multisim / ЛабРаб-2011 doc / лр3

Минимальная продолжительность импульсов на выходе равняется ширине импульса запуска. Длительность генерируемого импульса определяется параметрами схемы:

t=1,1*R₁C₁. (3.18)

Широтно-импульсный модулятор (рис.3.18,а) можно получить, ко­гда таймер включен для работы в режиме одновибратора и запускается непрерывной последовательностью импульсов, поступающих на вывод 2. Ширина выходного импульса может быть модулирована сигналом, при­кладываемым к выводу 5. Форма входного (модулируемого) и выходного напряжения при широтной модуляции приведена на рис.3.18,б.

На рис.3.19 приведена схема, позволяющая получить линейное пилообразное напряжение на выходе таймера. При этом таймер включен по схеме одновибратора (рис. 3.17), но дополнительный резистор R1 заменен на источник неизменного тока на транзисторе VT.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ ПАНЕЛИ П2 "АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ И ГЕНЕРАТОРЫ"

Лицевая сторона панели П2 (рис.3.20) состоит из четырех функ­циональных частей: "ФИЛЬТРЫ", "КОРРЕКТИРУЮЩИЕ ЗБЕНЬЯ", "ГЕНЕРАТОРЫ", "ТАЙМЕР", на каждой из которых выполняется построение и исследова­ние соответствующих схем.

На лицевой стороне панели расположены отдельные элементы ис­следуемых схем (потенциометры, соединительные гнезда), а также на­несены графические изображения элементов, размещенных на печатных платах панели. К ним относятся:

1) набор элементов, позволяющий собрать схемы фильтров нижних частот первого и второго порядка (рис.3.21): 0У1, C1, C2, C7, C8, Rl...R4, R7, R8;

2) набор элементов, позволяющий собрать схемы фильтров верхних частот первого и второго порядка (рис.3.22): 0У2, C3...C6, R5, R6, R9...R12.

Подключение выходов фильтров нижних и верхних частот к вхо­дам суммирующего усилителя 3 и выбор соответствующих частот среза фильтров позволяет строить схемы полосовых фильтров первого или второго порядков;

3) Т-образный мост (элементы C9…C11, R13... R18) совместно с ОУ3 позволяет построить схему полосового фильтра (рис.3.23);

4) Мост Вина (элементы C12, C13, R19... R26) совместно с ОУ3 позволяет построить схему полосового фильтра (рис.3.24);

5) Набор элементов, позволяющий собрать схемы активных кор­ректирующих звеньев: 0У8, C1...C14, R1...R15.

Подключение различных RC-цепей в цепь обратной связи 0У8 позволяет построить корректирующие звенья с различными передаточными характеристиками (интегрирующие, дифференцирующие и др., рис.3.7 -3.10);

6) Генератор s, имеющий два выхода. На первом выходе при за­пуске генератора появляется одиночный отрицательный импульс очень малой длительности, который используется при исследовании работы схемы одновибратора. На втором выходе генератора s при запуске воз­никает ступенчатый сигнал, используемый при исследовании переход­ных характеристик корректирующих звеньев. Для запуска генератора S используется кнопка SB1 ЗАП;

7) Набор элементов, позволяющий собрать схему генератора си­нусоидальных колебаний с мостом Вина в цепи положительной обратной связи со схемой стабилизации амплитуды колебаний (рис.3.35): ОУ4, ОУ6, выпрямитель, vt1, C1...C4, R1...R14;

8) Набор элементов позволяющих собрать схемы генераторов пря­моугольных, треугольных, пилообразных колебаний (рис.3.26): 0У5, 0У7, vt2, C5, C6, R15...R28. Цепочка VD1, VD2, R25 – согласователь уровней, используется при построении схемы широтно-импульсного мо­дулятора;

9) Таймер КР1006ВИ1 (элемент 9), элементы VT1, C1...C4, R1...R10 позволяют построить различные схемы, в которых в качестве активного элемента используется таймер: мультивибратор, одновибратор, генератор пилообразного напряжения (рис.3.16 - 3.19).

В качестве примера на рис.3.27 приведена схема включения тай­мера как широтно-импульсного модулятора.

