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ESERCIZIO DC5
Si valuti la caratteristica ingresso-uscita in continua di un raddrizzatore a semionda
e la corrente del diodo, assumendo una resistenza di carico pari a R1=1 k
Successivamente si confrontino i risultati, giustificando lo scostamento dei risultati
carta e penna rispetto alle simulazioni, sulla base delle approssimazioni introdotte.
ANALISI CARTA E PENNA:
Si assuma il modello del diodo a caduta di tensione costante, ovvero un
generatore di tensione Von0.7 V in polarizzazione diretta ed un circuito aperto in
polarizzazione inversa. Utilizzando questo modello, in un raddrizzatore a semionda
il diodo entra in conduzione quando la tensione di ingresso vin supera il valore
Von0.7 V, mentre rimane spento per valori inferiori. Pertanto per vinVon si ha
Vout=vin-Vonvin-0.7 V, mentre per vin<Von il diodo è spento, quindi la corrente su
R1 (che è uguale a quella del diodo) è nulla, e di conseguenza lo è anche la sua
caduta di tensione. In sintesi la caratteristica ingresso-uscita in continua di un
raddrizzatore a semionda è
Vout=vin-Vonvin-0.7 V
Vout=0
il cui grafico è
per vinVon
per vin<Von
In realtà, la “spigolosità” della
curva nell’intorno di vin=Von è
conseguenza dell’assunzione che il
diodo
cambi
bruscamente
comportamento
passando
dalla
polarizzazione inversa a quella
diretta. In realtà la caratteristica
esponenziale del diodo è certamente
meno “brusca”, e quindi è prevedibile che in simulazione la caratteristica ingressouscita non presenti “spigoli”.
La corrente del diodo, ovvero quella che circola nella resistenza R1, dalla legge
di Ohm è data da Vout/R1 e quindi è pari a
ID1=vin-Von/ R1
ID1=0
per vinVon
per vin<Von
SIMULAZIONE DEL CIRCUITO CON PSPICE
Disegnare il circuito proposto, avendo cura di associare l'etichetta (label) VOUT al
nodo di uscita e di inserire un marker di tensione sullo stesso nodo.
Il marker di tensione serve per informare il simulatore qule è il nodo la cui tensione
(rispetto alla massa) si vuole visualizzare sull'asse Y della caratteristica di
trasferimento.
Con la simulazione DC Sweep si può tracciare la caratteristica di trasferimento
statica del raddrizzatore a semionda calcolando il valore di tensione del nodo
VOUT mediante una successione di simulazioni DC parametriche, variando di
volta in volta il valore del generatore VIN (generatore indipendente di tensione).
Per impostare tale simulazione selezionare Analisys->setup, nella finestra che si
apre, abilitare la simulazione DC
Sweep e selezionare il tasto di
configurazione per aprire la finestra
raffigurata a lato.
Qui diciamo al simulatore che
vogliamo effettuare un certo numero
di analisi DC del circuito variando di
volta in volta il valore del generatore
di tensione chiamato VIN, da -10V a
10V con incremento costante di 0.2V.
Simulato il circuito, per ciascun nodo e per ciascun ramo dei vettori di tensioni e
correnti memorizzati in un file binario con estensione *.dat.
Scegliamo per il modello del diodo gli stessi parametri dell'esercizio DC1 e
simuliamo. Alla fine della simulazione, se non ci sono errori, appare la finestre con
il grafico della caratteristica di trasferimento, in cui si nota facilmente l'effetto della
tensione di soglia.
In questa finestra sono disponibili una serie di funzioni per la manipolazione dei
risultati della simulazione, per esemipo, per ingrandire una zona del grafico
selezionare View->Zoom-> area e selezionare con il mouse l'area rettangolare che
si intende ingrandire.
Per effettuare dei rilievi numerici dal grafico sono molto utili i due cursori,
attivabili selezionando trace->cursor->display. Nella finestra che si apre, per
ciascun cursore, che può essere spostato usando il pulsante destro e sinistro del
mouse, è visualizzato il valore dell'ascissa e dell'ordinata. Pur avendo effettuato un
numero limitato di simulazioni DC, il grafico appare continuo perché i punti sono
interpolati linearmente. L'interpolazione può portare a degli errori in fase di
interpretazione del grafico, per evidenziare i punti effettivamente calcolati dal
simulatore selezionare:Tolls->options e nella finestra che appare selezionare la
casella Mark Data Points
E' interessante rappresentare anche l'andamento della corrente nel diodo in
funzione di VIN, ma poiché quest'ultima avrà un valore molto diverso da quello
della tensione, è consigliabile impostare un grafico con doppio asse Y ed asse X
comune, selezionando Plot->Add Y axis. Per associare al nuovo asse Y appena
introdotto una grandezza del circuito (corrente nel diodo) , selezionare Trace>Add trace.
La finestra che si apre mostra un elenco di nomi che si riferiscono a tutte le
tensioni e tutte le correnti calcolate dal simulatore. Tali nomi hanno una sintassi
particolare che facilita il collegamento con il rispettivo nodo o ramo nello schema
del circuito: ID1, ad esempio, indica la corrente nel diodo D1, considerata positiva
entrante nel piedino 1. Per le tensioni esistono due sintassi per riferirsi allo stesso
nodo (alias); V(D1:1) è la stessa tensione di V1(D1).
Oltre che con la procedura appena descritta è possibile aggiungere ad un asse Y
una tensione o corrente del circuito semplicemente aggiungendo il marker
opportuno nello schematic editor, senza risimulare.