ДОСЛІДЖЕННЯ АВТОКОЛИВНИХ ТА ЗАГАЛЬМОВАНИХ ГЕНЕРАТОРІВ ПРЯМОКУТНИХ ІМПУЛЬСІВ НА БАЗІ ОПЕРАЦІЙНОГО ПІДСИЛЮВАЧА.. Лабораторна робота з ЕВПТ. Робота № 525396

ДОСЛІДЖЕННЯ АВТОКОЛИВНИХ ТА ЗАГАЛЬМОВАНИХ ГЕНЕРАТОРІВ ПРЯМОКУТНИХ ІМПУЛЬСІВ НА БАЗІ ОПЕРАЦІЙНОГО ПІДСИЛЮВАЧА.

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Кафедра автоматизованих систем управління

Інформація про роботу

Рік:

2013

Тип роботи:

Лабораторна робота

Предмет:

ЕВПТ

Група:

ВП

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА" Інститут комп’ютерних наук і інформаційних технологій Кафедра автоматизованих систем управління ДОСЛІДЖЕННЯ АВТОКОЛИВНИХ ТА ЗАГАЛЬМОВАНИХ ГЕНЕРАТОРІВ ПРЯМОКУТНИХ ІМПУЛЬСІВ НА БАЗІ ОПЕРАЦІЙНОГО ПІДСИЛЮВАЧА. Лабораторна робота № 8 з дисципліни " Елементи і вузли поліграфічної техніки " Лабораторна робота № 8 ДОСЛІДЖЕННЯ АВТОКОЛИВНИХ ТА ЗАГАЛЬМОВАНИХ ГЕНЕРАТОРІВ ПРЯМОКУТНИХ ІМПУЛЬСІВ НА БАЗІ ОПЕРАЦІЙНОГО ПІДСИЛЮВАЧА. Мета роботи - вивчення принципів роботи і розрахунку автоколивних та загальмованих генераторів прямокутних імпульсів, реалізація їх на операційних підсилювачах (ОП) та набуття досвіду наладки і досліджень за допомогою моделювання їх роботи на EWB. 1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ 1.1 Автоколивний генератор прямокутних імпульсів (ГПІ) на ОП Автоколивний ГПІ ( інша назва – мультивібратор МВ) – реалізується на операційному підсилювачі за достатньо простою схемою - за допомогою інвертуючого тригера Шмітта, який охоплений зворотним зв’язком та фільтра нижніх частот [1]. (Тригер Шмітта функціонально є компаратором, рівні включення і виключення якого не зівпадають як у звичайного компаратора, а різняться на величину, яка називається гістерезисом перемикання). Рис.1. Схема автоколивного ГПІ на операційному підсилювачі. Коли потенціал на інвертуючому вході операційного підсилювача (ОП) досягає порогу спрацювання тригера Шмітта ( див. рис.1), то схема перемикається і її вихідна напруга стрибком змінює свій знак і приймає протилежне граничне значення. При цьому потенціал на інвертуючому вході починає змінюватися у протилежну сторону, поки не досягне другого порогу спрацювання. Рівні спрацювання тригера Шмітта залежать від величини зворотнього зв’язку UПОРОГ - = UПОРОГ + = (R3 / R2) • UМАХ, /1/ де UМАХ, - напруга живлення операційних підсилювачів UМАХ = |ЕК|. Період коливань рівний подвоєному часу, який необхідний конденсатору С1, щоб його вихідна напруга змінилася від UПОРОГ - до UПОРОГ +: ТГПІ= tі-+ tі+=R1•С1•ln[1+(2•R3 / R2)]+R2•С2•ln[1+(2•R3 / R2)]=2•t1=2•R1•С1•ln [1+(2•R3 / R2)], /2/ При R3 = R2 період коливань складає ТГПІ = tі-+ tі+= (1.15•R1•С1)+(1.15•R2•С2)= 2•(1.15•R1•С1)= 2,3•R1•С1, /3/ Змінити співвідношення tі- і tі+ можна, якщо замість резистора R1 ввести дві паралельні ланки з двох різних за величиною резисторів з послідовно в різному напрямку ввімкненими діодами VD1 і VD2 , як це показано на