Исследование работы генератора прямоугольных импульсов.

Лабораторная работа № 8

Цель работы: Исследовать работу генератора прямоугольных импульсов, научиться измерять и определять параметры сигналов с помощью осциллографа, исследовать прямоугольные импульсы и определить параметры ГПИ.

Оборудование и аппаратура:

1. Лабораторный макет № 8.

2. Осциллограф С1-72 учебный.

Методические указания:

Электронным генератором называется устройство, преобразующее энергию постоянного тока в периодические электрические колебания требуемой мощности, частоты и формы. Генераторы классифицируют по форме колебаний (синусоидальные, прямоугольные, пилообразные и др.)по частоте (низкая, высокая, сверхвысокая), по типу цепей возбуждения колебаний и по другим отличительным признакам. Генераторы оценивают с помощью характеристик:

1) диапазон генерируемых частот;

2) точность установки частоты и поддержания ее во время работы;

3) степень искажения формы колебаний и изменения амплитуды выходного напряжения;

4) зависимость параметров выходного сигнала от внешней нагрузки и т. д.

По способу получения колебаний генераторы подразделяют на две группы: генераторы с внешним возбуждением и генераторы с самовозбуждением. Генератором с внешним возбуждением является усилитель мощности, на вход которого подаются электрические сигналы от источника колебаний. Генераторы с самовозбуждением содержат формирователи колебаний; такие генераторы часто называют автогенераторами. Генератор является замкнутой системой (Рисунок 8.1), состоящей из источника энергии ЯЭ, усилительного элемента УЭ, формирователя колебаний ФК, цепей положительной обратной связи ПОС и отрицательной обратной связи ООС.

Рисунок 8. 1. Структурная схема электронного генератора.

ИЭ — источник энергии; УЭ — усилитель; ПОС — цепь положительной обратной связи; ООС — цепь отрицательной обратной связи; ФК — формирователь колебаний (LC-контур или фазирующая RС- цепь).

Источником энергии служит стабилизированный выпрямитель постоянного тока или батарея химических элементов. В качестве УЭ используются транзисторы, электронные лампы и другие нелинейные элементы. Формирователями колебаний (автогенераторами) являются УЭ в сочетании с резонансными LC-контурами или фазирующими RС- цепями. Цепь ПОС обеспечивает автоколебательный режим в цепи генератора; цепь ООС стабилизирует параметры УЭ и улучшает их характеристики.

Во многих электронных устройствах (в измерительных приборах, в блоках ЭВМ, в автоматических системах и т. д.) используется импульсный режим работы. Токи и напряжения, действующие в цепях, имеют вид импульсов различной формы и длительности, разделенных между собой промежутками времени. В маломощных устройствах при помощи импульсов передается, обрабатывается и хранится информация; в мощных устройствах импульсами производится энергетическое воздействие на различные процессы (импульсное управление электроприводами, ультразвуковая обработка материалов, создание сильных магнитных полей и т.д.). Импульсом называется кратковременный электрический сигнал, длительность которого соизмерима с длительностью переходного режима цепи, на которую этот импульс воздействует. Импульсы подразделяются на видео- и радиоимпульсы; видеоимпульсы не заполнены высокочастотными колебаниями в отличие от радиоимпульсов, которые представляют собой пакеты высокочастотных колебаний в пределах некоторой огибающей. Формы широко распространенных радио- и видеоимпульсов показаны на рисунке 8. 2.

Рисунок 8. 3. Реальная форма прямоугольного импульса и

обозначение его параметров.

Рисунок 8. 2. Формы наиболее распространенных видеоимпульсов (а — прямоугольный, в — пилообразный, г — трапецеидальный, д колоколообразный) и радиоимпульсов (б — прямоугольный и колоколообразный).

Особенно часто встречаются прямоугольные импульсы, реальная форма которых приведена на рисунке 8. 3. По вертикальной оси откладываются значения высоты импульса А (тока, напряжения) с неравномерностью (завалом) вершины ∆A. На горизонтальной оси нанесена длительность импульса τ_И, обычно измеряемая на уровне 0,1 А. Передняя часть импульса, называемая фронтом, определяется длительностью (временем) τ_Φ нарастания импульса от 0,1 до 0,9 его высоты. Задняя часть импульса — срез, спад τ_С — определяется временем убывания в тех же пределах. Часто импульсы заканчиваются выбросом в отрицательной области (хвостом) со временем затухания τ_Х. Обычно импульсы следуют периодически с периодом Т или частотой повторения f = l / Т. Отношение периода Т к длительности импульсов τ_И называется скважностью Q = Т / τ_И, а обратная величина γ = 1 / Q = τ_И / T — коэффициентом заполнения.

Непрерывные последовательности импульсов или отдельные импульсы получают с помощью автогенераторов или генераторов с внешним запуском. Прямоугольные импульсы вырабатываются мультивибраторами, блокинг-генераторами и другими устройствами.

Порядок выполнения работы:

1. Разобрать работу ГПИ по принципиальной схеме по рисунку 8.4.

2. Включить БП-1, БП-2 лабораторного стола тумблерами "Вкл".

3. Подключить осциллограф к гнезду " т В.Осц" на панели блока ~В лабораторного стола.

4. Проверить работу ГПИ. Для этого включить его тумблером "Вкл".

Установить тумблер в положение что соответствует последовательности прямоугольных импульсов на выходе ГПИ. С помощью осциллографа измерить период Т, амплитуду U_M, длительность τ_И прямоугольных импульсов для трех положений ручек "Частота", "Ампл.", "Длит" (среднее и два крайних). Результаты занести в таблицу 8. 1.

5. Проверить работу генератора одиночных импульсов. Для этого включить тумблер в положение . Нажать и отпустить кнопку "Пуск" на ГПИ. По осциллографу определить
амплитуду импульса.

6. Оформить отчет по работе.

Рисунок 8. 4. Принципиальная схема генератора прямоугольных импульсов (ГПИ)

Таблица 8.1.

Ручки Параметр Параметр	"Частота"	"Амплитуда"	"Длительность"
крайнее левое	среднее	крайнее правое	крайнее левое	среднее	крайнее правое	крайнее левое	среднее	крайнее правое
Период Т, мс
Амплитуда U_М, В
Длительно-сть τ_И,мс