đồ án ứng dụng phần mềm proteus để mô phỏng và khảo sát mạch rlc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CHO ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Đề tài: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS ĐỂ MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT MẠCH RLC Người hướng dẫn: ThS DƯƠNG ĐÌNH TÚ Sinh viên thực hiện: TRẦN QUANG KHÁNH MSSV: 0951083123 Lớp: 48K ĐTVT Vinh, 02/2011 Mục Lục - Lời nói đầu - Phần I Giới thiệu đề tài 1.1 Mục đích đề tài 1.2 Cách tiếp cận đề tài - Phần II Cơ Sở Lý Thuyết 2.1 Các thành phần mạch khảo sát 2.2 Quá trình diễn mạch 2.3 Phần mềm Proteus 2.3.1 Phần mềm ISIS Proteus hướng dẫn sử dụng chi tiết 2.3.2 sử dụng công cụ đo đạc, thị dạng sóng 2.3.2.a Dao động ký – Oscilloscope (OSCI) 2.3.2.b Các biểu đồ dạng sóng 2.3.6.c Các Ampere kế Volt kế (AM VM) - PHẦN III Ứng dụng Protues khảo sát mạch: Khảo sát dao động mạch RLC 3.1 Giới thiệu thành phần mạch điện 3.1.1 Điện trở 3.1.2 Tụ điện 3.1.3 Cuộn cảm 3.1.4 Một số trình diễn mạch RLC 3.2 Mơ Phỏng 3.2.1 Đo dao động mạch Tín hiệu tương tự (Anolog) - 3.1.2 Đo thông số hiệu điện đầu cuộn cảm thiết bị đo dao động ký 3.3 Mở rộng đề tài Kết luận LỜI NÓI ĐẦU Trong sống ngành cơng nghệ thơng tin ngày có đóng góp quan trọng,lĩnh vực có đóng góp cơng nghệ thông tin củng đem lại phát triển vược bậc, cơng nghệ thơng tin đem lại xác cao, tốc độ nhanh cho công việc, đáp ứng nhu cầu lao động, sinh hoạt vui chơi giải trí người Công nghệ thông tin có mặt hầu hết ngành nghề sống giáo dục, kinh tế, y tế…kể máy phủ Ngành điện tử viễn thơng nghành có liên quan mật thiết với ngành cơng nghệ thông tin, phát triển ngành ĐTVT từ trước đến việc ứng dụng CNTT làm cho điện tử viễn thơng có bước nhảy vọt, đưa vai trị lên tầm tồn cầu việc tìm hiểu, phát triển ứng dụng ngành CNTT cho điện tử viễn thông điều cần thiết, đáp ứng yêu cầu phát triển theo chiều hướng vi mô Trong ĐTVT việc thiết kế, mô mạch, vẽ sơ đồ nguyên lý nhu cầu quan trọng, đòi hỏi độ tinh vi, xác cao Với trợ giúp phần mềm ORCAD phát triển công ty Cadence giúp cho người kĩ sư ĐTVT tiến hành thuận lợi Proteus chương trình dùng để mơ mạnh Nó phần mềm đầy đủ chức năng: Có thể mơ mạch ( mạnh ) vừa thiết kế mạch, xuất mạch in Nói xác Proteus phần mềm bao gồm nhiều phần mềm trợ giúp q trình mơ thiết kế mạch ISIS Professional để mô mạch điện, ARES Professional để vẽ mạch in, thiết kế mạch Các thư viện linh kiện Proteus coi mạnh, mơ hầu hết linh kiện thiết bị phịng thí nghiệm CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Mục đích đề tài: Sử dụng phần mềm Protues để mô mạch RLC sử dụng dòng chiều 1.2 Cách tiếp cận đề tài: Trong lĩnh vực khoa học công nghệ ngày phát triển khơng ngừng ngành tin học nói chung có mặt tất ngành nghề từ đơn giản đến phức tạp Công nghệ tin học giúp ích khơng nhỏ vào cơng việc giảng dạy mang lại nhiều kết không nhỏ Hiện việc