6. Анализ полученных результатов.

Сравнить полученные результаты. Сделать выводы.

Содержание отчета

1. Тема и цель лабораторной работы.

2. Краткое изложение теоретической части.

3. Собранные и исследованные в рабочем окне программы Electronics Workbench V5.12 схемы с соответствующими расчетами и таблицами исходя из требований пунктов порядка выполнения работ (см. п. 5).

Контрольные вопросы.

1. Что представляет собой АЦП прямого преобразования?

2. Что представляет собой ЦАП лестничного типа?

3. Что представляет собой ЦАП с весовыми резисторами?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

Основные виды генераторов и их характеристики

1. Цель и задачи работы.

Изучение функционирования и принципиальных электрических схем электрических генераторов, приобретение навыков по исследованию электрических схем с помощью электроизмерительных приборов.

2. Теоретические сведения. Генераторы

1. Генераторы гармонических колебаний

1.1. Принцип работы генератора гармонических колебаний

Генераторы гармонических колебаний осуществляют преобразование энергии источника питания постоянного тока в переменный ток требуемой частоты. Они выполняются на основе усилителей со звеном положительной частотно-зависимой обратной связи, обеспечивающей устойчивый режим самовозбуждения на заданной частоте (рис. 4.1 а).

Частотно-зависимая обратная связь обычно выполняется на основе пассивных или - цепей, поэтому .

Из конструктивных соображений на высоких частотах в основном применяются LC- генераторы, на низких - RC - генераторы, а на инфранизких частотах более эффективны RL и RLM – генераторы.

а)

б)

Рис. 4.1. Структурная схема генератора и частотные характеристики цепи обратной связи.

Для работы схемы в режиме генерации необходимо выполнение двух условий. Первое – фазовый сдвиг, создаваемый усилителем и звеном обратной связи в сумме должны быть кратными :

, (4.1)

где n = 0,1,2,3….. целые числа.

Это условие баланса фаз. Второе условие вытекает из уравнения для коэффициента передачи усилителя, охваченного положительной обратной связью

, (4.2)

где s – оператор Лапласа.

Из уравнения (4.2) следует, что для самовозбуждения схемы необходимо, чтобы

. (4.3)

В установившемся режиме для устойчивой генерации колебаний необходимо, чтобы

. (4.4)

Это условие баланса амплитуд, которое достигается благодаря насыщению какого-либо элемента схемы. Для уменьшения искажений формы колебаний стабилизацию амплитуды входного напряжения осуществляют введением в схему генератора специальных нелинейных элементов, а также отрицательных обратных связей.

2. Генераторы прямоугольных колебаний (мультивибраторы)

2.1. Мультивибраторы на транзисторах

Наиболее широкое применение получил мультивибратор с коллекторно – базовыми связями (рис 4.6).

Рис.4.6. Схема мультивибратора на транзисторах.

При подключении схемы к источнику питания, оба транзистора открыты, поскольку их базы через резисторы и подключены к источнику питания. Однако такое состояние неустойчиво.

Пусть в результате любого случайного воздействия несколько увеличится ток коллектора транзистора . При этом увеличится падение напряжения на резисторе и потенциал коллектора транзистора начнет уменьшаться. Это уменьшение напряжения через конденсатор передается на базу транзистора , который начнет закрываться. Коллекторный ток транзистора при этом уменьшается, напряжение на его коллекторе увеличивается и, передаваясь через конденсатор на базу транзистора , еще больше увеличивает ток , отпирая . Этот процесс протекает лавинообразно и заканчивается тем, что транзистор входит в режим насыщения, а транзистор – в режим отсечки. При этом конденсатор перезаряжается через и переход база-эмиттер открытого транзистора . Схема переходит в одно из своих временно устойчивых состояний. При этом открытое состояние транзистора VT₁ обеспечивается смещением от источника питания через резистор , а запертое состояние транзистора – низким потенциалом на конденсаторе , который при открывании транзистора зарядился отрицательно (по отношению к базе ). На временных диаграммах (рис.4.7) описанные процессы соответствуют моменту времени . Теперь конденсатор , начинает перезаряжаться через резистор и открытый транзистор от источника питания , при этом напряжение на нем стремится увеличиться до . В момент времени напряжение на базе транзистора становиться больше нуля, и он отпирается. Появление тока через транзистор приводит к процессу, аналогичному описанному выше. В результате транзистор войдет в режим насыщения, а транзистор – в режим отсечки (второе временно-устойчивое состояние). В промежутке времени - происходит разрядка конденсатора и зарядка конденсатора .

Таким образом, переходя из одного временно-устойчивого состояния в другое, мультивибратор формирует на коллекторах транзисторов выходное напряжение почти прямоугольной формы, положительной полярности, сдвинутых по фазе друг относительно друга на .

Рис.4.7. Временные диаграммы работы мультивибратора.

Рассмотрим расчет мультивибратора.

Напряжение на базе любого из транзисторов изменяется по экспоненциальному закону:

, (4.13)

где для транзистора а для транзистора .

При напряжение на базе , тогда из уравнения (4.13) получим

, , .

Аналогичным образом можно получить

Полный период колебаний .

На частотах ниже 100 Гц конденсаторы в схеме мультивибратора должны иметь слишком большую емкость. На частотах свыше 100 кГц становится заметным влияние инерционности транзисторов. Поэтому на низких частотах используют схемы на базе компараторов, а на высоких частотах эмиттерно-связанные мультивибраторы.

При закрывании транзистора фронты импульсов, формируемых мультивибратором, оказываются затянутыми на время заряда конденсатора через коллекторный резистор. Для устранения завала фронтов импульсов коллекторного напряжения применяют схему мультивибратора с зарядными резисторами и (рис.4.8). Здесь восстановление заряда конденсаторов и происходит не через коллекторные сопротивления и , а через специальные зарядные резисторы и . Диоды , не влияют на работу времязадающих цепей и , но препятствуют протеканию зарядного тока через коллекторные резисторы и .

Рис.4.8. Мультивибратор с улучшенной формой сигнала.

На основе мультивибратора можно построить преобразователь напряжение – частота, если напряжения на базовые резисторы подавать от источника управляющего сигнала , тогда

.

Отсюда получим

.