рис.2. При цьому тривалості імпульсів tі-+ tі+і період ТГПІ ТГПІ= tі-+ tі+=R1’•С1•ln[1+(2•R3 / R2)]+R1’’•С2•ln[1+(2•R3 / R2)], /4/ При R3 = R2 ТГПІ = tі-+ tі+= (1.15•R1’ •С1)+(1.15•R1’’ •С2)= 1.15•(R1’ •С1 + R1’’ •С1), /5/ Таким чином, період коливань і відповідно частота прямокутних імпульсів не залежить від рівня UМАХ операційного підсилювача. Змінюючи постійну часу (значення R1 і С1) та величину зворотнього зв’язку (R3 / R2) , можна змінювати тривалість імпульсів у широкому діапазоні. Рис.2. Вплив на тривалість вихідних імпульсів від заміни R1 = 1кОм на R1’ = 1кОм і R1’’ = 2кОм через відповідно включені діоди VD1 і VD2. 1.2 Загальмований генератор прямокутних імпульсів (ГПІ) на ОП Загальмований ГПІ ( інша назва – одновібратор ОВ) на операційному можна отримати з авто-коливного ГПІ (див. рис.1), якщо зашунтувати конденсатор С1 діодом, як це показано на рис.3. Рис.3. Схема загальмованого ГПІ на операційному підсилювачі. Це виключає можливість заряду конденсатора С1 до напруги UПОРОГ – і забезпечує один стійкий стан пристрою, як показано на часових діаграмах на рис.3. У початковому стані конденсатор С1 розряджений і на виході пристрою маємо напругу ЕК – : струм протікає через резистор R1 і діод VD1 . Щоб перевести пристрій у квазістійкий стан (тобто отримати на виході пристрою один визначеної тривалості імпульс tі+ ), необхідно до середини подільника R2 – R3 подати запускаючий імпульс додатньої полярності більшої за напругу UПОРОГ + . Тоді отримуємо на виході стрибком напругу ЕК+ і конденсатор С1 почне заряджатися через резистор R1 : на виході формується імпульс додатньої полярності тривалістю tі+ , поки напруга на конденсаторі не досягне значення UПОРОГ + . В цей момент вихід операційного підсилювача стрибком змінить свій стан на ЕК – , а конденсатор С1 розрядиться і пристрій буде готовий до повторного запуску. Запускаючі імпульси повинні з’являтися не швидше, ніж розрядиться конденсатор С1 , тобто період запуску ТЗАП ≥ 2•tі+ і відповідно частота запуску FЗАП = 1 / ТЗАП . Враховуючи, що тривалість запускаючого імпульсу може бути більша за тривалість згенерованого одновібратором, тому запускаючий імпульс треба подавати через диференціюючу ланку R4 С2 і діод VD2 . Тривалість згенерованого імпульсу загальмованого ГПІ (одновібратора) становить tі ОВ = R1’•С1•ln[1+(R3 / R2)], /6/ При R3 = R2, tі ОВ = R1’•С1•ln[1+(R3 / R2)] = R1’•С1•ln[2] = 0.7•R1’•С1, /7/ 2. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ 1. Пiдготовка до роботи На основі параметрів згідно з варіантом завдання розрахувати параметри ГПІ на базі інвертуючого тригера Шмідта (на ОП), який охоплений зворотним зв’язком та фільтра нижніх частот. ВАРIАНТИ ЗАВДАНЬ № варіанту 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Напруга живлення операційних підсилювачів ЕК, В ±15 ±15 ±15 ±15 ±15 ±15 ±15 ±15 ±15 ±15 Період прямокутних імпульсів для авто коливного ГПІ ТГПІ, мС 