Разработка монокристального монофункционального регулятора напряжения для бортовой сети автомобиля (стр. 4 из 10)
Зависимость частоты выходного сигнала от температуры отображена в таблице 3.1.1.
Зависимость частоты выходного сигнала от емкости конденсатора приведена в таблице 3.1.2.
Зависимость частоты выходного сигнала от разброса номиналов резисторов приведена в таблице 3.1.3.
Как видно из таблиц 3.1.1. – 3.1.2. частота выходного сигнала довольно сильно зависит от влияющих на схему факторов, что говорит о необходимости соблюдения точности технологических процессов.
На рис. 3.1.1. приведены диаграммы, поясняющие работу генератора прямоугольных импульсов.
Рис. 3.1.1. Диаграммы, поясняющие работу генератора прямоугольных импульсов (1 – напряжение на конденсаторе С1; 2 – напряжение на базе транзистора VT10; 3 – напряжение на базе транзистора VT5; 4 – напряжение на выходе генератора)
3.2 Формирователь пилообразного напряжения
3.2.1 Т- триггер, построенный на основе интегрально-инжекционной логики
Т – триггер, называемый часто счетным триггером, характеризуется таблицей состояний 3.2.1.1.
Таблица 3.2.1.1. Таблица состояний Т – триггера
| Т | Qn+1 |
| 0 | Qn |
| 1 |  |
Состояние его выхода меняется на противоположное при поступлении на вход счетного сигнала Т = 1 и сохраняется неизменным при Т = 0. В соответствии с таблицей 3.2.1.1. характеристическое уравнение Т – триггера имеет вид
Qn+1 =
* Qn + T * 
n(3.2.1.1.)Принципиальная электрическая схема Т – триггера приведена на рис. 3.2.1.1. Диаграммы, поясняющие работу Т – триггера, приведены на рис. 3.2.1.2. Как видно из рис. 3.2.1.2. на выходах Т – триггера появляется частота в 2 раза меньшая, чем на входе, то есть Т – триггер – это делитель частоты на 2.
В микросхеме регулятора напряжения Т – триггеры в составе цифровой части микросхемы выполнены на основе интегрально – инжекционной логике, которая обеспечивает высокое быстродействие, малые напряжения питания, потребляемую мощность. Учитывая тяжелые тепловые условия работы микросхемы для повышения стабильности и надежности работы транзистора с инжекционным питанием в данном случае применено питание n-p-n- транзистора не с помощью инжектора, а с помощью отдельно-размещенного p-n-p- транзистора, имеющего индивидуальное питание, которое позволяет исключить перекос в питании в результате технологического разброса параметров физической структуры интегрально-инжекционной логики, который имеет место в случае инжекторного питания.
Рис. 3.2.1.1. Принципиальная электрическая схема Т-триггера
Рис. 3.2.1.2. Диаграммы работы Т- триггера
Рис. 3.2.1.3. Принципиальная электрическая схема логического элемента И-НЕ
Схема питания транзистора в составе интегрально-инжекционной логики приведена на рис. 3.2.1.3.
3.2.2 5 – ти разрядный счетчик на основе Т – триггеров
Рассмотренный ниже 5 – ти разрядный счетчик предназначен для формирования импульсов прямоугольной формы с различной частотой (периодом). В данном случае счетчик выполнен на счетных Т – триггерах, которые были описаны в п. 3.2.1.
Принципиальная электрическая схема счетчика приведена на рис. 3.2.2.1.
Рис. 3.2.2.1. Принципиальная электрическая схема 5- ти разрядного счетчика
Как видно из рис. 3.2.2.1. счетчик цифровых импульсов состоит из 5 – ти Т – триггеров. Тактируется данный счетчик непосредственно от генератора прямоугольных импульсов (приведен в п. 3.1.) с частотой импульсов порядка 2 кГц. Данный счетчик является делителем частоты на 32 (25) с выводами от каждого разряда. С прямых выходов Т – триггеров (Q) сигнал снимается и подается на триггерное устройство, управляющее работой выходного каскада и транзистора. С инверсных выходов Т – триггеров (
) сигнал подается на резистивную матрицу, которая формирует сигнал пилообразной формы с частотой следования f = 2000 Гц / 32 = 62,5 Гц.Логические элементы I – V предназначены для начальной установки Т – триггеров. На их входы подается сигнал установки и сброса R. Данные элементы используются только при моделировании данного узла. В составе микросхемы они как таковые не присутствуют.
