ESERCITAZIONI DI ELETTRONICA I

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1 ESERCITAZIONI DI ELETTRONICA I Le esercitazioni descritte nel seguito sono riferite all utilizzo di LTSpice IV free version che può essere reperito nel sito Esercitazione n.1 Simulazione SPICE di circuiti raddrizzatori. Questa prima esercitazione ha il doppio scopo di introdurre lo studente all uso del simulatore SPICE e di approfondire lo studio dei circuiti raddrizzatori studiati nel corso di teoria. E1. Raddrizzatore ad una semionda Disegno del circuito Per realizzare l analisi di questo circuito, come dei successivi, si fa riferimento al programma LTSpice IV. Una volta lanciato, l interfaccia del programma appare come segue

2 Per iniziare il disegno del circuito bisogna cliccare sull icona in alto a sinistra A questo punto tutti i comandi diventano attivi e bisogna inserire nel foglio gli elementi del circuito. Alla lista dei componenti disponibili si accede tramite il tasto component situato nella parte destra della barra di comando Cliccando su di esso appare la schermata

3 Dalla lista bisogna scegliere il tipo di componente che interessa, al quale si può puntare direttamente anche scrivendo il suo nome nella casella di testo. Per esempio, scrivendo diodo si ottiene:

4 Cliccando su OK il simbolo del diodo può essere trascinato sull area di disegno è piazzato nella posizione desiderata con un clic. Piazzato un diodo si rimane ancora nella stessa funzione fino a quando non si preme Esc. Per inserire il diodo con l orientazione desiderata lo si può ruotare, prima del clic, tramite i tasti Ctrl+R, oppure ribaltare tramite i tasti Ctrl+E (alle stesse funzioni si può accedere dal menu Edit ). Con lo stesso procedimento si può inserire nel disegno un generatore di tensione ( voltage nella lista componenti) ed una resistenza ( res ). A questo punto il disegno appare come segue Per collegare tra di loro i vari componenti si usa il tasto wire, indicato nella figura che segue,

5 il quale permette di disegnare i fili di collegamento e di ottenere quindi Manca ancora un elemento che NON BISOGNA ASSOLUTAMENTE DIMENTICARE: il riferimento di terra (ground). Bisogna cioè indicare obbligatoriamente dove si trova il nodo a potenziale zero. Il simbolo del ground lo troviamo sia nella barra di comando (insieme ad altri componenti di uso comune) sia nel menu Edit + Place GND.

6 Il disegno finale è, dunque, il seguente A questo punto bisogna specificare i dettagli dei componenti inseriti (per esempio il valore della resistenza, il tipo di diodo, il tipo di generatore di tensione, etc.). Notiamo che ogni componente è caratterizzato da due etichette: una rappresenta semplicemente il nome (V1, D1, R1, se ci fossero state più resistenze avremmo avuto R2, R3 etc), l altra specifica il valore oppure l identificativo del componente, come sarà più chiaro a breve. Cominciamo dallo specificare il valore della resistenza e impostiamola al valore di 1 kω. Avvicinando il cursore del mouse al componente desiderato il cursore si tramuta in un indice che punta al componente. Cliccando con il tasto destro si apre un menu dove è possibile fissare il valore della resistenza

7 Osserviamo l uso del simbolo k per indicare Spice riconosce p per pico n per nano, u per micro, m per milli, Meg per Mega Passiamo al diodo. In questo caso, cliccando come prima con il tasto destro, appare la seguente schermata: Cliccando su Pick New Diode si accede alla lista di tutti i modelli di diodo presenti nella libreria

8 In genere i diodi sono indicati con le loro sigle commerciali (altrimenti è possibile creare un proprio modello di diodo con i parametri desiderati, ma ciò esula dai nostri scopi), nella parte destra sono indicati i parametri del modello circuitale equivalente (per qualche dettaglio vedi l appendice del libro). Scegliamo il modello 1N4148 (trova su internet i data sheet per le caratteristiche complete). Infine ci resta da specificare le proprietà del generatore di tensione. Di nuovo accediamo al menu tramite clic con il tasto destro, compare la schermata La quale permette di specificare il valore della componente continua e l eventuale resistenza serie. Noi però siamo interessati ad un generatore sinusoidale, per impostare tale scelta bisogna cliccare su Advanced così da accedere al seguente menu

