Міністерство освіти і науки України

Кіровоградський державний технічний університет

Кафедра автоматизації виробничих процесів

Основи збору, збору перездачі та обробки інформації

Методичні вказівки по моделюванню вузлів та блоків автоматизованих інформаційних систем з використанням ЄОМ

Для студентів спеціальностей 8.091401 “Системи управління і автоматики” та7.091402 “Гнучкі комп’ютеризовані системи та робототехніка”

Кіровоград 2004

Міністерство освіти і науки України

Кіровоградський державний технічний університет

Кафедра автоматизації виробничих процесів

Основи збору, збору перездачі та обробки інформації

Методичні вказівки по моделюванню вузлів та блоків автоматизованих інформаційних систем з використанням ЄОМ

Для студентів спеціальностей 8.091401 “Системи управління і автоматики” та7.091402 “Гнучкі комп’ютеризовані системи та робототехніка”

Затверджено на засіданні кафедри

Автоматизації виробничих процесів

Протокол №9 від 26.02.2004 р

Кіровоград 2004

Основи збору, збору перездачі та обробки інформації

Методичні вказівки по моделюванню вузлів та блоків автоматизованих інформаційних систем з використанням ЄОМ

Для студентів спеціальностей 8.091401 “Системи управління і автоматики” та7.091402 “Гнучкі комп’ютеризовані системи та робототехніка”

Кіровоград:КДТУ, 2004.

Укладачі: к.т.н., доцент Буйнов В.В., Крестов А.В. , Мацуй А.М., Гончар Я.А

Рецензент: к.т.н., доцент Осадчий С.І

Лабораторна робота №1.

Тема: “rс-генератори”

Мета роботи: Вивчити на прикладах принцип роботи генераторів. Ознайомитися з типами генераторів.

1. Короткі теоретичні відомості.

Генератори гармонійних коливань служать для перетворення енергії джерела постійного струму в енергію незатухаючих синусоїдальних коливань. По типу частотно-виборчих ланцюгів (ЧВЛ) генератори підрозділяються на LC-, RC-, RL-, RLM-генератори. За принципом виникнення коливань розрізняють генератори з зовнішнім ( незалежним) збудженням (LC-генератори) і генератори із самозбудженням (автогенератори).

RC-генератори на базі ОП виконуються з використанням фазоповоротних чи частотно-виборчих ланцюгів. Схема RC-генератора першого типу показана на рис.1. У ній зворотний зв'язок вводиться через фазоповоротний ланцюг сходової ("лестничной") структури, що складається з резисторів R і конденсаторів С. Для отримання необхідного коефіцієнта підсилення ОП охоплюється додатково частотно-незалежним зворотним зв'язком через резистор R3.

Рис.1. RC-генератор з фазоповоротним ланцюгом.

Рис.2. Вихідна осцилограма RC-генератора.

Для виникнення автоколивань необхідно, щоб коефіцієнт підсилення був більше одиниці. У той же час для одержання мінімальних перекручувань генеруємого сигналу необхідно, щоб він був близький до одиниці. Для дозволу цих суперечливих вимог у генераторі введений нелінійний зворотний зв'язок за допомогою діодів VD1 і VD2, що починають відкриватися тільки після того, як амплітуда автоколивань перевищить постійну замикаючу напругу зсуву, що задається за допомогою дільників на резисторах Rl, R2. При відкриванні діодів глибина зворотного зв'язку збільшується і коефіцієнт підсилення зменшується, що приводить до стабілізації амплітуди автоколивань. Напруги зсуву діодів звичайно підбираються при налагоджуванні.

Орієнтоване значення частоти коливань генератора за схемою на рис.1 визначається по формулі:

 [1]

Тепер розглянемо результати осцилографічних вимірів (рис.2). З осцилограм видно, що форма коливань далека від ідеальної. Період коливань, зумовлений тимчасовим інтервалом Т2-Т1 між візирними лінійками, дорівнює 375 мс, тоді як з розрахунку він дорівнює 218 мс. Таку невідповідність цілком можливо, тому що використана формула має орієнтований характер.

Перебудова частоти автоколивальних ланцюгових генераторів складна, тому їх звичайно використовують тільки в генераторах, що неперебудовуються. RC-генератори, що перебудовуються, найчастіше створюються на основі багатокаскадного підсилювача, охопленого виборчим позитивним зворотним зв'язком через мостовий ланцюг, наприклад, міст Віна. У такій схемі для одержання синусоїдальних коливань визначеної частоти необхідно, щоб умови збудження виконувалися тільки для цієї частоти. Підсилювачі змінного струму, що використовуються в подібних генераторах, мають парне число каскадів, що забезпечують фазове зрушення вихідної напруги стосовно вхідного, кратний 360. Аналіз генератора з мостом Віна показує, що при цьому необхідно ще забезпечити коефіцієнт зворотного зв'язку, приблизно рівний 1/3.

Рис.3.Схема генератора з мостом Віна

На рис.3, наведена схема генератора з мостом Віна. В ній коефіцієнт зворотного зв'язку R2/(R1+R3) дійсно близький до 1/3. Для позитивної напівхвилі вихідної напруги (починаючи з 5 В) він трохи менше за рахунок нелінійного зворотного зв'язку на діоді D1. Частота коливань такого генератора визначається за формулою:

 [2]

З осцилограми на рис.4 видно, що період коливань складає 1,26 мс, що практично збігається з розрахунковим значенням 1,256 мс.

Рис.4.

Рис.5.

Приведемо ще один варіант схеми генератора з мостом Віна з каталогу програми, показаної на рис.5. Відмінність цього генератора від генератора на рис.3 полягає у введенні симетричного нелінійного зворотного зв'язку для обох напівхвиль вихідної напруги за рахунок використання двох стабілітронів VD (напруга стабілізації 5 В) і можливості коректування зміною співвідношення опорів резисторів R1 і R1'.

Варто помітити, що у вимірювальних генераторах з використанням моста Віна негативний зворотний зв'язок роблять температуронезалежним, причому терморезистор включають так, щоб зі збільшенням амплітуди вихідної напруги і, відповідно, температури терморезистора глибина зворотного зв'язку збільшувалася. Такий зворотний зв'язок дозволяє стабілізувати амплітуду вихідної напруги і забезпечує мінімальний час встановлення амплітуди автоколивань.

Зі схем на рис.3 і 5 видно, що зміна частоти генераторів може здійснюватися здвоєними ( що знаходяться на одній осі) потенціометрами.