基于Protuse可控硅調(diào)壓電路動態(tài)仿真

趙群

摘 要：利用Protuse軟件進(jìn)行可控硅調(diào)壓電路動態(tài)波形仿真，完成對可控硅調(diào)壓電路中整流、張弛振蕩、可控硅調(diào)壓各模塊電路實(shí)際工作狀態(tài)模擬，產(chǎn)生直觀的動態(tài)波形變化過程，利于了解可控硅調(diào)壓電路的工作原理，掌握單結(jié)晶體管與可控硅的使用方法。

關(guān)鍵詞：Protuse 可控硅 仿真 調(diào)壓

中圖分類號：TN341 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0112-02

Dynamic Simulation of SCR Regulator with Protuse

Zhao Qun

（Bohai Shipbuiling Vocational College，Liaoning HuLuDao，125003，China）

Abstract：Dynamic Simulation of SCR Regulator circuit with Protuse， simulated work status of rectification，relaxation oscillation， SCR regulator， resulting in intuitive dynamic waveform change process， conducive to understanding SCR voltage regulator circuit works， master Single Transistors and thyristor is used.

Key Words：Protuse；SCR；Regulator；Simulation

目前很多書籍中都介紹了這個電路，通過此電路可以了解可控硅、單節(jié)晶體管等元件的工作原理，深入掌握整個電路的工作原理與實(shí)際應(yīng)用意義。在大學(xué)電力電子學(xué)中是必講內(nèi)容，也是學(xué)生實(shí)訓(xùn)常用的項(xiàng)目。整個電路雖然簡單，但要真正完全理解電路中每個元件的作用及整個電路工作原理是非常困難的，需要對電路知識有深刻的學(xué)習(xí)。而在書籍解釋和教師的講解中并不能直觀的了解電路工作原理，尤其是電路中信號波形的變化是無法用文字和圖片的形式來描述。我們可以通過利用Protuse軟件模擬的形式來深度剖析整個電路的工作原理及波形變化。

1 可控硅調(diào)壓電路原理分析

可控硅是一種新型的半導(dǎo)體器件，它具有體積小、重量輕、效率高、壽命長、動作快以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，目前交流調(diào)壓器多采用可控硅調(diào)壓器。這里介紹一臺電路簡單、裝置容易、控制方便的可控硅交流調(diào)壓器，這可用作家用電器的調(diào)壓裝置，進(jìn)行照明燈調(diào)光，電風(fēng)扇調(diào)速、電熨斗調(diào)溫等控制。

本文中使用24 V白熾燈作為模擬負(fù)載，整個電路正常工作時，調(diào)節(jié)電位器RP的大小可以對燈泡的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)上也就是控制可控硅的導(dǎo)通時間來完成對亮度的調(diào)節(jié)，所以此電路也可以叫做可控硅調(diào)光電路。下面對電路的原理進(jìn)行整體分析。

如圖1所示，二極管D1—D4組成橋式整流電路，單結(jié)晶體管T構(gòu)成張弛振蕩器作為可控硅的同步觸發(fā)電路。當(dāng)變壓器次級線圈輸出36V交流電通過二極管D1—D4整流，在晶閘管VT與燈泡兩端形成一個脈動直流電壓，該電壓由電阻R1降壓后作為觸發(fā)電路的直流電源。在交流電的正半周時，整流電壓通過R5、RP對電容C1充電。當(dāng)充電電壓達(dá)到單結(jié)晶體管T的峰值電壓時，單結(jié)晶體管T由截止變?yōu)閷?dǎo)通，于是電容C1通過單結(jié)晶體管T的e、b1結(jié)和R3迅速放電，結(jié)果在R2上獲得一個尖脈沖，如圖2所示。這個脈沖作為控制信號送到可控硅VT的控制極G，使晶閘管導(dǎo)通。當(dāng)交流電通過零點(diǎn)時，晶閘管自關(guān)斷。當(dāng)交流電在負(fù)半周時，電容C1又從新充電……如此周而復(fù)始，當(dāng)改變RP阻值時使得單結(jié)晶體管導(dǎo)通角發(fā)生改變，從而改變了可控硅的導(dǎo)通時間控制燈泡上電壓，燈泡可以呈現(xiàn)明暗變化。

在原理分析中導(dǎo)通角變化是比較難理解的問題，因?yàn)樵趫D2中只分析了張弛振蕩部分波形變化，并沒有體現(xiàn)導(dǎo)通角變化。如果要反映導(dǎo)通角變化就要用RP變化時產(chǎn)生的兩種狀態(tài)波形變化進(jìn)行比較才可以清楚的體現(xiàn)。利用Protuse模擬仿真整個過程就可以清楚的反映這一過程。

2 Protuse模擬分析電路

2.1 電路仿真軟件

目前電路模擬軟件有多，比如有Pspice、 Multisim、Saber、Proteus等。這些軟件各有各的特點(diǎn)，Pspice、 Multisim、Saber軟件功能強(qiáng)大模擬電子電路仿真較好，但軟件掌握使用方法較難。但Proteus軟件上手較快，而且和其他軟件及外部硬件可以協(xié)同仿真，界面操作較為真實(shí)。所以我們使用Proteus軟件對可控硅調(diào)壓電路進(jìn)行仿真模擬。

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但由于其使用簡單已受到單片機(jī)愛好者、從事電工電子教學(xué)的教師、致力于電路開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。本文使用Proteus軟件制圖、仿真完成對可控硅調(diào)壓電路的動態(tài)過程。

2.2 仿真過程

首先利用Protuse選擇元件并建立電路原理圖，如圖3所示。整個電路圖與圖1所示電路圖元件符號有所區(qū)別，但工作特性是一樣的。我們?yōu)榱朔治鲭娐分械牟ㄐ巫兓梢约尤胩摂M示波器及交流電壓表觀察燈泡上電壓變化。其中示波器為A、B、C、D四通道示波器，分別取電路中二極管整流、電容、單結(jié)晶體管、可控硅G級四個點(diǎn)的波形變化。

在仿真過程中改變RP電阻值，觀察二極管整流、電容、單結(jié)晶體管、可控硅G級四個點(diǎn)上波形的變化，對比兩種狀態(tài)下個點(diǎn)波形變化可以清晰反應(yīng)電路的實(shí)際工作過程，并可通過波形狀態(tài)研究電路工作原理，基本可以滿足分析要求。

在圖4中列出了RP值變化時兩種狀態(tài)所對應(yīng)波形變化。在仿真過程中清楚的看到二極管整流、電容、單結(jié)晶體管、可控硅G級四個點(diǎn)的波形變化。在波形B一個周期中對應(yīng)波形C可以產(chǎn)生多個周期，其中波形C的第一個波峰產(chǎn)生時間會隨著RP變化而變化，這就是導(dǎo)通角的變化，那么導(dǎo)通角導(dǎo)通時間越早對應(yīng)的可控硅導(dǎo)通時間越長，燈泡上所得到的電壓越大，燈泡的亮度越高。

3 結(jié)論

通過結(jié)果可以反映出電路原理分析利用軟件完成仿真可以清楚的展現(xiàn)電路整體的工作過程，實(shí)現(xiàn)電路波形動態(tài)分析。所以利用軟件進(jìn)行電路仿真可以加深對電路的理解，加快電路設(shè)計(jì)的步伐。電路仿真軟件是電路學(xué)習(xí)的必備工具。

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