В качестве 0У1...0У8 используется микросхема КР140УД608, ти­повая схема включения которой приведена на рис.1.10; В конце раз­дела "Описание лабораторной панели III", Лабораторной работы ЛР1 да­ны параметры микросхемы. В качестве стабилитрона VD2 для построе­ния генераторов сигналов специальной формы использован двуханодный стабилитрон KCI68B (U_СТ.НОМ= 6,8 В при I_CT= 10 мА). На рис.3.38 приведена типовая схема включения таймера КР10006ВИ (ns555).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомьтесь с описанием лабораторной работы, краткими сведениями из теории и элементным составом панели.

2. Получите у преподавателя номер варианта задания, в соответ­ствии с которым произведите необходимые для выполнения работы рас­четы.

3. Включите напряжение питания панели при помощи тумблеров СЕТЬ и ПАНЕЛИ.

4. Исследование схем активных фильтров.

4.1. Соберите схему фильтра нижних частот первого порядка на 0У1 (рис.3.2,а и рис.3.21) в соответствии с номером варианта зада­ния (табл.3.1). Снимите частотную характеристику фильтра при пода­че на вход гармонического сигнала от внешнего генератора в диапа­зоне частот 10 Гц - 100 кГц и амплитудой, не искажающей выходной сигнал. Сравните экспериментальное значение f_С с вычисленным по формуле (3.3).

Таблица 3.1

Номер варианта задания	ФНЧ				ФВЧ
	1 порядок		2 порядок		1 порядок		2 порядок
	R1, кОм	C, мкФ	R1=R2, кОм	C1=C2, мкФ	R1, кОм	C, мкФ	R1=R2, кОм	C1=C2, мкФ
1 2 3 4	4 8 4 8	0,01 0,01 0,1 0,1	4 8 4 8	0,01 0,01 0,1 0,1	4 8 4 8	0,01 0,01 0,1 0,1	4 8 4 8	0,01 0,01 0,1 0,1

4.2. Соберите схему фильтра нижних частот второго порядка на ОУ1 (рис.3.2,б и рис.3.21) в соответствии с номером варианта зада­ния (табл.3.1) и проведите его исследование по методике п.4.1.

4.3. Соберите схему фильтра верхних частот первого порядка на ОУ2 (рис.3.3,а и рис.3.22) в соответствии с номером варианта зада­ния (табл.3.1) и проведите его исследование по методике п.4.1.

4.4. Соберите схему фильтра верхних частот второго порядка на ОУ2 (рис,3.3.б и рис.3.22) в соответствии с номером варианта зада­ния (табл.3.1) и проведите его исследование по методике п.4.1.

4.5. Соберите схему полосового фильтра с положительной обрат­ной связью (рис.3.4,а) на ОУ1 или ОУ2 (рис.3.21 или 3.22) в соот­ветствии с номером варианта задания (табл.3.2). Снимите частотные характеристики фильтра для двух значений R5 (∞, r5=R ) при подаче на вход гармонического сигнала в диапазоне частот 10 Гц - 100 кГц и амплитудой, не искажающей выходной сигнал. Определите f₁,f₂,f₀,∆f (рис.3.1,в), сравните со значениями, вычисленными по формуле (3.4).

4.6. Соберите схему полосового фильтра с параллельной обратной связью (рис.3.4,б) на ОУ3 в соответствии с номером варианта задания (табл.3.3), Снимите частотную характеристику фильтра для двух значений R3 (∞, R3=R1) при подаче на вход гармонического си­гнала в диапазоне частот 10 Гц - 100 кГц и амплитудой, не искажаю­щей выходной сигнал. Определите f₁,f₂,f₀,∆f (рис.3.1,в), сравните со значениями, вычисленными по формулам (3.5).

Таблица 3.2 Таблица 3.3

Номер варианта задания	R1=R5=R, кОм	C1=C2=C, мкФ	R2=2R, кОм
1 2 3 4 5 6	4 8 4 8 4 8	0,1 0,1 0,01 0,01 0,2 0,2	8 16 8 16 8 16

Номер варианта задания	R1, кОм	R2, кОм	C1=C2=C, мкФ
1 2 3 4 5 6 7	10 4 4 8 4 4 8	20 10 8 16 10 8 16	0,01 0,01 0,01 0,01 0,1 0,1 0,1

4.7. Снимите частотную характеристику двойного Т-образного моста (рис.3.5,а) при заданном наборе его элементов (табл.3.4). Амплитуда входного гармонического сигнала при этом должна быть та­кой, чтобы выходной сигнал не искажался. Сравните эксперименталь­ное значение f₀ с рассчитанным по формуле (3.6).

