Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Системи управління і автоматики
Кафедра:
Автоматика і телемеханіка
Інформація про роботу
Рік:
1999
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Елементи дискретних пристроїв автоматики
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕНЕРАТОРА ПИЛОПОДІБНОЇ НАПРУГИ
ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи №6
з курсу
"ЕЛЕМЕНТИ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ"
для студентів спеціальності 7.0914.02
"Комп’ютеризовані системи управління і автоматики"
усіх форм навчання
Затверджено
на засіданні кафедри
"Автоматика і телемеханіка"
Протокол № 1 від 3.09. 1998 р.
Львів 1999
Дослідження генератора пилоподібної напруги. Інструкція до лабораторної роботи №6 з курсу "Елементи дискретних пристроїв автоматики" для студентів спеціальності “Комп’ютеризовані системи управління і автоматики” усіх форм навчання / Укл. В.Б.Дудикевич, В.М.Максимович, О.С.Вітер. - Львів: ДУЛП, 1999. - 11 с.
Укладачі: В.Б.Дудикевич, докт. техн. наук, проф., В.М.Максимович, канд. техн. наук, доц., О.С.Вітер, ст. викл.
Відповідальний за випуск: І.М.Ковела, к.т.н., доц.
Рецензенти: З.Р.Мичуда , З.М.Стрілецький кандидати техн. наук, доценти
1. МЕТА РОБОТИ
Метою роботи є ознайомлення з принципом роботи транзисторного генератора пилоподібної напруги, експериментальна перевірка розрахункових співвідношень, дослідження впливу елементів схеми на основні її параметри.
2. ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП
Генератор пилоподібної напруги (ГПН) використовують для розгортки променю в електронно-променевих трубках, при вимірюванні часових інтервалів, створенні часової затримки імпульсних сигналів, перетворенні напруги в імпульси, тривалість яких пропорційна цій напрузі, тощо.
Напругу пилоподібної форми звичайно отримують з допомогою ємнісної інтегруючої ланки чи інтегруючого підсилювача, періодично заряджаючи і розряджаючи конденсатор. З цієї причини генератори пилоподібної напруги часто називають інтеграторами. Спрощена схема ГПН зображена на рис. 1а, де і утворюють інтегруючу ланку, а ключ необхідний для переключення конденсатора з зарядки на розрядку і навпаки.
Опір можна розглядати як винесений опір замкненого ключа. На рис.1б зображена форма напруги, що формується при періодичному замиканні і розмиканні ключа. Ця напруга характеризується такими параметрами:
- тривалість робочого (прямого) ходу;
- тривалість відновлення (тривалість зворотного ходу);
- період повторення;
- амплітуда;
- коефіцієнт використання напруги живлення;
- коефіцієнт нелінійності;
- відносна похибка зміщення по амплітуді;
- відносна похибка зміщення по часу.
Коефіцієнт нелінійності показує ступінь відхилення реальної напруги від ідеальної, що змінюється лінійно, і визначається формулою:
, (1)
де і - максимальна і мінімальна похідні по часу від напруги на конденсаторі. Звичайно максимальна похідна відповідає початковій ділянці пилоподібної напруги, а максимальна - кінцевій.
Пов’язуючи відомою залежністю () струм через конденсатор з напругою на ньому, вираз (1) можна записати в такому вигляді:
,
де і - максимальне і мінімальне значення струму через конденсатор, - амплітуда струму.
Похибки зміщення по часу і по амплітуді характеризують лінійність реальної пилоподібної напруги. Вони визначаються при заміні напруги на конденсаторі прямою, що збігається з нею в двох точках, наприклад, на початку і в кінці робочого ходу (рис. 1б). У цьому випадку між максимальними похибками зміщення і коефіцієнтом нелінійності існує така залежність:
.
Ідеально лінійно напругу на конденсаторі можна отримати тільки у тому випадку, якщо струм, що протікає через конденсатор постійний.
