Здесь можно найти образцы любых учебных материалов, т.е. получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Генераторы импульсных сигналов

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 04.09.2012. Сдан: 2011. Страниц: 8. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Содержание

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….……..…3

1 общие сведения о Генераторах …………………………………...…4

 1.1 Назначение и виды генераторов………………………… .…………...…...........4
 1.2 Принципы построения генераторов……………………………………..………4

2 ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ……………….………………9

 2.1 Генераторы импульсных сигналов ……………………………………………...9
 2.2 Генераторы прямоугольных импульсов……………………….………..………9
 2.3 Генераторы линейно изменяющегося напряжения………………….………..15  

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………..……………………………….......……………………26 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………...27
 

      ВВЕДЕНИЕ 

      В данной курсовой работе необходимо  рассмотреть  общее  понятие генератора, виды генераторов импульсных сигналов, принципы их построения и работы, формулы  вычисления определенных узлов, а также  структурные схемы генераторов.
      Классификация генераторов выполняется по ряду признаков: форме колебаний, их частоте, выходной мощности, назначению, типу используемого активного элемента, виду частотно-избирательной цепи обратной связи и др. По назначению генераторы делят на технологические, измерительные, медицинские, связные. По форме колебаний их делят на генераторы гармонических и негармонических (импульсных) сигналов.
    Генератор является нелинейным устройством, которое преобразует энергию постоянного напряжения от источников питания в энергию колебаний.
    Функционирование  генератора можно разделить на два  этапа: этап возбуждения генератора и этап стационарного режима.
 

      1  общие сведения о Генераторах

 
        Назначение и виды генераторов
 
    Электронным генератором сигналов называют устройство, посредством которого энергия сторонних источников питания преобразуется в электрические колебания требуемой формы, частоты и мощности. Электронные генераторы входят составной частью во многие электронные приборы и системы. Так, например, генераторы гармонических или других форм колебаний используются в универсальных измерительных приборах, осциллографах, микропроцессорных системах, в различных технологических установках и др. В телевизорах генераторы строчной и кадровой разверток используются для формирования светящегося экрана.
    Классификация генераторов выполняется по ряду признаков: форме колебаний, их частоте, выходной мощности, назначению, типу используемого активного элемента, виду частотно-избирательной цепи обратной связи и др. По назначению генераторы делят на технологические, измерительные, медицинские, связные. По форме колебаний их делят на генераторы гармонических и негармонических (импульсных) сигналов [2, c.236].
    По  выходной мощности генераторы делят на маломощные (менее 1 Вт), средней мощности (ниже 100 Вт) и мощные (свыше 100 Вт). По частоте генераторы можно разделить на следующие группы: инфранизкочастотные (менее 10 Гц), низкочастотные (от 10 Гц до 100 кГц), высокочастотные (от 100 кГц до 100 МГц) и сверхвысокочастотные (выше 100 МГц).
    По  используемым активным элементам генераторы делят на ламповые, транзисторные, на операционных усилителях, на туннельных диодах, или динисторах, а по типу частотно-избирательных цепей обратной связи — на генераторы LC-, RC- и RL-типа. Кроме того, обратная связь в генераторах может быть внешней или внутренней. 
 

    1.2 Принципы построения генераторов 

    Генератор является нелинейным устройством, которое преобразует, как уже сказано, энергию постоянного напряжения от источников питания в энергию колебаний. Обобщенная структурная схема генератора с внешней обратной связью приведена на рисунке 1. Она содержит усилитель с коэффициентом усиления К*, частотно-избирательную цепь положительной обратной связи с коэффициентом передачи ? и цепь отрицательной обратной связи с коэффициентом передачи т. 

    
 

    Рисунок 1 – Обобщенная структурная схема генератора (а) и процесс установления колебаний в генераторе (б)  

