Реферат: Расчет релаксационного генератора на ИОУ
/>/>/>/>КУРСОВАЯ РАБОТАДИСЦИПЛИНА: 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.
ВВЕДЕНИЕНеотъемлемой 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 СХЕМЫИтак, 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 R2 удовлетворяют 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 ЗАКЛЮЧЕНИЕВ 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.