Таблица 3.4

Номер варианта задания	Элементы T-образного моста
1 2	R13, R14, R17, C10, C11, C9 R13||R15, R14||R16, R17||R18, C10, C11,C9

Включите схему двойного Т-образного моста в цепь обратной связи ОУ3 (рис.3.5,в и рис.3.23), снимите частотную характеристику полученного избирательного усилителя (рис.3.1,в).

Соберите схему заграждающего (режекторного) фильтра с двойным Т-образным мослом, подключив его к неинвертирующему входу ОУ3 (рис.3.5,б); снимете частотную характеристику, (рис.3.1,г).

4.8. Снимите частотную характеристику моста Вина (рис.3.6,а) при заданном наборе его элементов (табл.3.5). Сравните эксперимен­тальное значение f₀ с рассчитанным по формуле (3.7).

Включите мост Вина в цепь обратной связи ОУ3 (рис.3.6,б), ис­пользуя обозначения рис.3.24. Снимите частотную характеристику полученного узкополосного избирательного усилителя (рис.3.1.в).

Таблица 3.5

Номер варианта задания	Элементы моста Вина
1 2	R19, R20, R23, R24, R25, C12, C13 R19||R21, R20||R22, R23, R24, R25, C12, C13

5. Исследование схем корректирующих звеньев (схемы корректи­рующих звеньев собираются на ОУ3).

5.1. Соберите схему интегратора (рис.3.7,а) в соответствии с номером варианта задания (табл.3.6). Снимите с помощью двухлучевого осциллографа амплитудные и фазовые характеристики при R2=∞(рис.3.7,б) и R2≠∞(рис.3.7,в).

Подайте на вход интегратора ступенчатый сигнал с выхода гене­ратора s; наблюдайте на экране осциллографа переходную характерис­тику интегратора, зарисуйте осциллограмму.

Таблица 3.6 Таблица 3.7

Номер варианта задания	Rl, кОм	R1, кОм	С, мкФ
1	10	30	0.1
2	10	51	0,01
3	30	51	0,1
4	10	30	0,01
5	10	20	0,01
6	51	51	0,02
7	30	51	0.02

Номер варианта задания	Rl, кОм	R1, кОм	С, мкФ
1 2 3 4 5 6 7	10 51 10 10 30 10 10	51 51 30 30 51 30 51	0,1 0,01 0,1 0,01 0,01 0,2 0,02

5.2. Соберите схему дифференцирующего звена (рис.3.8,а) в со­ответствии с номером варианта задания (табл.3.7). Снимите с помо­щью двухлучевого осциллографа амплитудные и фазовые характеристики при R1= 0 (рис.3.8,б) и R1≠ 0 (рис.3.8,в).

Подайте на вход дифференцирующего звена ступенчатый сигнал от генератора s: наблюдайте на экране осциллографа переходную харак­теристику, зарисуйте осциллограмму.

5.3. Соберите схему форсирующего звена (рис.3.9,а) со следую­щими значениями элементов; R4 = 0, R1= R2= 10 кОм, C1=0,1 мкФ. Снимите с помощью двухлучевого осциллографа амплитудные и фазовые характеристики (рис.3.9,б). Измените, значения элементов(R4=51 кОм, R1= 30 кОм, R2= 10 кОм, C= 0,01 мкФ) и вновь снимите АФХ (рис.3.9,в).

Подайте на вход форсирующего звена ступенчатое воздействие от генератора s, наблюдайте на экране осциллографа переходную характеристику; зарисуйте осциллограмму.

5.4. Соберите схему интегродифференцирующего звена (рис.3.10). Снимите с помощью двухлучевого осциллографа амплитудные и фазовые характеристики,

а) реального дифференцирующего звена при R1=∞, R2=10 кОм, C=0,01 мкФ (рис.3.10,б); и

б) интегродифференцирующего звена (R1≠∞) при

K>1: R1= 10 кОм, r2= 30 кОм, C= 0,01 мкФ (рис.3.10, в) и

k<1: Rl= 30 кОм, r2= 10 кОм, С= 0,01 мкФ (рис.3.10, г).

