Курсовая работа: Проектирование и расчёт измерительных RC-генераторов сигналов на основе операционных усилителей

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................... 3

1. Контрольные вопросы................................................................................ 5

1.1 Правило градуировки вольтметров переменного напряжения.

1.2 Выпишите из закона «О техническом регулировании» определение термина «Подтверждение соответствия» и перечислите способы такого подтверждения...................................................................................... 6

1.3 Перечислите категории лиц, которые могут быть разработчиками технического регламента, и опишите порядок его разработки.......... 7

2. Решение контрольных задач.......................................................................... 8

2.1 8

2.2 9

3. Задание на расчет и проектирование измерительных генераторов.............. 10

3.1 Измерительный генератор синусоидальных колебаний.................... 12

3.2 Измерительный генератор прямоугольных импульсов...................... 20

Спецификация............................................................................................... 28

Приложение 1................................................................................................ 30

ВВЕДЕНИЕ

Стандартизация, метрология, технические измерения и сертификация продукции, работ и услуг являются инструментами обеспечения качества, причем одним из немногих инструментов, которым возможно влиять на чужую экономику как на уровне отдельных предприятий — посредством задания и оформления (ТУ, ГОСТ) более высоких показателей качества товаров и услуг, так и на уровне государств.

На основе стандартизации сформированы принципы и нормативные акты взаимозаменяемости, метрологии, технических измерений, систем управления качеством и сертификации.

Проблема качества является важнейшим фактором повышения уровня жизни, экономической, социальной и экологической безопасности. Качество

— комплексное понятие, характеризующее эффективность всех сторон деятельности: разработку стратегии, организацию производства, маркетинг и др. Важнейшей составляющей всей системы качества является качество продукции. В современной литературе и практике существуют различные трактовки понятия «качество». Международная организация по стандартизации определяет качество (стандарт ИСО-8402) как совокупность свойств и характеристик продукции или услуги, которые придают им способность удовлетворять обусловленные или предполагаемые потребности. Требования к качеству на международном уровне определены стандартами ИСО серии 9000. Эти стандарты вторглись непосредственно в производственные процессы, сферу управления и установили четкие требования к системам обеспечения качества. Они положили начало сертификации систем качества. Возникло самостоятельное направление менеджмента — менеджмент качества. Ученые и практики за рубежом связывают современные методы менеджмента качества с методологией ТQМ (total quality management) — всеобщим (всеохватывающим, тотальным) менеджментом качества.

Метрология – неотъемлемый элемент стандартизации и сертификации, поскольку именно благодаря ей можно объективно судить о качественных показателях продукции и предоставляемых услуг. Главная цель метрологии – обеспечение единства измерений. Само единство измерений базируется на их точности, актуальности и унификации, поэтому областью исследований метрологии в первую очередь остаётся поиск способов получения наиболее достоверной информации об измеряемых показателях.

Это также демонстрирует связь метрологии с достижениями научно- технического прогресса. До недавнего времени исследователям были доступны лишь аналоговые приборы с достаточно низким классом точности, а для получения более точных результатов приходилось проводить преобразования величин, что не всегда представлялось возможным и удобным. Также на точность измерений влияли многочисленные внешние факторы, которые могли повлиять на внутренние настройки измерительных приборов. В связи с этим точные измерения были прерогативой метрологических лабораторий, имеющих дорогостоящие высокоточные измерительные приборы, а также выверенные и стабилизированные окружающие условия.

В современном мире высокие достижения цифровой техники позволили получить широкий спектр цифровых измерительных приборов. Точность измерения данных приборов стала намного меньше зависеть от условий окружающей среды, точность повысилась, а цены стали более доступны широкому потребителю. И несмотря на то, что прецизионные измерения по- прежнему проводятся преимущественно в лабораторных условиях, современный пользователь имеет возможность проводить достаточно точные измерения и вне стен лаборатории.

В связи с этим изучение метрологии стало более актуальным для всех сфер деятельности современного человека.

1. Контрольные вопросы

   1. Правило градуировки вольтметров переменного напряжения.

«Открытые» и «закрытые» входы вольтметров.

1. Выпишите из закона «О техническом регулировании» определение термина «Подтверждение соответствия» и перечислите способы такого подтверждения

   • Перечислите категории лиц, которые могут быть разработчиками технического регламента, и опишите порядок его разработки.

     1. Решение контрольных задач

        1. Мощность в нагрузке с R_Н ± ΔR_Н = 22,0 ± 0,4 Ом определяется вольтметром класса точности KT_U =1,5 и показывающим напряжение U_Н = 120 B. Определить потребляемую нагрузкой мощность P_Н и наибольшую допустимую абсолютную погрешность. Нормирующее значение U_MAX = 120 B.
           • Пренебрегая потерями в конденсаторе (R_X = 0), измеряют его емкость методом вольтметра и амперметра (рисунок 2.2.1). Определите значение ёмкости конденсатора, если показания вольтметра и амперметра равны 78 В и 0,83 А соответственно, а частота приложенного синусоидального напряжения равна 50 Гц.

             1. Задание на расчет и проектирование измерительных генераторов

           • Теоретические сведения

             Измерительные генераторы – это источники сигналов разнообразных форм и частот, предназначенные для работы с радиотехническими схемами. Они имеют ряд принципиальных отличий от обычных генераторов. Они обладают возможностью точной̆ установки и регулировки выходных параметров колебаний (частоты, формы, уровня напряжения или мощности) в широких диапазонах, так же они имеют высокую стабильность параметров и встроенные измерительные приборы, а еще измерительные генераторы могут работать совместно с другими средствами измерения и программного управления.

             В зависимости от формы выходных сигналов различают измерительные генераторы гармонических, релаксационных (импульсных) и шумовых колебаний. В спектре выходного сигала генератора гармонических колебаний имеется одна или несколько гармоник. Выходные колебания релаксационного генератора содержит множество гармоник с соизмеримыми амплитудами.

             По частотному диапазону генераторы делят на: инфранизкочастотные, низкочастотные или генераторы звукового диапазона, генераторы высоких частот, сверхвысокочастотные. Особую группу представляют генераторы случайных колебаний – измерительные генераторы шумовых сигналов. Генераторы псевдослучайных и линейно изменяющихся напряжений, которые относятся к релаксационным генераторам используют как измерительные, так и в качестве генераторов разверток.

             Независимо от назначения, принципа действия и схемотехнического выполнения генератор любых перечисленных колебаний состоит из нелинейного усилителя, цепи положительной обратной связи и источника питания постоянного тока. Форма и частота выходных колебаний

             
             

             определяются только параметрами самого генератора. Генератор гармонических колебаний должен содержать в своем составе узкополосную колебательную систему. Принцип действия релаксационных генераторов основан на зарядно–разрядных или накопительно–поглощающих явлениях, протекающих в широкополосных энергоемких цепях положительной обратной связи.

             Так как данная курсовая работа связана с операционным усилителем, то стоит разобраться, что это такое и как работает данный вид усилителей.

             Термин «операционный усилитель» исторически восходит к ламповым аналоговым вычислительным машинам – приборам, позволяющим представить некоторые неэлектрические процессы изменениями во времени электрических величин, иными словами, над токами и напряжениями в производятся «операции». Операционный усилитель является базовым элементом устройств аналоговой обработки сигналов и применяется в самых разнообразных схемах. На основе операционных усилителей создаются схемы, предназначенные для выполнения математических операций над входными сигналами. Такие схемы находят широкое применение в устройствах автоматического управления. Наиболее распространенными являются суммирующие и интегрирующие схемы, а также ряд схем, в которых операционных усилителях используются в нелинейном режиме.

             В данной̆ курсовой работе мы проектировали и рассчитывали измерительные генераторы синусоидальных колебаний и двуполярных прямоугольных импульсов на операционных усилителях.

             
             
             1. Измерительный генератор синусоидальных колебаний

           • Для проектирования и расчёта генератора синусоидальных колебаний, разработана схема, представленная на Рисунке 3.1.1:

             Рис.3.1.1 Схема генератора синусоидальных колебаний.

             На данной схеме присутствуют следующие компоненты: резисторы постоянные R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, переменный резистор Rс положением движка α, конденсаторы C₁, C₂, ключ, а также три операционных усилителя. Составим уравнения операционных усилителей.