sinh viên không hiểu biết rõ, cách sử dụng thiết bị thí nghiệm đắt tiền phịng thí nghiệm khiến nhiều thiết bị hư hỏng cách sử dụng hoắc thao tác sai dẫn đến đoạn mạch gây hư hỏng Nhưng CNTT tạo nhiều phần mềm mô hoạt động gần y hệt thiết bị phịng thí nghiệm Và Proteus phần mềm có khả Mơ mạnh số phầm mềm mô Nên việc ứng dụng Proteus vào mô điều cần thiết cho sinh viên ĐTVT CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 2.2 2.3 Các thành phần mạch khảo sát mạch RLC + Tụ điện + Cuộn cảm + Điện trở + Nguồn DC, nối đất Q Trình Diễn Ra Trong mạch Khảo sat tín hiệu mạch RLC Phần Mềm Proteus 2.3.1 Phần mềm ISIS Protues Professional hướng dẫn sử dụng chi tiết + Khởi động chương trình Start → All Programs → Protues Professional → ISIS Professional - Ta hình giao diện + Giới thiệu Bao gồm menu quen thuộc như: File View, Edit, Tools … Ta thực hầu hết lệnh của ISIS (trừ lệnh công cụ) - Thanh tác vụ Chứa số lệnh trình đơn dạng Shortcut New, Save, Open … nút sau: Làm tươi hình chỉnh sửa Bật/Tắt lưới cho vẽ Chọn gốc tọa độ Các cơng cụ phóng to, thu nhỏ toàn mạch Undo/Redo Cắt, Sao chép, Dán Các lệnh tác động lên đối tượng chọn trước Các công cụ chỉnh sửa tạo thư viện linh kiện Bật/Tắt chế độ mô thời gian thực Bật/Tắt chế độ tự nối dây sơ đồ ngun lý Tìm kiếm linh kiện Chỉnh sửa thuộc tính chung Các công cụ quản lý trang làm việc Xuất danh sách linh kiện Kiểm tra lỗi mạch điện (ERC) Liên thông ARES để vẽ mạch in - Thanh công cụ Component -Thêm linh kiện vào vẽ Junction - Thêm điểm nối giao đường dây Wire Label - Gán tên cho đường dây Text Script - Thêm Text vào vẽ Bus - Vẽ đường Bus Sub Circuit – Mạch phụ Instant Edit Mode – Chỉnh sửa nhanh thuộc tính linh kiện Inter Sheet Terminal – Nối đầu cực Device Pin – Vẽ chân linh kiện Simulation Graph – Vẽ đồ thị mô Tape Recoder – Băng ghi Generator - Các máy phát tín hiệu Voltage Probe – Đầu dò điện áp Current Probe – Đầu dò dòng điện Virtual Instrument – Các thiết bị ảo Các công cụ vẽ 2D + Chọn 10 linh kiện Do mặc định biểu đồ ISIS có màu đen nên gây khó khăn hiển thị in ấn Chúng ta thay đổi màu sắc biểu đồ cách chọn Option → Graph Colours Menu Từ ta thay đổi tồn màu sắc biểu đồ theo ý muốn 18 Ta quan tâm đến phần điều khiển biểu đồ gồm có cơng cụ sau: Qua trái phải cảu biểu đồ Co, dãn trục thời gian Xem tập tin q trình mơ Các biểu đồ ISIS đọc liệu từ đầu dị tín hiệu (Probe) có mạch điện mơ Do để vẽ dạng sóng ta cần đặt trước đầu dị vị trí cần thiết Để gán đầu dò cho biểu đồ bảng Menu ta chọn Graph → Add trace… bảng sau: 19 Ta chọn đầu cần dị sau nhấn OK Tiếp tục nhấn Run phím Space để tiến hành mơ Dạng sóng tín hiệu xuất Để đọc giá trị cụ thể thời điểm bạn nhấp chuột lên biểu đồ vị trí để xuất đường gióng sau rê đường gióng đến thời điểm cần đọc giá trị góc bên phải biểu đồ Nếu biểu đồ có đồ thị trở lên bạn nhấp chuột lên rê đường gióng Ví dụ: 20 Đối với dạng biểu