КУРСОВАЯ РАБОТА | |||||
ДИСЦИПЛИНА: Электроника ТЕМА: Расчет релаксационного генератора на ИОУ ИСПОЛНИТЕЛЬ: ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: | |||||
СОДЕРЖАНИЕ
1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СХЕМЫ... 7
3. СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ... 17
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 19
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 -Проанализировать нестабильность длительности генерируемых импульсов разработанного релаксационного генератора в зависимости от разброса параметров навесных элементов.
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.
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:
(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 законудо 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: , гдеПоследующие 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 .