Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Выбор и обоснование структурной схемы устройства



Реферат

 

Курсовой проект выполнен в объеме 32 страниц, содержит двенадцать рисунков, использовано 4 источника. Разработанный генератор пилообразного напряжения может быть использован в контрольно-измерительной аппаратуре, в цифро-аналоговых преобразователях и т. п. При проектировании были разработаны и рассчитаны интегратор на ОУ, симметричный мультивибратор, ключевое устройство и эмиттерный повторитель. Полученные параметры выходных значений напряжения и тока удовлетворяют требованиям техническому заданию.

 

содержание

Введение 2
1 Основная часть 3
1 Выбор и обоснование структурной схемы устройства 3
1.1 Общая характеристика и принципы построения генераторов 3
1.2 Структурная схема генератора пилообразного напряжения 5
2 Расчетная часть
2.1 Выбор и обоснование принципиальной схемы устройства
2.1.1 Простейший генератор пилообразного напряжения (ГПН)
2.1.2 Классификация ГПН со стабилизаторами тока
2.1.3 Генераторы пилообразного напряжения на операционных усилителях. Содержание схемы разрабатываемого устройства  
2.2 Расчет элементов устройства, выбор типов и номиналов.
2.2.1 Расчет токостабилизирующего элемента (ТСЭ)
2.2.2 Расчет симметричного мультивибратора на ОУ (СМВ)
2.2.3 Расчет ключевого устройства (КУ)
2.2.4 Расчет эмиттерного повторителя
2.2.5 Расчет коэффициента полезного действия КПД
3 Конструкторская часть
Заключение
Список используемых источников
   
   
   
   
   
   

 

Введение

 

Электроника является универсальным и исключительно эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии. Знания в области электроники становятся необходимыми все более широкому кругу специалистов.

Сфера применения электроники постоянно расширяется. Практически каждая достаточно сложная техническая система оснащена электронными устройствами. Трудно назвать технологический процесс, управление которым осуществлялось бы без использования электроники. Функции устройств электроники становятся все более разнообразными. Роль электроники в настоящее время существенно возрастает с связи с применением микропроцессорной техники для обработки информационных сигналов и силовых полупроводниковых приборов для преобразования электрической энергии.

Электроника имеет короткую, но богатую событиями историю, которая составляет чуть более 100 лет. Путь пройденный от вакуумных приборов до сверхбольшой однокристальной микросхемы содержащей десятки миллионов транзисторов.

 

Основная часть

 

Выбор и обоснование структурной схемы устройства

 

Структурная схема генератора пилообразного напряжения

 

На основе проведенного анализа принципов построения генераторов выбрана структурная схема генератора в ждущем режиме, управляемый отдельным входным напряжением (импульсами). Такого рода выбор обусловлен, возможностью такого генератора достаточно просто регулировать длительность рабочего хода и частоты следования выходных импульсов путем изменения параметров управляющего сигнала не затрагивая схему самого формирователя ЛИН.

Согласно принципам построения генераторов пилообразного напряжения структурная схема должна состоять из следующих элементов:

1) Токостабилизирующий элемент (ТСЭ), обеспечивающий постоянный во времени ток заряда конденсатора C.

2) Конденсатор С, на котором формируется линейно изменяющиеся напряжение.

3) Ключевое устройство (КУ), с помощью которого осуществляется переключение формирования прямого и обратного хода выходного напряжения.

4) Формирователь импульсов (ФИ), обеспечивающий импульсные сигналы управления ключевым устройством (задающий длительность рабочего хода и частоту следования выходных импульсов пилообразного напряжения).

5) Эмиттерный повторитель, согласующий большое сопротивление нагрузки ОУ с малым сопротивлением нагрузки генератора.

Рисунок 1. Структурная схема устройства

 

Расчетная часть

Выбор и обоснование принципиальной схемы генератора пилообразного напряжения

 

Генераторы пилообразного напряжения на операционных усилителях. Содержание схемы разрабатываемого устройства

 

Интегрирующее включение операционного усилителя, обеспечивающего получение выходного напряжения, пропорционального интегралу от входного напряжения, предполагает включение конденсатора в цепь отрицательной обратной связи. Поэтому генераторы пилообразного напряжения на операционных усилителях строят по принципу генераторов с обратной связью, интегрирующих постоянное напряжения источника питания, которое для них является входным.



