RC-лаб-2008 (1075530), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Рис. 2.2.З. Фрагмент файла с расширением TNO, содержащий данные по спектральному составу и изменения коэффициента гармоник (%) в зависимости от учета количества высших гармоник при его вычислении.

Согласно данному файлу исследуемый RC-генератор генерирует напряжение на частоте Fgen=93.24 кГц, а коэффициент гармоник выходного напряжения равен Кг=13.5% В спектральном составе данного напряжения наибольший вес имеют нечетные гармоники.

2.3. Определите влияние коэффициента усиления усилительного каскада на частоту генерации и коэффициент гармоник генерируемого напряжения.

Необходимо получить параметры генерируемого напряжения (время установления стационарного режима генерации, в стационарном режиме амплитуду и частоту генерации, коэффициента гармоник выходного напряжения) исследуемой схемы, представленной на рис.1, где коэффициенты усиления усилительного каскада должны быть последовательно приняты равными 3.05, 3.2 и 3.3. Изменения коэффициента каскада провести за счет изменения сопротивления R4, при этом номиналы которого могут не соответствовать рядам ГОСТа. Для определения параметров генерируемого напряжения использовать методику моделирования, представленную выше. По общим результатам моделирования (с учетом п.2.2) построить зависимости изменения параметров генерации от превышения коэффициента усиления над порогом. Пример выполнения данного задания для RC-генератора с расчетной частотой генерации f=100 кГц представлен ниже.

Рис. 2.3.а. Изменение времени установления стационарного режима генерации Tust [мкс] и амплитуды первой гармоники выходного напряжения Um1 [В] в зависимости от коэффициента усиления Ku.

Рис. 2.3.б. Изменение частоты f [кГц] и коэффициента гармоник Kg [%] в зависимости от коэффициента усиления Ku.

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. 3.1.а.

Рис. 3.1.а. Принципиальная схема RC-генератора с отрицательной нелинейной обратной связью.

Моделирование RС-генератора с нелинейной ООС проводится по выше представленной методике только для одного коэффициента усиления (Ku=3.1) усилительного каскада на ОУ. Так как для такого генератора аналитическая связь между временем установления стационарного режима генерации и коэффициентом усиления неизвестна, то оно определятся экспериментально. Рекомендуется провести анализа Transient с общим временем расчета на порядок больше, чем для генератора с отрицательной линейной обратной связью. Убедитесь, что за заказанное время анализа генератор выходит в стационарный режим генерации и при этом амплитуда выходного напряжения не имеет отсечки. В том случаи, когда за заказанное время анализа стационарный режим генерации не устанавливается, то оно увеличивается. Если в стационарном режиме амплитуда выходного напряжения получает отсечку или оказывается значительно меньше расчетной величины, то корректируется в схеме номинал резистора R5.

Так как в правильно спроектированной схеме отсечка амплитуды выходного напряжения отсутствует, то за время установления стационарного режима примите время, в течение которого амплитуда выходного напряжения возрастает до уровня 0.9*Um.st, где Um.st. – амплитуда напряжения в стационарном режиме.

Ниже приведен пример по определению основных параметров генерируемого напряжения RC-генератора, схема которого приведена на рис. 3.1.а. Первый анализ Transient при условиях, представленных на рис. 3.1.б.

Р
ис. 3.1.б. Окно заказа первого анализа Transient для исследования работы RC-генератора с отрицательной нелинейной обратной связью.

Результаты данного анализа приведены ниже.

Р
ис. 3.1.в. Осциллограмма выходного напряжения RC-генератора по первоначальному заказу параметров анализа Transient.

Из полученного результата следует, что выбранное время анализа достаточно для определения времени установления стационарного режима генерации. Однако при рассчитанном номинале резистора R5=150 кОм амплитуда выходного напряжения (Um=13.2 B.) оказалась больше заданной при расчете (Um=10 B.). Поэтому в спроектированной схеме была проведена коррекция: сопротивление R5 было уменьшено до 147 кОм. После этого анализ был повторен без изменения его условий. Фрагмент результатов анализа Transient скорректированной схемы RC-генератора в увеличенном масштабе показан на рис. 3.1.г.

Р
ис. 3.1.г. Осциллограмма выходного напряжения скорректированной схемы RC-генератора.

Результаты данного анализа показывают, что с помощью изменения сопротивления R5 с 150 кОм на 147 кОм в стационарном режиме выходное напряжение генератора будет иметь заданную величину (10 В.). Период генерируемого напряжения равен 10.099 мкс.

Следует обратить внимание, что при задании анализа длительностью в 3 мс период следует определять с точностью не менее 6 знаков (по умолчанию в МС7 принято указывать 3 знака). Для изменения точности показания отсчета следует обратиться к закладке Properties.., расположенной в окне Transient Analysis Limits, где надо провести необходимые изменения.

После определения амплитуды выходного напряжения в стационарном режиме можно перейти к измерению времени установления стационарного режима. Для этого следует задать в окне Transient Analysis Limits построение двух прямых горизонтальных линий на осциллограмме выходного напряжения на уровне 0.9*Um.st (в данном примере 9 и –9 В.) и провести повторно анализ. Результат такого анализа представлен ниже, где по его результату определяется время установления стационарного режима.

Р
ис. 3.1.д. К определению времени установления стационарного режима генерации RC-генератора с нелинейной ООС.

Согласно осциллограмме, представленной на рис. 3.1.д, время установления стационарного режима генерации равно Тst=1.09 мс., по осциллограмме рис. 3.1.г. период генерируемого напряжения Т=10.099 мкс. Состояние схемы по окончанию анализа с полным временем расчета 3 мс запоминается в файле с расширением .TNO. После сохранения состоянии схемы проводится анализ Transient на отрезки времени, равном периоду генерируемого напряжения с целью определения спектрального состава генерируемого напряжения. Для повышения точности получаемых результатов. Шаг расчета по времени уменьшается до Tst/100, начальные условия при расчете берутся из созданного файла с расширением .TNO. Ниже представлены численные результаты спектрального состава генерируемого напряжения для RC-генератора, схема которого изображена на рис. 3.1.а.

Р
ис. 3.1.ж. Спектральный состав выходного напряжения (HARM(v(Out))) и коэффициент гармоник THD(HARM(v(out))) для RC-генератора с нелинейной ООС.

Полученные результаты показывают, что введение в генератор нелинейной ООС увеличивает качество генерируемого напряжения, сокращая коэффициент гармоник до 0.311%, однако у такого генератора существенно увеличивается время выхода на стационарный режим.

Задание 4. Оформить отчет по данной работе.

Отчет должен содержать предварительный расчет номиналов элементов схемы и параметров выходного напряжения RC-генератора с линейной и нелинейной отрицательной обратной связью, краткую методику моделирования его работы в программе МС7, основные результаты моделирования, сравнительную оценку результатов моделирования с аналитическими расчетами, физическим объяснением полученных результатов.

Срок выполнения отчета и его сдачи на проверку – 2 недели после выполнения работы согласно учебному плану.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы