Указания к лаб.ратам ТАУ / НТЦ-09.12 Методические указания

напряжения используют также в устройствах широтно-импульсной модуляции, при измерении малых отрезков времени, в устройствах регулируемой задержки импульсов. Последнее находит применение в автоматике выпрямительно- инверторных преобразователей.

Период Т пилообразного импульса состоит из двух частей: t1 - время прямого (или рабочего) хода и t2 - время обратного хода, т.е. Т=t1+t2. Обычно t2<<t1 и Т t1. На участке прямого хода (АБ) стремятся получить по возможности большую линейность изменения U=f(t). Форма участка обратного хода (БВ) большой роли не играет. Необходимо только, чтобы t2 не превышало заданного значения. Участок прямого хода не удаётся получить идеально линейным (штриховая линия между А и Б) по техническим причинам, поэтому для конкретных технических устройств устанавливается допустимая нелинейность прямого хода. Количественная оценка нелинейности характеризуется коэффициентом нелинейности:

конце рабочего хода.

Принцип работы генератора пилообразного напряжения рассмотрим на примере упрощённой эквивалентной схемы рис.15.2,а.

а) б)

Рисунок 15.2 Схемы генератора пилообразного напряжения. а) эквивалентная на резисторе. б) эквивалентная на транзисторе

При разомкнутом ключе SA1 и прямом ходе развёртки конденсатор С заряжается от источника постоянного напряжения Е через резистор R1 с относительно большим сопротивлением. Заряд конденсатора происходит по экспоненте

(рисунок.15.1)

01.09.2011 НТП «ЦЕНТР» «Основы автоматики» НТЦ-12 Методические указания

В точке Б (рис.15.1) ключ SA1 замыкается и, так как R2<<R1, конденсатор С

В реальных схемах роль ключа SA1 выполняет транзистор VT1 (рис.15.2,б), а его сопротивление постоянному току в открытом состоянии равноценно резистору R2.Чем меньше это сопротивление, тем меньше длительность обратного хода развёртки при заданной амплитуде пилообразного напряжения. Во время прямого хода пилообразного напряжения (t1) транзистор VT1 закрыт и конденсатор С заряжается током IЗ через резистор R1 от источника питания ЕК. Для обратного хода (t2) на базу разрядного транзистора VT1 подаются управляющие импульсы UВХ положительной полярности; транзистор открывается и разряжает конденсатор С (разрядный ток - IР).

Основные параметры схемы генератора пилообразного напряжения (С, R1, R2 и ЕК) определяют по заданным значениям длительностей прямого t1 и обратного t2 ходов, требуемой амплитуде пилообразного напряжения UМ (рис.15.1) и нормируемому значению коэффициента нелинейности kН.

Коэффициент нелинейности напряжения kН во время прямого хода рассчитывается по формуле:

k=1- e - t

НC × R1

конденсатор С за время обратного хода t2 почти полностью успевает разрядиться, т.е. UMIN<<UMAX и UM≈UMAX. На основании :

Предполагая, что за время обратного хода развёртки (участок БВ на рис.15.1) конденсатор успевает разрядиться и на нём остаётся не более десяти процентов первоначального заряда UMIN=0.1·UMAX, можно ,пользуясь выражением (5.3), записать

откуда длительность обратного хода развёртки t2=2.3·C·R2.

Пользуясь приведёнными формулами, нетрудно определить основные параметры генератора пилообразного напряжения.

4Задание на экспериментальное исследование мультивибраторов.

4.1получить импульсы пилообразной формы.

4.2исследовать влияние параметров схемы на параметры генерируемых импульсов.

5Экспериментальное исследование блокинг-генератора

5.1Подготовка к работе.

5.2Собрать схему ГПН приведенную на рис.15.3

Рисунок 15.3. Генератора пилообразного напряжения.

5.3Включить приборы и подать питание на исследуемую схему

5.4Установить на выходе генератора импульсы прямоугольной формы положительной полярности

5.5Получить на выходе генератора пилообразное напряжение. Зарисовать осциллограмму полученного напряжения

5.6Измерить параметры выходного напряжения: амплитуду, длительность прямого и обратного ходов. Результаты измерений записать в таб.15.1

Таблица 15.1

5.7Измерить амплитуду пилообразного напряжения при нескольких значениях R19. Результаты измерений записать в таб.15.2. Построить график

UMAX=f(R18+R19).

Таблица 15.2

5.8Исследовать влияние величины емкости конденсатора С7 на линейность пилообразного напряжения. Для этого снять зависимость UMAX=f(C7), построить ее график и проанализировать его (таб.15.3).

Таблица 15.3

6 Вопросы для проверки практических навыков

6.1Получение импульсов пилообразной формы.

