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 звязку 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

14 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

21787. Риск как экономическая категория 80 KB
  Понятие риска его основные элементы 2. Причины возникновения риска 3. Общие принципы классификации риска 4. Факторы влияющие на уровень экономического риска 1.
21788. Система количественных оценок риска 94 KB
  Как отмечалось ранее тема 2 одним из наиболее распространенных методов количественной оценки риска является статистический метод. Главными инструментами статистического метода расчета риска являются: среднее значение х изучаемой случайной величины последствий какоголибо действия например дохода прибыли и т. как случайные величины подчиняются закону близкому к нормальному широко используется в литературе по проблеме количественной оценки экономического риска.
21789. Теоретические аспекты риск-менеджмента 70 KB
  Основные принципы управления рисками 3. Анализ риска 4. Методы количественного анализа риска 1. Содержание рискменеджмента Рискменеджмент система управления рисками на предприятии которая представляет собой совокупность методов приемов и мероприятий позволяющих в определенной степени прогнозировать наступление рисковых событий и принимать меры к исключению или снижению отрицательных последствий наступления таких событий.
21790. Риск и доход 72 KB
  Величина FV показывает будущую стоимость сегодняшней величины PV при заданном уровне доходности. Концепция риска и доходности в финансовом менеджменте Риск и доходность в финансовом менеджменте и анализе рассматриваются как две взаимосвязанные категории. Активы с которыми ассоциируется относительно больший размер возможных потерь рассматриваются как более рисковые; вполне естественно что к таким активам предъявляются и большие требования в отношении доходности.
21791. Управление рисками и антикризисное управление 81 KB
  Главная задача антикризисного управления обеспечение такого положения предприятия на рынке когда оно может преодолеть временные трудности в том числе и финансовые посредством использования всех возможностей современного менеджмента. главной целью его является обеспечение стабильного положения на рынке компании при любых экономических политических и социальных изменениях в стране; в его рамках применяются в основном те управленческие инструменты которые наиболее эффективны в устранении временных финансовых затруднений и решении других...
21792. Санитарные требования к транспортированию, приему, хранению, механической кулинарной обработке пищевых продуктов 75 KB
  ПЛАН ЛЕКЦИИ : Санитарные требования к транспортированию пищевых продуктов. Санитарные требования к приему и хранению пищевых продуктов. Санитарные требования к механической кулинарной обработке пищевых продуктов.
21793. Санитпрные требования к содержанию предприятий общественного питания 110.5 KB
  Санитарные требования к содержанию территории и помещений предприятий общественного питания. Цель способы и средства дезинфекции в предприятиях общественного питания. Гигиена и санитария общественного питания: Учебник для техн.
21794. Санитарные требования к тепловой обработке пищевых продуктов, хранению и раздаче готовой пищи 91 KB
  Санитарные требования к изготовлению кремовых изделий и пирожков во фритюре. Органолептическими признаками готовности мясных изделий являются выделение бесцветного сока в месте прокола и серый цвет на разрезе продукта при этом температура в центре готовых изделий должна быть не ниже 85 град. C для натуральных рубленых изделий и не ниже 90 град. C для изделий из котлетной массы.
21795. Гигиенические требования к факторам внешней среды и благоустройству предприятий общественного питания 112.5 KB
  Гигиена воздуха: а физические свойства воздуха; б химический состав воздуха; в загрязнение воздуха вредными примесями влияющими на организм и условия труда работников предприятия общественного питания. При этом оценивая влияние различных факторов внешней среды на организм человека обычно выделяют преимущественный фактор который по своим параметрам имеет наибольшее отклонение от требований организма человека например повышенная температура воздуха или запылённость его. 2 вопрос Гигиена воздуха Среди факторов внешней среды...