Генераторы пилообразного напряжения

Дипломная работа - Компьютеры, программирование

Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование




.

Введем обозначения

, , ,

тогда полученное уравнение можно переписать в виде

. (7)

Это неоднородное дифференциальное уравнение первого порядка, решение которого имеет вид

. (8)

Постоянную интегрирования найдем из начальных условий (1). Т.к. в начальный момент времени , то , следовательно, (8) можно записать, как

.

Тогда напряжение на выходе будет меняться по закону

(9)

Здесь

имеет тот же смысл, что и ранее.

Поскольку напряжение на выходе системы через время рабочего хода должно равняться величине , где - амплитуда пилообразного напряжения, то, решая (9) относительно времени, получим

. (10)

Проводя аналогичные рассуждения для цепи разряда, принимая во внимание, что

и ,

можно получить следующее выражение для времени обратного хода

, (11)

где , , .

Временные диаграммы работы устройства показаны на рис. 7.

Рис. 7 - Временные диаграммы

Если выражение (9) продифференцировать по времени и умножить на С1, то коэффициент нелинейности напряжения, будет определяться формулой

(12)

Далее перейдем к расчету параметров и выбору элементов схемы.

Следует отметить, что при выводе всех уравнений данного параграфа принималось допущение, что операционный усилитель по своим параметрам близок к идеальному усилителю.

2. Практическая часть. Моделирование

В задании на курсовую работу рассматриваются схемы ГПН на биполярном и полевом транзисторах.

Рассмотрим ГПН с зарядным резистором и ГПН со стабилизатором тока. Схема смоделирована в пакете разработки электрических схем Multisim 10.1 и представлена на рис. 8

Рис. 8 - схема ГПН

. Посредством построенной в Multisim схемы ГПН с зарядным транзистором исследовано зависимости амплитуды и линейности выходного напряжения ГПН от напряжения питания + Ucc для идеального транзистора.

Результаты исследования зависимости амплитуды Авых от + Ucc представлены в табл. 1, по которым построен график на рис. 9.

Проанализировав результаты исследования и полученный график можно сделать вывод, что зависимость амплитуды ярко выражена только от напряжения питания до 10 В, затем значения амплитуды равны 5,72В вне зависимости от подаваемого напряжения питания более 10 В, так как амплитуда достигла своего возможного максимального значения.

Таблица 1 - Таблица результатов моделирования

Ucc, В1,02,03,55,06,06,47,0амплитуда0,61031,23202,17523,20683,88743,94564,3340Ucc, В10,012,018,025,035,0амплитуда5,71625,72675,72665,72695,7289

Рис. 9 - график зависимости амплитуды выходного сигнала от напряжения питания для схемы с идеальным биполярным транзистором

Зависимость линейности выходного напряжения ГПН от напряжения питания изображена на полученных оiиллограммах, что представленны на рис.10, рис.11, рис.12, рис. 13.

Рис. 10 - оiиллограмма выходного сигнала ГПН при Uсс= 2 В

Рис. 11 - оiиллограмма выходного сигнала ГПН при Uсс= 5В

Рис. 12 - оiиллограмма выходного сигнала ГПН при Uсс= 50В

Рис. 13 - оiиллограмма выходного сигнала ГПН при Uсс= 100В

Проанализировав оiиллограммы можно сделать вывод, что линейность выходных сигналов не имеет прямой зависимости от напряжения питания Uсс.

2. Посредством построенной в Multisim схемы ГПН со стабилизатором исследовано зависимости амплитуды выходного сигнала ГПН Авых от напряжения питания Ucc и напряжения отсечки полевого транзистора.

Результаты исследования зависимости амплитуды Авых от Ucc для идеального транзистора представлены в табл. 2, по которой построен график на рис. 15.

Таблица 2 - Таблица результатов моделирования

Ucc, В1,02,02,42,63,04,05,010,020,0Авых, В0,53510,93601,01731,03601,04671,04681,04681,04681,0468

Рис. 15 - график зависимости амплитуды выходного сигнала от напряжения питания для схемы с идеальным полевым транзистором

Проанализировав результаты исследования и построенный по ним график можно сделать выводы, что амплитуда, достигнув своего максимального значения 1,047В при Uсс=3В, перестает зависеть от напряжения питания больших значений.

Были проведены такие же исследования, используя реальный транзистор NDF9406, содержащийся в разделах библиотеки EWB. Результаты исследования зависимости амплитуды Авых от Ucc для идеального транзистора представлены в табл. 3, по которой построен график на рис. 16.

Таблица 3 - Таблица результатов моделирования

+Uсс1,02,02,42,63,04,05,0Авых0,61,23761,49421,59681,76801,96131,9635+Uсс6,07,010,020,0Авых1,96391,96331,96591,9696

Рис.16 - график зависимости амплитуды выходного сигнала от напряжения питания для схемы с полевым транзистором NDF9406

Проанализировав результаты исследования и построенный по ним график можно сделать выводы, что амплитуда, достигнув своего максимального значения 1,96В при Uсс=4В, перестает зависеть от напряжения питания больших значений. Порог зависимости для реального транзистора NDF9406 выше, чем для идеального.

Результаты исследования зависимости амплитуды Авых от напряжения отсечки полевого транзистора VTO для идеального транзистора представлены в табл. 4, по которой построен график на рис. 17.

Таблица 4 - Таблица результатов моделирования

VTO0,0-0,5-0,75-1-1,5-2-2,25амплитуда1,04680,11510,22420,36410,67641,02021,2627VTO-2,5-2,75-4,0-6,0-8,0-9,0-10,0амплитуда1,41251,63382,58234,24355,73495,73565,7324

Рис.17 - график зависимости амплитуды