ИСПУ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ Multisim 2013





ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ




МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ












СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....... 3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1. Исследование системы автоматизированного моделирования Multisim. Моделирование резистивного делителя......5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2. Моделирование простейших интегрирующей и дифференцирующей цепей......10

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3. Исследование устройств на базе операционных усилителей (ОУ)....................................................................................................................................16

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4. Исследование активных фильтров на базе ОУ..........21

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5. Исследование пороговых устройств и генераторов на базе ОУ......25

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6. Исследование устройства принятия решения по условию ....30

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7. Исследование переключателя потока данных на основе мультиплексора....32

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8. Исследование устройства контроля заданного параметра....34
















Лабораторная работа 1

Исследование системы автоматизированного моделирования Multisim. МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЗИСТИВНОГО ДЕЛИТЕЛЯ


Цель работы

Ознакомиться с интерфейсом системы схемотехнического моделироавания Multisim. Изучить внешний вид, глобальные настройки, различные панели компонентов и инструментов, пункты меню. Приобрести навыки выбора и постановки элементов, а так же заданию значений их параметров. Научиться создавать при помощи графического редактора электрические схемы.


Задание на работу

Ознакомиться с интерфейсом и назначением основных кнопок Multisim. Осуществить моделирование резистивных делителей напряжения и тока.
На рисунке 1.1 представлена схема простейшего делителя напряжения на двух резисторах R1 и R2. К цепи приложено напряжение источника постоянного тока Uист. Через резисторы протекает ток Iист (последовательное включение), на резисторе R1 падает напряжение U1, на резисторе R2 – напряжение U2: (последовательное включение), на резисторе R1 падает напряжение U1, на резисторе R2 – напряжение U2:

13 EMBED Equation.3 1415 (1.1)









Рис. 1.1
Схема резистивного делителя напряжения.
На рисунке 1.2 представлена простейшая схема из двух параллельно включенных сопротивлений R1 и R2. К ним приложено напряжение источника постоянного тока Iист. Через резистор R1 протекает ток I1, через резистор R2 ток I2. Через оба резистора протекает суммарный ток: Iист = I1 + I2. В свою очередь:

13 EMBED Equation.3 1415 (1.2)







Рис. 1.2
Схема резистивного делителя тока.



Порядок выполнение работы

Для выполнения работы необходимо:
Загрузить программу Multisim 12.
В открывшемся интерфейсе пользователя изучить состав и назначение ее основных элементов: строки меню, стандартной панели, панелей компонентов и инструментов, окон схемы и разработки и т. д.
Используя панель компонентов или вкладку компоненты, разместить в окне схемы по одному типу пассивного компонента (конденсатор, резистор, индуктивность и т.д.) задав соответствующие значения их параметров (для виртуальных компонентов) или тип (для реальных компонентов).
Проделать аналогичную процедуру для активных компонентов: транзисторы, операционные усилители, логические микросхемы и т. п.
Следующим этапом необходимо освоить сдвиг, выделение и поворот элементов в окне схемы.
Используя панель инструментов, разместить в окне схемы по одному типу измерительного прибора: мультиметр, функциональный генератор, осциллограф и т.п.
Научиться соединять элементы схемы между собой и с измерительными приборами.
Составить в программе Multisim простейшую электрическую схему резистивного делителя напряжения (рис. 1.1):



По формулам (1.1) рассчитать падение напряжения на резисторах R1 и R2 для данных, приведенных в таблице 1. Результаты расчетов занести в таблицу 2. Варианты задания приведены в таблице 1.
С помощью мультиметра осуществить анализ данной схемы: измерить токи Iист и напряжения на каждом из резисторов U1 и U2. Результаты моделирования занести в таблицу 2. Варианты задания приведены в таблице 1.
Составить в программе Multisim простейшую электрическую схему резистивного делителя тока (рис. 1.2):



По формулам (1.2) рассчитать протекающий через резисторы R1 и R2 ток для данных, приведенных в таблице 1. Результаты расчетов занести в таблицу 3.
С помощью мультиметра осуществить анализ данной схемы: измерить общий ток Iист и на каждом из резисторов I1 , I2. Результаты моделирования занести в таблицу 3.
Показать, что в указанных схемах соблюдаются законы Кирхгофа:
- сумма напряжений на компонентах вдоль любого замкнутого контура в эквивалентной схеме равна нулю:

13 EMBED Equation.3 1415, (1.3)
где: Kp – множество номеров элементов р-го контура.

- сумма токов в любом замкнутом сечении эквивалентной схемы равна нулю:
13 EMBED Equation.3 1415, (1.4)

где: Jq – множество номеров элементов, входящих в q-е сечение.

Составить отчет.


Варианты задания:
Таблица 1а

Вариант


1
2
3
4
5
6
7
8
9

Uист, В
5
10
3
12
20
5
36
9
3

Iист, А
1
0,4
2
0,1
2,4
1,7
0,8
1,5
2

R1, кОм
1;3;0,5
5;2;7
1;0,6;5
6;3;0,4
4,7;8;3
0,6;2;7
8;0,5;7
7,5;9;2
1;0,6;5

R2, кОм
2;0,7;3
0,3;0,9;8
9;4;2
3,5;5;2
1;7,3;8
2,2;5;3
5;2;7
6;3;9,1
0,3;8;2


Таблица 1б

Вариант


10
11
12
13
14
15
16
17
18

Uист, В
15
12
36
24
9
5
20
15
5

Iист, А
0,4
2,4
1,5
1,3
1
0,1
0,8
0,2
1,7

R1, кОм
1;0,6;5
1;7,3;8
0,6;2;7
1;3;0,5
2,2;5;3
4,7;8;3
7,5;9;2
2;0,7;3
0,3;8;2

R2, кОм
8;0,5;7
5;2;7
4,7;8;3
8;0,5;7
1;7,3;8
2;0,7;3
6;3;9,1
9;4;2
1;7,3;8


Таблица 1в

Вариант


19
20
21
22
23
24
25
26
27

Uист, В
9
24
12
36
9
3
15
12
36

Iист, А
3
0,2
2,5
0,6
1,4
0,7
1,8
2,5
3

R1, кОм
4,7;8;3
1;0,6;5
9;4;2
0,6;2;7
2;0,7;3
1;7,3;8
7,5;9;2
2,2;5;3
4,7;8;3

R2, кОм
5;2;7
9;4;2
1;3;0,5
1;0,6;5
4,7;8;3
2,2;5;3
1;3;0,5
8;0,5;7
0,6;2;7

Содержание отчета

Отчет должен содержать таблицу соответствия клавиш интерфейса пользователя программы и выполняемых ими функций, а так же рисунки схем делителей, выполненных в программе Multisim. Таблицы 2 и 3 должны быть заполнены в соответствии тс заданием.
Отчет завершается выводом.


Таблица 2
Uист, В
R1, кОм
R2, кОм
Iист, А
U1, В
U2, В




расчет
эксперимент
расчет
эксперимент
расчет
эксперимент






















Таблица 3
Iист, А
R1, кОм
R2, кОм
Uист, В
I1, А
I2, А




расчет
эксперимент
расчет
эксперимент
расчет
эксперимент

























Лабораторная работа 2

Моделирование ПРОСТЕЙШИХ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЙ И ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ ЦЕПЕЙ

Цель работы

Изучение простейших компонентов электронных устройств и цепей, реализованных на их основе. Исследовать с помощью системы схемотехнического моделирования Micro-Cap простейшую интегрирующую и дифференцирующую цепи.

Задание на работу

Электронные устройства состоят из компонентов, являющихся пассивными (резисторы, конденсаторы, диоды и т.п.) и активными (транзисторы, операционные усилители и т.п.).
В данной лабораторной работе рассматриваются пассивные RC-цепи, состоящие из резисторов и конденсаторов и реализованные на их основе простейшие дифференцирующую и интегрирующую цепи.
Дифференцирующая RC-цепь (рис. 2.1) представляет собой последовательно соединенные резистор и конденсатор, на которые подается входной сигнал Uвх(t), а выходной сигнал Uвых(t) снимается с резистора R.











Рис. 2.1
Дифференцирующая цепь

Выражение для нижней граничной частоты пропускания дифференцирующей цепи можно определить по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415, (2.1)
где: ( - постоянная времени дифференцирующей цепи [с].

Значение ( можно вычисляется по следующему выражению:

13 EMBED Equation.3 1415, (2.2)
где R – сопротивление [Ом], C - емкость [Ф].
Среди передаточных параметров четырехполюсников основным является комплексный коэффициент передачи по напряжению KU(j
·). Он представляет собой отношение комплексного выходного напряжения отклика и комплексного входного напряжения воздействия четырехполюсника:
13 EMBED Equation.3 1415, (2.3)
где: 13 EMBED Equation.3 1415 – модуль комплексного коэффициента передачи по напряжению 13 EMBED Equation.3 1415;
U2, U1 – действующие или амплитудные значения выходного и входного гармонических напряжений; 13 EMBED Equation.3 1415 – аргумент комплексного коэффициента передачи 13 EMBED Equation.3 1415 равный разности между начальными фазами выходного и входного напряжений;
13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415– начальные фазы выходного и входного гармонических напряжений.
Зависимость модуля 13 EMBED Equation.3 1415 от частоты называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) цепи. Зависимость аргумента 13 EMBED Equation.3 1415 комплексного коэффициента передачи от частоты называется фазо-частотной характеристикой (ФЧХ) цепи.
Зависимости для АЧХ и ФЧХ дифференцирующей цепи имеют вид как показано на рисунке 2.


13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415(а)













(б)

Рис. 2.2 АЧХ (а) и ФЧХ (б) дифференцирующей RC-цепи.

