Федеральноеагентство по образованию
Государственноеобразовательное учреждение
Высшегопрофессионального образования
«воронежскийгосударственный технический Университет»
(ГОУВПО«ВГТУ»)
Радиотехническийфакультет
Курсоваяработа
по дисциплинеСхемотехника электронных средств
Тема: ИсследованиеRC – автогенераторов для операционныхусилителей с мостом Вина
Разработал
студент ФВЗО группыРК-082(У)
А.Ю. Белялов
Руководитель
А.И. Мушта
Воронеж 2011
Техническое задание на курсовую работу
1. Частота генерации f=1,5*N=1,5*18=27 Гц.
2. Структура RC–автогенератора – автогенератор смостом Вина.
3. Тип усилителя – операционныйусилитель К140УД8.
4. Создать модельоперационного усилителя К140УД8.
5. Провести анализ АЧХоперационного усилителя К140УД8.
6. Исследовать режимгенерации автоколебаний с мостом Вина.
7. Провести спектральныйанализ генерируемых колебаний.
8. Диапазон рабочихтемператур от (-25-N) -430Сдо (+30+N) +480С.
9. Провести анализвлияния температуры на форму и спектральный состав генерируемых колебаний.
10. Исследовать влияниеобратной связи на генерацию колебаний
/>/>Введение
Генератором гармоническихколебаний называют устройство, которое без постоянного возбуждения преобразуетэнергию источника питания в энергию гармонических колебаний.
Операционный усилитель –это аналоговая интегральная схема, снабженная, как минимумом, пятью выводами.Два вывода ОУ используются в качестве входных, один вывод является выходным,два оставшихся вывода используются для подключения источника питания ОУ. Сучетом фазовых соотношений входного и выходного сигналов один из входныхвыводов называются неинвертирующим, а другой – инвертирующим [1].
Автогенератор – этоузкополосный усилитель с положительной обратной связью.
Автогенератор представляет собой устройство, в которомосуществляется преобразование энергии источника постоянного тока в энергиюпеременных электрических колебаний без подведения к нему внешнего переменногонапряжения.
Для возбуждения колебанийв автогенераторах используется положительная обратная связь или активныйприбор, имеющий участок характеристики с отрицательным наклоном [2].
1.Принципиальная схема RC – автогенератора с мостом Вина
/>
Рис.1 RC-генератор с мостом Вина/>/> 2. Создание моделиоперационного усилителя
Для создания моделиоперационного усилителя К140УД8 мы использовали программу PARTS.
Вводили тип операционногоусилителя, выбирали тип транзистора во входном каскаде ОУ и тип егопроводимости. [2]Тип транзистора 2 (полевой с каналом n-типа) Тип коррекции 0 (внутренняя коррекция) +Vpwr 15 -Vpwr –15 +Vout 13 -Vout –13 +Sr 0.5e6 -Sr 0.5e6 Pd 0.21 Cc 30e–12 Ib 500e–9 Av-dc 50e3 f-OdB 1e6 CMRR 31.62e3 Phi 60 Ro-dc 100 Ro-ac 50 Ios 43e–3 />/>3. АЧХ операционногоусилителя
Коэффициент усиления (К)равен отношению приращения выходного напряжения (тока) к вызвавшему этоприращение входному напряжению (току) при отсутствии обратной связи. [2]
Вход (+) (т.е. прямой илинеинвертирующий вход) операционного усилителя соединяется с узлом 0 цепи). [2]
Коэффициент усиленияоперационного усилителя, для данной схемы измерения определяется выражением
K=V(2)/V(1) (1)
Задание на моделированиеимеет вид:
*A4H
.libC:\PSpice\k140ud8.mod
V1 1 0 ac .1vsin(0 1 1000)
V2 6 0 dc 15v
V3 0 7 dc 15v
X1 0 1 6 7 2k157ud2
.ac dec 10 1 10meg
.probe
.end
Получается следующийграфик
/>
Рис.2. АЧХ операционногоусилителя К140УД8/>/>4. Генерациягармонических колебаний
Для исследования режимагенерирования колебаний RC-автогенератора с мостом Вина используется среда Pspice.