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Тривалісь імпульса для загальмованого ГПІ tі ОВ, мС 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Задані наступні параметри ГЛЗН (варіант № 7): - напруга живлення операційних підсилювачів ЕК = ±15 В - період прямокутних імпульсів ТГПІ = 7 мС Розрахунок: а) вибираємо операційні підсилювачі (ОП): для заданих напруг живлення операційних підсилювачів UМАХ = ±15 В і періоду лінійно-змінної напруги ТГПІ = 7 мС вибираємо ОП для моделювання µА741 (вітчизняний аналог К140УД6), які мають напругу живлення ±15 В і максимальну частоту FМАХ ≥ 1 МГц ( FМАХ ≥ 1 / ТГЛЗН ) б) розраховуємо амплітуду напруги UГЛЗН : амплітуда прямокутних імпульсів UГПІ визначається напругою живлення операційних підсилювачів UГПІ = |UK-| = UK+ =15 В ; в) обчислюємо ємність С1 МВ для автоколивного ГПІ (мультивібратора): приймаємо значення R1 =1.0 кОм, R3=10 кОм, R2=10 кОм і обчислюємо ємність С1 МВ за формулою / 2 / С1 МВ = ТГПІ / ( 2,3 R1 ) = 7 • 10 -3 / (2.3 • 1•10 3)= 4.025 • 10 -6 Ф г) обчислюємо ємність С1 ОВ для загальмованого ГПІ (одновібратора): приймаємо значення R1 =1.0 кОм, R3=10 кОм, R2=10 кОм і обчислюємо ємність С1 ОВ за формулою / 7 / С1 ОВ = tі ОВ / ( 0.7• R1 ) = 7 • 10 -3 / (0.7 • 1•10 3)= 9.975 • 10 -6 Ф Згідно з розрахованими значеннями здійснюємо підбір елементів відповідно до ряду елементів: R1 = 1.0кОм, R3=10 кОм, R2=10 кОм, C1 МВ = 4 мкФ, C1 ОВ = 10 мкФ. 2. Проведення експериментальних дослiджень. 2.1. Підготували до роботи ПК: провели реєстрацію в системі, забезпечили роботу з програмою Electronics Work Bench. Забезпечили монтаж схеми дослідження на набірному полі Electronics Work Bench.. Дослідили роботу схеми в автоколивному режимі шляхом спостереження осцилограм процесів в основних точках схеми (напруги на виході і вході операційного підси-лювача). Схема дослідження і осцилограми приведені на рис.1. Виміряні значення: -амплітуда прямокутних імпульсів UГПІ ЕКС’ = 2.8 верт.кл • 5 • 10 -3 = = 14 В; -поріг спрацювання UПОР+ ЕКС = UПОР- ЕКС = 1.4 верт.кл • 5 • 10 -3 = = 7 В; -період прямокутних імпульсів ТГПІ ЕКС’ = 9 гориз.кл • 1 • 10 -3 = 9 • 10 -3 С -тривалості прямокутних імпульсів τі+ ЕКС’ = 4.5 гориз.кл • 1 • 10 -3 = 4.5 • 10 -3 С; τі- ЕКС’ =4.5 гориз.кл • 1 • 10 -3 = 4.5 • 10 -3 С; (відповідно період ТГПІ ЕКС’ = τі+ ЕКС’ + τі- ЕКС’ = 9 • 10 -3 С ). Збільшити вдвічі ємність і дослідили схему при новому значенні ємності конденсатора C1' = 8.0 • 10 -6 Ф. Схема дослідження і осцилограми приведені на рис.4. Виміряні значення: -амплітуда прямокутних імпульсів UГПІ ЕКС’ = 2.8 верт.кл • 5 • 10 -3 = = 14 В; -поріг спрацювання UПОР+ ЕКС = UПОР- ЕКС = 1.4 верт.кл • 5 • 10 -3 = = 7 В; -період прямокутних імпульсів ТГПІ ЕКС’ = 9 гориз.кл • 2 • 10 -3 = 18 • 10 -3 С -тривалості прямокутних імпульсів τі+ ЕКС’ = 4.5 гориз.кл • 2 • 10 -3 = 9 • 10 -3 С; τі- ЕКС’ =4.5 гориз.