Зависимость, характеризующая изменение сигнала на выходе дифференцирующей цепи Uвых(t) от входного Uвх(t), имеет вид:
13 EMBED Equation.3 1415. (2.4)
где: t – время наблюдения, ( - постоянная времени дифференцирующей цепи [с].
Интегрирующая RC-цепь (рис. 2.3) представляет собой последовательно соединенные резистор и конденсатор, на которые подается входной сигнал Uвх(t), а выходной сигнал Uвых(t) снимается с конденсатора.









Рис. 2.3 Интегрирующая цепь.









(а)













(б)


Рис. 2.4 АЧХ (а) и ФЧХ (б) интегрирующей RC-цепи.

Выражение для верхней граничной частоты пропускания интегрирующей цепи вычисляется аналогично дифференцирующей по формуле:

13 EMBED Equation.3 1415, (2.5)
где: ( - постоянная времени интегрирующей цепи [с].

При воздействии скачка положительного сигнала напряжение на выходе интегрирующей цепи будет изменяться по экспоненте согласно формуле:
13 EMBED Equation.3 1415, (2.6)

где: t – время наблюдения,( - постоянная времени интегрирующей цепи [с].

Порядок выполнения работы

Для дифференцирующей цепи:
а). Построить АЧХ и ФЧХ:
Загрузить программу Multisim;
Вычислить значение fн для дифференцирующей цепи;
В окне программы составить схему, изображенную на рисунке 2.1
Подключить к схеме импульсный генератор и выставить соответствующие параметры.
Включить режим моделирования для АЧХ и ФЧХ: Моделирование / Вид анализа / Режим АС.
На вкладке Переменные для анализа выберем напряжение на сопротивлении R:
Значения параметров на вкладке Установки моделирования оставить по умолчанию.
Во вкладке Итоги сведены все установки моделирования.
Запустить процесс моделирования и получить графические зависимости АЧХ и ФЧХ.

б). Исследовать реакцию дифференцирующей цепи на воздействие импульсного сигнала:
Подключить источник импульсных колебаний Функциональный генератор.
Задав значения параметров элементов: R и C рассчитать постоянную времени дифференцирующей цепи ((RC), а так же вычислить и установить необходимую частоту генератора: Fг = 1/(RC
Установить частоту генератора Fг, значения потенциала для модели входного импульсного генератора Up = 10 В и длительности его импульса (вх = 50 % согласно рисунку 2.5







Рис. 2.5 Форма входного сигнала от генератора ((вх).

Подать сигнал от импульсного генератора на вход схемы.
При помощи графического анализатора произвести наблюдение выходного сигнала.
Не меняя параметров импульсного генератора, а изменяя только (RC, произвести исследование сигнала на выходе дифференциальной цепи для следующих соотношений:
(RC /(вх = 1; (RC /(вх = 0,1; (RC /(вх = 0,01; (RC /(вх = 0,001.
Результаты наблюдения занести в отчет.
Предложить варианты применения данной схемы в различных системах управления.
в). Построить АЧХ и ФЧХ интегрирующей цепи (аналогично п. а)
г). Исследовать реакцию интегрирующей цепи на воздействие импульсного сигнала (аналогично п. б).


Варианты задания:
Таблица 1а

Вариант


1
2
3
4
5
6
7
8
9

R, кОм
1;3;0,5
5;2;7
1;0,6;5
6;3;0,4
4,7;8;3
0,6;2;7
8;0,5;7
7,5;9;2
1;0,6;5

С, мкф
0,08
0,04
0,03
0,05
0,015
0,48
0,08
0,003
0,018


Таблица 1б

Вариант


10
11
12
13
14
15
16
17
18

R1, кОм
8;0,5;7
5;2;7
4,7;8;3
8;0,5;7
1;7,3;8
2;0,7;3
6;3;9,1
9;4;2
1;7,3;8

С, мкф
0,04
0,001
0,003
0,02
0,01
0,005
0,002
0,001
0,003


Таблица 1в

Вариант


19
20
21
22
23
24
25
26
27

R1, кОм
4,7;8;3
1;0,6;5
9;4;2
0,6;2;7
2;0,7;3
1;7,3;8
7,5;9;2
2,2;5;3
4,7;8;3

С, мкф
0,005
0,04
0,004
0,002
0,008
0,003
0,002
0,005
0,5



Содержание отчета

Отчет должен содержать результаты исследования (графики) с необходимой оценкой полученных результатов. При оценке следует пользоваться зависимостями, приведенными в задании.

Работа завершается выводом.

Лабораторная работа 3

Исследование устройств на базе
операционных усилителей (оу)

3.1. Цель работы

Изучение характеристик и параметров интегральных операционных усилителей и исследование цепей, выполненных на их основе.
3.2. Задание на работу

Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхем – операционных усилителях (ОУ). ОУ являются наиболее универсальными и многофункциональными аналоговыми микросхемами, которые широко используются в различных электронных устройствах, служащих для преобразования, генерации и обработки сигналов. В лабораторной работе исследуются различные усилители, выполненные на основе микросхем ОУ.
Все усилители, выполненные на основе микросхем ОУ, охватываются отрицательной обратной связью, что обеспечивает работу ОУ в линейном режиме. Для идеального ОУ полагаем следующее: Ку = (, Rвх = (, Rвых = 0.

