Вход

Расчет релаксационного генератора на ИОУ

Реферат по технологиям
Дата добавления: 23 января 2002
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 1.5 Мб (архив zip, 96 кб)
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу








КУРСОВАЯ РАБОТА


ДИСЦИПЛИНА: Электроника

ТЕМА: Расчет релаксационного генератора на ИОУ

ИСПОЛНИТЕЛЬ:

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:






СОДЕРЖАНИЕ


ЗАДАНИЕ 3

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СХЕМЫ 7

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 11

3. СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 19


ЗАДАНИЕ



Разработать и рассчитать релаксационный генератор на ИОУ

(интегральной схеме операционного усилителя) в соответствии с данными, представленными:

  • вид генератора - мультивибратор

  • режим работы – автоколебательный

  • период следования импульсов Т, мс – 0.09

  • длительность выходного импульса tu, мкс – 35

  • длительность фронта выходного импульса , мкс -

Проанализировать нестабильность длительности генерируемых импульсов разработанного релаксационного генератора в зависимости от разброса параметров навесных элементов.

ВВЕДЕНИЕ



Неотъемлемой частью почти любого электронного устройства является генератор гармонических или каких-либо других колебаний. Кроме очевидных случаев автономных генераторов (а именно генераторы синусоидальных сигналов, генераторы каких-либо функций, импульсные генераторы) источник регулярных колебаний необходим в любом периодически действующем измерительном приборе, в устройствах инициирующих измерения или технологические процессы, и вообще в любом приборе, работа которого связана с периодическими колебаниями.

Они присутствуют практически везде. Так, например, генераторы колебаний специальной формы используются в цифровых мультиметрах, осциллографах, радиоприемниках, ЭВМ, в любом периферийном устройстве ЭВМ (накопители на магнитной ленте или магнитных дисках, устройство печати, алфавитно-цифровой терминал), почти в любом цифровом приборе (счетчики, таймеры, калькуляторы и любые приборы с “многократным отображением”) и во множестве других устройств.

Устройство без генератора либо, либо предназначено для подключения к другому (которое скорее всего содержит генератор).

В зависимости от конкретного применения генератор может использоваться просто как источник регулярных импульсов («часы» в цифровой системе); от него может потребоваться стабильность и точность (например, опорный интервал времени в частотомере), регулируемость (гетеродин передатчика или приемника) или способность генерировать колебания в точности заданной формы (как например, генератор горизонтальной развертки осциллографа).

Возможность построения мультивибратора на ИОУ (интегральный операционный усилитель) обусловлена тем, что при соединении выхода ИОУ с его неинвертирующим входом получаем замкнутую резисторную или резисторно-конденсаторную цепь положительной обратной связи, обеспечивающую возможность возникновения лавинообразных процессов.

При этом напряжение на выходе ИОУ меняется скачкообразно от своего максимального до минимального значения и наоборот – при изменении знака напряжения входного дифференциального сигнала.

В импульсных устройствах широкое применение находят генераторы, выходное напряжение которых имеет форму, резко отличающуюся от синусоидальных. Колебания такой формы носят название релаксационных и бывают прямоугольными, пилообразными, пилообразно-импульсными и т.д.

Мультивибратор является релаксационным генератором. Он может работать в режиме автоколебаний, либо в ждущем режиме.

В режиме автоколебаний он не имеет состояния устойчивого равновесия. При работе мультивибратора в этом режиме существуют два чередующихся состояния квазиравновесия. Состояние квазиравновесия характеризуется сравнительно медленным изменением токов и напряжений, приводящих к некоторому критическому состоянию, при котором создаются условия для скачкообразного перехода мультивибратора из одного состояния в другое. Период колебаний при этом зависит от параметров схемы.

В ждущем режиме мультивибратор имеет состояние устойчивого равновесия и состояние квазиравновесия. Переход из первого во второе происходит в результате воздействия внешних запускающих импульсов, а возвращение в устойчивое состояние - самостоятельно по истечении некоторого времени, зависящего от параметров схемы.

1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СХЕМЫ



Итак, мультивибратор – это релаксационный генератор, вырабатывающий импульсы почти прямоугольной формы. При выборе схемы реализации данного устройства мы будем стараться найти оптимальный вариант между простотой, низкой стоимостью и исходными данными задания.

Найдем скважность генерируемых импульсов:


(1)

где Т=0,09 мс – период следования импульсов

tu=35 мкс – длительность выходного импульса

В нашем случае требуется получить генерируемые импульсы большой скважности , следовательно, цепь заряда конденсатора должна отличаться от цепи разряда.

Выберем схему мультивибратора на ОУ, приведенной на рисунке №1.

В данном случае положительная обратная связь обеспечивается делителем напряжения на резисторах R1, R2.

В момент t=0 (рис.2) включается источник питания ИОУ. При этом начинает возрастать , а следовательно, и напряжение, снимаемое с делителя R1, R2 и поданное на вход , что вызывает дальнейшее увеличение выходного напряжения , т.е. происходит лавинообразный процесс, в результате которого скачкообразно возрастает до значения (это первое состояние квазиравновесия), а - до значения , где


(2)

Напряжение при этом практически не изменяется и равно нулю.

С увеличением t за счет заряда конденсатора через резистор увеличивается напряжение по экспоненциальному закону

до значения Е.

В момент времени . При этом уменьшается лавинообразно, меняя полярность на противоположную. В результате окончания этого лавинообразного процесса , а .

Конденсатор начинает разряжаться через резистор и стремится перезарядиться до напряжения .

В момент, когда при перезагрузке конденсатора напряжение достигает значения , вновь возникает регенеративный процесс, завершающийся переключением схемы во второе состояние квазиравновесия.

Таким образом, периодически происходит переход из одного состояния квазиравновесия в другое.

Первый импульс имеет меньшую длительность , т.к он формулируется при зарядке конденсатора от нуля до , и определяется по формуле: , где

Последующие импульсы определяются по формуле:


(3)

Период следования импульсов в нашем случае равен:


,

(4)

где и - сопротивления зарядного и разрядного резисторов соответственно.

Синфазный сигнал мал и , а максимальный дифференциальный сигнал .

При выборе интегральной схемы операционного усилителя (ИОУ) необходимо обратить особое внимание на тот факт, что во избежании выхода из строя ИОУ требуется выполнение условия , следовательно, , где - допустимый дифференциальный сигнал.

Выбор резисторов и с одной стороны должен обеспечивать выполнение вышеуказанного условия для , а с другой стороны – обеспечивать требуемую по заданию длительность генерируемого импульса по формуле (3).


2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ



Опираясь на результаты теоретической части данной работы, выберем ИОУ, удовлетворяющий основным требованиям задания и выбранной схемы реализации мультивибратора, а также произведем расчет отдельных элементов схемы обеспечивающих выполнение требуемых параметров устройства.

Выберем К574УД1 – быстродействующий операционный усилитель с полевыми транзисторами на входе. Обладает высоким входным сопротивлением, большой частотой единичного усиления и высокой скоростью нарастания выходного напряжения.

Допустимые значения параметров:

E=15, B

Uвых мах=10, В

Uсф м=10, В

Кu=50000

Rвх=10000 МОм

Rвых=1 кОм

Vu вых=90 в/мкс

1) Согласно теоретической части работы:

, следовательно

, также

2) Подберем параметры резисторов R1 и R2.

Реальные значения и оказывают влияние на длительность и форму генерируемых импульсов. Однако это влияние незначительно, если


сопротивления резисторов R1 и R2 удовлетворяют неравенствам:





Следовательно, R1 и R2 должны лежать в пределах от

1 кОм до 10000 МОМ, а также должно выполняться .

Возьмем кОм и кОм

условие выполнено.

3) Подберем параметры для времязадающей цепи:

Чем меньше , тем быстрее происходит перезаряд конденсатора и тем выше частота выходного сигнала.

Однако следует иметь в виду, что при малых значениях постоянной времени может наблюдаться явление возбуждения паразитных колебаний. Для обеспечения устойчивости генерации коротких импульсов целесообразно использовать наиболее рациональный путь – уменьшение коэффициента связи по неинвертирующему входу при значениях времязадающей цепи, превышающих критическую величину. При этом стабильная работа мультивибратора наблюдается при значениях .

с

Необходимо подобрать параметры , и таким образом, чтобы выполнить равенство.

с.

Выберем Ом ,Ом ,Ф учитывая, что на разряд конденсатора времени должно уйти больше чем на заряд.

с.

мс.

4) Длительность фронтов выходных импульсов в рассматриваемом мультивибраторе зависят от предельной скорости вых нарастания выходного напряжения используемой микросхемы операционного усилителя: , у нас по условию задания мкс.

условие выполнено.

Длительность фронта выходного импульса . Чем меньше отношение тем форма импульса ближе к прямоугольной.







3. СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ




№ п/п

Обозначение

Тип

Количество

1

Резистор МЛТ-0,5 – 1.3 кОм 5%

1

2

Резистор МЛТ-0,5 – 3.6 кОм 5%

1

3

Резистор МЛТ-0,5 – 9.1 кОм 5%

1

4

Резистор МЛТ-0,5 – 4.7 кОм 5%

1

5

Конденсатор К1030 – 0.01 мкФ

1

6

Операционный усилитель К574УД1

1


ЗАКЛЮЧЕНИЕ



В курсовой работе был разработан релаксационный генератор на ИОУ с большой скважностью генерируемых импульсов в режиме автоколебания. В процессе ее выполнения получены навыки выбора схемы и ее элементов в зависимости от необходимого результата.

Приобретены знания об основных свойствах интегральных операционных усилителей, используемых при построении импульсных генераторов различного назначения, в частности с использованием в данной курсовой работе ИОУ К574УД1.


СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


  1. П. М. Грицевский, А. Е. Мамченко, Б. М. Степенский Основы автоматики, импульсной и вычислительной техники. - М.; «Радио и связь», 1987г.

  2. П. Хоровиц, У. Хилл Искусство схемотехники-1 – М.; «Мир» 1993 г.

  3. Справочник: Интегральные микросхемы. Операционные усилители Том I. – М.; ВО «Наука» 1993г.


ПРИЛОЖЕНИЕ



© Рефератбанк, 2002 - 2017