Министерство общего и профессионального

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра ПР-7 «Персональная электроника»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПО КУРСУ

«Основы Радиоэлектроники» по теме:

“Автогенератор синусоидальных колебаний”

Методические указания

Москва, 2004 г.

Оглавление.

Изучение пакета схемотехнического моделирования радиоэлектронных устройств «Electronics Workbench» для решения задач их исследования 3

Цель работы. 3

Теоретические сведения. 3

Лабораторное задание. 3

Порядок выполнения работы. 3

Автогенератор гармонических колебаний. 17

Изменение параметров элементов. 20

Вопросы. 23

Список использованной литературы. 24

Лабораторная работа №2

Изучение пакета схемотехнического моделирования радиоэлектронных устройств «Electronics Workbench» для решения задач их исследования

Цель работы.

• Ознакомиться с работой пакета схемотехнического моделирования «Electronics Workbench» на примере построения моделей радиоэлектронных устройств (РЭУ).

• Применить полученные в работе с пакетом навыки и модели для решения задач исследования радиоэлектронных средств (РЭС).

Теоретические сведения.

• Общая характеристика пакета: В настоящее время существует большое число пакетов по схемотехническому моделированию цифровых и аналоговых устройств, все они имеют свои достоинства и свои недостатки. Предлагаемый вам пакет «Electronics Workbench», разработанный фирмой «Interactive», по нашему мнению наиболее нагляден и прост в работе. За несколько минут можно собрать из библиотеки имеющихся компонентов достаточно сложное цифровое или аналоговое устройство, и подсоединив к нему «виртуальные» измерительные приборы наблюдать ход его работы. Данный пакет позволяет вносить оперативные корректировки в параметры компонентов, моделировать неисправности в цепях и элементах, что делает его особенно полезным для моделирования радиоэлектронных устройств и рассмотрению их свойств в зависимости от изменения параметров элементов. Именно поэтому этот пакет и применяется в лабораторном комплексе курса основ радиоэлектроники.

• Общая характеристика объектов моделирования: Акцент в данной работе будет делаться на имитации основных радиоэлектронных устройств, моделирования различных параметров компонентов для исследования характеристик схем.

Лабораторное задание.

• Ознакомиться с работой пакета «Electronics Workbench».

• Собрать радиоэлектронное устройство.

• Изменить параметры РЭУ.

• Проследить ход работы устройства.

• Составить отчет по работе.

Порядок выполнения работы.

Запустите приложение «Electronics Workbench». Если приложение было установлено и настроено в стандартной конфигурации, то для его запуска выберите из меню Пуск/Программы/Electronics Workbench Pro/Electronics Workbench. Ознакомьтесь с интерфейсом пакета.

В данной области начинаем собирать схему автогенератора.

рис. 1 Автогенератор гармонических колебаний

Откройте бункер компонентов Sources «Источники сигналов», нажав кнопку

впанели инструментов. Выберите нужный источник, захватите его нажатием правой кнопки мыши и перетащите компонент на область моделирования.

Аналогичным образом разместите в области моделирования землю, как это показано на рисунке.

Рис. 2

Выберите любой компонент схемы и нажатием на нем правой кнопки мыши активизируйте «всплывающее меню». Ознакомьтесь с доступными опциями.

Некоторые опции «всплывающего меню» дублируются «быстрыми» кнопками в панели инструментов.

Меню	Кнопка	Выполняемое действие
Component Properties		Открывает окно свойств компонента
Cut		Вырезать компонент в буфер обмена
Copy		Скопировать компонент в буфер обмена
Delete		Удалить компонент
Rotate		Повернуть компонент
Flip Vertical		Отразить по горизонтали
Flip Horizontal		Отразить по горизонтали
Help		Вывод справки (таблица истинности и др.)

Для того, чтобы быстро удалить неправильно, установленный или лишний вентиль, выделите его одиночным нажатием правой кнопки мыши, после чего нажмите на клавишу Delete. Появится окно подтверждения Delete selected items? «Удалить выбранные предметы?». Нажмите на кнопу OK, компонент будет удален.

Установите в схему сопротивления, емкости, катушку индуктивности. Для этого откройте бункер компонентовBasic «базовые компоненты» указанной кнопкой в панели инструментов.

рис. 3

Установите в схему транзистор. Для этого откройте бункер компонентов Transistors «транзисторы» указанной кнопкой в панели инструментов.

рис. 4

Установите в схему осциллограф. Для этого откройте бункер компонентовInstruments «инструменты» указанной кнопкой в панели инструментов.

рис. 5

Выполните соединение всех элементов данного устройства. Для этого зацепитесь за вывод элемента нажатием левой кнопки мыши и протяните трассу (не отпуская при этом кнопку) до вывода другого элемента или трассы, как это показано на нижнем рисунке.