9 Nella parte in alto a sinistra si sceglie il tipo di generatore (SINE nel nostro caso), in basso a sinistra si settano i valori che caratterizzano la sinusoide, nel nostro caso impostiamo 0 come componente continua, 100 V come ampiezza di picco e 50 Hz come frequenza. A questo punto l impostazione del disegno e davvero finita e si può passare alla parte di analisi. Osserviamo solo che se è necessario fare delle modifiche (spostare componenti, ruotarli, etc) si può accedere ai componenti mediante i simboli Move e Drag presenti sulla barra dei comandi.

10 Impostazione della simulazione Per impostare il tipo di simulazione bisogna accedere al menu Simulate e da qui al menu Edit Simulation Cmd Si apre la seguente schermata : In alto compaiono le possibili modalità di analisi del circuito. Dal momento che, per il raddrizzatore, siamo interessati ad osservare l evoluzione delle varie grandezze in funzione del tempo, scegliamo la modalità Transient. L unico parametro che è obbligatorio impostare è lo Stop Time, cioè per quanto tempo vogliamo osservare il funzionamento del circuito. Dal momento che in ingresso abbiamo applicato un segnale periodico di frequenza 50 Hz (periodo 20 ms) è sufficiente guardare l evoluzione per un paio di periodi, impostiamo, quindi, 40 ms.

11 Osserviamo che nella parte bassa della finestra precedente compare la sintassi del comando Spice a livello netlist (.tran 40ms, per dettagli vedi l appendice del libro). Volendo è possibile scrivere direttamente tale comando sul foglio di lavoro. Dopo questa impostazione il disegno diventa Per lanciare la simulazione basta cliccare sul simbolo Run, La simulazione viene eseguita e compare l interfaccia grafica

12 A questo punto sono visualizzabili tutte le grandezze elettriche calcolate in funzione del tempo. Per accedere alla lista completa basta cliccare su Pick Visible Traces ed appare la schermata

13 Per caratterizzare il raddrizzatore è utile visualizzare sia la tensione di ingresso che la tensione di uscita, cioè sia V al nodo 1 (V(n001)), sia V al nodo 2 (V(n002)). Per vederle entrambe vanno selezionate entrambe ed il risultato è Visualizzando solo la tensione sulla resistenza si ha

14 Dal momento che non è facile, soprattutto in un circuito complesso, associare il numero che identifica il nodo con la sua posizione nel circuito, è possibile assegnare una label ai nodi di interesse, in modo che le grandezze che è possibile plottare appaiano associate alla label. Per esempio, per assegnare la label V1 al nodo sul quale preleviamo la tensione di ingresso, si deve cliccare sul simbolo Label net Compare la schermata

15 Nella casella di testo scriviamo il nome della label desiderata (V1 in questo caso) e premiamo OK. Compare, sul foglio di disegno, un box che possiamo trascinare nella posizione desiderata, che, in questo caso, è sul nodo superiore del generatore. Ripetendo anche per R1 si ha Facendo girare la simulazione con il tasto run e accedendo alla lista delle grandezze visualizzabili si troverà

16 Cioè, le grandezze non sono più riferite al numero d ordine dei nodi ma al nome che noi abbiamo assegnato ai nodi stessi.

17 Esercizi proposti 1. Sulla falsariga dell esempio appena svolto si simuli i comportamento del raddrizzatore a doppia semionda 2. Si aggiunga una capacità in parallelo alla resistenza, sia nel caso a singola che a doppia semionda, e si analizzi il risultato. 3. Si dimensioni la capacità per avere un ripple assegnato. 4. Si vari l ampiezza della sinusoide di ingresso per verificare i limiti dll approssimazione di diodo ideale. 5. Si vari il valore della resistenza di carico per verificare l effetto della resistenza serie del diodo. 6. Si aggiunga un diodo zener, in configurazione opportuna, per ottenere un alimentatore stabilizzato.

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