    Функционирование  генератора можно разделить на два  этапа: этап возбуждения генератора и этап стационарного режима. На этапе возбуждения колебаний в генераторе появляются колебания и амплитуда их постепенно нарастает. На втором этапе амплитуда колебаний стабилизируется и генератор переходит в стационарный режим. Форма колебаний на обоих этапах показана на рисунок 1 б.
    На  этапе возбуждения колебаний  основную роль играет цепь положительной  обратной связи. Эта цепь определяет условие возбуждения колебаний, их частоту и скорость нарастания амплитуды. После возникновения  колебаний их амплитуда нарастает до тех пор, пока действие нелинейной отрицательной обратной связи не ограничит их рост [2, c.237].
    Поскольку на этапе возбуждения цепь отрицательной  обратной связи не работает, рассмотрим более простую схему генератора, изображенную на рисунке 2 а. Цепь положительной обратной связи  обычно выполняется на пассивных элементах и потому имеет потери. Затухание сигнала в цепи обратной связи компенсируется усилением, которое обеспечивает усилитель У. Рассмотрим условия, при которых в схеме, приведенной на рисунке 2 а могут возникнуть колебания.
    При включении питания в схеме  возникают колебания, обусловленные нестационарными процессами — зарядом емкостей и индуктивностей, переходными процессами в транзисторах или ОУ. Эти колебания поступают на вход усилителя в виде сигнала UBX и, пройдя усилитель, появляются на его выходе в виде сигнала  Uвых = UBX K. С выхода усилителя колебания через цепь положительной обратной связи вновь поступают на вход усилителя, поэтому 

    Uвых = UBX ?   или     Uвых = UBX(1- K ?) ,                         (1) 

         
    где К — комплексное значение коэффициента усиления, ? — передача цепи обратной связи.
    Рисунок 2 – Структурная схема генератора без отрицательной обратной связи (а) и форма выходного напряжения  и начальной стадии возбуждения колебаний (б) 

    Из  уравнения (1) следует, что напряжение на входе усилителя, а следовательно, и на его выходе может иметь конечное значение только при выполнении условия:
    1 – K? = 0, откуда находим условие возбуждения колебаний:
    K? = 1, (2)
    где  произведение  K? называется  петлевым  усилением усилителя  с  обратной связью [2, c.238].
    Условие возникновения колебаний (2) распадается  на два условия, которые принято  называть условиями баланса амплитуд и фаз:
                                                                                    (3) 

    Первое  из условий (2) означает, что в стационарном режиме полное петлевое усиление на рабочей частоте генератора должно быть равно единице, т. е. модуль коэффициента усиления усилителя должен быть равен модулю обратной величины коэффициента передачи звена положительной обратной связи ¦К¦ =
=¦? -1¦. Иначе говоря, насколько сигнал ослабляется при передаче через цепь обратной связи ?, настолько же он должен усиливаться усилителем.
    Если  коэффициент усиления усилителя ¦К¦ < ¦? -1¦, то колебания в схеме генератора будут затухающими, и наоборот, при ¦К¦ > ¦? -1¦ колебания будут нарастающими, как показано на рисунке 2 б. Для точного выполнения условия баланса амплитуд в схему генератора вводится отрицательная обратная связь, посредством которой изменяется петлевое усиление усилителя. Возможны различные способы регулирования петлевого усиления: изменением коэффициента усиления усилителя, изменением коэффициента передачи цепи положительной обратной связи, изменением коэффициента передачи цепи отрицательной обратной связи. В качестве элементов, регулирующих петлевое усиление, используются или пассивные нелинейные элементы: термисторы, варисторы, позисторы, лампы накаливания и др. или транзисторы в режиме регулируемого сопротивления  [2, c.239].
    Второе  условие (3), называемое условием баланса  фаз, означает, что полный фазовый сдвиг в замкнутом контуре генератора должен быть равен 2n?, где п— любое целое число. Условие баланса фаз позволяет определить частоту генерируемых колебаний. Если условие баланса фаз выполняется только на одной частоте, то при выполнении условия баланса амплитуд колебания будут гармоническими. Если условие баланса фаз выполняется для ряда частот, то колебания будут негармоническими.
    Кроме рассмотренных генераторов с  внешней обратной связью, существуют генераторы с внутренней обратной связью, у которых положительная обратная связь обусловлена устройством  используемого активного элемента. К таким элементам относятся некоторые типы полупроводниковых диодов, имеющих участки с отрицательным сопротивлением: динисторы, тиристоры, туннельные диоды, а также электронные лампы с вторичной эмиссией. В таких генераторах отрицательное сопротивление активного элемента используется для компенсации положительного сопротивления потерь в пассивных элементах. Эти генераторы могут использоваться как при синусоидальной форме выходного напряжения, так и при негармонических выходных напряжениях. Для формирования гармонических напряжений в таких генераторах обычно используются различные резонансные контуры.
    В генераторах гармонических сигналов цепь положительной обратной связи  выполняется таким образом, чтобы  условие баланса фаз выполнялось  на одной единственной частоте, на которой  также выполняется условие баланса амплитуд.
    Наиболее  распространенными генераторами гармонических  сигналов являются генераторы, в которых  цепь положительной обратной связи  выполнена на последовательных или  параллельных резонансных контурах, на фазосдвигающих RC – или RL – цепях .    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2  ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ  

