Xreferat.com » Рефераты по науке и технике » Расчет релаксационного генератора на ИОУ

Расчет релаксационного генератора на ИОУ

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 - Расчет релаксационного генератора на ИОУ

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:

Расчет релаксационного генератора на ИОУ (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 Расчет релаксационного генератора на ИОУ, 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 Расчет релаксационного генератора на ИОУ, где

Расчет релаксационного генератора на ИОУ (2)

Напряжение Расчет релаксационного генератора на ИОУ при этом практически не изменяется и равно нулю.

            С увеличением t за счет заряда конденсатора через резистор увеличивается напряжение Расчет релаксационного генератора на ИОУ по экспоненциальному закону

до значения Е.

            В момент времени Расчет релаксационного генератора на ИОУ . При этом Расчет релаксационного генератора на ИОУуменьшается лавинообразно, меняя полярность на противоположную. В результате окончания этого лавинообразного процесса , а Расчет релаксационного генератора на ИОУ.

Конденсатор начинает разряжаться через резистор Расчет релаксационного генератора на ИОУи стремится перезарядиться до напряжения  .

            В момент, когда при перезагрузке конденсатора напряжение  достигает значения Расчет релаксационного генератора на ИОУ, 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: Расчет релаксационного генератора на ИОУ, где

            Последующие импульсы определяются по формуле:

Расчет релаксационного генератора на ИОУ (3)

Период следования импульсов в нашем случае равен:

Расчет релаксационного генератора на ИОУ, (4)

где   Расчет релаксационного генератора на ИОУи - сопротивления зарядного и разрядного резисторов соответственно.

            Синфазный сигнал Расчет релаксационного генератора на ИОУ 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, Расчет релаксационного генератора на ИОУ, где - допустимый дифференциальный сигнал.

            Выбор резисторов Расчет релаксационного генератора на ИОУ 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=Расчет релаксационного генератора на ИОУ15, B

                        Uвых мах=Расчет релаксационного генератора на ИОУ10, В

                        Uсф м=Расчет релаксационного генератора на ИОУ10, В

                        Кu=50000

                        Rвх=10000 МОм

                        Rвых=1 кОм

                        Vu вых=90 в/мкс

1) Согласно теоретической части работы:

                        Расчет релаксационного генератора на ИОУ

                        Расчет релаксационного генератора на ИОУ, следовательно

                        Расчет релаксационного генератора на ИОУ, также

                        Расчет релаксационного генератора на ИОУ

            2) Подберем параметры резисторов R1 и R2.

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

сопротивления резисторов R1 и R2  удовлетворяют неравенствам:

Расчет релаксационного генератора на ИОУ
Расчет релаксационного генератора на ИОУ

            Следовательно, R1 и R2 должны лежать в пределах от  

1 кОм до 10000 МОМ, а также должно выполняться Расчет релаксационного генератора на ИОУ .

            Возьмем Расчет релаксационного генератора на ИОУкОм и кОм

Расчет релаксационного генератора на ИОУусловие выполнено.

            3) Подберем параметры для времязадающей цепи:

Чем меньше Расчет релаксационного генератора на ИОУ, 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 Расчет релаксационного генератора на ИОУпри значениях времязадающей цепи, превышающих критическую величину. При этом стабильная работа мультивибратора наблюдается при значениях .

Расчет релаксационного генератора на ИОУ

Расчет релаксационного генератора на ИОУ

Расчет релаксационного генератора на ИОУс

            Необходимо подобрать параметры Расчет релаксационного генератора на ИОУ,  и Расчет релаксационного генератора на ИОУ таким образом, чтобы  выполнить равенство.

            Расчет релаксационного генератора на ИОУс.

Выберем Расчет релаксационного генератора на ИОУ Ом  ,Ом ,Расчет релаксационного генератора на ИОУФ  учитывая, что на разряд конденсатора времени должно уйти больше чем на заряд.

            Расчет релаксационного генератора на ИОУ с.

            Расчет релаксационного генератора на ИОУмс.

            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 Расчет релаксационного генератора на ИОУмкс.

Расчет релаксационного генератора на ИОУусловие выполнено.

            Длительность фронта выходного импульса . Чем меньше отношение Расчет релаксационного генератора на ИОУ тем форма импульса ближе к прямоугольной.


Расчет релаксационного генератора на ИОУ


           


Расчет релаксационного генератора на ИОУ



3. СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ
№ п/п Обозначение Тип Количество
1 Расчет релаксационного генератора на ИОУ Резистор МЛТ-0,5 – 1.3 кОм 5% 1
2 Расчет релаксационного генератора на ИОУ Резистор МЛТ-0,5 – 3.6 кОм 5% 1
3 Расчет релаксационного генератора на ИОУ Резистор МЛТ-0,5 – 9.1 кОм 5% 1
4
Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: