PartSim教程：模擬電源

PartSim是一個(gè)基于 Web 的應(yīng)用程序，它允許您在線(xiàn)創(chuàng)建和模擬電子電路，而無(wú)需在您的計(jì)算機(jī)上安裝其他軟件。在本文中，我們將繼續(xù)探索這個(gè)強(qiáng)大的模擬系統(tǒng)所提供的可能性。

電源

在第二篇文章中，我們將檢查和模擬一個(gè)簡(jiǎn)單電源的行為。這是一個(gè)經(jīng)典的 5V 電源，由一個(gè)變壓器、一個(gè)二極管橋、一些平滑電容器、一個(gè)用于精確穩(wěn)定電壓的齊納二極管和一個(gè)功率晶體管組成。如果它連接到微型 USB 連接器，它可用于為小型設(shè)備供電或?yàn)?a target="_blank">智能手機(jī)充電。請(qǐng)記住，要使用 PartSim，不需要下載任何程序；你只需要一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)連接和瀏覽器。這意味著任何帶有任何操作系統(tǒng)的 PC 都可以成功使用。

經(jīng)典電源方案

在www.partsim.com 上注冊(cè)并登錄后，我們就可以創(chuàng)建電路了。該網(wǎng)站的主頁(yè)允許我們通過(guò)按下“新建項(xiàng)目”按鈕立即開(kāi)始創(chuàng)建新電路，我們可以在其中將電子元件放置在工作表上。由于電子元件的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)特別豐富，相對(duì)搜索可能有點(diǎn)困難，方便的“搜索”框幫助我們。在這里，我們可以輸入要搜索的元素的第一個(gè)字符，如圖 1 所示。

圖 1：組件搜索工具

選擇相關(guān)類(lèi)別后，通過(guò)在圖紙上拖動(dòng)來(lái)執(zhí)行電子元件的定位。要?jiǎng)?chuàng)建電氣連接，只需在組件的各個(gè)端子之間拖動(dòng)鼠標(biāo)即可。圖 2 中可見(jiàn)的接線(xiàn)圖涉及一個(gè)簡(jiǎn)單的電源。使用的電子元件如下：

V1：325 V (230 VRMS) 和 50 Hz 的正弦電壓源

K1：約 16 V (10 VRMS) 的變壓器（實(shí)際上，它由兩個(gè)耦合電感組成；初級(jí)電感為 4 H，次級(jí)電感為 7 mH）

D1：1N 4004二極管（或等效）

D2：1N 4004 二極管（或等效）

D3：1N 4004 二極管（或等效）

D4：1N 4004 二極管（或等效）

C1：4,700μF 和 25V 電解電容器

R1：1K 和 0.25W 電阻器

Q1：2N3055 NPN功率三極管

Z2：5.6 V 和 0.5 W 的1N5232B齊納二極管，或等效的

C2：1,000 μF 和 16 V 的電解電容器

R2：通用負(fù)載（示例中為 20 Ω）

圖 2：使用 PartSim 創(chuàng)建的電源接線(xiàn)圖

一個(gè)非常有用的選項(xiàng)是查看原理圖中使用的組件的物料清單 (BOM)，如圖 3 所示。

圖 3：電源圖的 BOM

模擬

在設(shè)計(jì)接線(xiàn)圖并檢查所有連接是否正確后，我們可以立即開(kāi)始仿真。我們要分析電路各個(gè)節(jié)點(diǎn)的連續(xù)和交流電信號(hào)。為此，請(qǐng)單擊“探針”選項(xiàng)卡并選擇您想知道其結(jié)果的組件或電源線(xiàn)。特別是，如圖 4 所示，可以：

點(diǎn)擊電源線(xiàn)了解電壓

點(diǎn)擊電子元件了解通過(guò)它的電流

圖 4：電壓和電流的測(cè)量

可能的模擬是：

直流偏置

直流甜

交流分析

瞬態(tài)響應(yīng)

僅啟用最后一個(gè)選項(xiàng)，按“運(yùn)行”按鈕指定 0 毫秒（開(kāi)始時(shí)間）和 0.25 秒（停止時(shí)間）之間的模擬。幾秒鐘后（取決于服務(wù)器過(guò)載），系統(tǒng)顯示指定點(diǎn)的波形。如果您將鼠標(biāo)移到波形圖上，您可以看到有關(guān)信號(hào)的附加信息。

電壓測(cè)量

該分析旨在檢查電路中各個(gè)點(diǎn)的電壓。這些是最重要的節(jié)點(diǎn)，在這些節(jié)點(diǎn)中可以驗(yàn)證和控制電子元件的工作點(diǎn)。讓我們從觀(guān)察節(jié)點(diǎn) A 和 B 處可測(cè)量的交流電壓開(kāi)始。 測(cè)量參考以下幾點(diǎn)：

節(jié)點(diǎn) A 是 230-VRMS 家用交流電網(wǎng)的電壓。它的零峰值是 325 V。它可能很危險(xiǎn)。

節(jié)點(diǎn) B 是變壓器輸出端的電壓。它較低，最重要的是與初級(jí)電氣隔離。

在這些點(diǎn)上創(chuàng)建兩個(gè)“探針”，然后按 Web 界面上的“運(yùn)行”按鈕開(kāi)始模擬。片刻之后，您將觀(guān)察到跡線(xiàn)，如圖 5所示。每條電源線(xiàn)都可以重命名，使相關(guān)波形圖更清晰易讀。

圖 5：示波圖

在這種特定情況下，我們將名稱(chēng)“Transf_IN”分配給變壓器輸入，將“Transf_OUT”分配給其輸出。由于使用了光標(biāo)，我們可以在變壓器輸入端測(cè)量 325 V 的峰值電壓，在輸出端測(cè)量 13.6 V 的峰值電壓。兩個(gè)正弦信號(hào)（即初級(jí)和次級(jí)電壓）顯然彼此同相，即變壓器降低電壓但不改變相對(duì)相位。下面，您可以看到從正弦信號(hào)的零峰值電壓開(kāi)始計(jì)算 RMS 電壓的公式：

現(xiàn)在讓我們可視化兩個(gè)整流后的信號(hào)：

節(jié)點(diǎn) C 是二極管電橋輸出端（以及晶體管集電極上）的信號(hào)，包含整流信號(hào)。

節(jié)點(diǎn) E 是晶體管發(fā)射極上的實(shí)際輸出信號(hào)，是負(fù)載使用的信號(hào)。由于晶體管和齊納二極管的工作，它是穩(wěn)定的。

如圖 6 所示，節(jié)點(diǎn) C 上的信號(hào)約為 12.5 V，包含輕微的“紋波”，在輸出端幾乎完全消失。另一方面，節(jié)點(diǎn) E 上的信號(hào)與電源的輸出有關(guān)，大約為 5 V。實(shí)際上，通過(guò)用不同值（連同電阻 R1 )，可以選擇設(shè)備輸出的電壓。最后，由于發(fā)射極和基極之間的電位差約為 0.7 V，節(jié)點(diǎn) D（對(duì)應(yīng)于晶體管的基極）上的電壓略高于節(jié)點(diǎn) E 上的電壓。

圖 6：二極管電橋輸出端和電源輸出端的波形圖

“漣漪”

輸出電壓上的殘余紋波是由連接到輸出的負(fù)載吸收的電流引起的。這是由平滑電解電容器的連續(xù)充電和放電階段決定的。負(fù)載吸收的電流越低，電容器的電容越大，紋波越低。圖 7 顯示了紋波信號(hào)的放大圖。它的幅度很低，即：

此時(shí)，計(jì)算其百分比很簡(jiǎn)單。

圖 7：電源輸出端的紋波信號(hào)

電流測(cè)量

現(xiàn)在讓我們檢查通過(guò)各個(gè)組件的電流。此信息非常有用，因?yàn)樗试S您評(píng)估電子組件是正常工作還是在壓力條件下工作，超出了制造商設(shè)置的工作限制。此信息可在www.datasheets.com上找到。要獲取設(shè)備上的電流，只需在定義探頭期間單擊它即可。指針變成電流鉗。下面的結(jié)果顯示了電源圖的一些電子元件中電流的通過(guò)：

I (R1) 是齊納二極管的極化電阻：6.9 mA

I (Zener) 是通過(guò)齊納二極管的電流：約 5 mA

I（發(fā)射極）是流過(guò)晶體管發(fā)射極的電流：240 mA

I (R2) 是流過(guò)負(fù)載的電流：240 mA

結(jié)論

PartSim 再次被證明是一款出色的模擬器，并提供了可靠和準(zhǔn)確的結(jié)果。它是一種強(qiáng)大的工具，可用于在線(xiàn)創(chuàng)建具有各種可用組件的電氣和電子電路?？梢詮念^開(kāi)始創(chuàng)建項(xiàng)目或?qū)胍郧皹?gòu)建的模型并添加許多其他組件。

審核編輯：湯梓紅