Содержание:

ЗАДАНИЕ на КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 2

Блок-схема ГПИ 3

РАСЧЁТ МУЛЬТИВИБРАТОРА 4

РАСЧЁТ ЖДУЩЕГО МУЛЬТИВИБРАТОРА 6

РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ 8

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ 11

ДИФЕРЕНЦИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ 12

ТАБЛИЦА СПЕЦИФИКАЦИЙ 14

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА 15

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 16

ЗАДАНИЕ на КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Генератор прямоугольных импульсов

Спроектировать генератор прямоугольных импульсов, обеспечивающий в нагрузке (Rн, Сн) амплитуду рабочих импульсов, регулируемую в пределах от 0 до Uвых_mах. Длительность импульсов должна регулироваться и находиться в пределах от Tи_min до Tи_max. Период следования импульсов регулируется и находится в пределах от Tmin до Tmax. Обеспечить длительность переднего и заднего фронтов импульса не более заданной величины tф. Форма напряжения рабочего импульса и его амплитуда могут быть согласованы с консультантом.

Генератор, за исключением усилителя мощности (УМ), выполняется с использованием стандартных логических элементов (ЛЭ) ТТЛ либо КМОП (однотипных для всей системы), либо таймеров (формирователей) на основе ЛЭ ТТЛ (Т-ТТЛ) или на основе ЛЭ КМОП (Т-КМОП). Типы логических элементов могут быть согласованы с консультантом.

Рассчитать стабилизатор напряжения, обеспечивающий питание генератора импульсов. Использовать интегральные стабилизаторы напряжения (СН). Нестабильность ыходного напряжения стабилизатора должна быть не хуже +-Delta_Eпит при нестабильности напряжения сети +- 20%.

Данные:

Uвыхm = 10В Полярность импульса «-» Tиmin = 50 мкс Tиmax/Tumin = 10 tф/ Tumin = 0,03 Rн = 0.3 кОм Сн = 1000 пф Tmin/ Tumax = 10 Tmax/ Tmin = 5 Тип логики КМОП Епит=1%

Tиmax=5 мс tф=15 мкс Tmin=50 мс Tmах=150 мс

Блок-схема ГПИ

Каждое устройство выполняет следующие функции:

• Мультивибратор (МВ) генерирует прямоугольные импульсы с регулируемым периодом следования для запуска ждущего мультивибратора

• Дифференцирующая цепочка (ДЦ) служит для укорачивания длительности импульса, необходимого для осуществления запуска ЖМВ.

• Ждущий мультивибратор (ЖМВ) формирует прямоугольный импульс с заданной длительностью

• Усилитель мощности формирует импульс с заданной амплитудой.

Автогенератор в настоящей работе будет выполнен на трёх микросхемах КМОП серии К561ЛА7.

РАСЧЁТ МУЛЬТИВИБРАТОРА

R₁

R₂

C₁

_DD1.1

_DD1.2

_DD1.3

Генератор импульсов собран на трёх логических элементах И-НЕ с одним времязадающим конденсатором С₁.

Рассчитаем значение сопротивления R₁.

При R₂=0 ток через R₁ не должен превышать половины тока выхода DD1.3 (ток разделяется на R1 и укорачивающую цепь).

Напряжение питания: Е=15 В

Для данной микросхемы максимальный выходной ток: I_выхmax=0.35*10^-3 А

Ток через сопротивление R₁ равен:

Зная ток через R₁ и напряжение питания, мы можем найти минимальное значение сопротивления R₁:

R₁=84,5 кОм

Рассчитаем значения конденсатора С₁.

Зная, что найдем С₁:

Найдем значение сопротивления R₂:

Для этого найдем максимальное сопротивление цепи.

