Преобразователь частоты

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Инженерной Физики и Радиоэлектроники

институт

Радиотехники

кафедра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Проектирование РЭС»

«Преобразователь частоты»

тема

 

 

 

 

       

 

 

 

 

  Руководитель                                                                                       Ф.Г.Зограф

                                                                                                  инициалы, фамилия

  Студент   РФ11–32Б              051104714               __________       А.С.Кислица

                   номер группы     номер зачетной книжки      подпись, дата     инициалы, фамилия

 

 

Красноярск 2013

Содержание

 

 

 

Техническое задание:

1. Настройка схемы.
2. Зависимость частоты от входного напряжения.
3. Зависимость частоты от сопротивления.
4. Переходная характеристика.
5. Зависимость частоты  от температуры при фиксированном входном напряжении.
6. Влияние разброса параметров на частоту при фиксированном входном напряжении.

 

Описание схемы

 

На вход подается 0 В до 1 В, а с выхода снимаем от 25Гц до 10кГц, с передачей линейности 0,35%. Усиление дрейфа 250ppm / ° C и потребление тока около205μA. Чтобы понять работу схемы, предположим, положительный вход С1 в немного ниже его отрицательного входа (выхода С2 находится на низком уровне). Входное напряжение вызывает положительные пилообразные импульсы в С1 положительный вход (трассировки, рисунок 2). Выход C1 в (трассировки В) низкий, смещения Q1 на. Ток коллектора Q1 в управляет Q2-Q3Сочетание, заставляя излучатель Q2 в (трассировки С), чтобы зажать в 1V. В 0.001μF конденсатор заряжается до земли (0.001μF устройства форма тока является трассировки D) с помощью Q5. Когда рампа на положительный вход С1 идет достаточно высоко, выход C1 идет высокая, отрезав Q1, Q2 и Q3._____________________________. 100 пФ конденсатор на коллекторе Q1 в снабжает переменного тока положительной обратной связи, обеспечение того, чтобы выход C1 остается положительным достаточно долго для полного разряда 0.001μF конденсатора. Диод Шоттки предотвращает вход С1 от гонят за пределами ее пределом отрицательной общего режима. Это действие отключает Q4, Q1-Q3 давай и весь цикл повторяется. Частота колебаний напрямую зависит от входного напряжения получены тока. Температура коэффициент коэффициент поглощения Q2-Q3 1V зажима в значительной степени компенсируется распределительных tempcos из Q5 и Q6, чтобы уменьшить общее дрейф температуры.270k путь резистор обеспечивает входного напряжения, полученный точку срабатывания для С1, повышения производительности цепи линейности. Этот резистор должны быть выбраны для достижения цитирует линейность. Цепь запуска или овердрайв может вызвать переменному току петля обратной цепи, чтобы защелка. Если это произойдет, выходная C1 идет высокими. С2 обнаруживает это, через 820k-0.22μF лагом, а также идет высокими, поднимая отрицательный вход С1 по отношению к 1,5. Потому что положительный вход C1 является диод фиксируется на 600 мВ, его выход переключается низкий, инициируя нормальное поведение схемы. Для калибровки эту схему, выберите 100k значение для VCLAMP= 1В. Затем примените 2,5 мВ на входе и выберите значение резистора, указанный на входе С1 для выхода 25 Гц. Затем положить в точно 1V и отделка потенциометра 500kΩ для вывода 10 кГц.

Настройка схемы

 

На рисунке 1 изображена схема преобразователя. Реальные эпюры напряжений показаны на рисунке 1.1. Для правильной работы схемы нужно её настроить так, чтобы в точке “А” напряжение имело пилообразный вид (рисунок 2). В точке “B” должно быть как на рисунке 3.В точке “С” напряжение должно быть как на рисунке 4. .В точке “D” напряжение должно быть как на рисунке 5. Так же меняя переменное сопротивление R1, нужно добиться, чтобы при входном напряжения 1 В, частота  на выходе соответствовала 10 кГц.

