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
ЗАДАНИЕРазработать 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.
ВВЕДЕНИЕНеотъемлемой 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 СХЕМЫИтак, 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 |
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.
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus.
Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Похожие рефераты: |