đồ khác ta thực tương tự 2.3.6.c Các Ampere kế Volt kế (AM VM) Gồm có loại sau: 21 Để lấy AM VM bạn chọn Virtual Instruments: Để thay đổi thông số AM VM bạn nhấp chuột phải – trái lên nó, bảng Edit Component xuất hiện, thay đổi thang đo ô Display Range: 22 PHẦN III Ứng dụng Protues khảo sát mạch: Khảo sát dao động mạch RLC 3.4 Giới thiệu thành phần mạch điện 3.1.1 Điện trở Khái niệm điện trở 23 Điện trở ? Ta hiểu cách đơn giản - Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vơ lớn Điện trở thường Điện trở dây dẫn : Điện trở dây dẫn phụ vào chất liệu, độ dài tiết diện dây tính theo cơng thức sau: R=ρ.L/S Trong ρ điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu L S R điện trở đơn vị Ohm 3.1.2 Tụ điện Định nghĩa : Tụ điện linh kiện điện tử thụ động sử dụng rộng rãi mạch điện tử, chúng sử dụng mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động Cấu tạo tụ điện :Cấu tạo tụ điện gồm hai cực đặt song song, có lớp cách điện gọi điện môi Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hố chất làm chất điện mơi tụ điện phân loại theo tên gọi chất điện mơi Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hố Cấu tạo tụ gốm Cấu tạo tụ hóa 24 Cuộn Cảm a Khái niệm Cuộn cảm linh kiện điện tử thụ động, thường dùng mạch điện có dòng điện biến đổi theo thời gian (như mạch điện xoay chiều) Cuộn cảm có tác dụng lưu trữ lượng dạng từ (năng lượng từ trường tạo cuộn cảm dòng điện qua); làm dòng điện bị trễ pha so với điện áp góc 90° Cuộn cảm đặc trưng độ tự cảm, đo hệ đo lường quốc tế theo đơn vị henri (H) Cuộn cảm có độ tự cảm cao tạo từ trường mạnh dự trữ nhiều lượng Cuộn cảm linh kiện điện tử lệ thuộc vào tần số dẩn điện tần số thấp 3.1.3 Cuộn cảm b Cấu tạo cuộn cảm - Các đại lượng đặc trưng Cấu tạo cuộn cảm, Các đại lượng đặc trưng (Hệ số tự cảm, cảm kháng, điện trở thuần) Tính chất nạp xả cuộn dây 25 Cuộn dây lõi khơng khí Cuộn dây lõi ferit 3.1.4 Một số trình diễn mạch RLC Quá trình xác lập: trạng thái việc cân ổn định mạch điện Quá trình độ: Quá trình độ mạch điện trình mạch chuyển từ trạng thái ban đầu tới trạng thái xác lập khác tác động kích thích Bài tốn q độ tốn tìm trình độ xảy mạch điện Về mặt lý thuyết, thời gian độ mạch vơ lớn, song thực tế thường tính đơn vị nano giây đến mili giây Thông thường loại tốn gắn liền với khố đóng ngắt nhánh mạch nguồn tác động làm việc chế độ đột biến Thời điểm mạch xảy đột biến thường quy ước làm gốc (t=0) Về mặt hình thức, trình độ mạch coi xếp chồng dao động tự dao động cưỡng Đối với hệ ổn định tĩnh, dao động tự nguồn trì nên tắt dần theo thời gian Khi dao động tự tắt hẳn, mạch cịn lại dao động cưỡng mạch đạt đến trạng thái xác lập Đối với hệ khơng ổn định tĩnh, dao động tự tăng dần theo thời gian mạch xuất hiện tượng tự kích Có dạng mơ hình mạch quan trọng thực tế, mạch dao động đơn Mạch dao động đơn đầy đủ mạch gồm có ba thơng số thụ động