شبیه سازی مدارات الکتریکی همراه با خروجی مدارات در متلب

شبیه سازی مدارات الکتریکی همراه با خروجی مدارات در متلب :پروژه متلب

پروژه متلب : در این پروژه هر سیستمی را شبیه سازی میکنیم و خروجی ها رو نشان می دهیم و سپس مدار را تغییر می دهیم و دوباره خروجی را نشان می دهیم.

اجزای مدارهای الکترونیکی و نماد آن ها

الکترونیک شاخه ای از مهندسی است که به بررسی و طراحی مدارهای الکترونیکی و الکتریکی مانند مدارهای مجتمع، فرستنده ها، گیرنده ها و غیره می پردازد.یک مدار الکترونیکی در واقع ترکیبی از اجزای الکترونیکی مختلف است که جریان برق را از خود عبور می دهد. اجزای الکترونیکی شامل دو یا چند پایانه است که برای اتصال یک جزء به یک جزء دیگر برای طراحی مدار استفاده می شود. اجزای الکترونیکی بر روی صفحات مدار به منظور ساخت یک سیستم نصب می شوند. اگر می خواهید بر روی پروژه های اصلی ساخت و طراحی مدارهای الکترونیکی متمرکز شوید، باید در ابتدا مفاهیم اولیه اجزا مدارهای الکترونیکی ،نماد و نحوه استفاده از آنها را بیاموزید. این مقاله خلاصه ای از نمادهای مدار الکترونیکی با قابلیت های آنها را به شما ارائه می دهد.

نماد اجزای مدار الکترونیکی:

اجزای مدارهای الکترونیکی عمدتا شامل سیم، منبع تغذیه، مقاومت، خازن ها، دیودها، ترانزیستورها ، سوئیچ ها، سنسورها، پایانه های منطقی، دستگاه های صوتی و سایر اجزاء هستند.

سیم:

سیم ها اجزای دو ترمیناله و انعطاف پذیر هستند که جریان برق از طریق آن جاری می شود.معمولا از سیم برای اتصال منابع تغذیه به مدارهای چاپی(PCB) و اتصال اجزای مختلف مدار استفاده می شود.

روش های به کارگیری سیم:

سیم تک:یک سیم با داشتن دو ترمینال برای عبور جریان برق در یکسو.

سیم متصل:هنگامی که یک یا چند سیم به هم متصل می شوند.

سیمهای متصل نشده: در مدارهای پیچیده ، برخی از سیمها ممکن است با دیگر اجزا ارتباط برقرار نکنند، در این حالت،معمولا به شکل پل ارتباطی و بدون اتصال الکتریکی استفاده می شوند.

منبع تغذیه:

منبع تغذیه یک دستگاه الکترونیکی است که انرژی الکتریکی را به یک  مصرف کننده الکتریکی عرضه می کند. واحد اندازه گیری این انرژی وات است. عملکرد منبع تغذیه این است که با توجه به نیاز ما انرژی را از یک فرم به فرم دیگری تبدیل کند. انواع مختلفی از منبع تغذیه جز اجزای مدارهای الکترونیکی هستند.

منبع سلولی:انرژی الکتریکی را از ترمینال بزرگتری (+) تامین می کند.

منبع باتری: باتری دارای دو یا چند سلول است، عملکرد مدار باتری مشابه همان مدار سلولی است.

منبعDC: جریان مستقیم (DC) را همیشه در یک جهت جریان می دهد.

منبع AC: AC (جریان متناوب) جریان به طور دوره ای تغییر جهت می دهد.

فیوز: فیوز جریان را تا حد مشخصی از خود عبور می دهد و برای تامین حفاظت در برابر اضافه جریان استفاده می شود.

ترانسفورماتور: ترانسفورماتور از اجزای مدارهای الکترونیکی است که به عنوان منبع تغذیه AC استفاده می شود. انرژی بین سیم پیچ های اولیه و ثانویه به شکل سلف هایی که ارتباط فیزیکی باهم ندارند منتقل می شود.

سلول خورشیدی: این منبع، انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.

زمین: این مدار ولتاژ صفر زمین را به مدار وصل می کند.

منبع ولتاژ: این منبع، ولتاژ را به عناصر مدار عرضه می کند.

منبع جریان: این منبع جریان را به عناصر مدار عرضه می کند.

منبع ولتاژ AC: این منبع ولتاژ AC را به عناصر مدار عرضه می کند.

منبع ولتاژ کنترل شده: ولتاژ کنترل شده را به عناصر مدار تولید می کند.

منبع جریان کنترل شده: جریان کنترل شده را به عناصر مدار تولید می کند.