Инвертирующий усилитель. Подключив звено отрицательной обратной связи (ООС), состоящее из двух резисторов (делителя) R1 и Roc между выходом и инвертирующим входом, и соединив неинвертирующий вход ОУ с общей точкой, получим инвертирующий усилитель (рис. 3.1).









Рис. 3.1 Схема инвертирующего усилителя на ОУ


Зависимость выходного напряжения от входного сигнала (статическая амплитудная характеристика) такого усилителя рассчитывается по формуле:
13 EMBED Equation.3 1415, (3.1)
где: R1 и Rос – сопротивления, определяющие коэффициент усиления инвертирующего усилителя.

Из формулы следует, что при значении Rос = R1, амплитудная характеристика инвертирующего усилителя принимает следующий вид:
13 EMBED Equation.3 1415. (3.2)


Неинвертирующий усилитель. Схема неинвертирующего усилителя представлена на рисунке 3.2.














Рис. 3.2. Схема неинвертирующего усилителя на ОУ.

Амплитудная характеристика неинвертирующего усилителя на ОУ рассчитывается по следующей зависимости:
13 EMBED Equation.3 1415, (3.3)
где: R1 и Rос – сопротивления, определяющие коэффициент усиления неинвертирующего усилителя.

Из формулы следует, что при значении Rос = 0, амплитудная характеристика принимает следующий вид:
13 EMBED Equation.3 1415. (3.4)






Суммирующий усилитель. Суммирует сигналы, поступающие на его входы Uвх1 и Uвх2.










Рис. 3.3 Схема суммирующего усилителя на ОУ.

Амплитудная характеристика суммирующего усилителя на ОУ рассчитывается по следующей зависимости:
13 EMBED Equation.3 1415, (3.5)

где: R1 и R2 – входные сопротивления, Rос – сопротивление обратной связи.

Дифференциальный усилитель. Усиливает разность двух входных напряжений на соответствующих входах Uвх1 и Uвх2 и подавляет на них синфазный (одинаковый) сигнал помехи.












Рис. 3.4 Схема дифференциального усилителя на ОУ.

Амплитудная характеристика дифференциального усилителя на ОУ рассчитывается по следующей зависимости:
13 EMBED Equation.3 1415, (3.6)
где: R1 и Rос – сопротивления, определяющие коэффициент усиления дифференциального усилителя.

При этом должно соблюдаться условие:
13 EMBED Equation.3 1415 (3.7)


3.3. Порядок выполнения работы

Для исследования инвертирующего усилителя необходимо:
Загрузить программу Multisim.
Рассчитать коэффициент усиления согласно таблице 1.
В окне программы составить схему, изображенную на рисунке 3.1 и задать номиналы соответствующих резисторов, например:

Запустите схему и рассчитайте действующие значения напряжений входного и выходного сигналов.
Рассчитайте экспериментальное значение Ку и сравните с теоретическим значением.
Занесите результаты измерений и вычислений в отчет.

Произвести аналогичные исследования неинвертирующего, суммирующего и диференциального усилителей.






Варианты задания:
Таблица 1а

Вариант


1
2
3
4
5
6
7
8
9

R1, кОм
1,7
5
3,8
1,8
4
3,5
4,8
5
1,5

R2, кОм*
2
4,2
5
2
7,2
5,4
7,5
4,2
3

Rос, кОм
5,2
11,5
15
4
12,5
7
16,8
25,6
8


Таблица 1б

Вариант


10
11
12
13
14
15
16
17
18

R1, кОм
3,5
5,4
6
2,5
7
2,6
3,8
4,9
5

R2, кОм*
4,6
6
8,2
1,9
5,8
4,1
6,2
4
8

Rос, кОм
9
12
15,6
7,5
14,9
15
12
9,8
14,7


Таблица 1в

Вариант


19
20
21
22
23
24
25
26
27

R1, кОм
6,5
1,9
3
4,5
7,3
4,9
5,4
3,9
8

R2, кОм*
5
4
2,5
4,9
6
2
7
4,8
7,2

Rос, кОм
24
18,9
27,6
16,4
15
12,8
11
32,5
22,5


* – используется только при моделировании сумматора.

Содержание отчета

Отчет должен включать в себя таблицы, содержащие исходные данные для исследования (номиналы сопротивлений), вычисленных (коэффициент усиления), полученных в ходе эксперимента (действующие значения напряжений выходного сигнала). Необходимо оценить степень совпадения коэффициентов усиления для моделируемых схем, рассчитанных по формулам и полученных в ходе эксперимента.
Работа завершается выводом.

Лабораторная работа 4

Исследование активных фильтров на базе оу

4.1. Цель работы

Исследование амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик активных фильтров на основе операционных усилителей.

4.2. Задание на работу

Во многих электрических, радиотехнических, и телеметрических системах и устройствах необходимо выделять узкополосные составляющие. Сигналы заданной частоты или заданной полосы частот выделяют при помощи частотных электрических фильтров.
К частотным электрическим фильтрам предъявляются два основных требования. В одной области частот, которая называется полосой пропускания (или полосой прозрачности), составляющие частотного спектра выделяемого сигнала не должны ослабляться, а в другой, называемой полосой задерживания (заграждения, подавления, режекции), их ослабление (затухание) должно быть не меньше определенного значения.
Фильтр считают идеальным, если в полосе пропускания ослабление отсутствует и фазово-частотная характеристика линейна (при этом условии нет искажения формы сигналов), а вне полосы пропускания все частотные составляющие полностью подавляются.

На одном ОУ достаточно просто реализуется фильтр второго порядка. Для реализации фильтров нижних частот, верхних частот и полосовых широкое применение нашла схема фильтра второго порядка Саллена-Ки. На рисунке 1 приведен ее вариант для ФНЧ.









(а)











(б)










(в)

Рис. 4.1 Схемы активных фильтров 2-го порядка на ОУ:
а) ФНЧ; б) ФВЧ; в) полосовой.


3.3. Порядок выполнения работы

Для исследования активных фильтров необходимо:

- измерить АЧХ фильтра.
Используя исходные данные работы № 2 рассчитать значения частоты среза – fВ.
Загрузить программу Multisim.
В окне программы составить схему, изображенную на рисунке 1а и задать номиналы соответствующих элементов (сопротивление и емкость) согласно таблице 1.
К входу схемы подключить источник переменного напряжения (источник напряжения AC). Установить напряжение генератора Uген = 1В и минимальную частоту, находящуюся в полосе пропускания фильтра (fmin << fВ).
Произвести исследование АЧХ фильтра с помощью вольтметра.
К выходу фильтра подключить вольтметр и установить его в режиме переменного тока (AC).
Произвести измерение напряжения на выходе фильтра в диапазоне частот: fmin - fmax, где fmax – частота, находящаяся в полосе задерживания фильтра (fmax >> fВ). Измерение производится включением режима моделирования кнопкой Пуск. Вольтметр покажет эффективное значение выходного напряжения Uвых, которое надо занести в таблицу 1 и посчитать экспериментальное значение коэффициента передачи.

Примечание:
Изменять частоту генератора можно так, чтобы выходное напряжение изменилось примерно на 8 – 12% от предыдущего значения. При таком шаге изменения частоты входного сигнала вся кривая разбивается примерно на 10 уровней, по которым будет построена АЧХ. Значение частоты всегда можно откорректировать.

По результатам измерений построить АЧХ.

- измерить ФЧХ фильтра.
Подключить двухканальный осциллограф на выход фильтра

Примечание:
При снятии ФЧХ нужно восстановить значения входного напряжения и частоты генератора сигнала, записанные в таблице 1. Это значит, что ФЧХ будет измеряться в идентичных условиях, что и АЧХ.

Установить цвета проводников сигналов – входного красным, выходного – синим. Для этого щелкнуть ПКМ по проводнику, в открывшемся меню выбрать Цвет сегмента. Затем, в появившемся окне выбрать нужный цвет.
Открыть переднюю панель осциллографа. В блоке Развертка установить соответствующее значение для шкалы us/Div и режим Y/T, в каналах «A» и «B» установить одинаковую чувствительность 100 v/div в режиме переменного тока AC. В блоке Синхронизация включить режим Авто.
Произвести измерение сигналов включением режима моделирования кнопкой Пуск.
Подвести красную и синюю визирные линии в точки максимальных значений соответственно входного и выходного сигналов:



В правом нижнем окне прочитать разность (T2 –T1), равную смещению сигналов по оси времени. Результаты измерений занести в таблицу 2 и произвести расчет фазы от частоты по зависимости:
13 EMBED Equation.3 1415 (4.1)

По результатам измерений построить ФЧХ.

Выполнить проверку полученных данных с помощью анализа фильтра в режиме АС.

Варианты задания: использовать варианты работы 2.



Содержание отчета

Отчет должен включать в себя таблицы, содержащие результаты исследований, полученных в ходе эксперимента (действующие значения напряжений выходного сигнала и разность значений времени), построенные АЧХ и ФЧХ. Необходимо оценить степень совпадения коэффициентов усиления для моделируемых схем, рассчитанных по формулам и полученных в ходе эксперимента.







Работа завершается выводом.

Таблица 1
f, кГц
fmin



fmax

Uвых






Ku = Uвых / Uвх








Таблица 2
f, кГц
fmin



fmax

Т2 – Т1







·(f)

























Лабораторная работа 5

Исследование пороговых устройств и генераторов
на базе оу


5.1. Цель работы

Исследование принципов работы пороговых устройств и генераторов прямоугольных импульсов на основе операционных усилителей.

5.2. Задание на работу

Компараторы – особый класс электронных схем, основная функция которых - сравнение входного сигнала с эталонным. В них состояние выходного сигнала изменяется при превышении входным сигналом порогового значения (рис. 5.1). Компараторы могут выполняться на базе различных элементов, в том числе и на операционных усилителях. При этом усиление входного сигнала значительно лишь вблизи порога, в основном работа ОУ происходит в области ограничения выходного напряжения (отрицательной или положительной).










Рисунок 5.1 Принцип работы компаратора.

Основной характеристикой компаратора является зависимость “вход-выход” (зависимость выходного напряжения от входного), представленная на рисунке 5.2


















Рисунок 5.2 Зависимость “вход-выход” для компаратора.
Схема простейшего компаратора детектора нулевого уровня (пороговое напряжение достаточно близко к нулю) представлена на рисунке 5.3










Рисунок 5.3 Схема включения компаратора.


Электронный генератор электронное устройство, вырабатывающее электрические колебания определенной частоты и формы, используя энергию источника постоянного напряжения (тока). Различают генераторы с самовозбуждением (автогенераторы) и генераторы с внешним возбуждением. Любой автогенератор содержит колебательную систему и усилительный элемент (на биполярном или полевом транзисторе), связанные положительной обратной связью. Основными характеристиками генератора являются форма, частота и мощность колебаний. По форме различают электронные генераторы гармонических (почти синусоидальных) колебаний и так называемые релаксационные генераторы различной формы.
Мультивибратор – релаксационный генератор, представляющий собой двухэлементный усилитель с ёмкостной связью, выход которого соединен с входом. При этом образуется замкнутая цепь с положительной обратной связью (рис. 5.4).
Мультивибратор, как и другие генераторы с формой напряжения, отличной отсинусоидальной, можно собрать на операционном усилителе. В ОУ благодаря большому коэффициенту усиления (Кu = 105 – 106) выходное напряжение пропорционально входному только при очень малых входных сигналах (единицы милли- и микровольт). При больших сигналах на входе напряжение Uвых может иметь два значения U+вых и U
·вых.














Рисунок 5.4 Схема мультивибратора на ОУ.

















Рисунок 5.5 Принцип работы мультивибратора на ОУ.

В схеме автоколебательного мультивибратора возникает режим самовозбуждения (рис. 5.5) за счет второй обратной связи через R3C звено. Генераторы, основанные на рассмотренном принципе, называют релаксационными. Период колебаний такого мультивибратора:

13 EMBED Equation.3 1415 (5.1)

При выполнении равенства tи1 = tи2 такой вид колебаний называют меандром.


5.3. Порядок выполнения работы

Для исследования компаратора необходимо:

- для положительного опорного напряжения:
Загрузить программу Multisim.
В окне программы составить схему и задать номиналы соответствующих элементов (сопротивления) согласно таблице 1:


Рассчитать значение порогового напряжения.
Включите схему. Переведите осциллограф в режим В/А. Зарисуйте график в отчет.
Определите по графику значение порогового напряжения.
Установите режим осциллографа Y/T. Сохранить график в отчет.
Определите пороговое значение входного напряжения, запишите его в отчет и сравните с ранее полученным значением.

- для отрицательного опорного напряжения:
Проделать аналогичную процедуру для следующей схемы:




Для исследования мультивибратора необходимо:

Загрузить программу Multisim.
В окне программы составить схему и задать номиналы соответствующих элементов (сопротивления) согласно таблице 1. Подключить осциллограф к выходу схемы.
Рассчитать период и частоту колебаний генератора.
Включите схему. Переведите осциллограф в режим В/А. Сохранить график в отчет.
Определите по графику значение частоты и периода следования импульсов. Сравнить с расчетными значениями.


Содержание отчета

Отчет должен включать в себя таблицы, содержащие исходные данные для исследования (номиналы сопротивлений и емкостей), вычисленных (значения порогового напряжение, частота и период следования импульсов), полученных в ходе эксперимента (значения порогового напряжение, частота и период следования импульсов). Необходимо оценить степень совпадения значения порогового напряжение, частоты и периода следования импульсов для моделируемых схем, рассчитанных по формулам и полученных в ходе эксперимента.

Работа завершается выводом.




Варианты задания:
Таблица 1а

Вариант


1
2
3
4
5
6
7
8
9

R1, кОм
1,7
5
3,8
1,8
4
3,5
4,8
5
1,5

R2, кОм
2
4,2
5
2
7,2
5,4
7,5
4,2
3

R3, кОм*
5,2
11,5
15
4
12,5
7
16,8
25,6
8


Таблица 1б

Вариант


10
11
12
13
14
15
16
17
18

R1, кОм
3,5
5,4
6
2,5
7
2,6
3,8
4,9
5

R2, кОм
4,6
6
8,2
1,9
5,8
4,1
6,2
4
8

R3, кОм*
9
12
15,6
7,5
14,9
15
12
9,8
14,7


Таблица 1в

Вариант


19
20
21
22
23
24
25
26
27

R1, кОм
6,5
1,9
3
4,5
7,3
4,9
5,4
3,9
8

R2, кОм
5
4
2,5
4,9
6
2
7
4,8
7,2

R3, кОм*
24
18,9
27,6
16,4
15
12,8
11
32,5
22,5


* – только для исследования генератора.