R, L, Cmắc nối tiếp song song với Dòng điện mạch phân thành giai đoạn độ giai đoạn xác lập Dòng điện tổng hợp giai đoạn độ tổng dòng điện tự dòng điện cưỡng bức, kéo dài suốt thời gian tt Khi hai vectơ thành phần dao động theo tần số khác dẫn đến tượng phách, nội dung tượng sau: 26 Dòng điện mạch phân thành giai đoạn độ giai đoạn xác lập Dòng điện tổng hợp giai đoạn độ tổng dòng điện tự dòng điện cưỡng bức, kéo dài suốt thời gian tt Khi hai vectơ thành phần dao động theo tần số khác dẫn đến tượng phách, nội dung tượng sau: Khi hai vectơ thành phần phương & chiều (tức pha) biên độ vectơ tổng hợp đạt giá trị max (bằng tổng đại số hai thành phần) + Khi hai vectơ thành phần phương ngược chiều (tức ngược pha) biên độ vectơ tổng hợp đạt giá trị (bằng hiệu đại số hai thành phần) + 3.2 Mô mạch mạch RLC 3.2.1 Đo dao động mạch Tín hiệu tương tự (Anolog) 27 28 Nhìn qua biểu đổ ta thấy Hiệu điện bị giảm dần theo thời gian dần Vì lượng bị tiêu hao dòng điện qua điện trở Khi điện tích tụ bị trung hịa khơng cịn dịng điện mạch 3.1.2 Đo thơng số hiệu điện đầu cuộn cảm thiết bị đo dao động ký + 29 khóa k mở + Đóng 30 khóa k: q trình nạp + mở khóa k: q trình phóng Hiệu điện tụ dao động yếu dần điện bị yếu dần qua điện trở Và tiến 3.3 Mở rộng đề tài - Ứng dụng thực tế: Sử dụng để hình dung hoạt động mạch dao động RLC, thay đổi điện áp, cường độ dịng điện mà thực tế khơng thể quan sát mắt thường 31 - Tự thí nghiệm nhà trước thí nghiệm trường để tránh thí nghiệm sai làm hỏng hóc thiết bị đắt tiền phịng thí nghiệm -Chạy mơ Protues giúp ta thực hành mạch điện tử phức tạp mà ta khơng đủ kinh phí để mua đầy đủ linh kiện đắt tiền Kết luận Trong q trình thực đồ án chúng tơi thực mô mạch phần mềm Protues đơn giản Quan sát thay đổi cụ thể thong số qua linh kiện Tuy lúc đầu sử dụng nhiều bỡ ngỡ sau thời gian tìm hiểu thực hành máy vi tính chúng tơi nhận thấy phần mềm Protues phần mềm có tác dụng lớn việc học tập, làm quen với thiết bị mà sau thiết bị lien quan đến công việc Tuy chúng em chưa thành thạo sử dụng Protues tiếp cân thời gian ngắn chúng em nghĩ sau việc sử dụng nhiều Proteus việc khảo sát, mô nhiều giúp chúng em nắm rõ, thao tác thành thạo Proteus để nghiên cứu học tập tốt Chúng cảm ơn đồ án mang lại cho công cụ học tập thú vị hữu ích 32 ... - PHẦN III Ứng dụng Protues khảo sát mạch: Khảo sát dao động mạch RLC 3.1 Giới thiệu thành phần mạch điện 3.1.1 Điện trở 3.1.2 Tụ điện 3.1.3 Cuộn cảm 3.1.4 Một số trình diễn mạch RLC 3.2 Mô Phỏng. .. đến đoạn mạch gây hư hỏng Nhưng CNTT tạo nhiều phần mềm mô hoạt động gần y hệt thiết bị phịng thí nghiệm Và Proteus phần mềm có khả Mơ mạnh số phầm mềm mô Nên việc ứng dụng Proteus vào mô điều... 2.3 Các thành phần mạch khảo sát mạch RLC + Tụ điện + Cuộn cảm + Điện trở + Nguồn DC, nối đất Q Trình Diễn Ra Trong mạch Khảo sat tín hiệu mạch RLC Phần Mềm Proteus 2.3.1 Phần mềm ISIS Protues