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

12 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

21627. Создание и оформление таблиц в Word 1.13 MB
  Представлены способы создания таблиц добавления и удаления столбцов и строк таблицы. Общие сведения о таблицах Таблицы в документах Microsoft Word используют большей частью для упорядочивания и представления данных. В таблицах можно производить вычисления таблицы можно использовать для создания бланков документов. Для работы с таблицами используют команды меню Таблица элементы панелей инструментов Стандартная Форматирование Таблицы и границы и Базы данных рис.
21628. Создание теста документа в MS Word 586 KB
  Представлены приемы использования табуляции при создании текста документа. Использование табуляции О табуляции Табуляция используется для выравнивания текста в пределах строки. Позиции табуляции позволяют перемещать курсор по строке клавишей клавиатуры Tab на определенные расстояния от левого поля. В Microsoft Word всегда есть позиции табуляции установленные по умолчанию.
21629. Двигательные нарушения при ДЦП 51 KB
  Существует условное деление мышц на тонические обеспечивающие поддержание поз и фазические осуществляющие динамические движения. Разные функции мышц обеспечиваются составом входящих в мышцу разных двигательных единиц ДЕ. Преобладание быстрых ДЕ обеспечивает динамические движения например двуглавая и трехглавая мышцы плеча при баллистических движениях.
21630. Понятие о ДЦП: эпидемиология, классификация, этиология 44 KB
  Семеновой 1999 ДЦП на территории России в 1962 году составлял 04 случая на 1000 детского населения а в 1992 – 9 случаев на 1000 детского населения. В Украине как и во всем мире также растет численность детей страдающих ДЦП. ДЦП описан еще в трудах Гиппократа и К.
21631. Адаптивное физическое воспитание детей с ДЦП 153.5 KB
  Второй период реализуется в дошкольных учреждениях компенсирующего и комбинированного вида имеющих специализированные группы детей с ДЦП. Понятие о ДЦП: эпидемиология классификация этиология ДЦП – органическое поражение мозга возникающее в период внутриутробного развития в родах и в период новорожденности и сопровождающееся двигательными речевыми и психическими нарушениями.Семеновой 1999 ДЦП на территории России в 1962 году составлял 04 случая на 1000 детского населения а в 1992 – 9 случаев на 1000 детского населения.
21633. Двигательная реабилитация детей с ДЦП 47.5 KB
  ЛФК проводят в дошкольном возрасте от 3 до 7 лет в детских садах в форме малогрупповых занятий от 3 до 5 раз в неделю по 1530 минут. Специалисту по ЛФК необходимо знать методы и принципы последовательности формирования двигательных навыков ребенка с ДЦП. В занятиях ЛФК используют как статические так и динамические дыхательные упражнения в разных исходных положениях с разным темпом ритмом с акцентом на вдох или выдох с использованием различных предметов надувание шариков пускание мыльных пузырей игра на духовых инструментах и пр.
21634. Фазированные антенные решетки 52.5 KB
  Если на первых этапах развития антенна должна была обеспечить эффективное излучение и прием то потом от антенны потребовалось значительное усиление получаемое за счет направленности действия. С появлением радиосистем локации навигации и управления приемные антенны стали осуществлять пеленгацию т. Помеховая обстановка непрерывно меняется поэтому потребовались самоприспосабливающиеся антенны адаптивные.
21635. Введение в макроэкономику 161 KB
  Предмет макроэкономики. Особенности макроэкономического анализа. Основные макроэкономические проблемы и цели макроэкономического регулирования. Макроэкономические модели. Реальные и номинальные величины. Потоки и запасы. Основные макроэкономические переменные; Методы измерения ВВП...