Диаграммы, поясняющие работу 5 – ти разрядного счетчика приведены на рис. 3.2.2.2.
Рис. 3.2.2.2. Диаграммы, поясняющие работу 5 – ти разрядного счетчика
3.2.3 Резистивная матрица, формирующая пилообразное напряжение
Резистивная матрица необходима для формирования эталонного сигнала пилообразной формы.
Принципиальная электрическая схема резистивной матрицы приведена на рис. 3.2.3.1.
Рассматриваемая матрица из резисторов работает следующим образом.
Учитывая то, что сигналы снимаются с инвертирующих выходов Т – триггеров (
), то в начальный момент на выходах всех триггеров будут присутствовать все логические "1", то есть высокие уровни напряжения и большие токи через выходные элементы триггеров. Эти токи будут обусловливать падение напряжения на резисторах R9 – R20. Благодаря этому на выходе R – матрицы (средняя точка резисторов R17 и R18) будет сформирован определенный уровень напряжения, который также будет зависеть от уровня напряжения, подаваемого через резистор R16 с датчика температуры. В следующий момент времени, когда на 1–м Т–триггере на выходе ( ) образуется логический "0", что будет соответствовать низкому напряжению и малому протекаемому току через резистор R9 и выходные элементы 1 – го Т – триггера. Таким образом, в данном случае резистор R9 будет "закорочен" на землю и не будет давать вклада в работу R – матрицы. В результате этого уменьшится ток, протекающий через резисторы R12 и R16, что приведет к некоторому уменьшению напряжения на выходе матрицы. То есть произойдет скачок выходного напряжения в сторону уменьшения, образуется ступенька напряжения.Аналогичным образом будут происходить процессы при срабатывании следующих Т – триггеров.
Временное изменение сигнала на выходе R – матрицы показано на рис. 3.2.3.2.
Рис. 3.2.3.1. Принципиальная электрическая схема счетчика с резистивной матрицей
Рис. 3.2.3.2. Пилообразное напряжение на выходе R – матрицы
Форма сигнала, показанная на рис. 3.2.3.2. обеспечивается подбором номиналов резисторов R9 – R15, R17 – R20.
Для согласования эталонного пилообразного напряжения с работой компаратора (п. 3.3.) данное напряжение "насаживается" на постоянный уровень температурно-зависимого напряжения, снимаемого с датчика температуры (или блока, задающего температурный коэффициент напряжения). Уровень этого напряжения лежит в пределах 1,9 – 2,0 В. размах "пилы" составляет 15 – 16 мВ. Для оценки работоспособности R – матрицы в программе DesignLab8.0. проведем анализ зависимости размаха "пилы", который влияет на величину отклонения регулируемого напряжения в бортовой сети автомобиля (на точность настройки), от пропорционального отклонения номиналов резисторов, что характерно для микроэлектронной технологии, и уровня напряжения, подаваемого с датчика температуры.
Результаты расчетов зависимости размаха "пилы" от отклонения номиналов резисторов приведены в таблице 3.2.3.1.
Таблица 3.2.3.1
| R/Rном | ΔUпилы, мВ | Прим-ние | R/Rном | ΔUпилы, мВ | Прим-ние |
| 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 | 17,05 17,00 16,95 16,90 16,86 | UДТ = 1,920 В, Т = 27оС | 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 | 16,852 16,854 16,85 16,845 16,84 | UДТ = 1,920 В, Т = 27оС |
Как видно из таблицы 3.2.3.1. пропорциональное изменение номиналов сопротивлений ведет к слабому изменению размаха "пилы". Причем увеличение величины R/Rном ведет к уменьшению размаха "пилы".
Далее проведем анализ зависимости размаха "пилы" от постоянной составляющей напряжения, подаваемой с датчика температуры. Результаты этих расчетов сведены в таблицу 3.2.3.2.
Таблица 3.2.3.2
| UДТ, В | ΔUпилы, мВ | Прим-ние | UДТ, В | ΔUпилы, мВ | Прим-ние |
| 1,8 1,82 1,84 1,86 1,88 1,90 | 15,69 15,88 16,17 16,35 16,51 16,68 | Т = 27оС, R/Rном = =1,0 | 1,92 1,94 1,96 1,98 2,00 | 16,86 16,98 17,16 17,28 17,55 | Т = 27оС, R/Rном = =1,0 |
По результатам таблицы 3.2.3.2. можно судить о прямопропорциональном увеличении размаха "пилы" с увеличением напряжения, снимаемого с датчика температуры.