    2.1 Генераторы импульсных сигналов  

    Под генерированием электрических колебаний  понимают преобразование энергии источников питания в энергию электрических колебаний. На низких радиочастотах колебания возбуждаются в системах с сосредоточенными параметрами. В дециметровом и более коротковолновых диапазонах для возбуждения колебаний необходимы системы с распределенными параметрами, поэтому здесь уместен термин "электромагнитные колебания". Существуют два основных способа получения электрических колебаний: преобразование с помощью активных электронных элементов энергии источников постоянного тока или преобразование энергии одних электрических колебаний в энергию других с требуемой частотой (параметрические и квантовые генераторы). [1 , c. 251]
    Наиболее распространены генераторы прямоугольных и линейно изменяющихся (пилообразных) импульсов напряжения.
    Генераторы импульсных сигналов (импульсные генераторы) могут работать в одном из трех режимов: автоколебательном, ждущем или синхронизации.
    В автоколебательном режиме генераторы непрерывно формируют импульсные сигналы без внешнего воздействия. В ждущем режиме генераторы формируют импульсный сигнал лишь по приходе внешнего (запускающего) сигнала. В режиме синхронизации генераторы вырабатывают импульсы напряжения, частота которых равна или кратна частоте синхронизирующего сигнала.
    Рассмотрим некоторые из генераторов импульсных сигналов. 
 

    2.2 Генераторы прямоугольных импульсов 

    Генераторы прямоугольных импульсов делятся на мультивибраторы и блокинг-генераторы. И те и другие могут работать как в автоколебательном, так и в ждущем режимах.
    Рассмотрим вначале автоколебательные мультивибраторы.
    Такие генераторы могут быть построены на дискретных, логических элементах или на операционных усилителях. Автоколебательный мультивибратор на основе ОУ представлен на рисунке 3.
    В данной схеме с помощью резисторов R1 и R2 введена положительная обратная связь, что является необходимым условием для возникновения в схеме электрических колебаний. В зависимости от напряжения на выходе (которое может быть равно либо +Епит, либо –Епит, где Епит — напряжения питания ОУ) на неинвертирующем входе ОУ устанавливается или напряжение U+1, или напряжение U+2, причем:
    
          (4) ,         
         (5)
 
 

    
 

    Рисунок 3 - Автоколебательный мультивибратор на основе ОУ 

    Емкость С, входящая в цепь отрицательной обратной связи, перезаряжается с постоянной времени ? = RC. Напряжение Uc на емкости, равное напряжению U- на инвертирующем входе, стремится либо к уровню +ЕПИТ (при Uвых = + Епит), либо к уровню –Епит (при UВых = –Eпит). До момента времени t1 U+ – U_ = U+l – Uc > 0, следовательно, ОУ находится в режиме насыщения и на его выходе удерживается напряжение +Епит. Начиная с момента времени эта разность меняет знак, что приводит к изменению напряжения на выходе ОУ на –Епит После момента времени t1 емкость С перезаряжается, причем ее напряжение стремится к уровню –Епит . Очевидно, что до момента времени t2 U+ – U_= U+2 – Uc< 0, что и удерживает выходное напряжение ОУ на уровне –Епит. Начиная с момента времени t2, эта разность вновь меняет знак, происходит изменение напряжения Uвых и т.д. Таким образом, данный мультивибратор формирует прямоугольные импульсы напряжения. Период следования импульсов Т определяется выражением : 

    
         
(6) 

    В случае использования вместо резистора R двух разных резисторов и диодов можно построить несимметричный мультивибратор (рисунок 4,а), у которого длительности положительного и отрицательного импульсов не совпадают. Принцип работы мультивибратора поясняют временные диаграммы (рисунок 4,б).
    Из приведенных построений очевидно, что разная длительность положительного и отрицательного импульсов обеспечивается разными постоянными времени перезаряда емкостей ?1 и ? 2: 

    ?1 =R'
С ,    ?2 = R"
С ,           (7)
 

    где R" > R'. 

    Рассмотрим ждущий мультивибратор на основе ОУ (рисунок 3), который иногда называют одновибратором  [3, c.  532].
    Нетрудно заметить, что эта схема аналогична схеме автоколебательного мультивибратора, но в нее введены диод D2 (для осуществления ждущего режима) и цепь запуска на элементах С1 , R3, D1 ( (рисунок 3, а). Схема имеет одно устойчивое состояние, когда напряжение на выходе отрицательное (примерно равно –Епит). Если бы по какой-либо причине напряжение на выходе оказалось положительным (+Епит),то в результате  рассматриваемых дальше процессов состояние схемы изменилось бы.
    
