31287

Дослідження низькочастотних генераторів сигналів різної форми в пакеті Electronics Workbench

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Розглянемо ряд найпоширеніших генераторів сигналів синусоїдальної прямокутної і трикутної форм із регульованими параметрами частота амплітуда тривалість імпульсів та з різними методами стабілізації параметрів вихідних коливань. Генератори синусоїдальних коливань Принцип роботи генераторів синусоїдальних коливань заснований на використанні в ланцюгах зворотного зв’язку ЗЗ фазозсуваючих чи резонансних елементів: моста Віна подвійного Т – образного моста що зсуває RC ланцюгів і ін. Тому при використанні високоякісних RC елементів...

Украинкский

2013-08-28

1.39 MB

11 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 2

Тема:  Дослідження  низькочастотних генераторів сигналів різної форми в пакеті Electronics Workbench

Мета роботи:  Закріпити отримані знання щодо побудови генераторів сигналів різної форми, моделюючи їх роботу в пакеті прикладних програм Electronics Workbench.

 

1 ТЕОРЕТИЧНІ  ВІДОМОСТІ

Гнучкість і універсальність операційних підсилювачів (ОП) дозволяє з мінімальною кількістю зовнішніх компонентів створювати прості, але в той же час зручні при настроюванні й регулюванні генератори практично всіх типів з потрібними параметрами.

Розглянемо ряд найпоширеніших генераторів сигналів синусоїдальної, прямокутної і трикутної форм із регульованими параметрами (частота, амплітуда, тривалість імпульсів) та з різними методами стабілізації параметрів вихідних коливань.

Генератори синусоїдальних коливань

Принцип роботи генераторів синусоїдальних коливань заснований на використанні в ланцюгах зворотного зв’язку (ЗЗ) фазозсуваючих чи резонансних елементів: моста Віна, подвійного Т – образного моста, що зсуває, RC - ланцюгів і ін. Існують і інші способи генерування синусоїдальних сигналів, наприклад, за рахунок фільтрації імпульсів трикутної  форми  чи виділення першої гармонійної складової прямокутних імпульсів.

Стабілізація амплітуди вихідної напруги генератора

Для того, щоб амплітуда сигналів на виході генератора синусоїдальних коливань залишилася постійною, необхідно мати строго регульований ЗЗ. Однак у ряді випадків це значно ускладнює схему генератора. Звичайно для стабілізації амплітуди вихідного сигналу генератора застосовуються нелінійні елементи: діоди, стабілітрони, лампочки накалювання, терморезистори тощо.

Стабілізація частоти вихідної напруги генератора

Найчастіше схеми синусоїдальних коливань мають фіксовану частоту вихідних сигналів, що задається параметрами RC - елементів в ланцюгах ЗЗ. Стабільність частоти коливань, які генерують такими схемами, у більшому ступені залежить від якості елементів, чим від структури фазозсуваючого ланцюга й характеристик ОП. Тому при використанні високоякісних RC - елементів прості схеми звичайно задовольняють вимогам, висловленим до генераторів синусоїдальних коливань з питань стабільності частоти вихідного сигналу.

Однак у деяких пристроях, наприклад, в еталонних генераторах, застосовуваних у прецизійних радіотехнічних і вимірювальних системах, потрібна додаткова стабілізація частоти, що здійснюється за допомогою кварцового кристала, який включається в ланцюг позитивного ЗЗ генератора.

Регулювання амплітуди вихідної напруги

Звичайно в таких генераторах амплітуда регулюється за допомогою потенціометра. Слід зауважити, що при включенні в схему потенціометра стабільність роботи генератора й лінійність регулювання величини напруги на його виході істотно залежать від значення вхідного імпедансу схеми, на яку він навантажений.

Регулювання частоти генератора

В запропонованих в роботі схемах рівень нелінійних викривлень змінюється від 0,75 до 2%, в залежності від значення вихідного резистора. Збільшення номіналу цього резистора вище припустимого значення приведе до неприпустимих викривлень, а зменшення нижче припустимого значення - до автогенерації схеми фільтра. Одержати частоти понад 20 кГц від таких генераторів важко, тому що на більш високих частотах падає добротність фільтра, а на виході з'являються імпульси клинчастої форми. Нижня частота генератора обмежується лише ємністю конденсаторів. При стандартній схемі компенсації максимальна частота, на якій має місце повний розмах амплітуди сигналу, обмежена на рівні 6 кГц. Для підвищення температурної стабільності подібних схем варто правильно вибирати типи застосовуваних резисторів і конденсаторів.

Генератори прямокутних імпульсів

Принцип роботи генераторів прямокутних імпульсів, як і взагалі всіх генераторів, заснований на використанні ланцюга позитивного ЗЗ в ОП. Однак, на відміну від генераторів синусоїдальних коливань, такі схеми звичайно мають тільки активний опір у ланцюзі позитивного ЗЗ.

Для того, щоб мати можливість змінювати тривалість позитивних і негативних імпульсів вихідного сигналу генератора (регулювати коефіцієнт заповнення), необхідно використовувати в ланцюзі негативного ЗЗ ОП  перемінний резистор з зустрічно підключеними діодами.

В таких схемах забезпечується регулювання коефіцієнта заповнення вихідних імпульсів генератора майже у всьому 100 % - вому діапазоні.

Генератори імпульсів трикутної форми

Схемотехнічні принципи побудови генераторів коливань трикутної форми збігаються з описаними вище методами побудови генераторів імпульсів прямокутної форми. Відмінність складається лише в тому, що в даному випадку використовується менш глибокий позитивний ЗЗ.

