Отчет Преобразователь 3

МГТУ им. Баумана

Лабораторная работа №4

по курсу «Электроника и микропроцессорная техника»

(часть 2)

Преобразователь напряжения

Студент: Тимченко Е.С.

Группа: БМТ2-61

Преподаватель: Рогозин А.А.

Москва

2014

Цель работы: исследование методом моделирования характеристик преобразователя напряжения – частота.

Задача работы: определение влияния параметров схемы на работу преобразователя, диапазона изменения входного напряжения, при котором преобразование происходит по линейному закону.

1. Расчет схемы преобразователя

Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя напряжение – частота на трех ОУ.

Согласно техническому заданию, установим на заданной схеме преобразователя номинал конденсатора С1=7.7 нФ.

Вычислим длительности импульсов:

- положительного Т1 и

- отрицательного Т2

- периода Т

- частоту следования F генерируемых импульсов

при входном напряжении Vint=10 B.

- kd=R3/(R3+R4) – коэффициент делителя на резисторах R3 – R4,

- Vpor – пороговое напряжение триггера Шмидта (Vpor=Vst+Vpr),

- Vst – напряжение стабилизации,

- Vpr – напряжение на

открытом диоде.

2. Исследование параметров выходных напряжений Vout1 и Vout2 при заданном входном напряжении Vint=10 B

Рис. 2 Осциллограмма выходных напряжений, совмещенная с зависимостью тока I(R4) преобразователя U –F на трех ОУ

Um1= 14.626 V

Um2= 9.523 V

Vpr = 9.04 V

I(R4)⁺ = 990.262 uA

I(R4)^- = 991.588 uA

3. Изменение управляющего напряжения Uin

Исследуem параметры выходных напряжений Vout1 и Vout2 при изменении входного напряжения Vint от 10 В до 20 мВ.

Проведеm измерения при следующих входных напряжениях:

Vint = 10 [B], 5[B], 1[B], 500[мB], 100[мB], 50[мВ], 20[Мв]

Cравним полученные результаты с теоретически рассчитанными аналгично п.1

По результатам моделирования построим зависимости изменения длительностей импульсов Т1 и Т2,

периода следования Т ,

частоты следования F=1/T выходных импульсов от входного напряжения Vint.

Одновременно на данных графиках нанесите теоретические зависимости.

а) б)

Рис. 3 а) Зависимость длительности положительного импульса от входного напряжения Vint.

Т1- моделированиe, Т1t - аналитический расчет

б) Зависимость длительности отрицательного импульса от входного напряжения Vint.

Т2- моделированиe, Т2t - аналитический расчет

а) б)

Рис.4 а) Зависимость периода следования выходных импульсов от входного напряжения Vint.

Т- моделированиe, Тt - аналитический расчет

б) Зависимость частоты следования выходных импульсов от входного напряжения Vint.

F- моделированиe, Ft - аналитический расчет

Для количественной оценки отличия модельных результатов от теоретических построим зависимости :

а) б) в)

Рис. 5

а) Изменение длительности положительного импульса Т1 в зависимости от Uin в относительных величинах

б) Изменение длительности отрицательного импульса Т2 в зависимости от Uin в относительных величинах

в) Изменение длительности периода следования импульсов Т в зависимости от Uin в относительных величинах

Выводы

Принцип преобразования напряжения U в частоту следования F выходных импульсных напряжений основан на периодическом заряде конденсатора постоянным током, величина которого зависит от входного управляющего напряжения Vin. Пределы изменения напряжения на конденсаторе определяются параметрами схемы.

Преобразователь, использующий операционик ограничен по входному напряжению. При увеличенни Vin длительность периода генерации импульсов снижается обратнопропорционально и,начиная со значений Vin=1B , период и продолжительность положительных и отрицательных импульсов становятся соотносимы с длительностью переключения самого операциоников.

Таким образом длительность импульсов Т1 и Т2 на выходе преобразователя ограничена временем выхода ОУ из режима насыщения, скоростью переключения ОУ.

В результате выполненной л.р были рассчитаны длительности импульсов и частота следования. Были получены осциллограммы напряжений и ока для преобразователя напряжение-частота на трех ОУ в МС9.

Данные, полученные по результатам моделирования довольно точно совпадают с математическим расчетом. Погрешность не более 1.5 процентов.

При сравнении полученных данных можно сказать, что для положительного, отрицательного, всего периода следования импульсов, частоты следования больше рассчитанных из-за времени выхода ОУ из режима насыщения.

 С ростом напряжения погрешность увеличивается. Рост обусловлен определенной длительностью переднего и заднего фронтов операционников, которая постоянна и вносит свой вклад в длительность положительного и отрицательного импульсов.

С ростом напряжения уменьшается длительность импульсов, следовательно, фронты вносят больший вклад, становятся значительно более весомыми по отношению к величине всего периода.

Чтобы обеспечить линейность передаточной характеристики необходимо обеспечить быстрое время разрядки конденсатора. Поскольку время сброса вносит большой вклад в точность преобразователя.

7