Подайте на вход интегродифференцирующего звена ступенчатое воздействие от генератора s, наблюдайте на экране осциллографа пе­реходную характеристику; зарисуйте осциллограмму.

6. Исследование генераторов сигналов на ОУ.

6.1. Соберите генератор синусоидальных колебаний на ОУ4 и 0У6 (рис.3.25) с мостом Вина в цепи положительной обратной связи, со схемой стабилизации амплитуды колебаний (рис.3.11). Не включайте резистор R8 в цепь обратной связи ОУ6. Наблюдайте генерируемый сиг­нал на выходе 0У4. Измените частоту генерируемого синусоидального сигнала потенциометром R2, а амплитуду выходного напряжения - по­тенциометром r14. При среднем положении потенциометра R14 и двух крайних положениях потенциометра r2 измерьте частоту генерации и сравните измеренную и рассчитанную по формуле 3.7 величины. Наблю­дайте форму напряжения на выходе выпрямителя и выходе ОУ6,зарисуй­те осциллограммы.

Определите влияние резистора r8 в цепи обратной связи ОУ6 на амплитуду и частоту выходного напряжения генератора.

6.2. Соберите генератор сигналов прямоугольной формы на ОУ5 по схеме рис.3.12, используя обозначения и пояснения рис.3.26. Установите перемычки 1. Наблюдайте сигнал на выходе ОУ5 и сравните действительную частоту генерации со значением, рассчитанным по фор­муле 3.16. Измените частоту генерации потенциометром r20.

Подсоедините к выходу генератора прямоугольных импульсов ин­тегратор, собранный на ОУ7, R22, R23, С6 и R24; резистор r24 соедините с землей (рис.3.26). Наблюдайте на выходе 0У7 сигнал треу­гольной формы; измените его амплитуду потенциометром R23. Зарисуй­те осциллограммы.

6.3. Соберите генератор сигналов треугольной формы на 0У5 и ОУ7 по схеме рис.3.13, используя обозначения и пояснения рис.3.26. Установите перемычки 2. Инвертирующий вход 0У5 должен быть зазем­лен через резистор r16, так как желательно не иметь сдвига выход­ного сигнала. Наблюдайте сигналы на выходе 0У7 и 0У5. Симметрич­ность сигнала треугольной формы достигается при помощи потенциоме­тра р27, амплитуда изменяется потенциометром R20, частота - потен­циометром R23.

Определите частоту и амплитуду сигналов треугольной формы при нескольких положениях потенциометров R20 и R23 для симметричного треугольного сигнала. Зарисуйте осциллограммы.

6.4. Соберите генератор сигналов линейной пилообразной формы на 0У5 и ОУ7 по схеме рис.3.14, используя обозначения рис.3.26. Установите перемычки 2, заземлите R16 (U_СДВ=0) и R24 (U_СИМ,=0). На­блюдайте сигналы на выходе 0У7 и 0У5. Измените амплитуду выходного сигнала потенциометром R20, частоту - потенциометром R23. Зарисуй­те вид пилообразного сигнала. Отсоедините от схемы транзистор VT2. Зарисуйте пилообразный сигнал.

Схему генератора НЕ РАЗБИРАЙТЕ, так как для исследования схем на таймере используются импульсы, снижаемые с выхода "А".

7. Исследование схем на основе таймера КР1006ВИ1.

7.1. Соберите схему таймера ТН в режиме мультивибратора-авто­генератора (рис.3.16) в соответствии с номером варианта задания (табл.3.8). Определите частоту наблюдаемых на выходе схемы коле­баний, сравните со значением, рассчитанным по формуле 3.17. Изме­ните емкость C1, наблюдайте полученный сигнал. Зарисуйте осцилло­граммы на выходе таймера и на конденсаторе C1.