кл • 2 • 10 -3 = 9 • 10 -3 С; (відповідно період ТГПІ ЕКС’ = τі+ ЕКС’ + τі- ЕКС’ = 18 • 10 -3 С ). Рис.4. Вплив на тривалість вихідних імпульсів від зміни величини ємності до п.2.3. 2.4. Відновили значення ємності конденсатора C1 = 4.0 • 10 -6 Ф . Прослідкували вплив на тривалість вихідних імпульсів від зміни величини зворотнього зв’язку R3 = 20кОм, R2 = 10кОм (рис.5). Рис.5. Вплив на тривалість вихідних імпульсів зміною величини зворотнього зв’язку – до п.2.4. Схема дослідження і осцилограми приведені на рис.3. Виміряні значення: -амплітуда прямокутних імпульсів UГПІ ЕКС’’ = 2.8 верт.кл • 5 • 10 -3 = = 14 В; -поріг спрацювання UПОР+ ЕКС = UПОР- ЕКС = 1.8 верт.кл • 5 • 10 -3 = = 9 В; -період прямокутних імпульсів ТГПІ ЕКС’’ = 6.5 гориз.кл • 2 • 10 -3 = 13 • 10 -3 С -тривалості прямокутних імпульсів τі+ ЕКС’’ = 3.2 гориз.кл • 2 • 10 -3 = 6.4 • 10 -3 С; τі- ЕКС’’ =3.3 гориз.кл • 2 • 10 -3 = 6.6 • 10 -3 С; (відповідно, період ТГПІ ЕКС’’ = τі+ ЕКС’’ + τі- ЕКС’’ = 6.3 + 6.6 = 13 • 10 -3 С, а тривалість імпульсів розраховуємо за формулою /2/: τі+ РОЗРАХ’' = τі- РОЗРАХ’' = R1 С1 ln [ 1 +(2 R3 / R2)]= = 4•ln [ 1 +(2 20 / 10)]= 4•ln [ 1 +4 ]= 4•ln [ 5 ] ≈ 4•1.7 • 10 -3= 6.8•10-3 С 2.5. Відновили значення ємності конденсатора C1 = 1.0 • 10 -6 Ф і опорів зворотнього зв’язку R3 = 10кОм, R2 = 10кОм. Прослідкували вплив на тривалість вихідних імпульсів від заміни R1 = 1кОм на R1’ = 1кОм і R1’’ = 2кОм через відповідно включені діоди (рис.2). Схема дослідження і осцилограми приведені на рис.4. Виміряні значення: -амплітуда прямокутних імпульсів UГПІ ЕКС’’ = 2.8 верт.кл • 5 • 10 -3 = = 14 В; -поріг спрацювання UПОР+ ЕКС = UПОР- ЕКС = 1.4 верт.кл • 5 • 10 -3 = = 7 В; -період прямокутних імпульсів ТГПІ ЕКС’’ = 8.5 гориз.кл • 2 • 10 -3 = 17 • 10 -3 С -тривалості прямокутних імпульсів τі+ ЕКС’’ = 4.3 гориз.кл • 2 • 10 -3 = 8.6 • 10 -3 С; τі- ЕКС’’ =4.2 гориз.кл • 2 • 10 -3 = 8.4 • 10 -3 С; (відповідно, період ТГПІ ЕКС’’ = τі+ ЕКС’’ + τі- ЕКС’’ = 8.6 + 8.4 = 17 • 10 -3 С, а тривалість імпульсів розраховуємо за формулою /3/: τі+ РОЗРАХ’' = 1.15 R1’’ С1 =1.15•2.0•10 3 •4.0•10 -6 = 8.8•10 -3 С; τі- РОЗРАХ’' = 1.15 R1’ С1 =1.15•1.0•10 3 •4.0•10 -6 = 8.2•10 -3 С ). Наявна незначна розбіжність розрахованих і експериментальних значень (до 5% ) - за рахунок спрощення виразу /2/ та вибору елементів (C1 = 1.0•10 -6 Ф, а C1 РОЗРАХ = 1.15•10 -6 Ф). 2.6. Дослідили роботу схеми в загальмованому режимі шляхом спостереження осцилограм процесів в основних точках схеми (напруги на виході і вході операційного підси-лювача). Схема дослідження і осцилограми приведені на рис.3. Наявна незначна розбіжність розрахованих і експериментальних значень (до 5% ) - за рахунок спрощення виразу /2/ та вибору елементів (C1 = 1.0•10 -6 Ф, а C1 РОЗРАХ = 1.15•10 -6 Ф). Додаткові схеми дослідження:

Лабораторна робота ЕВПТ

tinysinjka

25.12.2013 03:07

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

поділитись