Перетворювач опір - тривалість імпульсу

.

Оп типу LF253.

3.1.2 Розрахунок опору Rx на піддіапазонах

Задаємо струми Io на трьох піддіапазонах.

,

,

,

, (11)

,

, (12)

,

, (13)

.

3.1.3 Розрахунок резисторів на вході стабілізатора струму

Задаємо коефіцієнт підсилення k:

, (14)

k = 10 ,

Розрахунок резисторів:

, (15)

,

= 1,11 кОм ,

1,11 кОм .

3.2 Розрахунок генератора пилкоподібних імпульсів

Схема генератора пилкоподібної напруги скдається з інтегратора на ОП DA1.1 типу LF253 з метою інтегрування R1C1 одновібратора на компараторі DA2 типу LM219, ключового елементу VT1 КП305, джерела опорної напруги VD1 і буферного підсилювача на ОП DA1.2 типу LF253. В режимі інтегрування напруги на виході DA1.1 буде змінюватись по лінійному закону

, (16)

де t – поточний час

- вхідна напруга інтегратора

= . (17)

Максимальне значення пиловидної напруги не має перевищувати 10В, а тривалість Т = 10 мкс. Тоді стала часу інтегрування знаходиться так

, (18)

, (19)

,

.

Нехай R1 = 150 кОм, тоді ємність конденсатора С1 дорівнює

, (20)

,

.

Нехай транзистор VT1 відкритий, тобто напруга на виході DA2 додатньої полярності. Тоді на виході інтегратора DA1.1 при розряженому конденсаторі С1, напруга складе

, (21)

,

.

де

Е = 15В – вхідна напруга інтегратора

- опір каналу (стік-витік) транзистора VT1

= 150 кОм – опір резистора, інтегрованого кола.

Враховуючи взаємозв’язані параметри польового транзистора, опір визначимо як тангенс кута нахилу дотичної до стокової характеристики в точці з координатами =0, =0 примаксимально допустимою відкриваючою напругою затвір – стік. Для транзистора КП305Д кут нахилу дотичної при = 15 В дорівнює , відповідно провідність каналу . Звідки опір

, (22)

,

Ом .

Залишкова додатня напруга зміщення на виході інтегратора мала. Однак при необхідності його можна скомпенсувати, подаючи на неінвертуючий вхід ОП DA1.1 напругу відємної полярності. Максимальний вхідний струм зміщення ОП типу LF253

Цей струм викликає зміщення інвертую чого входу на величину

, (23)

,

.

Ця напруга компенсується включенням резистора R2 = 150кОм на неінвертуючому вході. Максимальна різниця вхідних струмів зміщення ОП складає

що призводить до появи додаткової напруги зміщення

, (24)

,

.

Цю напругу в подальших розрахунках можна не враховувати.

Стала часу розряду конденсатора С1 при шунтуванні транзистором VT1 дорівнює

, (25)

,

.

За час залишкова напруга на конденсаторі С1 складає

, (26)

, (27)

.

Тобто, одновібратор повинен генерувати додатній імпульс довжиною

, (28)

.

Одновібратор виконаний на компараторі напруги DA2 типу LM219 (час включення і виключення ), який охоплений колом додатнього оберненого зв’язку R6, R7, C2. На інвертуючий вхід подається опорна напруга , що фіксує максимальну амплітуду пмловидної напруги. Опорне джерело включає резистор паралельного типу TL431A та резистори, що визначають його вихідну напругу R3, R4, R5.

Напруга на виході VD1 визначається наступним чином

(29)

де - внутрішня опорна напруга регулятора,

, - резистори, що встановлюють вихідну напругу.

Вхідний струм опорного входу (максимальне значення) дорівнює

Задаємо, що струм подільника , дорівнює

, (30)

,

.

Опір резистора визначається з відношення

, (31)

,

.

Приймаємо стандартне значення опору

Обчислимо опір резистора

, (32)

,

.

Приймаємо стандартне значення та вибираємо типу 02-29В-0,125-69,3кОм1% та вводимо додатковий підстроєчий резистор типу СП5-2В4-3,3кОм5%. Тобто, межі підстройки складають

, (33)

,

.

Цього достатньо, щоб скомпенсувати відхилення опорної напруги і резисторів.

Задаємо, що струм через VD1

Тоді опір струмообмежуючого резистора

, (34)

,

.