 

 Рисунок 1 – Схема преобразователя

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 – Эпюры напряжений

 

Рисунок 2 – Напряжение на входе ОУ (А)

 

Рисунок 3 – Напряжение на выходе (B)

Рисунок 4 – Напряжение  эмиттера транзистора Q2 (C)

 

Рисунок 5 – Напряжение на конденсаторе С2 (D)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость частоты от входного напряжения

 

Конвектор работает правильно, если его зависимость частоты от входного напряжения будет линейной. Проведём измерение для десяти точек при разном входном напряжений. Входное напряжение 0.1 В.

 

Рисунок 6 – График зависимости частоты от входного напряжение

 

Как видно из рисунка 6, зависимость f(U) линейна, следовательно, конвектор работает нормально.

*Analysis directives: .TRAN  0 10ms 0 5u .STEP LIN V_V1 0.1 0.2 0.29 0.4 0.5 0.59 0.7 0.8 0.9 .OPTIONS ADVCONV .PROBE64 V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*)) .INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

 

 

 

 

 

Зависимость частоты от сопротивления

Проведем анализ зависимости частоты выходного сигнала от сопротивления переменного сопротивления R1. Входное напряжение 0.1 В.

 

Рисунок 7 – График зависимости выходного сигнала от сопротивления

 

Из графика видно, что частота изменяется по линейному закону.

 

*Analysis directives: .TRAN  0 10ms 0 5u .STEP LIN TEMP 700k 1330k 70k .OPTIONS ADVCONV .PROBE64 V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*)) .INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

 

 

Переходная характеристика.

 

Время переходного процесса можно определить по рисунку 7.

Рисунок 7 – Выход с преобразователя

 

Отсюда видно, что время переходного процесса равно 2.26 мс, но для разных напряжений время перехода будет разным. Поэтому нужно посмотреть его на всем диапазоне изменения амплитуды входного напряжения. Входное напряжение 0.1 В.

Таблица 2

Сопротивление, кОм	Выходная частота, Гц
700	10069.5
770	9381.2
840	8907
910	8474.5
980	7845.7
1050	7436.7
1120	7114.2
1190	6906.2
1260	6425.8
1330	6094.7

Рисунок 8 – График изменения времени переходного процесса

На графике видно, что время переходного процесса изменяется нелинейно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость частоты  от температуры при фиксированном входном напряжении.

 

Влияние температуры на элементы цепи может привести к искажению результатов. Для этого был проведен анализ “Temperature (Sweep)” в Orcad. Так как требуемую частоту нужно получить как можно точнее, следует использовать элементы, которые будут меньше всего подвержены влиянию температуре. ТКС для конденсаторов равен 0.00005 K−1 , а для резисторов равен 0.00003 K−1 . Входное напряжение 0.1 В.

 

Рисунок 9 – График изменения частоты от температуры

 

*Analysis directives: .TRAN  0 10ms 0 5u .STEP TEMP LIST 0 10 27 30 40 50 60 .OPTIONS ADVCONV .PROBE64 V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*)) .INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

 

 

 

Анализ Монте Карло.

Были установлены коэффициенты разброса параметра равные 10%, кроме резисторов R1, R2, R3 для них коэффициент был равный 1%.

Рисунок 10 – Функция распределения

 

При данном типе анализа частота меняла значения от 498 до 1249 Гц. Так как вычислительной мощности компьютера оказалось недостаточно, пришлось изменить измеряемую частоту. Данный тип внесет минимальные искажения, так как частота изменяется по линейному закону.

*Analysis directives: .TRAN  0 10ms 0 5u .STEP TEMP LIST 0 10 27 30 40 50 60 .OPTIONS ADVCONV .PROBE64 V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*)) .INC "..\SCHEMATIC1.net"

 

 

Вывод: в данной работе был проведен ряд работ по анализу преобразователя частоты. Были получены зависимости частоты от напряжения, сопротивления, температуры, разброса параметров элементов, так же была получена переходная характеристика. Преобразователь даёт большие погрешности от температуры, следовательно, нужно брать резисторы и конденсаторы у которых ТКЕ очень низким, так как разброс частоты очень велик.