QUCS DC Sweep - Voltage Regulator with Zener Diode
QUCS DC Simulation 과 Parametric Sweep 을 사용하여 DC Analysis 해석을 하는 방법
을 소개합니다. QUCS 사용 방법 관련 포스트는 자세한 회로 설명은 생략하고, QUCS 시뮬레이션 하는 방법을 중심으로 다룹니다. 회로 설명 및 설계 방법은 QUCS 사용법에 대한 시리즈를 마무리 후 작성할 예정입니다.제어다이오드 정전압 회로
아래 회로는 제어다이오드를 사용한 정전압 회로 입니다. Input 단자의 입력 전압이 ZD1의 제너다이오드의 제너 전압보다 큰 경우, Output 단자의 전압은 제너다이오드 ZD1의 제너 전압 입니다.
DC Simulation
DC SImulation 을 하면 위의 회로에서 아래의 사항을 알 수 있습니다.
📌 Output 단자의 출력 전압 분석
📌 ZD1 에 인가되는 전류 분석
회로도 작성
위의 제너다이오드 회로에서 각 노드의 전압과 ZD1 에 인가되는 전류를 해석하는 시뮬레이션을 하기 위해 아래와 같이 회로도를 작성합니다. 저항과 제너다이오드의 제너 전압은 임의로 생성 하였습니다.
회로에 사용한 컴포넌트는
- Componants Tap > Lumped Components
- R1, R2 : Resistor US
- Componants Tap > Source
- V1 : DC Voltage
- Libraries Tap > Z-Diodes
- D1 : IN750
QUCS 에는 이상적인 제너다이오드는 없어, 라이브러리 탭의 1N750 을 사용하였습니다. 1N750 제너다이오드는 4.7Vz (0.5W) 입니다.
네트명 및 프로브 설정
추후 시뮬레이션 결과를 쉽게 보기 위해 네트명과 전류 프로브를 추가합니다. 네트명은 해당 네트를 더블클릭하거나, Toolbar 에서 Wire Label 아이콘을 클릭하여 삽입 할 수 있습니다. 전류 프로브는 Components Tap > Probes > Current Probe 를 선택하여 아래 회로와 같이 위치를 시켜줍니다. 프로브의 이름은 편하신대로 수정 하실 수 있습니다.
시뮬레이션 설정 및 실행
정상상태의 전압과 전류를 파악하기 위해 DC Simulation 블록을 아래와 같이 회로도에 배치하고, F2키를 눌러 시뮬레이션을 실행합니다.
결과 보기
시뮬레이션이 끝났으면 F8 키를 누르거나 상단 메뉴의 Simulation > Calculate DC Bias 를 클릭하여 각 노드의 전압 및 전류 프로브의 전류를 확인합니다.
왼쪽 그림은 R1이 10Ω 인 회로에서 시뮬레이션 결과입니다. R1 10Ω 을 사용한 경우 제너 다이오드의 제너전압은 4.7Vz 이지만 Output 단자에 그 값을 훨씬 상외하는 7.2V가 확인되었습니다. 역시 무료 프로그램이라서 오차가 있는 건가? 라고 생각했지만, 아니었습니다.!! 그 원인은 R1의 저항 값이 작아 제너다이오드에 흐르는 전류가 허용 범위를 증가하였기 때문입니다. 1N750 의 경우 최대 75mA 로 인가되도록 설계되어야 합니다. 이런 경우 우측 회로처럼 R1의 값을 증가시켜 회로의 Maximum 전류를 제한하여 정상적으로 회로를 동작하도록 수정이 가능합니다.
DC Sweep 해석
위와 같은 회로에서 V1 전압을 0 ~ 10V 또는 0 ~ 20V 까지 가변 하면서 출력 전압이 어떻게 변하는지 알고 싶을 때 사용 하는 해석 방법이 DC Sweep 입니다. QUCS 툴은 DC Sweep 이 따로 없고, DC Simulation 과 Parametric Sweep 을 같이 사용하여 DC Sweep 해석이 가능합니다. 여기서는 DC Sweep 을 위한 Parameter Sweep 방법만 소개하겠습니다.
회로도 수정
DC Simulation 과 Parameter Sweep 을 사용하여 DC Sweep 해석을 하기 위해 아래와 같이 회로를 변경합니다. V1의 전압 값을 전압 상수가 아닌 Vin 이란 변수로 입력합니다.
시뮬레이션 설정
Components Tap > Simulations 에서 Parameter Sweep 블록을 회로도에 추가하여 아래 그림과 같이 속성을 변경 합니다. Parameter 는 한글로 '변수' 입니다. b=2a * 1 의 함수가 있는 경우 이 식의 결과는 보통 x축이 'a'(변수) y축이 'b'인 그래프로 나타냅니다. 시뮬레이션 설정도 마찬가지 입니다. 아래는 Parameter Sweep 블록의 속성 설명입니다.
- Simulation : 어떤 시뮬레이션에 변수를 줄 것인지 선택 (그래프의 Y축 선택)
- Sweep Parameter : 변수를 선택 (그래프의 X축 선택)
- Type : 선형, 지수형, 리스트 등 선택 가능
- Start : 최소값
- Stop : 최대값
- Step : 변수의 크기를 얼마 간격으로 계산을 수행 할 것인지
- Number : 변수의 스텝 수
※ Step 을 입력하는 경우 Number 가 자동으로 계산되고, Number 를 입력하는 경우 Step 을 자동으로 계산합니다.
시뮬레이션 설정이 완료되면 F2 를 눌려 시뮬레이션을 실행합니다.
결과 보기
시뮬레이션이 완료되면 diagram 에서 Cartesian 을 회로도에 추가 후 출력할 그래프에 Vout 과 Izd.I 를 추가합니다. 아래 그림에서 Thinkness 설정과 Properties 의 x-Axis Label 설정은 취향에 따라 설정하셔도 되고, 안 하셔도 됩니다.
마무리
QUCS 에서 제너다이오드를 사용한 정전압 회로를 DC Sweep 으로 해석하는 방법
에 대해 소개하였습니다.끝까지 읽어 주셔서 감사합니다.😊
'Hardware > QUCS Simulation' 카테고리의 다른 글
| QUCS AC Analysis 기본 - RC Low Pass Filter 의 주파수 특성 (0) | 2020.09.08 |
|---|---|
| QUCS DC Analysis - Transistor 를 사용한 정전압 회로 (0) | 2020.09.05 |
| QUCS Transient Simulation - OpAmp Multivibrator 발진 회로 해석 (3) | 2020.09.04 |
| QUCS Time Domain Transient 과도 해석 - RC 시정수 해석 (0) | 2020.09.04 |
| QUCS 사용 방법 및 Bias Point 해석 - 전압 분배 회로 (2) | 2020.09.03 |