С1, С2выбираем равными 16*10-6, из формулы:
/>. (2)
выводим R:
/> (3)
Подставляем значения f, с в уравнение (3):
/>
Задание на моделированиеимеет вид:
*Generator
.lib С:\PSpice\k140ud8.mod
x1 3 1 6 5 4k157ud2
c1 0 3 16u
c2 3 2 16u
r1 1 0 3.1k
r2 1 4 8k
r3 3 0 348
r4 2 4 348
v1 6 0 dc 15v
v2 0 5 dc 15v
.tran 100m 2s0 uic
.probe
.end
Получается следующаяосциллограмма:
/>
/>/>5.Получение спектра генерируемых колебаний
Вывод спектра колебания на экран осуществляется по следующемуалгоритму:
1. Запустить задание намоделирование.
2. Войти в меню X_axis.
3. Выбрать пункт Fourier. [2]
График спектра генерируемыхколебаний будет выглядеть следующим образом:
/>
Рис.4 Спектр колебаний для ОУ К140УД8
Из спектра видно, чтокроме первой гармоники, имеется еще две, на других частотах.
6.Влияние температур на форму и спектральный состав генерируемых колебаний
Дляисследования влияния температур на частоту генерации колебаний, необходимо взаданию на моделирование добавить строку, учитывающую диапазон рабочихтемператур, в частности: .temp-43 48 и запустить задание на моделирование. [2]
*Generator
.libC:\PSpice\k140ud8.mod
x1 3 1 6 5 4k140ud8
c1 0 3 16u
c2 3 2 16u
r1 1 0 3.1k
r2 1 4 8k
r3 3 0 348
r4 2 4 348
v1 6 0 dc 15v
v2 0 5 dc 15v
.tran 100m 2s0 uic
.temp -43 48
.probe
.end
Графики выходныхсигналов, с учетом влияния температур:
/>
Спектрыколебаний для операционного усилителя К140УД8 с учетом температур выглядятследующим образом:
/>
Рис. 7 Спектр колебаний при температуре -430С
/>
Рис. 8 Спектр колебаний при температуре 480С 7. Влияние обратнойсвязи на генерацию колебаний
Для исследования влияниявеличины отрицательной обратной связи на генерацию колебаний необходимо в схемеизменить величину сопротивления, например R1, таким образом, чтобы баланс амплитуд не выполнялся:
*Generator
.libD:\PSpice\k157ud2.mod
x1 3 1 6 5 4k157ud2
c1 0 3 20u
c2 3 2 20u
r1 1 0 6.1k
r2 1 4 12k
r3 3 0 0.25k
r4 2 4 0.25k
v1 6 0 dc 15v
v2 0 5 dc 15v
.tran 100m 2s0 uic
.probe
.end
/>
Рис.9 Влияние обратнойсвязи на генерацию колебаний
Из полученного графика видно, что при уменьшении коэффициентаобратной связи, генерация становится хуже.
/>/>Заключение
В проделанном курсовомпроекте смоделировали RC –автогенератор с мостом вина, используя операционный усилитель К140УД8.
Для обеспечениянезатухающих колебаний, усилитель должен быть охвачен достаточной положительнойобратной связью, т.е. должен быть выполнен баланс амплитуд и баланс фаз.
Сняв АЧХ операционногоусилителя, с помощью программы PSpice,удалось увидеть, что коэффициент усиления ОУ имеет максимальное значение равное72*103 на частоте 1герц.
Спектральный анализпоказал, что наличие гармони в выходном сигнале относительно невелико, чемуспособствует наличие отрицательной обратной связи.
Затухающее колебаниепроисходят в результате того, что условие баланса амплитуд не выполняется. Приуменьшение коэффициента обратной связи, генерация становится хуже.
Библиографическийсписок
1. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники: Учеб. Пособие длястудентов вузов по спец. «Констр. и производство радиоаппаратуры».- М.: Высш.шк., 1988.-464 с.: ил.
2. Мушта А.И., Балашов Ю.С., Новожилов О.П. Схемотехническоемоделирование аналоговых устройств.: Учебное пособие. 2003. -144с.
3. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники: Учебное пособиедля вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001.– 488 с.: ил.