Для того, щоб вихідний сигнал генератора не змінювався зі зміною температури й напруги джерела живлення, граничний детектор варто доповнювати обмежником сигналу. Струми перезарядки інтегратора повинні значно перевищувати струм зсуву ОП, а напруга зсуву нуля повинна бути набагато менше амплітуди вихідного сигналу Uвих. В першому випадку гарантується симетрія трикутників, у другому - відсутність зсуву щодо нуля.

2 ПОРЯДОК  ВИКОНАННЯ  РОБОТИ

1. Побудувати схеми генераторів в пакеті Electronics Workbench.

2. Для кожного з побудованих генераторів визначити його тип та вихідні параметри (частоту та амплітуду коливань).

3.  Побудувати часові діаграми для вихідних сигналів генераторів.

4. Змінюючи параметри елементів схеми, зробити висновки стосовно можливості регулювання амплітуди та частоти коливань і (або) їх стабілізації для наданих схем генераторів. Для генераторів трикутних сигналів дослідити можливості регулювання часу нарощування та спадання сигналів.

5. Пояснити призначення всіх елементів схем генераторів.

Вихідні дані вибрати згідно з варіантом.

2.1 КОНТРОЛЬНИЙ ПРИКЛАД

Контрольний приклад пояснює дослідження генераторів в пакеті Electronics Workbench. Вихідну схему генератора зображено на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Вихідна схема генератора

З вихідної часової діаграми визначимо, що це – генератор трикутних коливань (див. рис. 2.2).

Основною частиною генератора є таймер U0, який формує на виході OUT прямокутні імпульси з амплітудою, що дорівнює величині напруги джерела живлення V0. Запираючи та відкриваючи протифазно працюючі діоди D0 та D1, таймер керує появою сигналу на своєму вході TRI. Для формування вихідних параметрів генератора в схемі застосовано резистор R0 та ємність C0. Зменшення величини резистора призводить до зменшення часу нарощування  сигналу (див. рис. 2.3), а зміна величини ємності – до зміни частоти коливань (див. рис. 2.4). Слід зауважити, що при цьому амплітуда коливань не змінюється (таким чином, генератор виконує її стабілізацію).

Рис. 2.2 Часова діаграма роботи генератора

 Рис. 2.3  Рис. 2.4

 Рис. 2.5  Рис. 2.6

Щоб змінити амплітуду коливань, необхідно змінити величину напруги джерела живлення V0 (див. рис. 2.5). Напруга на виході генератора змінюється практично лінійно, навіть при заміні ідеальних елементів реальними (див. рис. 2.6)

3 ВМІСТ ЗВІТУ

1. Назва та мета лабораторної роботи.

2. Вихідні схеми генераторів згідно з варіантом.

3. Визначення типу генераторів та параметрів їх вихідних сигналів.

4. Особливості  визначення частоти та амплітуди коливань досліджуваних генераторів в пакеті Electronics Workbench.

5. Результати моделювання схем генераторів:

а) схеми, складені в Electronics Workbench;

б) осцилограми роботи схем генераторів для вихідних параметрів;

в) осцилограми роботи генераторів, що пояснюють зміну або стабілізацію параметрів вихідних сигналів при зміні параметрів елементів їх схем;

г)  висновки щодо впливу параметрів схем генераторів на зміну або стабілізацію параметрів вихідних сигналів.

6. Призначення всіх елементів схем генераторів.

4 ВАРІАНТИ ЗАВДАНЬ

Варіант 1

        

 а)   б)

Варіант 2

        

а)   б)

Варіант 3

 

а)   б)

Варіант 4

 

а)      б)

Варіант 5

 

а)    б)

5 КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

  1.  Які типи генераторів ви знаєте?
  2.  За якими величинами здійснюється регулювання параметрів вихідних сигналів генераторів?
  3.  Назвіть відомі вам способи стабілізації вихідних параметрів в схемах генераторів.
  4.  В чому заключається принцип дії генераторів синусоїдальних коливань?
  5.  З якою метою використовують кварцовий кристал в схемах генераторів?
  6.  Поясніть роботу схеми генератора прямокутних імпульсів, побудованого на базі мікросхем елементарної логіки ТТЛ - серій.
  7.  Поясніть принцип роботи генераторів імпульсів трикутної форми.
  8.  Як досягти симетрії трикутників в генераторах імпульсів трикутної форми?
  9.  Яку роль відіграють операційні підсилювачі в схемах генераторів?

17


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63142. Чисті речовини та суміші 21.44 KB
  Мета: Сформувати в учнів уявлення про чисті речовини і суміші навчити їх розрізняти закріпити уявлення про атомномолекулярну будову речовини ознайомити з простими і складними речовинами що зустрічаються в довкіллі...
63143. Урок мужності і героїзму присвячений 70-річчю визволення Києва від німецько-фашистських загарбників 25.09 KB
  Мета: формувати в учнів початкової школи почуття патріотизму, любові до свого народу, його історії та героїчного минулого на прикладі подвигу людей, які загинули під час окупації та визволення Києва від німецько-фашистських загарбників; виховувати повагу...
63145. Тваринництво рідного краю 19.63 KB
  Мета: формувати поняття про тваринництво як галузь сільського господарства; дати знання про галузі тваринництва; розкрити їх значення для людини; виховувати патріотичне ставлення до землі рідного краю любов до України пошану до людей та їхньої праці.