 

    Рисунок 4 (а, б) - Временные диаграммы,  поясняющие принцип работы мультивибратора  

    В исходном состоянии (на выходе –Епит) диод D2 открыт, напряжение на инвертирующем входе U_ примерно равно нулю, а напряжение U+ на неинвертирующем входе определяется выражением:
    
,        (8)

    U+ – U_ < О и Uвых = –Епит . Диод D1, подключенный к неинвертирующему входу, закрыт. В момент времени t1 входной сигнал открывает этот диод, на неинвертируюший вход подается положительный сигнал (на инвертирующем входе остается нулевой сигнал), и ОУ переходит в режим с положительным напряжением на выходе. После этого начинается заряд конденсатора С. Когда напряжение на нем становится больше напряжения U+1 определяемого выражением :
    
         (9)

    Дифференциальный сигнал U+ – U_ становится отрицательным и ОУ возвращается в исходное устойчивое состояние (в таком состоянии дифференциальный сигнал отрицательный).
    Из временных диаграмм (рисунок 5, б) следует, что лишь после момента времени t3 можно подавать очередной запускающий импульс.
    Существуют схемы ждущих мультивибраторов на дискретных и логических элементах [3, c.  534].
    Для получения мощных прямоугольных импульсов малой длительности (от долей микросекунды до долей миллисекунды) и скважностью до нескольких десятков тысяч используют блокинг-генераторы. Основным элементом таких генераторов является импульсный трансформатор. Блокинг-генератор может работать в автоколебательном, ждущем режимах или режиме синхронизации. 

    

    Рисунок 5 (а) - Временные диаграммы
    

    Рисунок 5 (б) - Временные диаграммы 

    Рассмотрим схему автоколебательного блокинг-генератора (рисунок 6, а). Во время паузы (выходное напряжение отсутствует) происходит перезаряд конденсатора по цепи Е – R – W2 с постоянной времени ?1 = RC. В момент времени, когда напряжение на конденсаторе С (и, следовательно, на базе транзистора) становится равным нулю, транзистор начинает открываться (выходить из режима отсечки), начинает протекать ток коллектора, что вызывает появление сигнала положительной обратной связи (через обмотку трансформатора W2), под действием которой транзистор скачкообразно переходит в режим насыщения. При этом конденсатор С перезаряжается по цепи W2 С – входное сопротивление транзистора ?вх с постоянной времени ? 2 = rвх С. При увеличении напряжения на конденсаторе С ток базы начинает уменьшаться и в конце концов транзистор выходит из насыщения и начинает закрываться. Возникает сигнал положительной обратной связи, который скачкообразно переводит транзистор в запертое состояние. После этого энергия, запасенная в индуктивности намагничивания, рассеивается на сопротивлении нагрузки. Так как rвх « R, то время нахождения транзистора в открытом состоянии t, а следовательно, и длительность импульса на нагрузке значительно меньше периода следования импульсов. Временные диаграммы работы автоколебательного блокинг-генератора приведены на рисунке 6 (б).
    

    Рисунок 6 - схему автоколебательного блокинг-генератора (а), временные диаграммы работы автоколебательного блокинг-генератора (б) 
 

    2.3 Генераторы линейно изменяющегося напряжения 

    Линейно изменяющимся напряжением (ЛИН) называют напряжение, которое в течение промежутка времени, называемого рабочим ходом, изменяется по линейному закону, а затем в течение промежутка времени, называемого, обратным ходом, возвращается к исходному уровню (рисунок 7).
    

    Рисунок 7 - Линейно изменяющиеся  напряжение (ЛИН) 

    На рисунке 7 приняты следующие обозначения:
      U0 – начальный уровень, Um – амплитуда ЛИН, Тp – время рабочего хода, Т0 – время обратного хода [3, c.  537].
    Линейность ЛИН оценивается коэффициентом нелинейности, который определяется по формуле: 

    
 
,         (10) 

    где U'(0) — первая производная напряжения по времени (скорость изменения ЛИН) в начале рабочего хода; U'(Тp) — первая производная напряжения по времени в конце рабочего хода.
    Устройства, предназначенные для формирования ЛИН, называют генераторами ЛИН (ГЛИН). Генераторы ЛИН часто называют генераторами пилообразного напряжения.
    Принцип построения генераторов ЛИН основан на заряде емкости постоянным или почти постоянным током. Основой ГЛИН (рисунок 8) является емкость, через которую от источника постоянного тока ИТ протекает постоянный ток, благодаря чему при разомкнутом ключевом устройстве КУ напряжение на емкости определяется выражением:
    
,         (11)

      (при iс = I = const), т. е. изменяется по линейному закону. 

