Автоматизированное проектирование и моделирование схем генераторов периодических сигналов (Лабораторная работа № 8)

Лабораторная работа №8

Автоматизированное проектирование и моделирование схем генераторов периодических сигналов

Цель работы: Овладеть навыками проектирования и анализа схем генераторов периодических сигналов в  пакете OrCAD

В методических указания к настоящей лабораторной работе приведены два задания. Необходимо выполнить одно из заданий согласно указаниям преподавателя. Второе задание выполнить факультативно.

          В папке «Примеры Схем Генераторов и Фильтров» находятся проекты схем генераторов и фильтров, которыми можно воспользоваться при выполнении лабораторной работы. В Приложении к Методическим указаниям приведены пояснения к работе схем примеров.

Порядок выполнения работы

Задание 1.

1  Подготовить в графическом редакторе схему генератора периодических сигналов с мостом Вина на операционном усилителе. Чертёж схемы приведён на рис. 1.

Рисунок 1. Генератор с мостом Вина

Ключ S с источником прямоугольного сигнала V5 в схеме необходим для того, чтобы, подав однократный сигнал на ключ и тем самым замкнув на некоторое время (в примере – примерно на 0.5мс ) один из узлов схемы на общую точку, вывести генератор из равновесного состояния и, соответственно, перевести его в режим автоколебаний.

2  Выполнить анализ переходных процессов  и убедиться в том, что схема генерирует периодические сигналы формы, близкой к прямоугольной.

3  Получить спектр генерируемых сигналов и оценить основную частоту колебаний.

4  Спроектировать полосовой фильтр, проходя через который сигнал генератора принял бы форму, максимально близкую к синусоидальной. Таким образом, фильтр должен пропускать только узкую полосу частот, центром которой должна быть основная частота сигнала генератора.

5  Выполнить моделирование спроектированного фильтра и получить его переходные и частотные характеристики.

6  Подсоединить схему фильтра к выходу генератора, при этом необходимо убедиться в том, что входное сопротивление фильтра и выходное сопротивление генератора согласованы (в противном случае генератор может выйти из режима автогенерации или амплитуда и частота генерируемых сигналов могут существенно измениться). При необходимости предусмотреть блок согласования, например, эмитерный повторитель.

7  Выполнить анализ переходных процессов и спектральный анализ выходного сигнала.

8  Сделать обоснованные выводы о том, насколько близок выходной сигнал к синусоидальному.

9  Выполнить факультативно (для самостоятельной проработки)

            Выполнить параметрический анализ переходных характеристик схемы. В качестве изменяемого параметра выбрать сопротивление резистора R3 (рисунок 1), диапазон изменения сопротивления выбрать самостоятельно, выбор обосновать. Выполнив параметрический анализ, определить диапазон значения сопротивлений резистора, при котором схема генерирует устойчивые колебания.

10  В отчёте необходимо привести схемы генератора, фильтра; эпюры и спектр выходных сигналов генератора и фильтра, АЧХ и ФЧХ фильтра, а также обоснованные выводы по работе.

Задание 2.

1 Подготовить в графическом редакторе схему генератора периодических сигналов, который называется генератором  Колпитца. Чертёж схемы приведён на рис. 2.

Рисунок 2. Генератор периодических сигналов Колпитца

Ключ S с источником прямоугольного сигнала V5  в схеме необходим для того, чтобы, подав однократный сигнал на ключ и тем самым замкнув на некоторое время (в примере – примерно на 0.5мс ) один из узлов схемы на общую точку, вывести генератор из равновесного состояния и, соответственно, перевести его в режим автоколебаний.

2  Выполнить анализ переходных процессов  и убедиться в том, что схема генерирует периодические сигналы формы, близкой к синусоидальной с постоянной составляющей.

3  Получить спектр генерируемых сигналов и оценить основную частоту колебаний.

4  Спроектировать усилитель напряжения, усиливающий амплитуду сигнала генератора до 5В при подаче входного напряжения с параметрами выходного сигнала генератора Колпитца, при этом постоянная составляющая выходного сигнала усилителя должна быть равной нулю.