مقاومت:

مقاومت یک عنصر دو ترمیناله منفعل است که با عبور جریان از آن انرژی به صورت گرما هدر می رود. مقاومت در واحد اهم اندازه گیری می شود، اندازه ه مقاومت را می توان از طریق خطوط رنگی روی آن تشخیص داد.

مقاومت ساده:یک عنصر با دو ترمینال که عبور جریان در مدار را محدود می کند.

رئوستات:یکی از اجزای مدارهای الکترونیکی است که دو ترمینال داشته و برای تنظیم جریان استفاده می شود.

پتانسیومتر: پتانسیومتر یک جزء سه ترمینال است که جریان را در مدار تنظیم می کند.

مقاومت متغیر:یک جز سه ترمیناله است که می توان در هر لحظه مقدار مقاومت را تغییر داد.

خازن:

خازن یکی دیگر از اجزای مدارهای الکترونیکی است که دو ترمیناله و پسیو بوده و می تواند انرژی برق را در خود ذخیره کند.خازن ها در واقع باتری های قابل شارژی هستند که در منابع تغذیه به کار می روند.خازن در واقع دو صفحه الکتریکی است که به وسیله یک دی الکتریک از هم جدا شده اند.خازن جریان AC را از خود عبور داده و در مقابل جریان DC مانند یک اتصال باز عمل می کند.

خازن ساده:یک جز برای ذخیره انرژی الکتریکی.

خازن قطبی:در خازن قطبی ،به دلیل داشتن قطب های مثبت و منفی ذخیره انرژی الکتریکی تنها به صورت یک طرفه صورت می گیرد.

خازن متغیر:مانند مقاومت متغیر می توان مقدار کنترل بر حسب فاراد را تغییر داد و کنترل کرد.

خازن trimmer: از این خازن ها برای تطبیق امپدانس و تشدید در مدارات RLC استفاده می شود.

دیود:

دیود یکی از اجزا مدارهای الکترونیکی با دو پایانه به نام های آنود و کاتد است. دیود جریان الکترونی را تنها از کاتد به آند عبور می دهد اما در مقابل عبور جریان در جهت مخالف مقاومت می کند.درواقع دیود دارای مقاومت کم در یک جهت(کاتد به آند) و مقاومت بالا در جهت دیگر(آند به کاتد) است.

دیود معمولی:اجازه عبور جریان فقط در یک جهت را می دهد.

دیود نوری:با عبور جریان برق از داخل آن،نور تولید می کند.

دیود زنر:بعد از رسیدن به ولتاژ شکست جریان را ثابت نگه می دارد.

Photo  دیود:نور را به ولتاژ یا جریان تبدیل می کند.

دیود تونل: دیود تونل برای عملیات بسیار سریع استفاده می شود.

دیود شاتکی: از دیود شاتکی در ولتاژهای پایین و کلیدزنی های سریع استفاده می شود.

ترانزیستور:

ترانزیستورها در سال ۱۹۴۷ در آزمایشگاه Bell ،برای جایگزینی لوله های خلاء اختراع شد.این جز مدارهای الکترونیکی جریان جریان و ولتاژ در مدار را کنترل می کند. ترانزیستور سه ترمینال دارد و برای تقویت جریان نیز استفاده می شود. ترانزیستورها نقش مهمی در همه ی تجهیزات الکترونیکی مدرن ایفا می کنند.

ترانزیستور npn: یک نیمه هادی نوع P در میان دو نیمه هادی نوع N قرار می گیرد. پایانه های این ترانزیستور امیتر، بیس و کالکتور هستند.

ترانزیستور PNP: یک نیمه هادی نوع N در میان دو نیمه هادی نوع P قرار می گیرد. پایانه های این ترانزیستور نیز امیتور،کالکتور و بیس هستند.

Phototransistor: این مشابه ترانزیستورهای دوقطبی است، اما نور را به جریان تبدیل می کند.

ترانزیستور اثر میدان: این ترانزیستور رسانایی را با کمک میدان الکتریکی کنترل می کند.

 JFETکانال N: ساده ترین ترانزیستورهای FET برای سوئیچینگ هستند.

  JFETکانال P: نیمه هادی نوع P در میان اتصالات  نوع N قرار می گیرد.

ماسفت های مد افزایشی (Enhancement Mosfet):عملکردی مشابه با DMosfet دارند اما فاقد کانال هدایت هستند.

ماسفت تخلیه: جریان از منبع به درین ترانزیستور وارد می شود.

وسایل اندازه گیری:

از انواع مختلف وسایل اندازه گیری برای تعیین مقدار فاکتور های مختلفی مانند جریان،ولتاژ و مقاومت در مدارهای الکترونیکی استفاده می شود.

