RC-генератор-2007 (1075479)
Текст из файла
RC-генератор с мостом Вина-Робинсона на операционном усилителе
Цель работы: на основании заданной частоты и амплитуды генерации рассчитать номиналы элементов схемы RC-генератора с мостом Вина-Робинсона, промоделировать его работу, определить влияние номиналов элементов схемы на параметры генерируемого напряжения.
Задание 1. Провести расчет номиналов элементов схемы RC-генератора с мостом Вина-Робинсона на ОУ.
На базе принципа работы RC-генератора необходимо сформулировать алгоритм расчета номиналов элементов схемы, исходя из условия заданной амплитуды и частоты генерации выходного напряжения в стационарном режиме. Расчет следует провести для генератора как с линейной, так и с нелинейной отрицательной обратной связи. По расчету следует определить марку операционного усилителя, номиналы элементов схемы, которые должны соответствовать согласно ГОСТу рядам Е6, Е12 или Е24, и основные параметры генерируемого напряжения (время выхода на стационарный режим, амплитуда и частота выходного напряжения, коэффициент гармоник выходного напряжения).
В качестве вспомогательного материала можно воспользоваться файлами для изучения принципа работы «Мост Вина-1.doc», «RC-генератор.doc» и для проведения расчет «RC-генератор-3.mcd», «RC-генератор-4.mcd».
Задание 2. Исследуйте процессы формирования колебаний в RC-генераторе с мостом Вина-Робинсона и линейной цепью отрицательной обратной связи в усилительном каскаде.
На рабочем поле МС7 набирается принципиальная схема RC-генератора с номиналами элементов согласно проведенному расчету.
Рис. 1. Принципиальная схема RC-генератора с линейной отрицательной обратной связью на частоту генерации fo=100 кГц
(R5, D1, D2 – на работу генератора в данной схеме не влияют, в дальнейшем будут использованы для создания нелинейной обратной связи).
2.1. Определите время установления стационарного режима и амплитуду напряжения в стационарном режиме.
Вызовите режим анализа Transient… (ALT+1) и в появившемся окне заказа параметров анализа (Transient Analysis Limits) укажите:
а) время счета (Time Range), которое выбирается несколько больше расчетного времени установления стационарного режима в генераторе,
б) шаг по времени расчета (Maximum Time Step ) задайте не более 0.1Т – периода колебаний,
в) количество точек (Maximum of Points) выводимых в числовой файл – 51,
г) в окошке Run Options _ Normal.
д) в окошке State Variales (начальные условия) – Zero,
е) в окошке Oprating Point (делать ли предварительный расчет схемы по постоянному току) – галочку снять (нет),
ж) в окошке Auto Scale Range (автоматический выбор масштаба графиков) – галочку поставить (да)
Для вывода графика выходного колебания в поле X Expression задайте время T; в поле Y Expression задайте напряжения V (на первом графике номер точки выхода ОУ, на втором графике номер точки неинвертирующего входа ОУ). Пример заполнения задания на анализ показан на рис. 2.
Рис. 2. Пример заполнения задания анализа работы RC-генератора на частоту 100 кГц (период – 10 мкс).
После заполнения параметров на проведение анализа Transient дайте команду на его выполнение (Run). На полученных осциллограммах укажите время установления стационарного режима и амплитуд напряжений на выходе и неинвертируемом входе операционного усилителя, используя для этого пиктограмму Tag Mode.
Р
ис. 2а. Результаты расчета анализа Transient по заданию согласно рис. 2.
Полученные результаты расчета сохраните в своем рабочем файле для представления в отчете по данной работе.
2.2. Измерьте период Т колебаний в стационарном режиме генерации.
Для точного измерения периода Т колебаний его проводят в два этапа.
На первом этапе проводят расчет с параметрами на анализ, как было указано выше (рис.2), по окончанию которого запоминают «состояние схемы» в отдельном файле. Для этого после расчета следует «щелкнуть» курсором по пиктограмме Transient и во вниз падающем меню выбрать State Variables Editor. В результате появится сообщение о напряжениях и токах в анализируемой схемы по окончанию расчета, как показано на рис. 3.
Рис. 3. Токи и напряжения в анализируемой схеме по окончанию расчета.
В данном окне State Variables Editor следует дать команду на запись (Write), в результате которой в программе будет создан файл одноименный с анализируемым, но с расширением .ТОР. Поверх окна State Variables Editor появиться запрос о его сохранении, как показано на рис. 4.
Рис. 4. Запрос о сохранении состоянии анализируемой схемы в файле *.ТОР.
На этот запрос следует ответить – Сохранить, в результате чего будет создан соответствующий файл с содержанием состоянии анализируемой схемы. Если в вашей программе такой файл уже был от предыдущих расчетов, то появиться дополнительный запрос о замене его содержания, на что следует дать утвердительный ответ (Да). После этого окно «Сохранить как» исчезает, а оставшееся окно State Variables Editor закрывается пиктограммой Close.
На втором этапе анализ Transient проводят на отрезке времени (3 -5)*Т с малым временным шагом расчета (например, Т/100) и с начальными условиями, сохраненными в файле *.ТОР. Поэтому при заказе параметров проведения анализа Transient (Transient – Limits… или F9) необходимо изменить:
в окне Time Range указать новый интервал времени расчета – (3-5)*Т,
в окне Maximum Time Step задать временной шаг расчета – Т/100,
в окне State Variables вместо Zero установить Read (начальное состояние схемы определяться данными созданного файла .*ТОР).
Р
ис. 5. Заказ параметров анализа Transient для определения периода генерируемого напряжения.
После проведенной коррекции проводится расчет (Run), в результате которого получается решение для стационарного режима генерации на небольшом временном интервале (3-5)*Т.
Р
ис. 5а. Результаты анализа Transient по заказу рис. 5.
По этому решению определяется период генерируемого напряжения, для чего лучше использовать пиктограмму Go to Y (Shift+Ctrl+Y). При вызове данной пиктограммы появляется запрос по какому значения Y следует определить координаты на выбранном расчетном графике. В этом запросе (рис. 6) в окне Value устанавливается значение 0, т.е. выбирается участок кривой с наибольшей крутизной.
Р
ис. 6. Запрос об информации установления курсора на исследуемом графике по заданному значению Y.
Далее следует «щелкнуть» мышкой по пиктограмме Left, после чего на исследуемом графике появиться информация о координате ближайшей расчетной точки с Y1=0. Записав координату Х1 этой точки, дважды «щелкают» по пиктограмме Left и фиксируют вторую координату Х2. По разнице двух координат Х2-Х1 определяют период Топ генерируемого напряжения, а затем закрывают окно Go To Y (Close).
Результаты данного расчета (осциллограммы и определенный период Топ) следует сохранить в рабочем файле.
2.3. Измерьте спектр и коэффициент гармоник генерируемого напряжения.
После определения периода Топ генерируемого напряжения, следует снова сохранить состояние анализируемой схемы, как было указано выше (Transient – State Variables Editor – Write – Сохранить – Да – Close). Далее проводят расчет на временном интервале соответствующему измеренному периоду Топ, по которому определяется спектр генерируемого напряжения и коэффициент гармоник. Для этого при заказе параметров анализа Transient (Transient Analysis Limits) следует поменять время проведения расчета на Топ (окно Time Range) и заказать расчет спектра генерируемого напряжения (функция HARM) и коэффициента гармоник (функция TND). При этом не следует забывать, что при построении двух последних функций по оси Х указывается частота F. Пример заполнения параметров анализа Transient показан на рис. 7.
Р
ис. 7. Заказ параметров анализа Transient для определения спектра генерируемого напряжения и коэффициента гармоник.
Для создания числового файла по результатам расчета спектра и коэффициента гармоник необходимо в окне Transient Analysis Limits в двух последних строчках “утопить” пиктограммы, расположенные слева от номеров графиков (на рис.7 от 2 и 3). По завершению заполнения параметров анализа дается команда (Run) на выполнение расчета.
Р
ис. 7а. Результаты анализа Transient согласно заданию рис. 7.
Для просмотра решения данного анализа в виде числовых данных используйте клавишу F5, возврат же к графическим результатам – клавиша F4.
Р
ис. 7б. Фрагмент файла с числовыми данными анализа Transient с параметрами рис. 7.
Результаты определения частоты первой гармоники, ее амплитуды и коэффициента гармоник выходного напряжения сохраняются в рабочем файле.
2.4. Определите влияние коэффициента усиления усилительного каскада на частоту генерации и коэффициент гармоник генерируемого напряжения.
Для увеличения коэффициента усиления усилительного каскада на ОУ в исходной схеме с расчетными номиналами увеличьте сопротивление резистора R4 на 5% и 10%, при этом можно не пользоваться стандартными номиналами. Используя выше представленную методику, для каждого номинала определите время выхода на стационарный режим, амплитуду первой гармоники, ее частоту и коэффициент гармоник выходного напряжения. Постройте их зависимости от коэффициента усиления усилительного каскада на ОУ. Ниже приведен пример полученных результатов данного анализа для RC-генератора с расчетной частотой генерации f=100 кГц.
Задание 3. Исследуйте процессы формирования колебаний в RC-генераторе с мостом Вина-Робинсона и нелинейной цепью отрицательной обратной связи в усилительном каскаде.
На рабочем поле МС7 создается принципиальная схема RC-генератора с отрицательной нелинейной обратной связью, номиналы элементов которой определены расчетом. Пример такой схемы приведен на рис. 9.
Р
ис. 9. Принципиальная схема RC-генератора с отрицательной нелинейной обратной связью.
Анализ работы такой схемы проводится только для одного коэффициента усиления (Ku=3.1) усилительного каскада на ОУ по методике представленной выше. Так как определить аналитически время выхода на стационарный режим невозможно, то он отыскивается экспериментально. Можно рекомендовать провести первый анализ с общим временем расчета на порядок больше, чем для схемы с отрицательной линейной обратной связью. Ниже показан пример определения основных параметров генерируемого напряжения.
На первом этапе определяется время выхода генератора на стационарный режим генерации. Для этого параметры анализа Transient заказываются, как показано на рис. 10.
Р
ис. 10. К определению времени установления стационарного режима в RC-генераторе с отрицательной нелинейной обратной связью.
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