    
 

    Рисунок 8 (а , б) - Основой ГЛИН 

    При замыкании КУ емкость разряжается через сопротивление КУ и т. д.
    ГЛИН могут работать либо в ждущем (рисунок 8, а) , либо в автоколебательном режиме (рисунок 8, б). ГЛИН в автоколебательном режиме формирует ЛИН регулярно, а для получения ЛИН в ГЛИН в ждущем режиме необходим внешний импульс напряжения Uвх.
    Все ГЛИ Н можно разделить на три типа:
    а)   с интегрирующей RC – цепочкой;
    б)  с токостабилизирующим двухполюсником;
    в)  с компенсирующей обратной связью (ОС).
    В простейшем случае (рисунок 9) основой ГЛИН является интегрирующая RC – цепочка. В этой схеме: 

    
  
(12) , 
 
(13) ,  т.е.
 
(14) 

    При ? = RC » t1 Ucl « U  и, следовательно, на отрезке времени [0, t1] 

    
,          (15)
 

     т. е. на начальном участке экспоненты скорость изменения напряжения Uc примерно постоянна и при малых значениях t формируется ЛИН  [3, c.  539]. 

    
 

    Рисунок 9 - Основой ГЛИН, являющийся интегрирующей RC – цепочкой 

    Достоинством данных генераторов является простота их реализации. Существенным же недостатком является то, что для получения малого коэффициента нелинейности необходимо, чтобы напряжение генератора U было гораздо больше амплитуды ЛИН.
    Такой генератор может быть реализован на основе транзисторного ключа (рисунок 10).
    До момента времени t1 транзисторный ключ находится в режиме насыщения, т. е. напряжение Uкэ , а значит, и напряжение Uвых равны нулю. При подаче в момент времени t1 запирающего импульса напряжения транзистор входит в режим отсечки, и емкость С заряжается от источника Еk через сопротивление Rk , причем напряжение на емкости стремится к уровню Еk . В момент времени t2 транзистор вновь входит в режим насыщения, и емкость через малое сопротивление промежутка коллектор-эмиттер транзистора разряжается. Если промежуток времени t2 t1 гораздо меньше RC, то, как было показано выше, напряжение на емкости изменяется по линейному закону. Для предотвращения пробоя транзистора (например, при увеличении длительности входного импульса) к его коллектору подключен диодный ограничитель (D, Еф). Если по какой-либо причине напряжение на емкости увеличивается, то, как только оно достигнет уровня Еф, диод D открывается и напряжение Uвых удерживается на уровне Еф.
    
 

    Рисунок 10Генератор, реализованный на основе транзисторного ключа 

    Рассмотрим принцип построения ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником, обеспечивающим протекание через него постоянного тока независимо от приложенного напряжения. Схема, поясняющая принцип построения такого ГЛИН, приведена на рисунке 11.
    
 

    Рисунок 11 - ГЛИН с токостабилизирующим двухполюсником
    В этой схеме через двухполюсник R и емкость С протекает ток iR , определяемый выражением:  

    
            (16)

     По мере роста напряжения на емкости Uс числитель этого выражения уменьшается, но во столько же раз уменьшается и сопротивление двухполюсника R, так что частное отделения остается неизменным.
    Простейшим токостабилизирующим элементом является транзистор. При постоянном токе базы (например, iбз), даже при значительном уменьшении напряжения uэк между эмиттером и коллектором (например, от U2 до U1) коллекторный ток транзистора уменьшается незначительно. Эти изменения определяются выходной характеристикой транзистора, причем рабочая точка транзистора перемещается из точки А в С (рисунок 12, а). Изменение тока коллектора обозначено через ?i1 [3, c.  540].
    Более точный токостабилизирующий двухполюсник на основе транзистора приведен на (рисунок 10,б). Предположим, что напряжение uэк уменьшается от U2 до U; при этом коллекторный ток тоже стремится уменьшиться. Это должно привести к уменьшению тока iэ, а значит, и к уменьшению падения напряжения iэ R на сопротивлении R. Согласно выражению:
    uэб = Е - iэ
R            (17)

    напряжение при этом возрастет, что приведет к увеличению тока базы iб. 

    

    Рисунок 12 (а, б)Схема транзистора
    В конечном итоге ток коллектора iк уменьшится менее значительно в сравнении со случаем, когда ток базы не изменяется. На рисунке 12а изменение тока коллектора, соответствующее схеме (рисунок 12б) , обозначено через ?i2
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.