Исследуйте их и объясните, почему схема с этим диодом стала работать нормально? Максимальное обратное напряжение диода 1N4005 – 600В. Он рассчитан на 220 В. Рисунок 23 13 Рисунок 24 – характеристики диода 1N4005. 8. Найдите в Интернете и создайте в Qucs-S схему двухполупериодного мостового выпрямителя. Входное напряжение синусоидальное 10 В, 100Гц. Используйте диод 1N4148. Рассчитайте и/или подберите выходную емкость. Представьте соответствующие графики. Рисунок 25 14 Рисунок 26 15
