آموزش ltspice – بخش دوم {تحلیل Transient}

مقدمه

در جلسه دوم از آموزش LTSPICE|  قصد داریم با تحلیل Transient  آشنا شویم. مثل همیشه توصیه می کنیم برای درک بهتر این مطلب حتما جلسه قبل را از لینک زیر مطالعه کنید:

• آموزش LTSPICE بخش اول

تحلیل Transient

تحلیل Transient در حوزه زمان به تحلیلی گفته می شود که ما یک بارامتر مثل ولتاژ یا جریان را بر حسب زمان رسم کنیم. به زبان ساده تر به خروجی در یک محدوده زمانی نگاه کنیم. برای مثال در زیر ما یک مدار یکسوکننده را نیم موج را شبیه سازی کرده ایم. علاوه بر شبیه سازی آموزش داده ایم که چگونه میتوان یک منبع ولتاژ AC نیز به مدار اضافه کرد. همچنین توضیح داده ایم که چگونه یک دیود مشخص را انتخاب کنیم. 

مداری که در اینجا برای تحلیل Transient میخواهیم از آن استفاده کنیم ، مدار یکسوساز نیم موج می باشد. 

[post_shop]

گام اول :‌ساخت مدار

در ابتدا دیود و مقاومت و زمین و یک منبع تغذیه (مشابه با آنچه در جلسه قبل آورده شده ) وارد مدار خود کنید و مداری مطابق زیر بسازید:

سبس بر روی منبع تغذیه کلیک راست کنید و در پنجره باز شده بر روی Advanced کلیک کنید. در این صورت با پنجره ای مطابق شکل زیر روبرو می شوید :

در این پنجره مطابق شکل بالا از قسمت Function گزینه SINE را انتخاب کنید. ولتاژ منبع را 5 ولت و فرکانس آن را بر روی 1 کیلوهرتز تنظیم کنید و گزینه Ok را بزنید.  (نیاز به توضیح نیست که منبع تغذیه خود را به یک منبع تغذیه AC  سینوسی با دامنه 5 ولت و فرکانس 1کیلوهرتز تبدیل کرده ایم.)

در گام بعد باید نوع دیود را انتخاب کنیم. برای تعیین نوع دیود ابتدا بر روی آن کلیک راست کنید و در پنجره باز شده گزینه Pick New Diode را بزنید. در این صورت با پنجره ای مطابق شکل زیر روبرو می شوید. 

مطابق شکل بالا دیود 1N4148 را که از دیودهای معروف می باشد انتخاب کنید. 

در مرحله بعد نیز مقدار مقاومت را برابر 1 کیلوهرتز قرار دهید. (در جلسه قبل در مورد نحوه تنظیم مقدار مقاومت توضیحات لازم ارایه شده است.)

در پایان نیز سیم بندی مربوط به مدار را انجام دهید. اگر همه چیز را به درستی انجام داده باشید باید با شکلی مشابه شکل زیر روبرو شوید : 

گام دوم : تحلیل مدار

حال آماده ایم تا تحلیل Transient  مدار را انجام دهیم. برای تحلیل مدار از منوی Simulate گزینه Edit Simulate Cmd را انتخاب کنید. صفحه ای که روبروی خود مشاهده میکنید ، صفحه ای است که میخواهیم تنظیمات مربوط به تحلیل Transient را انجام دهیم. 

در قسمت Stop Time مشخص میکنیم که قصد داریم تا چه زمانی شبیه سازی را ادامه دهیم. (همانطور که گفتیم تحلیل Transient زمانی تحلیل یک سیگنال در  زمان است و نیاز داریم تا زمان Stop Time را مشخص کنیم.) . ما مقدار Stop Time را برابر با 3m یعنی 3 میلی ثانیه قرار می دهیم. سپس بر روی Ok کلیک کنید. 

همانطور که مشاهده میکنید یک .tran 3m به موس شما می چسبد. آن را در جای مناسب قرار دهید. tran. به این معنی است که ما میخواهیم تحلیل Transient انجام دهیم و 3m نیز به معنای این است که مدت زمان شبیه سازی 3 میلی ثانیه است. 

ما میخواهیم مشاهده کنیم که آیا این مدار به عنوان یکسو کننده عمل می کند یا خیر. به همین علت یک گره خروجی بعد از دیود قرار می دهیم تا تغییرات ولتاژ آن را مشاهده کنیم. (در مورد نحوه قرار دادن یک گره در مدار در جلسه قبل توضیحات لازم ارایه شده است. ) مدار نهایی شما به شکل زیر می باشد:

با زدن گزینه Run میتوانیم شبیه سازی را شروع کنیم. هنگامی که این گزینه را می زنید ابزاری به نشانگر موس می چسبد که به کمک آن میتوان ولتاژ نقاط مختلف را مشاهده کرد. ابتدا آن را قبل از دیود قرار دهید و نتیجه را مشاهده کنید.  باید به شکلی شبیه به شکل زیر برسیم.

از شکل بالا چند نکته را میتوان دریافت. 

نکته اول دامنه مدار می باشد. اگر یادتان باشد در ابتدا جلسه مقدار دامنه ولتاژ را روی 5 ولت تنظیم کردیم. همانطور که در شکل بالا نیز مشاهده میکنید ولتاژ بین 5- ولت تا 5+ ولت نوسان می کند. 

نکته دوم نیز فرکانس منبع تغذیه می باشد. ما فرکانس را روی 1 کیلوهرتز تنظیم کردیم. این بدین معناست که ما انتظار داریم یک دوره تناوب سیگنال خروجی منبع تغذیه به اندازه 1 میلی ثانیه طول بکشد. با نگاهی به مدار نیز این موضوع را به خوبی مشاهده میکنیم. 

نکته سوم نیز زمان Stop Time می باشد. همان طور که میبینید محور زمان تا 3 میلی ثانیه وجود دارد. چون ما زمان Stop Time را در تحلیل Trnasient بر روی 3 میلی ثانیه تنظیم کرده بودیم. 

حال اجازه دهید ولتاژ بعد از دیود را اندازه بگیریم. همانطور که گفته شد این مدار یک مدار یک سوکننده است. باید ببینیم این رفتار را میتوانیم مشاهده کنیم یا خیر. با کلیک بر روی نقطه گره خروجی نمودار دیگری در نمودار خروجی به ما نشان داده می شود که مطابق شکل زیر است : 

همانطور که میبینید مدار به درستی کار می کند و دیود برای ما عمل یکسوسازی را انجام داده است. در واقع دیود ولتاژهای منفی را عبور نداده است وفقط ولتاژهای مثبت را عبور می دهد. 

حال اجازه دهید کمی با این مدار کار کنیم. 

اگر دقت کنید بین ولتاژ یکسوساز شده و ولتاژ منبع تغذیه یک اختلاف ولتاژی وجود دارد. اگر بر روی نمودار زوم کنیم مشاهده میکنیم که این اختلاف ولتاژ تقریبا برابر با 0.65 ولت می باشد. برای درک بهتر بیایید کمی عملیات ریاضی انجام دهیم .

بر روی Vn001 کلیک راست کنید.(در بالا نمودار یک متن سبزرنگ به نام Vn001 وجود دارد. روی آن کلیک راست کنید.) صفحه ای مطابق شکل زیر برای شما باز می شود: 

در این صفحه مطابق شکل بالا مقدار Vn001 را از مقدار (V(vout  (که ولتاژ بعد از دیود می بشد) کم کنید. مشاهده میکنید که نمودار سبز رنگ تقریبا برابر با یک عدد ثابت می باشد. در واقع این مقدار ثابت همان حدود 0.7 ولتی است که دیود باعث افت ولتاژ آن می شود. 

[/post_shop]

اگر خوب به نمودار دقت کنید میبینید که تا وقتی که ولتاژ ورودی منفی است که خروجی صفر می باشد. از وقتی که خروجی شروع به مثبت شدن میکند تا حدود 0.7 ولت باز هم خروجی صفر می باشد. چون با یک دیود سروکار داریم و این دیود باعث افت ولتاژ 0.7 ولتی سیگنال ورودی می شود. از آنجا به بعد با اضافه شدن ولتاژ صرفا دیود 0.7 ولت از ولتاژ خروجی کم می کند و آن را در خروجی می برد. به همین علت هم انتظار داریم که اختلاف ولتاژ بین سیگنال ورودی و سیگنال گره خروجی تقریبا یک مقدار ثابتی باشد که همین اتفاق هم افتاده است. 

ما در یک جلسه به صورت کامل در مورد مدارهای یکسوکننده به صورت تیوری توضیح خواهیم داد. اگر مباحث تیوری آن را به صورت کامل متوجه نشدید اصلا نگران نباشید.

مثل همیشه در پایان جلسه یک تمرین آورده شده است تا به درک بهتری از این موضوع برسید. حتما این تمرین را به صورت کامل انجام دهید. 

مثل همیشه میتوانید ما را در تلگرام و یا اینستاگرام دنبال کنید :