Розглянемо принцип роботи найпростішого генератора. При зарядженні конденсатора від джерела постійної напруги (рис. 1а) струм заряду дорівнює
і, при збільшенні , зменшується.
Для підтримання постійного струму опір в процесі зарядження необхідно зменшувати. Для цього як зарядний опір необхідно використати струмостабільний нелінійний двополюсник (рис.2а), вольт-амперна характеристика якого наведена на рис. 2б (штрихова лінія). В реальних умовах близькими за формою до ідеальної є вольт-амперні характеристики пентодів, тріодів з глибоким від’ємним оберненим зв’язком і транзисторів (суцільна крива на рис. 2б).
Зарядний струм можна також стабілізувати, якщо послідовно з включити джерело (рис 3), напруга якого змінюється за тим самим законом, що й напруга на конденсаторі , але у протифазі з нею. У цьому випадку
.
Якщо , то .
Такий метод стабілізації називається компенсаційним. Залежно від того, яким чином формується напруга , розрізняють схеми ГПН з додатним чи від’ємним зворотним зв’язком.
Розглянуті методи стабілізації зарядного струму справедливі і у тих випадках, коли робочий хід пилоподібної напруги формується в процесі розрядження конденсатора.
Якщо як ключ (рис. 1а) використовуються електронні лампи, транзистори, газорозрядні прилади, а також керовані діоди, що включаються і виключаються з допомогою зовнішніх керуючих імпульсів, то такі генератори називаються керованими ГПН. Час робочого ходу керованих ГПН дорівнює тривалості керуючих імпульсів.
Часто керовані ГПН об’єднують з релаксаційними генераторами, в результаті чого конденсатор із зарядки на розрядку переключається автоматично при переході релаксаційного генератора з одного квазістійкого стану в інший. Такі генератори називаються автоколивними ГПН. Як і релаксаційні, такі генератори можуть працювати в режимі очікування, коли для запуску необхідний імпульс короткої тривалості, а також в режимі синхронізації.
Стабільність пилоподібної напруги характеризується ступенем зміни його основних параметрів (амплітуди, тривалості робочого ходу і коефіцієнтом нелінійності) при зміні кліматичних умов (температури, вологості, тиску), параметрів схеми ГПН і напруги живлення.
Нестабільність параметрів напруги, що генерується, звичайно описується абсолютним відхиленням даного параметра від його початкового значення, віднесеним до цього початкового значення:
нестабільність амплітуди ;
нестабільність тривалості робочого ходу ;
нестабільність коефіцієнта нелінійності .
Найбільш жорсткі вимоги ставляться до і .
Розглянемо генератор з розрядним транзистором, включеним за схемою зі спільною базою (рис. 4).
При відсутності керуючих імпульсів транзистори і відкриті і конденсатор заряджений до максимальної напруги
,
де - тепловий струм колектора транзистора .
Малий опір включається в коло колектора тільки для створення насиченого режиму його роботи, що дозволяє зменшити час відновлення:
,
де - максимальний колекторний струм транзистора в режимі переключення.
При надходженні закриваючого імпульсу (для транзистора типу p-n-p додатної полярності) транзистор закривається і конденсатор починає розряджатися (рис. 4в). Оскільки вихідний опір транзистора великий (), то колекторний струм при розрядженні конденсатора залишається майже постійним. Коефіцієнт нелінійності
,
де - вихідний опір транзистора включеного за схемою із спільною базою; - коефіцієнт підсилення емітерного струму:
.
Оскільки із збільшенням температури збільшується , а зменшується, то в розрахунковій формулі величиною можна знехтувати. Крім того, (, тому при розрахунках користуються спрощеною формулою
.
Амплітуда пилоподібної напруги, яка може бути отримана в генераторі (якщо за час конденсатор не розрядиться до напруги ), визначається виразом:
.
Відносну нестабільність амплітуди знаходять із формули:
,
де - зміна теплового струму в робочому інтервалі температури.