Лабораторная работа 6


исследование устройства принятия решения
по условию

6.1. Цель работы

Ознакомиться с цифровыми логическими элементами и реализовать на их основе цифровое устройство для принятия решения по условию. Моделирование работы устройства в системе проектирования Multisim.

6.2. Задание на работу

Цифровыми называют устройства, предназначенные для формирования, преобразования и передачи кодовых слов. При этом кодовые слова (коды или числа) в электронных цифровых устройствах представляются в виде последовательностей электрических импульсов (сигналов с двумя уровнями напряжения: высоким и низким), а их преобразования осуществляются арифметическими, логическими, запоминающими и вспомогательными устройствами.
Элементами и узлами цифровых устройств, служащими основой для построения микропроцессоров, микропроцессорных систем, компьютеров, автоматизированных систем управления объектами, технологическими процессами и информационными потоками являются: дешифраторы, сумматоры, триггеры, регистры, счетчики и многие другие. В ходе выполнения работы необходимо разработать эквивалентную электрическую схему, которая позволяет по сигналам на входе устройства управления получать выходные сигналы в соответствии с таблицей истинности.
В ходе выполнения работы необходимо создать схему цифрового устройства для принятия решения по условию с последующим ее моделированием в Multisim.

6.3. Порядок выполнения работы

Для выполнения работы необходимо:
Включить компьютер и загрузить программу с Multisim.
Создать в ней принципиальную эквивалентную схему устройства, блок-схема которого приведена на рисунке:











Варианты задания:
Таблица 1а

Вариант


1
2
3
4
5
6
7
8
9

Вход 1
1
0
1
1
0
1
0
1
0

Вход 2
0
0
1
0
0
1
0
1
1

Вход 3
1
1
1
0
0
1
1
0
1

Вход 4
0
0
0
1
1
1
1
0
0

Выход 1
1
1
1
0
0
0
0
0
1

Выход 2
1
0
1
1
0
0
1
0
1


Таблица 1б

Вариант


10
11
12
13
14
15
16
17
18

Вход 1
1
1
0
0
1
1
1
0
1

Вход 2
1
0
1
0
1
1
0
0
0

Вход 3
0
0
0
1
0
1
0
0
1

Вход 4
1
0
0
0
0
0
1
0
0

Выход 1
0
0
1
0
1
1
0
0
1

Выход 2
0
1
1
1
0
0
1
0
1


Таблица 1в

Вариант


19
20
21
22
23
24
25
26
27

Вход 1
0
1
0
0
0
1
0
1
1

Вход 2
1
1
1
0
0
0
1
0
1

Вход 3
0
0
1
0
1
0
1
0
0

Вход 4
1
0
0
1
0
1
0
1
0

Выход 1
0
1
1
1
0
1
1
0
1

Выход 2
1
0
0
1
1
1
0
1
0


Содержание отчета

Отчет должен содержать рисунок эквивалентной схемы, с расположенными на ней элементами и соединениями между ними, график сигнала на выходе схемы в зависимости от входного.
Предложить варианты использование данного устройства в различных системах управления.
Работа завершается выводом.
Лабораторная работа 7

исследованите переключателя потока
данных на основе мультиплексора

7.1. Цель работы

Ознакомиться с цифровыми логическими элементами и реализуемыми на их базе цифрового переключателя потока данных. Моделирование работы переключателя в системе проектирования Multisim.

7.2. Задание на работу

Мультиплексор (МS) это функциональный узел, осуществляющий подключение (коммутацию) одного из нескольких входов данных к выходу. Номер выбранного входа соответствует коду, поданному на адресные входы мультиплексора. Условное изображение мультиплексора на четыре входа и возможный вариант его структурной схемы показаны на рисунке 7.1.
















Рис. 7.1 Символ и структура 4-канального мультиплексора.


В положении ключа 00 (код адреса х1 = 0, х2 = 0) у = а; в положении 01 (х1 = 0, х2 = 1) у = b; в положении 10 (х1 = 1, х2 = 0) у = c; в положении 11 (х1 = 1, х2 = 1) у = d. Функционирование мультиплексора описывается выражением:
13 EMBED Equation.3 1415. (7.1)

Вход Е разрешающий: при Е = 1 мультиплексор работает как обычно, при Е = 0 выход узла находится в неактивном состоянии, мультиплексор заперт.
В ходе выполнения работы необходимо разработать эквивалентную электрическую схему, которая позволяет по сигналам управления подключать к выходу одну из входных линий.
Серийные узлы выпускаются с числом адресных входов п = 2, 3 и 4 при возможном числе 2п коммутируемых входов. При необходимости коммутировать большее количество входов используют несколько мультиплексоров.
Мультиплексоры находят широкое применение в устройствах отображения информации в различных микропроцессорных устройствах управления и ЭВМ. В системах управления мультиплексоры применяются для коммутации различных источников сигнала (цифровые датчики) в одну линию.