ولت متر: برای اندازه گیری ولتاژ استفاده می شود.

آمپر متر: برای اندازه گیری جریان استفاده می شود.

گالوانومتر: برای اندازه گیری جریان های کوچک استفاده می شود.

اهم متر: برای اندازه گیری مقاومت الکتریکی یک مقاومت خاص استفاده می شود.

اسیلوسکوپ: برای اندازه گیری ولتاژ با توجه به زمان سیگنال استفاده می شود.

سوئیچ (کلید):

کلید یکی دیگر از اجزای مدارهای الکتریکی است که جریان را قطع و وصل می کند.اگر سوئیچ بسته باشد جریان عبور می کند و اگر باز باشد جریان قطع می شود.

سوئیچ فشار: هنگامی که سوئیچ فشار داده می شود ، جریان را منتقل می کند.

سوئیچ فشار برای قطع: هنگامی که سوئیچ فشار داده می شود عبور جریان را قطع می کند.

سوئیچ های : SPST فقط در حالتی که سوئیچ ON است جریان را از خود عبور می دهد.

سوئیچ SPDT: در این سوئیچ ها جریان در دو جهت عبور داده می شود.

سوئیچ دو قطبه DPST :یک SPDT  دوگانه است که که معمولا در خطوط برق استفاده می شود.

سوئیچ دوگانه DPDT: یک سوئیچ دوگانه SPDT  است.

رله:در تمامی وسایل الکترونیکی برای قطع جریان و محافظت در برابر اضافه جریان استفاده می شود.

دستگاه های صوتی:

این دستگاه ها سیگنال الکتریکی را به سیگنال صوتی قابل شنیدن توسط انسان و برعکس تبدیل می کند.

میکروفون: سیگنال صدا یا نویز را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

گوشی تلفن: سیگنال الکتریکی را به سیگنال صدا تبدیل می کند.

بلندگو: سیگنال الکتریکی را به سیگنال صدا تبدیل می کند در عین حال آن را تقویت نیز می کند.

مبدل پیزو: جریان برق را به سیگنال صدا تبدیل می کند.

بل: سیگنال الکتریکی را به سیگنال صدا تبدیل می کند.

زنگ: سیگنال الکتریکی را به سیگنال صدا تبدیل می کند.

سنسور:

سنسور ها از دیگر اجزای مدارهای الکترونیکی هستند که اشیا در حال حرکت را شناسایی می کنند و این سیگنال ها را به انرژی الکتریکی یا نور تبدیل می کنند.

سنسور نوری: این سنسورها نور را حس می کنند.

ترمیستور: این سنسور گرما یا دما را حس می کند.

گیت های منطقی:

گیت های منطقی در واقع بلوک های اصلی ساختمان مدارهای دیجیتال هستند، این گیت ها دارای دو یا سه ورودی و یک خروجی واحد به صورت دودویی هستند. خروجی تولید شده توسط گیت منطقی بر اساس منطق خاصی است.

گیتAND : مقدار خروجی ۱ است هنگامی که دو ورودی ۱ هستند.

گیت OR: مقدار خروجی ۱ است اگر فقط یکی از ورودی ها ۱ است.

گیتNOT : خروجی مکمل ورودی است.

گیت NAND:متمم گیت AND است.

گیت NOR:متمم گیت OR  است.

گیت X-OR: خروجی ۱ است اگر در ورودی تعداد فرد ۱ داشته باشیم.

گیت X-NOR:خروجی ۱ است اگر در ورودی تعداد زوج ۱ داشته باشیم.

سایر اجزا مدارهای الکترونیکی:

چراغ روشنایی: یک لامپ است که زمانی که در صورت عبور جریان از آن نور تولید می کند.

چراغ نشانگر: این تجهیز برق را به نور تبدیل می کند.

الكترود: زمانی كه جریان از آن عبور می کند، میدان مغناطیسی تولید می شود.

آنتن: برای انتقال و دریافت سیگنال های رادیویی استفاده می شود.

نرم افزار psim

پروژه متلب :نرم افزار Psim جزء پر طرفدار ترين نرم افزار هاي شبيه سازي براي مدارات الكتريكي است. اين نرم افزار براي شبيه سازي مدارات قدرت مفيد است اما در مدارات الكترونيك صنعتي هم كاربرد دارد. مداراتي را كه با psim مي توان ظرف چند دقيقه پياده سازي كرد به وسيله pspice مطمئنا بيشتر از آن چيزي كه فكر مي كنيد وقت گير خواهد بود ( شايد هم در آخر به نتيجه مطلوب نرسيد). Psim با همه قدرتش در اوج سادگي و روان دستي دو عيب دارد: ۱ -نسخه اي كه ما از آن استفاده مي كنيم نسحه student آن مي باشد و محدوديت هاي زيادي دارد .