Якщо розрахунок вести із врахуванням максимальної амплітуди, то при заданій тривалості керуючого імпульсу ємність конденсатора необхідно визначати за формулою:
.
Після закінчення дії керуючого імпульсу транзистор відкривається і починається заряд конденсатора через до напруги . Час відновлення генератора розраховують за формулою:
.
Для забезпечення насиченого стану транзистора необхідно виконати умову:
,
де - коефіцієнт підсилення базового струму транзистора .
Такий генератор забезпечує коефіцієнт нелінійності близько 0,5% і тривалість робочого ходу від одиниць до декількох тисяч мікросекунд. Коефіцієнт використання має значення приблизно 0,9%. Однак в широкому діапазоні робочих температур амплітуда пилоподібної напруги може значно змінюватись як за рахунок зміни струму , так і за рахунок зменшення , що особливо виявляється в діапазоні від’ємних температур. Більш стабільна схема може працювати при ненасиченому режимі роботи транзистора , тому що спеціальним підбором параметрів схеми можна компенсувати взаємну зміну параметрів транзисторів і .
3. ЗМІСТ РОБОТИ
1. За завданням викладача розрахувати генератор пилоподібної напруги з розрядом через транзистор, що включений за схемою із спільною базою (рис. 4б).
Вихідні дані для розрахунку: коефіцієнт нелінійності, час робочого ходу, час відновлення, напруга живлення, коефіцієнт використання напруги живлення, нестабільність амплітуди.
2. За отриманими даними зібрати схему і перевірити відповідність розрахункових даних експериментальним. Пояснити причини розходження.
3. Зарисувати з екрану осцилографа осцилограми напруг в основних точках схеми.
4. Експериментально визначити залежність часу відновлення від для декількох значень. Графічно зобразити отриману залежність.
5. Визначити залежність крутизни пилоподібної напруги і коефіцієнта використання напруги живлення від режиму струмостабілізуючого транзистора (струму емітера).
6. Визначити залежність крутизни пилоподібної напруги і коефіцієнта використання напруги живлення від величини ємності для декількох значень.
4. ВКАЗІВКИ ДО ЗВІТУ
Звіт повинен містити:
1. Принципові схеми пристроїв, що досліджувались.
2. Результати експериментальних досліджень, зведені в таблиці і зображені у вигляді графіків.
3. Епюри напруг.
4. Порівняння теоретичних і експериментальних результатів, аналіз причин можливих розбіжностей, висновки.
5. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1. У чому полягають принципи побудови генераторів пилоподібної напруги?
2. У чому полягає принцип роботи генератора пилоподібної напруги з розрядом конденсатора через транзистор?
3. Від чого залежить час відновлення генератора пилоподібної напруги з розрядом конденсатора через транзистор?
4. Як впливає зміна температури навколишнього середовища на параметри генератора пилоподібної напруги з розрядом конденсатора через транзистор?
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства. Учебник для вузов. М., Связь, 1973.
2. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч. 1. Электронные устройства информационной автоматики: Учебник/ Под общ. ред. А.А.Краснопрошеной.-К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989.
3. Мандзій Б.А., Желяк Р.І. Основи аналогової мікросхемотехніки. Посібник для студентів радіотехнічних спеціальностей вузів України/ Під редакцією д.т.н. проф. Мандзія Б.А.-Львів, “Тезаурус”, 1993.
Навчальне видання
ДОСЛІДЖЕННЯ ГЕНЕРАТОРА ПИЛОПОДІБНОЇ НАПРУГИ
ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи №6
з курсу
"ЕЛЕМЕНТИ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ"
для студентів спеціальності 7.0914.02
"Комп’ютеризовані системи управління і автоматики"
усіх форм навчання
Укладачі: Валерій Богданович Дудикевич Володимир Миколайович Максимович Олександр Сергійович Вітер
Редактор О. Губарева
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора