Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Генератора прямоугольных импульсов и rc-генератора синусоидальных колебаний
2.1 Описание схем выполненных в лабораторном макете
Детектор из ОУ
В целом ряде случаев, в том числе для измерительных приборов, определяющих эффективные значения малых сигналов переменного напряжения, необходимые вентили с малым порогом открывания. Полупроводниковые диоды оказываются непригодными для этих целей. так как напряжение порога открывания p-n перехода составляет примерно 0, 3 В для германиевых и 0, 7 В для кремниевых переходов. Если диод используется в цепи 00С, 0У удается снизить приведенный ко входу порог открывания (детектирования) примерно в КИ О.С. раз. Схема детектора малых сигналов с диодами в цепи 00С 0У представлена на рис.2.1 (схема 1). Для положительных полуволн сигналов, подаваемых на вход схемы (инвертирующий вход операционного усилителя), диод оказывается запертым отрицательным выходным напряжением 0У, и напряжение на выходе 1 становится равным нулю. Диод в это время открыт и цепь 00С 0У состоит из , включенного в прямом направлении, и выходного сопротивления 0У (). Так как сопротивление открытого диода мало по сравнению с , то все выходное напряжение 0У оказывается приложенным к выходу 2 схемы. При смене полярности входного напряжения на отрицательную, а выходного соответственно на положительную запирается, открывается и включает цепь 00С, состоящую в этом случае из и , и выходное напряжение 0У оказывается приложенным к выходу 2. Таким образом, при любой полярности входного сигнала схема ведет себя как инвертирующий усилитель, коэффициент передачи которого при идентичности диодов и и при равенстве и определяется выражением
, где . Схема детектора малых сигналов лабораторного макета смонтирована на 0У, работающего в режиме с . Таким образом, порог детектирования, приведенный ко входу, составляет примерно 0, 0007 В, что позволяет детектировать сигналы (положительной или отрицательной полярности) напряжением порядка 1 мВ.
Рис.2.1
2.1.2 Генератор колебаний прямоугольной формы (мультивибратор) на 0У
0У можно включить таким образом, что они будут работать как генераторы сигналов различной, в том числе прямоугольной формы. Простейшая схема генератора симметричных колебаний прямоугольной формы на 0У показана на рис. 2, а. Схема содержит цепь 00С, образованную посредством и С1, и цепь ПОС – В момент подачи напряжения питания конденсатор С разряжен и . В это время на появляется небольшое, например положительное, напряжение , которое оказывается приложенным ко входу 2. Причиной появления служит небольшое начальное выходное напряжение разбаланса 0У, которое имеется даже в том случае, если . При появлении напряжения в цепи ПОС (при ) оно начнет переводить 0У в режим насыщения, когда 0У станет примерно равным + (момент времени на диаграмме рис.2.1, б). Насыщение 0У приводит к заряду конденсатора С1, который заряжается выходным напряжением 0У через до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет значения . Тогда станет равным нулю и выходное напряжение 0У (напряжение на входе 2) , а останется положительным. Так как приложено к инвертирующему входу 0У, то выходное напряжение станет отрицательным и благодаря действию ПОС достигнет другого предельного значения, равного , что также соответствует насыщенному состоянию 0У ( на рис. 2.2, б).
Рис. 2.2
Далее конденсатор С1 начинает перезаряжаться и, когда отрицательное напряжение на нем станет равным и произойдет возврат схемы в исходное состояние, когда . Период колебаний генератора зависит от соотношения величин элементов, составляющих цепи ПОС и ООС. Анализ схемы показывает, что
и при составит
.
В лабораторном макете выполнен многодиапазонный генератор, работа которого аналогична рассмотренной, однако этот вариант схемного решения позволяет получить как симметричные, так и несимметричные импульсные различных частот следования (рис.2.3).