Вибираємо типу МЛТ-0,25-510Ом5%.

Тривалість імпульса, що формує одно вібратор, в момент тотожності напруг на вході компаратора DA2, визначається часом наростання напруги на його неінвертуючому вході

(35)

де

- стала часу одно вібратора

, - додатня і відємна напруги насичення

(36)

Приймаємо, що тобто R1 = R2.

Тоді при

,

,

.

Отримаємо

, (37)

,

.

Нехай R1 = R2 = 5,1кОм1%, тоді ємність конденсатора С2

, (38)

,

.

Вибираємо найближче менше стандартне значення С2=180пФ5%.

Величину опору R8 вибираємо 3кОм5%, тоді потужність, що розсіюється на ньому

, (39)

,

.

Вибираємо R8 типу МЛТ-0,5-3кОм5%.

3.3 Розрахунок компаратора

Компаратор напруги забезпечує перетворення напруги Ux, що пропорційна опору, в тривалість імпульсу. Для цього на неінвертуючий вхід компаратора подається напруга Ux, а на інвертуючий вхід – пиловидна напруга. Час включення компаратора LM219 при опорній напрузі . Оскільки на неінвертуючий вхід подається пиловидна напруга, швидкість наростання якої складає , тобто час затримки включення компаратора

, (40)

,

.

Таким чином, загальна затримка включення компаратора складає

, (41)

,

.

Для забезпечення мінімальної затримкм імпульсу вхідної ємності наступного каскаду задамо, що вихідний струм

Тоді опір резистора навантаження

, (42)

,

.

4 Моделювання компаратора

Для моделювання вузла вибираємо компаратор. Скористуємося програмою Micro – Cab 7.1.0

Рисунок 4 – Схема компаратора.

При подачі на вхід компаратора імпульсу, на виході генеруються пилкоподібні імпульси.

При подачі напруги Ux = 0,1 В маємо пилкоподібний вихідний сигнал:

Рисунок 5 – Пилкоподібні імпульси, 2 періоди

Рисунок 6 – Пилкоподібні імпульси за час 2 мкс

При подачі напруги Ux = 5 В маємо пилкоподібний вихідний сигнал:

Рисунок 7 – Пилкоподбні імпульси при напрузі 5 В

Рисунок 8 – Пилкоподібні імпульси за час 55 мкс

Висновки

У даному курсовому проекті розроблений імпульсний перетворювач опір – тривалість імпульсу з використанням транзисторів КП305Д, КП304, має наступні технічні характеристики: - частота модуляції 40кГц; діапазон 1Ом – 1МОм; - опір навантаження 10 Ом; - напруга живлення 15 В. Схема підсилювача представлена на рисунку 11. При обчисленні характеристик перетворювача використовувалося наступне програмне забезпечення: MathCad, Micro-Cap 7.1.0.

Література

1. Харовіц П. Н. "Мистецтво схемотехніки" т.2.- М: "Мир" 1986 – 55 с.

2.Гурин Е.И. "Ноніусний вимірник тимчасових інтервалів з обчислюваним коефіцієнтом інтерполяції." - Прилади і техніка експерименту, 1998 – 215 с.

3. Мерзляков С.И., Стрекаловский О.В., Цурин И.П. "4-канальний субнаносекундний перетворювач час-код НО-251М." - Прилади і техніка експерименту, 1995 – 106 с.

4. Глушковский М.Е. "Швидкодійні амплітудні аналізатори в сучасній ядерній фізиці і техніці." - М: Енергоатоміздат 1986 - 253с.

5.Міністерство електронної промисловості СРСР "Напівпровідникові прилади" Довідник, том 13. Транзистори. Видання друге. Науково-дослідний институт,1988 – 224с.

6. Пасинків В.В., Чиркин Л.К. "Напівпровідникові прилади." - М : Вища школа, 1987 – 432 с.

7. Довідник. "Вживання інтегральних мікросхем в електронній обчислювальній техніці ".- М : "Радіо і зв'язок". 1987 –400 с.

8. Наумов Ю.Е. Інтегральні схеми .М.Сов.радио 1970 –112 с.

9. Аналогові і цифрові інтегральні схеми / Під редакцією С.В.Якубовського - М.Сов.радио1979 - 479 с.

10. Мікросхеми і їх вживання /Батушев В.А., Вениаминов В.Г. Ковалев В.Г. і ін.