Улучшение метрологических характеристик генератора «ГС-50»

Целью данной работы является улучшение метрологических характеристик с помощью моделирования и совершенствования схемы генератора ГС-50. Процесс компьютерного моделирования позволяет ускорить проведение этих исследований, повысить их точность, и существенно снизить затраты на проведение таких исследований по сравнению с экспериментальными исследованиями.

С.
Введение 15
1 Генераторы сигналов и их основные метрологические характеристики 17
1.1 Генераторы сигналов 17
1.2 Типы источников синусоидального напряжения 17
1.3 RC-генераторы 18
1.4 LC-генераторы 20
1.5 Основные метрологические характеристики генераторов сигналов 22
1.6 Метрологические характеристики генератора «ГС-50» 23
1.7 Принцип действия промышленных генераторов 24
1.8 Процессы в колебательной системе задающего генератора 26
2 Моделирование генератора 30
2.1 Введение в вопросы моделирования 30
2.2 Особенности компьютерного моделирования 30
2.3 Методы исследования сложных систем 31
2.4 MathCad 33
2.5 National Instruments Multisim 34
3 Принцип действия генератора сигналов прецизионного «ГС-50» 35
3.1 Принцип действия блок-схемы 35
3.2 Основные функциональные узлы прибора 37
3.2.1 Задающий генератор 37
3.2.2 Внутренний контур стабилизации амплитуды 38
3.2.3 Внешний контур стабилизации амплитуды 40
3.2.4 Быстродействующее устройство запуска 41
3.2.5 Аттенюатор 42
3.2.6 Блок питания 42
4 Исследование усилителей с предельно малыми нелинейными
искажениями 44
4.1 Проектирование усилителя 44
4.2 Исследование частотных характеристик усилителя 51
5 Разработка схем усилителей 54
5.1 Моделирование двухканального усилителя с параллельно
включенными транзисторами 60
5.1.1 Коэффициент гармоник 63
5.1.2 Погрешность уровня выходного напряжения 66
5.2 Моделирование двухканального усилителя с параллельно
включенными транзисторами 66
5.2.1 Коэффициент гармоник 68
5.2.2 Погрешность уровня выходного напряжения 71
6 Результаты моделирования колебательного звена генератора 73
6.1 Процесс нарастания амплитуды колебаний 73
6.2 Процесс установления стационарного режима 74
7 Результаты моделирования генератора синусоидальных колебаний со
схемой стабилизации 76
7.1 Процесс нарастания амплитуды колебаний 76
7.2 Процесс установления стационарного режима 77
8 Социальная ответственность 80
8.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 80
8.2 Производственная безопасность 82
8.2.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать
объект исследования 82
8.2.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут
возникнуть в учебной аудитории при проведении исследований 83
8.2.3 Анализ вредных факторов 83
8.2.3.1 Микроклимат 83
8.2.3.2 Шум 85
8.2.3.3 Освещение 85
8.2.3.4 Повышенный уровень электромагнитных излучений 87
8.2.3.5 Психофизические факторы 88
8.2.4 Анализ опасных факторов 89
8.2.4.1 Поражение электрическим током 89
8.2.4.2 Короткое замыкание 90
8.3 Экологическая безопасность 90
8.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 91
8.4.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследования 91
8.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в аудитории 91
8.4.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения пожара 92
9 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 95
9.1 Оценка коммерческого потенциала, перспективности и альтернатив
проведения НИ с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 96
9.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 96
9.1.2 Анализ конкурентных технических решений 96
9.1.3 SWOT-анализ 99
9.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 101
9.2 Инициация проекта 102
9.2.1 Цели и результат проекта 102
9.3 Планирование управления проектом 103
9.3.1 Структура работ проекта 103
9.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ 103
9.3.3 Разработка графика проведения НИ 104
9.4 Бюджет научно-технического исследования 107
9.4.1 Расчет материальных затрат исследования 107
9.4.2 Основная заработная плата исполнителей темы 108
9.4.3 Отчисления на социальные нужды 111
9.4.4 Накладные расходы 111
9.4.5 Формирование бюджета затрат исследования 112
9.5 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности НИ 113
9.5.1 Оценка сравнительной эффективности исследования 113
Заключение 116
Список публикаций студента 118
Список использованных источников 119
Приложение А Часть на иностранном языке 122
Приложение Б Электрическая принципиальна схема колебательного звена 135
Приложение В Электрическая принципиальна схема генератора со схемой
стабилизации 136
Приложение Г Электрическая принципиальная схема регулирующего
элемента 137

В результате работы над магистерской диссертацией на тему
Улучшение метрологических характеристик генератора «ГС-50» была
освоена и практически применена для моделирования программа NI
Multisim. Разработана схема генератора «ГС-50», которая содержит около
300 элементов.
На первом этапе был спроектирован усилитель с малыми
нелинейными искажениями. Выявлено, что искажения усилителя зависят от
режимов работы биполярных транзисторов, структуры усилителя и глубины
отрицательной обратной связи.
В процессе работы были предложены линейные режимы работы
транзисторов, выбрана схемы двухканальных структур усилителей, введена
глубокая отрицательная обратная связь.
Разработана высоколинейная система двухконтурной стабилизации
амплитуды генератора «ГС-50». Первый контур стабилизирует амплитуду
колебаний, а второй контур стабилизирует средневыпрямленное значение
переменного напряжения. Первый контур системы стабилизации
содержащий новый регулирующий элемент, схему формирования
прямоугольных импульсов для работы детектора амплитуды. Второй контур
содержит двухполупериодный выпрямитель, сигнал с выхода которого
сравнивает с опорным постоянным напряжением, и изменяет амплитуду
выходного напряжения генератора.
Двухконтурная система стабилизации позволяет установить
среднеквадратическое значение выходного напряжения на уровне 10 В, и
стабилизировать это напряжение при изменении внешних условий.
В результате работы выходное напряжение на необходимом уровне, с
максимальной стабильностью амплитуды выходного напряжения и
минимальными нелинейными искажениями. Выходное напряжение
устанавливается на необходимом уровне, коэффициент нелинейных
искажений в диапазоне частот от 10 Гц до 100 кГц, менее 0,01 % при частоте
10 кГц и не более 0,2% при частоте 100 кГц при уровне выходного
напряжения 10 В среднеквадратического значения.
Список публикаций студента
Шишмарева А. П. Проектирование усилителей с предельно малыми
нелинейными искажениями / А. П. Шишмарева, Ю. К. Рыбин // Молодежь и
современные информационные технологии: сборник трудов XVI
Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и
молодых учёных, 3-7 декабря 2018 г., г. Томск. – Томск : Изд-во ТПУ, 2018. –
[С. 124-125].

1Дьяконов В.П. Генерация и генераторы сигналов / В.П. Дьяконов.
– М. : ДМК Пресс, 2009. – 384 с.
2Рыбин Ю.К. Электронные устройства: Учебное пособие. – Томск:
Изд-во «Печатная мануфактура», 2003. – 264 с.
3ГОСТ 8.314-78 ГСИ. Генераторы низкочастотные измерительные.
Вавилов А.А.,СолодовниковА.И.,ШнайдерВ.В. Низкочастотные
измерительные генераторы. Энергоатомиздат, 1985.
4Устройство и методика формирования тестовых акустических
сигналов[Электронныйресурс].–Режимдоступа:http://
dlib.rsl.ru/01006548189, свободный. – Загл. с экрана.
5Компьютерное моделирование [Электронный ресурс]. – Режим
доступа: http://inf1.info/modeling/, свободный. – Загл. с экрана.
6Библиотека электронная [Электронный ресурс]. – Режим доступа:
http://www.dissers.ru/books/1/4396-4.php, свободный. – Загл. с экрана.
7Mathcad[Электронныйресурс].–Режимдоступа:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Mathcad, свободный. – Загл. с экрана.
8Multisim[Электронныйресурс].–Режимдоступа:
https://ru.wikipedia.org/wiki/National_Instruments, свободный. – Загл. с экрана.
9ГОСТ8.009-84ГСИ.Нормируемыеметрологические
характеристики средств измерений. – Переиздание; введ. 10. 04.2018. – М.:
Изд-во стандартов, 2018. – 27 с.
10Боде Г.В. Теория цепей и проектирование усилителей с обратной
связью / Г.В. Боде. – М.: Москва, 1948. – 643 с.
11Достал И.Операционные усилители. М., «Мир»,1982, – 512 стр.
12Analog devices 60 VHz, 2000V/mcs Monolithic Op Amp AD844.
13ГОСТРИСО26000-2012.Руководствопосоциальной
ответственности. – М.: Стандартинформ, 2012. – 61 с.
14ISO 26000 //ru.wikipedia.org Википедия. Свободная энциклопедия.
URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ISO_26000 – Загл. с экрана.
15Санитарныеправилаинормы:СанПиН2.2.4.548-96
Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. –
М.: Минздрав России, 1997. – 20 с.
16Трудовой кодекс Российской Федерации от 30.12.2001 N 197-ФЗ.
17СанПиН2.2.2/2.4.1340-03Гигиеническиетребованияк
персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы.
18ГОСТ 12.0.003-2015 Система стандартов по безопасности труда.
Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. – М.:
Стандартинформ, 2016. – 16 с.
19Санитарныеправилаинормы:СанПиН2.2.2/2.4.1340-03
Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным
машинам и организации работы. – М.: Госкомсанэпиднадзор, 2003.
20Правила устройства электроустановок: ПУЭ 7. Издание 7. – М.:
Госэнергонадзором Минэнерго России, 2003.
21Свод правил: СП 52.13330.2016 Естественное и искусственное
освещение. – М.: Минстрой России, 2016. – 108 с.
22Санитарные правила и нормы: СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03
Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий,
сооружений и иных объектов. – М.: Госкомсанэпиднадзор, 2003.
23ГОСТ Р 12.1.019-2017 ССБТ. Электробезопасность. Общие
требования и номенклатура видов защиты. – М.: Стандартинформ, 2018. –
27 с.
24Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. №
123 – ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (с
изменениями от 29 июля 2017) [Электронный ресурс] – URL: –
http://docs.cntd.ru/document/902111644/ – Загл. с экрана.
25ГОСТ 12.1.030-81 Система стандартов безопасности труда.
Электробезопасность.Защитноезаземление,зануление.–М.:ИПК
Издательство стандартов, 1981. – 10 с.
26Санитарные правила и нормы: СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03
Гигиеническиетребованиякестественному,искусственномуи
совмещенному освещению жилых и общественных зданий. – М.: Минздрав
России, 2003. – 24 с.