Таблица 3.8

Номер варианта задания	Мультивибратор			Одновибратор
	R1, кОм	r2, кОм	С, мкФ	R1, кОм	C1, мкФ
1	10	1	0,01	100	0,01
2	51	10	0,01	100	0,1
3	100	10	0,1	100	0,2
4	10	1	0,1	51	0,01
5	10	1	0,2	51	0,1
6	51	10	0,1	51	0,2
7	100	10	0,01	10	0,2

7.2. Включите таймер в режим одновибратора (рис.3.17), выбрав значения R1и C1 табл.3.8 в соответствии с номером варианта задания. На вывод 2 таймера подайте короткие импульсы с выхода генератора s, для запуска которого используется кнопка SB1 ЗАП. На выходе таймера наблюдайте импульсы, определите их длительность, сравните со значением, рассчитанным по формуле 3.10. измените зна­чение C1, проверьте длительность полученных импульсов. Зарисуйте осциллограммы на выходе 3 и конденсаторе C1.

На вывод 3 таймера подайте импульсы с выхода "А" генератора сигналов специальной формы (п.6.4, рис.3.26), наблюдайте импульсы на выходе таймера.

7.3. На вход 5 таймера ТН, работающего в режиме одновибратора (п.7.2), подайте управляющее напряжение от потенциометра R12 (рис. 3.27). На выходе полученного широтно-импульсного модулятора наблю­дайте изменение ширины импульса в зависимости от величины управля­ющего напряжения. Зарисуйте осциллограммы на выходе 3, выводах 2 и 5 таймера и конденсаторе C1.

На вход 5 таймера ТН, работающего в режиме одновибратора, по­дайте от внешнего генератора синусоидальный сигнал с частотой 25 - 30 Гц и амплитудой 10 В. Изменяя амплитуду синусоидального сигна­ла, наблюдайте модулированные по ширине прямоугольные импульсы на выходе ШИМ (рис.3.18,б). Зарисуйте осциллограммы на выходе 3, вы­водах 2 и 5 таймера и на конденсаторе C1.

7.4. Соберите на таймере ТН схему генератора линейного пило­образного напряжения (рис.3.19), используя расположенные на панели элементы: VT1, R7, R8, R9, R10, C1 (C2, C3). На вход 2 подайте импульсы с выхода "А" генератора сигналов специальной формы (п.6.4, рис.3.2, б). Наблюдайте на выводах таймера 6(7) пилообразное напряжение, иссле­дуйте влияние на его форму емкости конденсатора C1 (C2, C3) и со­противления потенциометра r9. Зарисуйте осциллограммы на выходе 3, выводе 2 таймера и на конденсаторе C2.

8. Выключите напряжение питания лабораторного стенда.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Принципиальные электрические схемы исследуемых устройств.

2. Расчетные значения и таблицы результатов измерений по пп.4, 6, 7.

3. Экспериментальные характеристики U_ВЫХ= F(f) по п.4.

4. Логарифмические амплитудные и фазовые характеристики кор­ректирующих звеньев по п.5.

5. Осциллограммы, снятые в пп.5, 6, 7.

6. Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Начертите по памяти частотные характеристики фильтров ниж­них и верхних частот и полосового фильтра. Обозначьте на этих ри­сунках полосу пропускания, полосу заграждения (подавления) и пере­ходный участок.

2. Укажите связь между порядком активного фильтра и наклоном характеристики на переходном участке.

3. Каково назначение корректирующих звеньев?

4. Какой фазовый сдвиг, вносит интегратор?

5. Какой фазовый сдвиг вносит дифференциатор?

6. Как снимается переходная характеристика корректирующих звеньев?

7. Каково назначение полевого транзистора в генераторе с мостом Вина?

8. Для чего предназначены конденсатор C3, резисторы r3, r4 в схеме генератора с мостом Вина?

9. Укажите причину, по которой необходима автоматическая ста­билизация амплитуды генератора с мостом Вина,

10. Назовите основную функцию ОУ в генераторе сигналов прямоу­гольной формы, схема которого приведена на рис.3.12.

11. Назовите функции, выполняемые соответственно 0У1 и 0У2 в генераторе сигналов треугольной формы (рис.3.13),

12. Почему 0У1 в схеме на рис,3.14 должен иметь высокую ско­рость нарастания напряжения на выходе?

13. Поясните работу таймера в режиме мультивибратора.

14. Поясните работу таймера в режиме одновибратора.

15. Чем отличается режим работы ШИМ от одновибратора?

16. Поясните работу таймера в режиме генератора линейного пилообразного напряжения.

Список литературы приведен в конце лабораторной работы ЛР1.

Приложение А. Схемы необходимые для выполнения работы: