Реферат: Расчет релаксационного генератора на ИОУ

/>/>/>/>КУРСОВАЯ РАБОТА

ДИСЦИПЛИНА: Электроника

ТЕМА: Расчет релаксационного генератора на ИОУ

ИСПОЛНИТЕЛЬ:

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:

 

 

/> /> /> /> /> />

СОДЕРЖАНИЕ

 

ЗАДАНИЕ… 3

ВВЕДЕНИЕ… 4

1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРАСХЕМЫ… 7

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ… 11

3. СПЕЦИФИКАЦИЯЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ… 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ… 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ… 19

 

ЗАДАНИЕ

Разработать и рассчитатьрелаксационный генератор на ИОУ

(интегральной схеме операционного усилителя) в соответствии сданными, представленными:

·    вид генератора — мультивибратор

·    режим работы –автоколебательный

·    период следованияимпульсов Т, мс – 0.09

·    длительностьвыходного импульса tu, мкс – 35

·    длительностьфронта выходного импульса />, мкс — />

Проанализировать нестабильность длительности генерируемыхимпульсов разработанного релаксационного генератора в зависимости от разбросапараметров навесных элементов.

ВВЕДЕНИЕ

            Неотъемлемой частью почти любого электронногоустройства является генератор гармонических или каких-либо других колебаний.Кроме очевидных случаев автономных генераторов (а именно генераторысинусоидальных  сигналов, генераторы каких-либо функций, импульсныегенераторы)  источник регулярных колебаний необходим в любом периодическидействующем измерительном приборе, в устройствах инициирующих измерения илитехнологические процессы, и вообще в любом приборе, работа которого связана спериодическими колебаниями.

Они присутствуют практически везде. Так, например, генераторыколебаний  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 вомножестве других устройств.

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

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

            Возможность построения мультивибратора на ИОУ(интегральный операционный усилитель) обусловлена тем, что при соединениивыхода ИОУ с его неинвертирующим входом получаем замкнутую резисторную илирезисторно-конденсаторную цепь положительной обратной связи, обеспечивающуювозможность возникновения лавинообразных процессов.

При этом напряжение на выходе ИОУ меняется скачкообразно отсвоего максимального до минимального значения и наоборот – при изменении  знаканапряжения входного дифференциального сигнала.

            В импульсных устройствах широкое применениенаходят генераторы, выходное напряжение которых имеет форму, резко отличающуюсяот синусоидальных. Колебания такой формы носят название релаксационных и бываютпрямоугольными, пилообразными, пилообразно-импульсными и т.д.

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

            В режиме автоколебаний он не имеетсостояния устойчивого равновесия. При работе мультивибратора в этом режимесуществуют два чередующихся состояния квазиравновесия. Состояниеквазиравновесия характеризуется сравнительно медленным изменением токов инапряжений, приводящих к некоторому критическому состоянию, при которомсоздаются условия для скачкообразного перехода мультивибратора из одногосостояния в другое. Период колебаний при этом зависит от параметров схемы.

            В ждущем режиме мультивибратор имеетсостояние устойчивого равновесия и состояние квазиравновесия. Переход изпервого во второе происходит в результате воздействия внешних запускающихимпульсов, а возвращение в устойчивое состояние  — самостоятельно по истечениинекоторого времени, зависящего от параметров схемы.

1. ОБОСНОВАНИЕВЫБОРА СХЕМЫ

            Итак, мультивибратор – это релаксационныйгенератор, вырабатывающий импульсы почти прямоугольной формы. При выборе схемыреализации данного устройства мы будем стараться найти оптимальный вариантмежду простотой, низкой стоимостью и исходными данными задания.

Найдем скважность генерируемыхимпульсов:

/>

(1)

где Т=0,09 мс – период следования импульсов

       tu=35 мкс – длительность выходного импульса

            В нашем случае требуется получить генерируемыеимпульсы 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 обеспечиваетсяделителем напряжения на резисторах R1, R2.

            В момент t=0 (рис.2) включается источник питания ИОУ. При этомначинает возрастать />, а следовательно,и напряжение, снимаемое с делителя R1, R2 и поданное на вход />, что вызывает дальнейшееувеличение выходного напряжения />, т.е.происходит лавинообразный процесс, в результате которого /> скачкообразно возрастает дозначения /> (это первое состояниеквазиравновесия), а /> — до значения />, где

/>

(2)

Напряжение /> при этомпрактически 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 этоголавинообразного процесса />, а />.

Конденсатор начинает разряжаться через резистор />и стремится перезарядитьсядо напряжения  />.

            В момент, когда при перезагрузке конденсаторанапряжение /> достигает значения />, вновь возникаетрегенеративный процесс, завершающийся переключением схемы во второе состояниеквазиравновесия.

            Таким образом, периодически происходит переход изодного состояния квазиравновесия в другое.

            Первый импульс имеет меньшую длительность />, т.к он формулируется призарядке конденсатора от нуля до />, иопределяется по формуле: />, где />

            Последующие импульсы определяются по формуле:

/>

(3)

Период следования импульсов в нашем случае равен:

/>,

(4)

где   />и /> — сопротивлениязарядного и разрядного резисторов соответственно.

            Синфазный сигнал /> мали />, а максимальныйдифференциальный сигнал />.

            При выборе интегральной схемы операционногоусилителя (ИОУ) необходимо обратить особое внимание на тот факт, что воизбежании выхода из строя ИОУ требуется выполнение условия />, следовательно, />, где /> — допустимый дифференциальныйсигнал.

            Выбор резисторов /> и/> с одной стороны долженобеспечивать выполнение вышеуказанного условия для />,а с другой стороны – обеспечивать требуемую по заданию длительностьгенерируемого импульса /> по формуле (3).


2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

            Опираясь на результаты теоретической части даннойработы, выберем ИОУ, удовлетворяющий основным требованиям задания и выбраннойсхемы реализации мультивибратора, а также произведем расчет отдельных элементовсхемы обеспечивающих выполнение требуемых параметров устройства.

            Выберем К574УД1 – быстродействующий операционныйусилитель с полевыми транзисторами на входе. Обладает высоким входнымсопротивлением, большой частотой единичного усиления и высокой скоростьюнарастания выходного напряжения.

            Допустимые значения параметров:

                        E=/>15, B

                        Uвых мах=/>10, В

                        Uсф м=/>10, В

                        Кu=50000

                        Rвх=10000 МОм

                        Rвых=1 кОм

                        Vuвых=90 в/мкс

1) Согласно теоретической частиработы:

                        />

                        />,следовательно

                        />/>, также

                        />

            2) Подберем параметры резисторов R1 и R2.

            Реальные значения  /> и/> оказывают влияние надлительность и форму генерируемых импульсов. Однако это влияние незначительно,если

сопротивления резисторов R1 и Rудовлетворяют неравенствам:

/>

/>

            Следовательно, R1 и R2 должны лежать в пределах от  

1 кОм до 10000 МОМ, а также должно выполняться /> />.

            Возьмем />кОми />кОм

/>условие выполнено.

            3) Подберем параметры для времязадающей цепи:

Чем меньше />, тембыстрее происходит перезаряд конденсатора и тем выше частота выходного сигнала.

            Однако следует иметь в виду, что при малыхзначениях постоянной времени может наблюдаться явление возбуждения паразитныхколебаний. Для обеспечения устойчивости генерации коротких импульсовцелесообразно использовать наиболее рациональный путь – уменьшение коэффициентасвязи по неинвертирующему входу />призначениях времязадающей цепи, превышающих критическую величину. При этомстабильная работа мультивибратора наблюдается при значениях />.

/>

/>

/>с

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

            />с.

Выберем /> Ом  ,/>Ом ,/>Ф  учитывая, чтона разряд конденсатора времени должно уйти больше чем на заряд.

            /> с.

            />мс.

            4) Длительность фронтов выходных импульсов врассматриваемом мультивибраторе зависят от предельной скорости />выхнарастания выходного напряжения используемой микросхемы операционногоусилителя:     />, у нас по условиюзадания />мкс.

/>условие выполнено.

            Длительность фронта выходного импульса />. Чем меньше отношение /> тем форма импульса ближе кпрямоугольной.


/>

           


/>


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 разработанрелаксационный генератор на ИОУ с большой скважностью генерируемых импульсов врежиме автоколебания. В процессе ее выполнения получены навыки выбора схемы иее элементов в зависимости от необходимого результата.

Приобретены знания об основныхсвойствах интегральных операционных усилителей, используемых при построенииимпульсных генераторов различного назначения, в частности с использованием вданной курсовой работе ИОУ К574УД1.


СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.   П. М. Грицевский,А. Е. Мамченко, Б. М. Степенский       Основы автоматики, импульсной ивычислительной 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.

                       

еще рефераты
Еще работы по науке и технике