Рис.2.3
Ступенчатая регулировка частоты выходного сигнала производится посредством переключения . Возможность получения несимметричных колебаний достигается включением в цепь 00С 0У клапанных диодов и . Так, при положительном выходном напряжении 0У ток заряда хронирующей емкости (С1, С2 или С3) протекает через диод , верхнюю часть потенциометра и резистор , а при отрицательном 0У – через , нижнюю часть и . Таким образом, изменение положения движка позволяет менять постоянную времени цепи 00С в зависимости от полярности 0У и, следовательно, скважность импульсов генератора. Следует отметить, что частота колебаний мультивибратора на 0У ограничена скоростью нарастания его выходного напряжения.
2.1.3 – генератор гармонических колебаний
– генератор, выполненный в лабораторном макете собран на 0У, охваченном цепью комбинированной частотно-независимой положительной и избирательной отрицательной ОС (рис.2.4.б).
Рис.2.4.б
В качестве избирательной 00С применен двойной Т-образный мост, принципиальная схема которого и амплитудно-частотная характеристика представлены на рис.2.4.а.
Рис. 2.4.а
Двойной Т-образный мост относится к избирательным – цепям минимального типа. Частота квазирезонансного моста при любом числовом значении n) определяется как
.
а коэффициент передачи на квазирезонансной частоте как
.
Очевидно, что при , а фазовый сдвиг не имеет смысла (в тех случаях, когда и ). Использование двойного Т-образного моста в цепи 00С 0У приводит к тому, что амплитудно-частотная характеристика усилителя имеет максимум на частоте квазирезонанса моста . Это объясняется тем, что на частоте при нулевом значении цепь 00С оказывается разомкнутой и коэффициент передачи схемы соответствует коэффициенту передачи 0У без 0С, т.е. (при n=0, 5). На частотах, больших или меньших , и за счет действия 00С уменьшается в соответствии с ростом . Действие частотно-независимой цепи ПОС и , приводит к самовозбуждению схемы. Во всех случаях глубина ПОС должна быть такой, чтобы условие самовозбуждения схемы выполнялось только в узком интервале частот вблизи максимума , т.е. в районе . При тщательном подборе глубины ПОС форма колебаний – генератора оказывается близкой к гармонической, а частота их соответствует . Для обеспечения работы схемы и стабильности частоты необходимо – согласование сопротивлений в точках подключения двойного Т-образного моста к 0У, т.е. 0У должен обладать очень малым выходным и высоким входным сопротивлениями; – точная настройка двойного Т-образного моста, которая зависит от точности выбора значений его элементов, т.е. в схеме моста допускается применение конденсаторов и резисторов с допусками соответственно 1 и 0, 1%. В схеме – генератора, выполненной в лабораторном макете, регулировка глубины ПОС, состоящей из , , , осуществляется посредством переключателя . в одном из крайних положений цепь ПОС обрывается, колебания в схеме срываются и она приобретает свойства избирательного фильтра.
2.2 Состав лабораторной установки
Экспериментальная лабораторная установка содержит: – лабораторный макет; – источник питания +15 В (стенд); – генератор MOTECH FG-506; – двухканальный осциллограф С1-83; – цифровой осциллограф TDS 1002.
2.3 Порядок выполнения работы
1. Подключить экспериментальный макет к источнику питания 0-15 В., смонтированному на стойке лабораторного стола. Ручку регулировки выходного напряжения источника питания вывести в крайнее левое положение (вращая ее против часовой стрелки). Обязательно соблюдение полярности приложенного напряжения. Подключить к входу схемы № 1 генератор сигналов типа MOTECH FG-506, используя выход Func out (50 Ω). Подключить к одному из выходов схемы № 1, 1 канал осциллографа С1-83, 2 канал подключить к гнезду Изм.Вх.. Переключатель «№ схемы» поставить в положение «1». Собранную схему исследований показать руководителю или лаборанту. 2. Включить приборную стойку лабораторного стола, включить источник питания и установить выходное напряжение равным Ек = 12 В. Включить генератор MOTECH FG-506, установить уровень выходного сигнала – 40 дБ (2 раза нажать Range/Attn, затем стрелками ◄ и ► выбрать значение Attn: 40 dB). Включить осциллограф С1-83, наблюдая и регулируя линию развертки. Снять зависимость выходного напряжения детектора от входного напряжения на частоте f примерно 1000 Гц, изменяя его от нуля до максимального значения (поворачивая крайнюю правую ручку Amplitude), соответствующего появлению нелинейных искажений (ограничение сигнала). Входное напряжение (от генератора) измеряем осциллографом (канал № 2), выходное напряжение (канал № 1) отсчитывать по масштабной сетке осциллографа. Таблица должна содержать 5-6 точек. Для одной из таких точек нарисовать осциллограмму выходного напряжения в удобном (не мелком) масштабе. 4. Проделать измерения по п.3 для другого выхода схемы № 1, при тех же входных значениях амплитуды. 5. Отключить генератор MOTECH FG-506 от схемы 1. Подключить к выходу схемы № 2 осциллограф TDS 1002. Переключатель «№ схемы» поставить в пол. 2. 6. Для положения переключателя «к схеме № 2 С1» пользуясь кнопкой AVTOSET и ручками регулировки чувствительности (VOLTS/DIV) и скорости развертки (SEC/DIV) установить на экране осциллограмму выходных импульсов генератора. Установив ручку потенциометра R2 в некотором среднем положении, когда колебания симметричны определить по экрану осциллографа их частоту f и период T. Повторить измерения значений f и T в обоих крайних положениях R2. 7. Повторить измерения по п.6 для положения переключателя «К схеме № 2» в положениях С2 и С3. Результаты измерений свести в таблицу 1.
Таблица 1
Л – левое крайние П – правое С – среднее положения R2
8. Переключатель «№ схемы» поставить в положение «3». Подключить генератор MOTECH FG-506 к входу двойного Т-образного моста схемы № 3. Подключить осциллограф TDS 1002 к выходу двойного Т – образного моста. Отключить двойной Т-образный мост от усилителя тумблером, находящимся на лицевой модели макета (положение «вправо»). 9. Снять амплитудно-частотную характеристику двойного Т-образного моста, подав от генератора сигнал UВЫХ = 0, 3-0, 5 В. Для этого сначала надо зафиксировать частоту квазирезонанса (по минимуму выходного сигнала), а затем снять 5-6 точек по обе стороны от частоты квазирезонанса, пока выходное напряжение не станет приблизительно постоянным.
10. Отключить генератор MOTECH FG-506, предварительно выведя ручку регулировки выходного напряжения в крайнее левое положение, и затем выключить его. Тумблер перевести в положение «влево». 11. Для положения переключателя «К схеме № 3» «R5» получить на экране осциллограмму выходного напряжения и измерить частоту автоколебаний. 12. Убедится, что при отсутствии положительной обратной связи (положения переключателя «К схеме № 3» «R5») автоколебания отсутствуют. 13. Отключить от схемы № 3 осциллограф и затем выключить его. Вывести ручку регулировки выходного напряжения источника питания в крайнее левое положение и выключить источник питания. Выключить приборную стойку лабораторного стола.
Отчет по лабораторной работе должен содержать полученные экспериментальные результаты, а именно – графические зависимости выходного напряжения детектора малых сигналов от входного напряжения; – значения частоты и периода колебаний генератора прямоугольных импульсов в зависимости от величин С1, С2, С3 и R2 (таблица 1); – амплитудно-частотную характеристику двойного Т-образного моста; – результаты измерений частоты выходного сигнала RC генератора; – объяснение полученных результатов.
При подготовке к защите отчета по лабораторной работе необходимо внимательно изучить принцип действия схем приведенных в лабораторном макете, характеристики и параметры интегральных 0У, общие принципы 00С в усилителях и ее влияние на параметры (АХ, АЧХ и коэффициент передачи) 0У.
|