Labor für Grundlagen der Elektrotechnik. Protokollführer (Name, Vorname): ETP1-4. Konstantspannungsquelle, gesteuerte Quelle. Simulation mit PSpice

Transkript

1 Dpartmnt Informations- und lktrotchnik Studingrupp: Übungstag (Datum): Labor für Grundlagn dr lktrotchnik TP1-4 Protokollführr (Nam, Vornam): Witr Übungstilnhmr: Profssor: Tstat: Konstantspannungsqull, gsturt Qull Simulation mit PSpic Übrsicht Im rstn Til disr Laborübung soll in Silizium-Diod mit nichtlinarr I--Knnlini zum Aufbau inr Kostantspannungsqull ingstzt wrdn. s ist in Schaltung zu dimnsionirn und di Spannungsstabilisirung durch Pspic zu vrifizirn. Dr zwit Til bschäftigt sich mit dr Modllirung und Pspic-Simulation ins Glichspannungsvrstärkrs durch in gsturt Qull. Thortisch Grundlagn Baulmnt mit nichtlinarr I--Knnlini Arbitspunkt nichtlinarr Zwipol Qullnrsatzschaltbildr Ntzwrk mit gsturtn Qulln 1(5)

2 1. Konstantspannungsqull Nbn ihrr Glichrichtwirkung lassn sich Diodn auch zur Stabilisirung von Glichspannungn hranzihn. Mit dr abgbildtn Schaltung soll aus inr Battrispannung b mit inr Nnnspannung 4,5 V in stabilisirt Spannung L =1V am Lastwidrstand R L rzugt wrdn. L ist rlativ unabhängig vom Ladzustand dr Battri ( b ) und dr Blastung R L. R v 1N4148 R L 100 Ω b 4,5 V L Di I--Knnlin dr inzustzndn Klinlistungsdiod 1N4148 lässt sich nbn andrn Paramtrn dm Datnblatt zu ntnhmn: Klinlistungsdiod 1N 4148 Forward currnt vs. forward voltag T j : junction tmpratur ntnommn aus: NXP Smiconductors Datashts 2(5)

3 1.1 Vorbritungn Dimnsionirn Si mit Hilf dr I--Diodn-Knnlini dn Vorwidrstand R V, damit sich bi dr Battri-Nnnspannung (4,5V) am Lastwidrstand in Spannung von L =1V instllt Brchnn Si für dis Dimnsionirung di in dr Diod, im Vorwidrstand und im Lastwidrstand umgstzt Listungn. Wi gross ist bi disr Stabilisirung di Vrlustlistung im Vrhältnis zur Nutzlistung am Lastwidrstand? 1.2 Simulationn rstlln Si untr schmatics dn obn dargstlltn Schaltplan mit dm von Ihnn brchntn Vorwidrstand R V Simulirn Si di Schaltung für Battrispannungn b im Brich von 3 bis 6 V und übrprüfn Si di stabilisirnd Wirkung untr prob. rklärn Si Abwichungn zwischn Ihrn Brchnungn und dr Simulation Bstimmn Si bi b =4V di mpfindlichkit L dr Ausgangsspannung ggnübr Battrispannungsschwankungn. B Varirn Si nun in dr Schaltung bi dr Battrinnnspannung von B =4,5V dn Lastwidrstand R L im Brich von 1Ω bis 10 kω und haltn Si di Ändrung dr Spannung L ggnübr Laständrungn R L mit prob fst. Ab wlchn Wrtn ds Lastwidrstands kann di Schaltung als Spannungskonstantr bzichnt wrdn? rklärn Si das Absinkn von L untr 1V, wnn dr Lastwidrstand zu klin ist? 3(5)

4 2 Gsturt Qull Di Schaltung zigt inn sog. Glichspannungs-lktromtrvrstärkr mit shr hohm ingangswidrstand. Krn dr Schaltung bildt in sog. Oprationsvrstärkr (OP). Dr OP ist in Diffrnzvrstärkr mit positivm und ngativm ingang. r vrstärkt di Spannungsdiffrnz ( ) zwischn dn bidn ingängn mit inr i.a. shr grossn Spannungsvrstärkung V u >>10 3. Dis Spannungsvrstärkung ist xmplarabhängig und wird durch in äussr Bschaltung (Ggnkopplung) auf gringr Wrt stabilisirt. I OP R i 3 R 1 a 1 R V u 1 R OP-Glichspannungs-rsatzschaltung Dr OP kann zwischn sinm in- und Ausgang durch in spannungsgsturt Spannungsqull bschribn wrdn (sih rsatzschaltung rchts). R ist dr ndlich ingangswidrstand (Grössnordnung 100 kω) und R i dr ndlich Ausgangsinnnwidrstand ds OP (Grössnordnung 100 Ω). Durch di äussr Bschaltung mit dn Widrständn R 1 und R 2 bkommt di Gsamtschaltung a in dfinirt, xmplarunabhängig Gsamtvrstärkung V =, di nur von R 1 und R 2 abhängig ist. 2.1 Vorbritung Zichnn Si in rsatzschaltbild ds Vrstärkrs untr Vrwndung dr spannungsg sturtn Spannungsqull. a Brchnn Si allgmin di Vrstärkung V = für R und R i Dimnsionirn Si di Widrständ R 1 und R 2, so dass in Gsamtvrstärkung V = 10 rzilt wird. Dabi sollt R >> R1, R2 >> Ri inghaltn wrdn. 4(5)

5 2.2 Simulationn ditirn Si dn untr 2.1 gzichntn Schaltplan in Pspic. Bnutzn Si für dn OP in voltag-controlld voltag sourc aus dr Library. Wisn Si dn Bautiln Ihr untr 2.3 brchntn Wrt zu. Dabi sollt zunächst R >> R1, R2 >> Ri rfüllt sin. Wähln Si als ingangsspannung in DC-Spannungsqull mit 1 V Simulirn Si di Schaltung für di ingangsspannung zwischn 0 V...1V Stlln Si nach dr Simulation untr prob di Ausgangsspannung als Funktion dr ingangsspannung dar. Wlch Vrstärkung hat di Gsamtschaltung? Vrglichn Si di dargstlltn mit dn vorbrchntn Wrtn bzgl. drn Abwichung. Worin sind vtl. ntrschid bgründt? Mssn Si dn ingangswidrstand R in = dr Schaltung. I Vrändrn Si nun di lmnt ds OP (V u, R und R i ) und simulirn Si rnut. Wi wichn Ihr thortisch brchntn Wrt dr Gsamtvrstärkung von dn Mssrgbnissn ab, wnn a) di OP-Vrstärkung V u < 100 bträgt? b) di Randbdingungn für di Widrständ nicht rfüllt sind? 5(5)