6.2Влияние элементов R19 и C7.

20. Лабораторная работа N20. Изучение работы временного дискриминатора.

Цель работы - ознакомиться с работой временного дискpиминатоpа (ВД).

20.1.Задание на предварительную подготовку.

20.1.1.Ознакомиться с содержанием лабораторной работы.

20.1.2.Подготовить бланк отчета: наименование и номер работы; цель работы; аппаратура и пособия; задание на экспериментальное исследование; принципиальная электрическая схема лабораторного макета для исследования линейных формирующих цепей; таблица для занесения экспериментальных данных.

20.1.3.Повторить назначение органов управления и правила пользования измерительными приборами, используемыми при выполнении лабораторной работы.

20.2.Аппаратура и пособия.

20.2.1.Лабораторный стенд.

20.2.2.Осциллограф.

20.3.Краткие теоретические сведения.

Временные дискриминаторы предназначены для измерения временных рассогласований между отраженными от цели импульсами UОИ и зондирующими импульсами UЗИ и преобразования рассогласования в пропорциональное значение напряжения UВЫХ.

ВД применяются в дальномерах. Принцип работы дальномера базируется на измерении сдвига между зондирующими импульсами UЗИ, следующими через интервал времени Т, и импульсами, отраженными от цели UОИ. Отраженные от цели импульсы искажены шумами, поэтому непосредственное измерение дальности по времени задержки связано с большими ошибками. Для повышения точности измерения в дальномере формируются следящие импульсы, временное положение которых относительно зондирующих импульсов оказывается пропорциональным дальности до цели и незначительно зависит от шумов.

Описание работы временного дискриминатора.

В момент времени t1 задающий импульс UЗИ (2) вместе с импульсами генератора Г (3) поступает на логический умножитель DD5.3. и задает максимальное количество дискретных сигналов (4), определяющих максимальное расстояние.

Начиная с момента времени t1 мы ожидаем возврата отраженного импульса на входе инвертора DD4.2. Временной промежуток t1-t2 счетчик DD13 подсчитывает количество импульсов равных двойному измеряемому расстоянию, до прихода отраженного импульса (6). По окончанию времени максимального расстояния формируются два импульса DD2, для записи результата подсчета дискретных

импульсов (7) в регистр DD14 и сброса счетчика DD13 (8). Результат отображается цифровым четырехразрядным кодом светодиодами H5-H8, и проходя через ЦАП в аналоговом виде на выходе DA4.

Максимальное расстояние определяется по формуле:

Максимальное количество дискретных импульсов будет равно:

n = f ×T = 1200 × 0,01 = 12 2

Точность измерений будет составлять:

± D = 2 × R = 1500 × 2 = ±

250 км

n 12

Задание:

1)ознакомиться с работой ВД;

2)получить эпюры входных импульсов ВД, рассчитать длительности следящих импульсов по входным, рассчитать выходное напряжение ВД;

3)построить дискриминационную хаpактеpистику ВД.

Описание работы временного дискpиминатоpа.

В режиме измерения дальности отраженный от цели импульс Uои pис.6.1 через приемник поступает на ВД, на второй вход которого поступает импульс "указки"(полный следящий импульс)из которого фоpмиpуется два следящих t1 и t2 следующим друг за другом.

Рис 6.1

Во временном дискpиминатоpе вырабатывается напряжение, пpопоpциональное рассогласованию временного положения отраженного импульса относительно оси симметрии следящих импульсов:

U=Кд*(tr-tи)=Кд* t.

где t -pассогласование по вpемени между отpаженным и следящими импульсами; tr=2*R/c - время задержки отраженного импульса относительно зондиpующего; tи-вpемя задеpжки следящих импульсов; R-измеpяемая дальность; с-скоpость света. Например: пусть tr=0.7мс (pис.6.1), тогда дальность до цели R=c*tr/2=(3*10e8)*(0.7e-3)/2=105км.

На pис.6.1 пpиведены эпюpы напpяжения,поясняющие пpинцип pаботы ВД. Если вpеменное pассогласование t не pавно нулю, то во ВД выpабатываются два импульса, длительности котоpых:

где t - длительность отpаженного импульса.

Импульсы длительностями t1 и t2 детектиpуются, pазность полученных напpяжений является выходным напpяжением ВД Uвых:

Uвых=Uo*(t1-t2)/T (6.3)

где Uo - амплитуда импульсов.

Фоpмула(6.3) спpаведлива пpи условии,что | t|<t/2.Пpи | t|>t/2 напpяжение Uвых уменьшается и пpи t =1.5*t становится pавным нулю.

На pис.6.1 показана дискpиминационная хаpактеpистика ВД.