Генераторы линейно-изменяющегося напряжения на операционных усилителях в среде моделирования OrCADCapture(версия 16,2), страница 2

Рис. 3. График зависимости V=V(Uвх)

2. Генератора треугольного напряжения.

В отличие от генераторов пилообразного напряжения, в генераторах треугольного напряжения и заряд, и разряд конденсатора производится постоянным током, за счёт чего достигается как линейный рост выходного напряжения, так и его линейный спад. Обеспечение требуемых характеристик треугольной формы достигается введением отрицательных обратных связей. Генератор состоит из неинвертирующего триггера на ОУ и интегратора на ОУ, интегрирующего постоянное напряжение, снимаемое с выхода триггера.

Построение генератора по пунктам:

1. Загрузите несколько библиотеки opamp, analog, breakout и source.

2. Соберите схему генератора треугольного напряжения.

3. Для того, чтобы присвоить цепи имя, необходимо на панели задач нажать Place -> NetAlias, выбрать имя, после чего приставить название к цепи.

4. Используем следующие параметры элементов в схеме.

R1 = R2 = 18.5 кОм, R3 = R4 = R5 = 20 кОм, V1 = V2 = 15 В, С = 30 нФ.

Получившаяся в результате схема:

Рис. 4. Генератор треугольного напряжения

5. Запустите моделирование. В строке Runtotime задайте время анализа 25мс. Для того, чтобы просмотреть диаграмму с определённого времени введите в строке Startsavingdataafter время, с которого будет начинаться диаграмма(с использованием параметров из пункта 3 введите 10 мс).

6. Добавим маркер напряжения на выходе с неинвертирующего триггера, чтобы наблюдать на временной диаграмме входной сигнал, и на выходе интегратора для наблюдения выходного сигнала.

7. Запускаем временной анализ кнопкой. Если верно создана схема и выбраны параметры, то открывается окно представления результатов, в котором отображается временная диаграмма, представленная на рис. 5:

Рис. 5. Временная диаграмма генератора треугольного напряжения.

Теоретические данные по ГТН:

Uвых.макс.т. = 14 В

Uвых.мин.т. = -14 В

Tт. = 2.22 мс

Данные, полученные в результате моделирования:

Uвых.макс. = 15 В

Uвых.мин. = -15 В

Для точного определения периода необходимо в результатах симуляции в панели задач нажать Trace -> Evaluate Measurement. В появившемся окне в столбце справа выбрать строке Period(1), в столбце слева выбрать строку V(out). Результат отобразится под диаграммой симуляции.

T = 2.39703 мс

3. Широтно-импульсный модулятор.

Добавление к ГТН компаратора, построенного на ОУ позволяет получить схему широтно-импульсного модулятора(ШИМ), в котором входным напряжением модулируется длительность(ширина) выходных импульсов выходного напряжения.

Построение генератора по пунктам:

1. Загрузите несколько библиотеки opamp, analog, breakout и source.

2. Соберите схему генератора треугольного напряжения. Добавьте к генератору компаратор на основе ОУ.

3. В библиотеке SOURCE выбираем источник сигнала синусоидальной формы VSIN и подсоединяем его к входу компаратора. В его параметрах задаём VOFF = 0(напряжение смещения 0), VAMP = 6 В(амплитуда входного сигнала), FREQ = 40 Гц(частота сигнала).

4. Используем следующие параметры элементов в схеме.

R1 = R2 = 18.5 кОм, R3 = R4 = R5 = 20 кОм, R6 = R8 = 10 кОм, R7 = 1.2 Мом, V1 = V2 = 15 В, С = 30 нФ.

Получившаяся в результате схема:

Рис. 6. Широтно-импульсный модулятор

5. Запустите моделирование. В строке Runtotime задайте время анализа 40мс. В строке Startsavingdataafter введите 7 мс.

6. Добавим маркер напряжения после синусоидального источника напряжения, чтобы наблюдать на временной диаграмме входной сигнал, и на выходе компаратора для наблюдения выходного сигнала.

7. Запускаем временной анализ кнопкой. Если верно создана схема и выбраны параметры, то открывается окно представления результатов, в котором отображается временная диаграмма, представленная на рис. 7:

Рис. 7. Временная диаграмма широтно-импульсного модулятора

Исследуем зависимость коэффициента заполнения импульсов на выходе ШИМ от входного напряжения. Результаты эксперимента занесены в табл. 2. График зависимости на рис. 8.

Табл. 2.

tи+, мс	Uвх	Кз
0.5	8.5	0.22
0.8	4	0.35
1.3	-2	0.57
1.7	-6.5	0.74
2	-9.5	0.88
1.8	-9	0.79
1.5	-5	0.66
1.1	1	0.48
0.7	6.5	0.3
0.4	9.5	0.17
0.5	8.5	0.22

Рис. 8. График зависимости Kз = f(Uвх)

При подаче на вход ШИМ пилообразного напряжения получаем диаграмму на рис. 9:

Рис. 9. Временная диаграмма ШИМ при подаче на вход пилообразного напряжения.