Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования Российской Федерации
Московский государственный технический университет
им. Н.Э. Баумана
__________________________________________________________________________
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО КУРСУ
”Электроника и микропроцессорная техника”
(часть 1)
для студентов - факультета БМТ
Преобразователь напряжение – частота.
Созинов Б.Л.
Кафедра РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА
_______________________________________________________________
Целью лабораторной работы является исследование методом моделирования характеристик преобразователя напряжения – частота. Задачей работы состоит в определении влияния параметров схемы на работу преобразователя, диапазона изменения входного напряжения, при котором преобразование происходит по линейному закону.
Задание на выполнение работы.
1. Исходя из технического задания, рассчитайте элементы принципиальной схемы преобразователя напряжение – частота, которая приведены на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя напряжение – частота на двух ОУ.
В данном преобразователе на операционном усилителе Х1 выполнен инвертирующий интегратор напряжения, на операционном усилителе Х2 инвертирующий триггер Шмитта, на транзисторе J1 ключ, а на резисторах R1 – R2 делитель входного управляющего напряжения с коэффициентом деления Kd.
Принцип работы данного преобразователя описан в «Преобразователь U-F.doc», а алгоритм расчета приведен в «Преобразователь-2-2.mcd».
При условии идеальной работы операционных усилителей и транзисторного ключа ожидаемые формы напряжений должны иметь вид, как показано на рис. 2.
Рис. 2. Осциллограммы выходных напряжений интегратора Uout1(t) и триггера Шмитта Uout2(t).
Согласно расчетным данным параметры выходных напряжений должны быть следующие:
Um1=Vpor – амплитуда выходного напряжения интегратора, которая равна напряжению порога триггера Шмитта. Пороговые напряжения триггера Шмитта в данной схеме определяются как
Vpor=(Vst+Vpr)
где Vst – напряжение стабилизации стабилитрона D1 (D2), Vpr – напряжение на стабилитроне D2 (D1) при прямом смещении (Vpr=0.7 В).
Um2=Umax – амплитуда выходного напряжения триггера Шмитта, которая равна максимальному выходному напряжению Umax операционного усилителя Х2 в режиме насыщения,
T1 = [2*Vpor*R4*C1] / [Kd*Vint] – время положительного импульсного выходного напряжения триггера Шмитта,
T2 = [2*Vpor*(R3+R4)*C1] / [(1-Kd)*Vint] – время отрицательного импульсного выходного напряжения триггера Шмитта,
T =[2*Vpor*C1 / Vint]*[(R3+R4 ) / (1-Kd) +R4 / Kd] – период колебаний.
Для получения симметричных колебаний (Т1=Т2) в схеме необходимо выполнить условие:
R3 = (1-Kd)*R4/Kd
В этом случаи частота следования F=1/T генерируемых импульсных напряжений прямо пропорциональна входному управляющему напряжению:
F= [Kd*Vint] / [[4*Vpor*C1*R4]
Для получения параметров выходных напряжений используйте тип анализа Transient. Предварительно на рабочем поле МС9 установите минимальное входное напряжение Vint. В окне Transient Analysis Limits установите время анализа (3 – 4)*Т, где время периода Т берется расчетной величиной для заданного входного напряжения. Шаг расчета (Maximum Time Step) задайте не более Т/1000. От предварительного расчета схемы по постоянному току откажитесь, для чего в окне Operating Point галочку снять. В окне State Variables поставьте нулевые начальные условия (Zero).
По результатам расчета выведите на монитор на одном графике изменения выходных напряжений V(out1) и V(out2), напряжения V(Vpor) – напряжения на неинвертируемом входе операционного усилителя триггера Шмитта. На втором графике закажите изменения тока через резистор R4, по результатам которого проверяется равенство токов по модулю на отрезках времени Т1 и Т2. Пример заказа на проведения анализа Transient показан на рис. 3.
Рис. 3. Пример заказа параметров проведения анализа Transient.
После заполнения параметров проведения анализа Transient дайте команду на его проведение. На полученных осциллограммах с помощью вспомогательных пиктограмм образмерьте параметры выходных напряжений и тока через сопротивление R4, как показано на рис. 4.
Рис. 4. Осциллограммы напряжений и тока преобразователя U –F.
Данные результаты сохраните для представления их в отчете.
Последовательно увеличивайте входное напряжение на рабочем поле МС9 и проводите анализ Transient. При изменении входного напряжения корректируйте время на проведения анализа и его шаг расчета. Помните, что на экране целесообразно задавать результаты расчета на интервале времени (2-4) периода генерируемых напряжений. Для определения временных параметров (Т1, Т2 и Т) используйте пиктограмму Go TO Y, проводя измерения по нулевому уровню выходного напряжения триггера Шмитта. Для определения амплитуд напряжений и тока воспользуйтесь пиктограммами Peak (нахождение максимума) и Valley (нахождение минимума). Результаты измерений занесите в таблицу №1. В заданном диапазоне изменения входного напряжения необходимо получить не менее 4 – 5 измерений.
Таблица 31
|
Vint [B] |
Um1 [B] |
Um2 [B] |
V(Vpor) [B] |
T1 [мкc] |
T2 [мкc] |
T [мкc] |
I(R4)+ [мкА] |
I(R4)- [мкА] |
|
min |
14.63 |
10.06 |
10.04 |
980 |
1135 |
5279 |
5.279 |
-4.676 |
|
max |
По результатам моделирования постройте зависимость изменения частоты следования F=1/T выходных импульсов от входного напряжения. Одновременно на этом же графике представьте теоретическую зависимость.
При обсуждении полученных результатов укажите причины расхождения теоретических и модельных результатов. Определите, как параметры ОУ и ключевого транзистора ограничивают диапазон изменения частот выходных импульсов.