рис. 6

Если разводка схемы была выполнена с ошибкой, выделите трассу щелчком правой кнопки мыши и нажмите клавишу Delete. После выдачи вопроса об удалении нажмите ДА. Трасса будет удалена.

Щелкните двойным щелчком мыши по соединяющей трассе осциллографа со схемой и в появившемся меню “Wire properties” на закладке “Schematic options” выберите более яркий цвет соединяющей трассы (например красный).

кнопкой в панели инструментов. Перетащите узел на нужный участок схемы.

Выполните маркировку компонентов данного устройства. Для этого активизируйте окно Component Properties на компоненте и выберите в нем закладку Label «Метка» (все параметры схемы показаны на рис. 1).

В строку Label введите маркировку компонента. Операцию повторите для всех компонентов схемы.

В строку Value введите значения компонента. Операцию повторите для всех компонентов схемы.

рис. 7 окно изменения параметров элемента.

Сохраните собранную схему, нажав на кнопку в панели инструментов. Задайте имя файла в диалоговом окне и нажмите кнопку «Сохранить».

Автогенераторы                  Автогенератор - это источник электромагнитных колебаний, колебания в котором возбуждаются самопроизвольно без внешнего воздействия. Поэтому автогенераторы, в отличие от генераторов с внешним возбуждением (усилителей мощности), часто называют генераторами с самовозбуждением.     В радиопередатчиках автогенераторы применяются в основном в качестве каскадов, задающих несущую частоту колебаний. Такие генераторы входят в состав возбудителя передатчика и называются задающими. Главное требование, предъявляемое к ним, - высокая стабильность частоты. В некоторых типах передатчиков (особенно в диапазоне СВЧ) автогенераторы могут быть выходными каскадами. Требования к таким генераторам аналогичны требованиям к усилителям мощности - обеспечивать высокую выходную мощность и КПД. В настоящей главе основное внимание уделено задающим генераторам; тем не менее, изложенные здесь теоретические сведения будут полезны и при изучении мощных генераторов выходных каскадов передатчиков.             Общие сведения об автогенераторах                 Задающие генераторы проектируют таким образом, чтобы в них возбуждались гармонические колебания. Основным элементом генератора гармонических колебаний является резонатор, главное свойство которого - колебательный характер переходного процесса. Простейший резонатор - это колебательный контур. Если в колебательный контур ввести энергию, то при достаточно высокой его добротности (Q >> 1) возникают колебания тока, затухающие со временем. Уменьшение амплитуды колебаний объясняется потерями мощности в контуре /4/. Таким образом, для создания автогенератора гармонических колебаний необходимо использовать резонатор с достаточно высокой добротностью и компенсировать потери.     Для выполнения последнего условия достаточно периодически добавлять в резонатор порции электромагнитной энергии синхронно с возбуждаемыми колебаниями. Источником энергии может служить постоянное электрическое поле; для преобразования его энергии в энергию колебаний требуется активный элемент (АЭ). Структурная схема автогенератора изображена на рисунке 8. Обратная связь здесь нужна для синхронизации работы АЭ колебаниями, существующими в резонаторе.     В качестве резонаторов в диапазоне высоких частот применяют LC -контуры, кварцевые пластины; на СВЧ - отрезки линий с распределенными параметрами, диэлектрические шайбы, ферритовые сферы и др. Активными элементами могут быть биполярные и полевые транзисторы, а также генераторные диоды - туннельные, лавиннопролетные, диоды Ганна и др.         Рисунок 8 – Структурная схема автогенератора.           Механизм работы автогенератора состоит в следующем. При включении источника энергии в резонаторе возникает переходный колебательный процесс, воздействующий на АЭ. Последний преобразует энергию источника в энергию колебаний и передает ее в резонатор. Если мощность, отдаваемая активным элементом, превышает мощность, потребляемую резонатором и нагрузкой, т. е. выполняется условие самовозбуждения, то амплитуда колебаний увеличивается. По мере роста амплитуды проявляется нелинейность АЭ, в результате рост отдаваемой мощности замедляется и при некоторой амплитуде колебаний отдаваемая мощность оказывается равной потребляемой мощности. Если этот энергетический баланс устойчив к малым отклонениям, то в автогенераторе устанавливается стационарный режим колебаний.     Автогенераторы существенно отличаются от других каскадов радиопередатчиков тем, что частота и амплитуда колебаний здесь определяются не внешним источником, а параметрами собственной колебательной системы и активного элемента. Автогенераторы могут быть следующих типов: LC – генератор, RC – генератор и др.