ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 3

ШИФР ЗАДАНИЯ 4

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ГПИ 5

РАСЧЁТ ГЕНЕРАТОРА ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА(ГТи) 6

РАСЧЁТ ГЕНЕРАТОРА ПЕРИОДА(ГТ) 9

РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ 10

РАСЧЁТ БЛОКА ЗАДЕРЖКИ 11

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ 12

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА 15

ЛИТЕРАТУРА 16

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу "Электронные цепи и микросхемотехника"

Спроектировать гненератор прямоугольных импульсов (ГПИ), либо генератор импульсов линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН). Спроектировать стабилизатор напряжения, обеспечивающий питание генератора импульсов. Использовать интегральные СН. Eпит при нестабильности напряжения сети +,- 20%.

Генератор прямоугольных импульсов.

Спроектировать генератор прямоугольных импульсов, обеспечивающий в нагрузке (Rн,Сн) амплитуду рабочих импульсов, регулируемую в пределах 0 - Uвых m. Длительность импульсов должна регулироваться и находиться в пределах Tи min - Tи max. Период следования импульсов регулируется и находится в пределах T min - T max. Обеспечить длительность переднего и заднего фронтов импульса не более tф. Форма напряжения рабочего импульса и его амплитуда могут быть согласованы с консультантом. Генератор (за исключением УМ) выполняется с использованием стандартных логических элементов (ЛЭ) ТТЛ, либо КМОП однотипных для всего генератора, либо таймеров (формирователей) на основе ТТЛ и ЛЭ ТТЛ (Т-ТТЛ) или таймеров (формировате-

лей) на основе КМОП и ЛЭ КМОП (Т-КМОП).

Генератор импульсов линейно-изменяющегося напряжения.

Спроектировать ГЛИН, обеспечивающий в нагрузке (Rн) амплитуду рабочих импульсов, регулируемую в пределах 0 - Uвых m. Длительность импульсов должна регулироваться и находиться в пределах Tи min - Tи max. Период следования импульсов регулируется и находится в пределах T min - T max. Обеспечить длительность фронта спада импульса не более tф. Форма напряжения рабочего импульса и его амплитуда могут быть согласованы с консультантом. Генератор (за исключением УМ) выполняется с использованием стандартных логических элементов (ЛЭ) ТТЛ, либо КМОП однотипных для всего генератора, либо таймеров (формирователей) на основе ТТЛ и ЛЭ ТТЛ (Т-ТТЛ) или

таймеров (формирователей) на основе КМОП и ЛЭ КМОП (Т-КМОП). Для ГЛИНа также допускается использование операционных усилителей (ОУ).

ШИФР ЗАДАНИЯ

5.Васильева 1 6 - 5 4 3 5 3 5 2 3 4 С

Данные:

Uвыхm = 20 В Полярность импульса «-» Tиmin = 15 мкс Tиmax/Tumin = 10 tф/ Tumin = 0,03 Rн = 3 кОм Сн = 1000 пф Tmin/ Tumax = 10 Tmax/ Tmin = 3 Тип логики Т-ТТЛ , %Епит=0,5	Tиmax=150 мкс tф=0,45 мкс Tmin=1.5мкс Tmах=4.5мкс

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ГПИ

Осциллограммы в различных точках нашей структурной схемы:

Каждое устройство выполняет следующие функции:

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

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

• Усилитель мощности формирует импульс с заданной амплитудой.

С выхода усилителя УМ должен быть снят сигнал,удовлетворяющий требованиям к сигналу расчитываемого генератора прямоугольных импульсов.

Между генератором периода и генератором длительности будет использована схема задержки.

Для стабилизации выходного напряжения будет использован интегральный стабилизатор напряжения.

РАСЧЁТ ГЕНЕРАТОРА ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА(ГТи)

Генератор периода в настоящей работе будет выполнен на двух интегральных микросхемах ТТЛ серии 155.(К155АГ1).

Краткое описание микросхемы К155АГ1:

Процесс формирования импульса

Микросхема К155АГ1— одноканальный ждущий мультивибратор. Он формирует калиброванные импульсы с хорошей стабильностью длительности. Мультивибратор содержит внутреннюю ячейку памяти — триггер с двумя выходами 6 и 1. Поскольку оба вы­хода имеют наружные выводы , разработчик по­лучает от микросхемы парафазный сформированный импульс. Триггер имеет три импульсных входа логического управления (установки в ис­ходное состояние) через элемент Шмитта. Вход 05 (активный перепад —

положительный) дает прямой запуск триггера, входы 03, 04— инверсные (активный перепад —

отрицательный). .

Сигнал сброса, т. е. окончания импульса в триггере, формируется с помощью RC-звена: времязадающий конденсатор C подключается между выводами микросхемы 10 и 11, резистор R включается от вы­вода 09 к положительной шине питания 5В.

Мультивибратор АГ1 нельзя перезапустить, пока не истекло время Т. Запущенный мультивибратор нечувствителен ко входным сигна­лам 03, 04 и 05. Входная схема с триггером Шмитта обеспечивает на­дежный запуск (по входу 05) при медленно нарастающем напряжении запуска (например, даже при скорости нарастания фронта запуска 1 В/с). Помехоустойчивость по входам— 1,2, по питанию— 1,5 В.

Управление микросхемой К155АГ1:

При любых комбинациях статических сигналов на входах 3, 4 и 5 одновибратор находится в стабильном состоянии при котором

Реакция на перепады напряжения приведены в таблице:

Таблица управления микросхемой К155АГ1

Функциональная схема микросхемы К155АГ1

Рассмотрим ограничения , накладываемые на внешние R, C компоненты. Rmin снизу ограничивается максимально допустимым током базы транзистора VT1. В технических условиях указано Rmin=1.4кОм, что соответствует току базы транзистора VT1 равному приблизительно 2.7мА. Rmax сверху ограничивается требованием обеспечения насыщенного режима транзистора VT1. В технических условиях указано, что Rmax=30кОм. Емкость конденсатора С должна быть меньше или равна 1000мкФ, причём допускается применение электролитических конденсаторов.

Длительность выходного импульса можно определить по формуле:

Значения R определяется одним из вариантов включения внешних компонентов, представленных на следующем рисунке:

Варианты включения ИС К155АГ1

В данной работе будет использоваться схема включения внешних компонентов, которая представлена на рис б). В данном случае в качестве резистора R используется внешний резистор R1 последовательно включенный со встроенным резистором R4=2кОм R=R1+R4. Очевидно, что с учетом сформулированных выше ограничений для данного варианта получим R1min=0.6кОм; R1max=28кОм.

Одновибратор будет выглядеть следующим образом:

Расчёт ЖМВ:

Итак , чтобы получить импульс заданной длительности необходимо взять С3=36нФ, Rmax=6кОм.

РАСЧЁТ ГЕНЕРАТОРА ПЕРИОДА(ГТ)

Структурная схема приведена на рисунке: два ждущих мультивибратора соединены так, что выход первого подключен ко входу второго, а выход второго ко входу первого.

Удобно для этой цели использовать те же микросхемы К155АГ1.

Структурная схема ГТ на двух ждущих мультивибраторах

Схема мультивибратора на микросхемах К155АГ1

Расчёт автогенератора:

Для удобства возьмём две микросхемы с идеинтичными внешними компонентами, т.е.

R1=R2 и C1=C2.

Искомый период будет равен:

T=τ1+τ2=R1*C1*ln2+R2*C2*ln2

Так как внешние компоненты равны получаем:

T=C*ln2*(R1+R2)=2R*C*ln2

a

Рассчитываем минимальный период:

Максимальное возможное сопротивление для нашей схемы:

Итак , чтобы получить импульс заданным периодом необходимо взять С1=С2=1.8мкФ, Rmax=1,8кОм.

РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

Eпит

Rк

Rб

Сн

Rн

В качестве УМ используем усилительный каскад, выполненный по схеме с общим эмиттером.

Данный усилитель мощности формирует импульс заданной амплитуды 0-Uвыхm(20В) и обеспечивает длительность переднего и заднего фронтов не более tф=0,45 мкс.

Епит=25В.

Возьмём транзистор VT2-KT315Б

U*=0.7В

β=50, Iн=Uвыхm/Rн=20/3=0,67мА

Iб=10мА

Iк= βIб

Iк=0,5А

I_Rк =Iк+Iн

I_Rк=0,501А

Rк=(Епит-Uвыхм)/ I_Rк

Rк=10Ом

R6=( U¹вых-Uбэ)/I6=(2,4-0.7)/0.01=170Ом

Сн*(RнRк/(Rк+Rн))

=10нс

tф=2,3

tф=23нс

РАСЧЁТ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩЕЙ ЦЕПОЧКИ

Для запуска ЖМВ нужно на его входе обеспечить импульс короче генерируемого. Для этого используем дифференцирующую цепочку.

Iвхмах=0,08 мА

U₁₂=0.7 В

R₁₂=U₁₂/ Iвхмах

R₁₂ =8.2 кОм

Возьмём Т_у равный 7.5 мкс

Расчитаем С₂

С₂=Ту/ R₁₂ U*

С₂=1,2 нФ

С₁₀

VD1

Uвых

Uвх

R₁₂

На выходе мы получаем импульс отрицательной полярности, как раз который нам нужен для запуска одновибратора.

Приведенные расчёты являются приближенными, т. к. они не учитывают конечную длительность фронтов перепадов напряжения, изменение входных и выходных сопротивлений логических элементов при переключении и т.д. Поэтому точность не очень высока, однако вполне приемлема для большинства практических расчётов.

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Мы будем использовать стабилизатор напряжения на микросхеме КР142ЕН12А,

который обладает следующими параметрами:

Uвх=10В

Uвых=5В

Iсоб.пот.=5мА

КР142ЕН12

R₁₃

R₁₄

C₁₂

C₁₁

Uвых