Зная, что найдем R_max:

R_max=422,5 кОм

Тогда R₂=340 кОм

РАСЧЁТ ЖДУЩЕГО МУЛЬТИВИБРАТОРА

_DD1.4

_DD1.5

С₄

R₄

R₅

VD1

Генератор импульсов собран на логических элементах И-НЕ с одним времязадающим конденсатором С₄.

Найдем значение сопротивления R₄

Зная ток через R₄ и напряжение питания, мы можем найти минимальное значение сопротивления R₄:

R₄=42,7 кОм

Рассчитаем значения конденсатора С₄.

Зная, что , где U_d=0,7 В найдем С₄:

Найдем значение сопротивления R₅

Для этого найдем максимальное сопротивление цепи.

Зная, что найдем R_max:

R_max=856 кОм

Тогда R_max

R₅=816 кОм

РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

Возьмём E_{пит ум} = 15 В,  = 50, r_б = 200 Ом – сопротивление базы транзисторов.

Когда в точке 1 напряжение логического нуля транзистор VT1 закрыт (т.к. напряжение между базой и эмиттером меньше чем 0.7 В). Потенциал базы VT3 больше, чем эмиттера  VT3 тоже закрыт. Конденсатор C_н заряжается через открытый транзистор VT2. Перечертим схему и найдём сопротивления R₇ и R₈.

φ₃ = 3В  I_э = I_н = 3 В/ 0,2 кОм = 15 мА.

I_б = I_э / ( + 1) = 15 / 51 = 0,3 мА.

Для того, чтобы изменение R₈ заметно влияло на изменение базового тока VT2 (а значит и на изменение амплитуды выходного сигнала) надо, чтобы ток, текущий через него был порядка тока базы VT2.

Возьмём ток, текущий через R₈ равный двум базовым токам VT2:

I₂ = 2*I_б = 2*0,3 = 0,6 мА.

Тогда ток I₁ будет равен:

I₁ = I₂ + I_б = 3* I_б = 3*0,3 = 0,9 мА_.

φ₂ = φ₃ + U_бэ = 3 + 0,7 = 3,7 В.

Н
айдём сопротивления R₇ и R₈:

R₇=12,9 кОм

R₈=6,19 кОм

Когда напряжение в точке 1 равно напряжения логической единицы VT1 и VT3 открываются, а VT2 закрывается и конденсатор разряжается через открытый VT3.Нарисуем соответствующую схему:

Т
ок разрядки конденсатора равен:

Базовый ток VT3 равен:

Т
ранзистор VT1 в насыщении  U_{кэ нас VT1} 0,3 В.

Коллекторный ток VT1 будет равен: I_к1 = I_R7 + I_Б3 = 2,38 + 0,001176 = 2,379 мА.

Тогда базовый ток VT1 будет равен: I_Б1 = I_к1 /   2,379 / 50 = 47,6 мкА.

Это минимальный базовый ток VT1, который необходим, чтобы конденсатор успел полностью разрядится за время равное 25 мкс.

Найдем сопротивление R₆:

Напряжение в точке 1 равно U¹=2,4 В (для используемой микросхемы)

R₆=36 кОм

Найдем t_ф :

t_ф  2,3 * , где

 = С_н*(R_н || r_{вых ок})

r_{вых ок} = h_{11 об} + (R₇ || R₈)/(+1)

h_{11 об} = r_э + r_б/(+1)

По условию курсового проекта t_ф = 25 мкс. Полученная величина в 35 раз меньше,

следовательно, данный усилитель в состоянии обеспечить нужные фронты.

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

В этом стабилизаторе используется микросхема КР142ЕН9А. Параметры микросхемы:

Найдем потребляемый ток:

Когда на выходе генератора 15 В, то ток, который потребляют усилитель равен: .

Если же на выходе генератора 0 В, то потребляемый ток будет равен: .

Таким образом, средний ток, потребляемый усилителем равен:

.

А пульсация тока будет равна:

Для уменьшения влияния нестабильности входного напряжения (U_вх = U_вх  20% ) и пульсации тока при изменении выходного напряжения генератора от 0 до 15В и наоборот нужно поставить конденсаторы C₆ и С_7. Пусть напряжение на входе стабилизатора 30 В, тогда из-за изменения

напряжения в сети, входное напряжение будет меняться от 24 до 36 В.

Найдём величину конденсатора С₆ :

Теперь нужно проверить изменение выходного напряжения вследствие пульсации тока:

По условию курсового проекта стабилизатор должен обеспечить стабильность напряжения питания: ΔΕпит=1%, Епит=15В. ΔΕпит=0.01*15=0.15 В. Без конденсатора С₇ стабильность напряжения - ΔΕпит=0.098 В, тогда Iпит_ум, которое может обеспечить стабилизатор без C₇ будет равен:

Если Iпит_ум = 24.5 мА, то конденсатор C₇ за время разрядки должен обеспечить ток, равный Iс₇ = 7,95 – 0,45 = 7.5 мА. Время разрядки возьмём равным максимальной длительности генерируемого импульса.

Значит, поставив С₇ равным 5 мкФ, обеспечим нужное Eпит_ум:

ДИФЕРЕНЦИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ

К точке 2 подключается вход ЖМВ. Для того, чтобы одновибратор стабильно генерировал на выходе импульсы необходимо, чтобы запускающий импульс был не больше половины генерируемого импульса. ЖМВ переключится, когда на его входе напряжение будет U^*. Поэтому при T = Tи min / 2 U₂ должно быть равно U^*.

Ограничения на R₇:

К
огда напряжение в точке 2 равно лог. 1, конденсатор не пропускает ТОК и весь ток, текущий через резистор течёт через входной Л.Э. ЖМВ. Если взять R₇ очень большой, то на нём будет большое падение напряжения и в точке 2 напряжение будет меньше напряжения логической единицы. Из-за этого ЖМВ работать небудет 

К
огда же напряжение в точке 1 меняется от лог. 1 до лог. 0 конденсатор представляет собой короткое замыкание и выход подключен к R₇. Если R₇ будет маленьким, то ток, текущий через него может превысить максимально допустимый выходной ток Л.Э,

с
тоящего на выходе ЦЗ1 

Напишем закон изменения напряжения в точке 2 и найдём значения R₃ и С₂

При t = Tи min / 2 U₂ = U^* 

Возьмём R₃ = 20 кОм  С₂ = 2,875 нФ.

С₂=3 нФ R₃=20 кОм

ТАБЛИЦА СПЕЦИФИКАЦИЙ

Обозначение	Наименование	Количество
R1	С2-29В – 0,125 – 84,5 кОм 0,5%	1
R2	С2-29В – 0,125 – 340 кОм 0,1%	1
R3	С2-29В – 0,125 – 20 кОм 0,5%	1
R4	С2-29 В – 0,125 – 42,7 кОм  0,25%	1
R5	С2-29 В – 0,125 – 816 кОм  0,25%	1
R6	С2-29 В – 0,125 – 36 кОм  0,25%	1
R7	С2-29 В – 0,125 – 12,9 кОм  0,25%	1
R8	С2-29 В – 0,125 – 6,19 кОм  0,25%	1
С1	К 10 – 17Б – Н90 – 0,018 мкФ 5%	1
С2	К 22 – 5 – 16В – 0,47 нФ 5%	1
С4	КМ – 5 – Н – 30 – 1,6 нФ 5%	1
С5	К 10 – 17 – 2Б – Н50 – 0,15 мкФ 5%	1
С10	К 40 – 15 – 80В – 10мкФ 5%	1
С11	К 40 – 15 – 80В – 10мкФ 5%	1
VD1, VD2	КД 407	2
VT1, VT2	KT 203Б	2
VT3	КТ 315Е	1
DD1.1 – DD1.5	К561ЛА7	5
СН1	КР142ЕН9А	1

П

R₁