Проект №2. Моделирование работы ключевого усилителя

 

            Как уже было сказано выше, одной из сильных сторон MICRO-CAP является моделирование работы сильно нелинейных режимов, поэтому продемонстрируем это на примере. Для примера рассмотрим схему представленную на рис. 11.

 

 

Рис. 11.

 

            Данная схема ключевого генератора была изобретена одной из самых первых, и называлась инвертором тока, а в последнее время ее классифицируют как двухтактный класс F_{инверсный}. Подробно о работе данной схемы можно узнать, например, из книги «Проектирование радиопередатчиков» под ред. В. В. Шахгильдяна 2000г. Я же расскажу о ней максимально кратко.

            На вход усилителя подается противофазное напряжение, амплитуда которого имеет достаточное значение, для того чтобы каждый из транзисторов находился или в полностью открытом или в полностью закрытом состоянии. При этом, для того чтобы каждый транзистор находился в отрытом или закрытом состоянии ровно половину периода, служит батарея V4. Транзисторы нагружены на параллельный колебательный контур, состоящий из емкости C2 и двух последовательных индуктивностей L1 и L2. Питание усилителя от батареи V3 происходит через блокировочный дроссель L4 величина которого выбирается из условия wL_др>>R_н, при этом через него течет постоянный ток, который попеременно протекает в течение первого полупериода через первый, а в течение второго полупериода - через второй транзистор. В результате образуются прямоугольные импульсы тока, которые поступают в параллельный колебательный контур. Благодаря фильтрующим свойствам контура, на нем образуется гармоническое напряжение.

            При сборке схемы помимо батареи, конденсатора, резистора и земли, которые аналогично первому проекту Вы сможете найти на панели Рис. 3. понадобятся индуктивность, транзистор и источник синусоидального колебания. Индуктивность можно найти в главном меню: Component->Analog Primitives-> Passive Components->Inductor. МДП транзистор: Component->Analog Primitives -> Active Devices ->DNMOS. После этого в появившемся окне Рис. 4. необходимо выбрать модель транзистора IRFP440. Источник синусоидального колебания: Component->Analog Primitives -> Waveform Sources-> Sine Source. Далее в значении Value Рис. 4. необходимо ввести название новой модели: EHF и нажать Ок. Теперь новую модель необходимо отредактировать. Это можно сделать, перейдя в текстовую область Рис. 8. Строку .MODEL EHF SIN ()  необходимо дополнить: .MODEL EHF SIN (F=50E3 A=12). Здесь F – частота колебаний равна 50 кГц, амплитуда равна 12 Вольт.

            Теперь можно переходить к моделированию переходных процессов.  Для этого в

меню необходимо выбрать: Аnalysis -> Transient…

            Появившееся меню необходимо заполнить как это сделано на рис. 12

 

 

                                                                                              Рис. 12.

 

 

            При этом будут построены три графика: v(Rn) – напряжение на нагрузке, Vds(M1) – Напряжение сток-исток транзистора М1, ID(M1) – Ток стока транзистора M1. 

            В столбце X Range (надпись оказалась обрезанной) необходимо ввести TMAX,TMAX-100u.

После запуска анализа будут получены следующие графики Рис. 13.

 

                                                           Рис. 13.

 

 

            Теперь необходимо убедится, что переходной процесс завершен. Для этого необходимо выделить необходимый график, кликнув по его названию мышкой. При этом надпись окажется подчеркнутой. После этого необходимо нажать на кнопку поиска максимума функции Рис. 14.

 

            Рис. 14.

При этом появится курсор, показывающий мгновенное значение напряжения на нагрузке. (его необходимо запомнить или записать). После этого необходимо повторно нажать на данную кнопку. При этом курсор покажет значение на другом периоде колебания. Если новое значение отличается от старого (а оно должно отличаться, поскольку я специально выбрал время переходного процесса недостаточным), необходимо увеличить время переходного процесса (Time Range см. Рис. 12), и повторить эксперимент. (это следует делать до тех пор, пока процесс не станет установившемся).

            Теперь определим мощность Р₁, P₀, и КПД. Для этого необходимо построить график тока через дроссель. Здесь нас будет интересовать значение, поскольку его форма нас не сильно интересует, так как это постоянный ток. Для этого в окне Рис. 12 в графе P (на рисунке она пустая и в ней установлен курсор) необходимо ввести цифру 3, и запустить процесс.

            Далее по полученным графикам (как это было описано выше) необходимо определить значение напряжения на нагрузке и тока дросселя.

            У меня получилось: U_н = 202.301,       I_Др = 6.36

 

Далее рассчитываем:

 

Мощность, отдаваемая в нагрузку:

 

P₁ = 0.5 * ( U_н²/R_н) = 0.5 *(202.301²/50) = 409.257 Вт

 

Мощность, потребляемая от источника питания:

 

P₀ = I_Др * E_П = 6.36 * 69 = 434.01 Вт

 

КПД усилителя:

 

КПД = P₁/P₀ = 94.297%

 

 

 

 

 

<- Назад    Главная