پروژه متلب : براي استفاده از همه امكانات اين نرم افزار بايد آن را بخريد. يكي از محدوديت هاي اين نرم افزار محدوديت تعداد قطعات موجود در يك شماتيك و همچنين محدوديت رسم تعداد منحني ها و محدوديت تعداد نقاط روشن شده براي رسم يك منحني است ( ۶۰۰۰ نقطه ). ۲ -عيب ديگر اين نرم افزار ايده آل بودن قطعات آن است . در نرم افزار pspice قطعات داراي يك تلورانس هستند و بنابراين خروجي هم به حالت واقعي بيشتر نزديك مي شود اما در Psim تلورانسي براي قطعات تعريف نمي كنيم .اين مورد براي طراحي صنعتي مشكل ساز است و براي استفاده آموزشي شايد خوب هم باشد.

 نرم افزار PScad

اين نرم افزار يك برنامه شبيه ساز در زمينه اهداف مختلف، براي سيستمهاي قدرت چند فاز و شبكه هاي كنترلي مي باشد. در واقع اين نرم افزار به منظور مطالعه سيستمهاي قدرت زودگذر طراحي شده است. يك كتابخانه كامل با عناصر مداري بينهايت كامل به ما اجازه مي دهد كه عملكرد ماژولها را به دقت بين شبكه هاي الكتريكي وبارها در شكلهاي مختلف ببينيم.

يك رابط كاربري گرافيكي و ابزارهاي كنترلي بسيار زياد، كار با اين نرم افزار را بسيار راحت و ابزارهايي براي هم آناليز و هم طراحي سيستم هاي قدرت كار را بسيار دلپذير و جذاب مي سازد. محيط طراحي تصويري (visual:( اين نرم افزار بصورت مداوم همه خواص محيط تصويري در همه زمينه هاي يك شبيه ساز شامل شبيه سازي مدارها، كنترل زمان اجرا، آناليز و گزارشگيري بصورت مجتمع انجام و در بر مي گيرد. كاربر مي تواند به راحتي با قطعات موجود در طول شبيه سازي به دليل وجود ابزارهاي كنترلي مختلف، فعل و انفعال داشته باشد يعني آنها را تغيير دهد يا خواصشان را تغيير دهد.

پروژه متلب :در طول شبيه سازي همچنين از ابزارهايي در برنامه، در جهت كشيدن تركها مي توان بهره برد و اين موضوع كامل visual مي باشد.سيگنالها در زمان واقعي آناليز مي شوند: كتابخانه اين نرم افزار: كتابخانه اين نرم افزار كه البته ضعف اساسي اين نرم افزار است(بدليل عدم قابليت سرچ مناسب در بين اجزا) شامل عناصر سيستمهاي قدرت و الكترونيك قدرت نظير موارد زير مي باشد : كابلها و خطوط انتقال وابسته به فركانس ترانسفورماتورها ماشينهاي مختلف (سنكرون، آسنكرون، DC( توربينهاي مختلف (آبي، بخاري و بادي) كانورترها درايوها و بلوك هاي كنترلي رله ها

 نرم افزار ORCAD و كاربرد آن:

نرم افزارorcad يكي از قديمي ترين و قدرتمندترين نرم افزارهاي رسم شماتيك ،طراحي مدارهاي الكترونيكي،شبيه سازي طرح الكترونيكي،طرح پشت فيبر مدار چاپي وطرح layout است. امكاناتي كه در اين نرم افزار براي شما در نظر گرفته ميشود عبارتند از:

•دسترسي به كتابخانه اين نرم افزار با بيش از۳۰۰۰ قطعه

•رسم شماتيك در محيط Capture orcad •ايجاد كتابخانه ها و المانهاي جديد در اين نرم افزار

•شبيه سازي طرح مورد نظر به وسيله explorer signal orcad و pspice simulation •تهيه netlist از طرح مورد نظر جهت ايجاد pcb در محيط PCB orcad designer

•قرار دادن قطعات بر روي فيبر مدار چاپي به صورت دستي يا به صورتي كه نرم افزار ارائه ميكند

•رسم اتصالات بين قطعات بر روي pcbبا روشهايي چون routing-Auto يا routing automatic-Semi

•مشاهده نهايي برد ايجاد شده به صورت گرافيكي و از نماهاي مختلف

•امكان ارتباط و تبادل دادهاين نرم افزار با نرم افزار MATLAB

خروجی متلب :