7.3. Порядок выполнения работы

Для выполнения работы необходимо:
Включить компьютер и загрузить программу с Multisim.
Создать в ней принципиальную электрическую схему переключателя, структура которого приведена на рисунке 7.1
Осуществить моделирование схемы.

Содержание отчета

Отчет должен содержать рисунок электрической схемы, с расположенными на ней элементами и соединениями между ними, график сигнала на выходе схемы в зависимости от входного, а также таблицы истинности для сигналов управления.
Предложить варианты использование данного устройства в различных системах управления.

Работа завершается выводом.
Лабораторная работа 8


ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ЗАДАННОГО ПАРАМЕТРА

8.1. Цель работы

Рассчитать и промоделировать в среде Multisim автоматического устройство для контроля заданного параметра (освещенность, температура, давление и т. п.) для различных автоматизированных систем управления (АСУ).

8.2. Задание на работу

В ходе выполнения работы необходимо произвести расчет параметров узлов (усилитель, фильтр и т. д.) модели устройства согласно варианту выполнения задания и осуществить моделирование полученной схемы в среде Multisim.
Общая структурная схема устройства контроля имеет вид:











Рис. 8.1 Структурная схема устройства контроля.











Варианты задания:
Таблица 1а

Вариант


1
2
3
4
5
6
7
8
9

Uд , В
1(0,01
0,5(0,004
1,6(0,002
4(0,015
2,3(0,03
3,6(0,02
2,5(0,1
2,6(0,025
0,3(0,0005

Fпом , кГц
1
2
12
3
8
3
6
8
4

Uоп , В
2
-1
1,5
-2
2,1
-1,8
1,6
2,5
-2

Uупр , В
0 / 5
0 / 10
0 / 5
0 / 5
0 / 5
5 / 10
0 / 5
0 / 10
0 / 5


Таблица 1б

Вариант


10
11
12
13
14
15
16
17
18

Uд , В
1,8(0,054
3,2(0,007
0,8(0,1
2(0,003
1,6(0,04
3,2(0,024
2,9(0,007
4(0,012
0,2(0,005

Fпом , кГц
10
7
4
8
3
12
10
7
5

Uоп , В
1,3
1
0,6
-06
1,7
-2,3
1,5
1,3
0,4

Uупр , В
5 / 15
5/10
0/10
0/5
10/15
5/10
10/15
0/5
0/10


Таблица 1в

Вариант


19
20
21
22
23
24
25
26
27

Uд , В
3,7(0,2
1,2(0,075
0,5(0,002
2,4(0,025
1(0,003
2,8(0,0081
4(0,004
0,7(0,06
1,6(0,005

Fпом , кГц
2
5
9
6
10
1
12
3
8

Uоп , В
-1,8
-1,3
0,7
2,2
1,5
-0,3
-1,5
0,9
0,5

Uупр , В
0 / 5
0 / 5
0 / 5
0 / 5
10/15
0 / 5
0 / 5
5/15
0 / 5





Содержание отчета

Отчет должен содержать рисунок электрической схемы устройства, а так же расчетные данные. Так же необходимо привести графические зависимости, полученные в результате моделирования, подтверждающие правильность произведенных вычислений.
Предложить варианты использование данного устройства в различных системах управления.
Работа завершается выводом.































13PAGE 15


13PAGE 14315



R1

R2

U2

Uист

U1

+

_

Iист

R1

R2

Uист

Iист

+

_

I1

I2

С

R

Uвых

Uвх

1

1/
·2

0


·н


·

|K
·|


·/2


·/4

0


·н


·


·

С

R

Uвых

Uвх

1/
·2

0


·в


·

|K
·|

-
·/2

-
·/4


·в


·


·

0

(вх



t1

t2

t3

Uвых

Rос

R1

Uвх

(

ОУ

Rос

R1

Uвх

Uвых

(

ОУ

Uвых

Rос

R2

Uвх1

(

ОУ

Uвх2

R1

Uвых

Rос

R2

Uвх1

(

ОУ

Uвх2

R1

R3

R2

R1

Uвх

Uвых

(

ОУ

с1

с2

R2

R1

Uвх

Uвых

(

ОУ

с1

с2

R

2R

Uвх

Uвых

(

ОУ

с

с

R

Uвх(t)

Uвых(t)

Uпор

U(1)

U(0)

Uпор

Uвых

Uвх

+Епит

-Епит

Uвых

R

Uвх

Uоп

= =

R3

R1

Uвх

Uвых

(

ОУ

с

R2

t

t

Uвх

U +вых

U -вых

U1

U2

0

0

tи1

T

tи2

Вход 1

Вход 2

Вход 3

Вход 4

Выход 1

Выход 2

E

MS

х1

х2

Вх1

DC

х1

х2

Вх1

&

&

&

&

&

1

y

Вх2

Вх3

Вх4

Резрешение/запрет

Вх2

Вх3

Вх4

Резрешение/запрет

Датчик

Усилитель

Устройство
сравнения

Фильтр НЧ

Опора

Uупр

Uоп





Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 368462
    Размер файла: 569 kB Загрузок: 3

Добавить комментарий