На рисунке 2.1.2,а показана схема генератора пилообразного напряжения с интегрирующей RC-цепочкой, включенной в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя /4/.

 

 

Рисунок 2.1.2

 

В момент времени t1, ключ К размыкается и осуществляется прямой ход, а в момент времени t2 ключ замыкается, емкость C разряжается и на выходе устанавливается нулевое напряжение. Из приведенных ниже выражений следует, что емкость C заряжается почти постоянным током, а значит, напряжение на ней (как и напряжение Uвых ) изменяется по линейному закону (рисунок 2.1.2,б).

Протекающий ток через резистор R ток определяется выражением

iR=(E-Uвх)/R.

Если ОУ близок к идеальному, (К→∞, Uвх→0, i_→0), то iR=E/R=const, и Uвых = -Uc+Uвх = -Uc = -1/C . Из выражения iR = ic+i_ с учетом, что i_= 0, получим iR = ic.

Следовательно,

Uвых = -1/C = -1/C = - (2.1.1)

 

 

При поступлении входного импульса на ключевое устройство (транзистор),

открывается и конденсатор C начинает разряжаться по экспоненте через коллекторную цепь транзистора. Согласно методике определения длительности экспоненциального процесса описанном в /1, стр. 26/.

 

Tпроцесса = τln(0,99/0,01) ≈ 4,6τ (2.1.2)

 

В данном случае:

τразр=С(Rкл+Rвых), (2.1.3)

где Rкл-сопротивление ключевого устройства (в режиме насыщения); Rвых-выходное сопротивление ОУ; C-емкость конденсатора.

Время формирования рабочего хода равно паузе между управляющими импульсами (когда ключевое устройство в режиме отсечки). На рисунке 2.1.3 изображены графики поясняющие работу ГПН, где Uкн-напряжение насыщения коллекторного перехода; tп- длительность паузы между импульсами входного сигнала.

Рисунок 2.1.3

 

Ключевое устройство (КУ) представляет собой насыщенный транзисторный ключ рисунок 2.1.4

Схема состоит из коммутируемой и управляющей цепей. Коммутируемая цепь образована резистором Rк и источником питающего напряжения Eи.п. При любом стационарном режиме работы устройства коллекторное напряжение Uкэ и ток коллектора Iк связаны уравнением Кирхгоффа:

Рисунок 2.1.4

Iк=(Eи.п.-Uкэ)/Rк+Iвых. (2.1.4)

Уравнение (2.1.4) представлена на коллекторных характеристиках транзистора ( при условии Iвых=0) в виде нагрузочной прямой.

Коммутируемая цепь замкнута, когда транзистор находится в режиме насыщения. При этом ток согласно (2.1.4),

Iк=Iк нас =(Eи.п.-Uкэ нас )/Rк.

Для кремниевых планарных транзисторов обычно Uкэ нас=0,2-0,4В, поэтому, как правило, можно считать, что Uкэ нас <<Eи.п, или, как в следствие, пользоваться приближенным соотношением

Iк нас=Eи.п./Rк.

Коммутируемая цепь разомкнута, когда транзистор находится в режиме отсечки. При этом ток коллектора

Iк=Iк0,

а напряжение на коллекторе при Iвых=0

Uкэ=Eи.п.-Iк0Rк.

Обычно Iк0 и Rк таковы, что из произведение Iк0Rк гораздо меньше Eи.п, поэтому для режима приближенно можно считать

Uкэ≈Eи.п.

 

Управляющая цепь транзисторного ключа образована резистором Rб и источником управляющего напряжения Uвх. При этом эмиттерный вывод транзистора является общим для управляющей и коммутируемой цепей. В стационарном режиме работы напряжение Uвх и ток базы Iб удовлетворяют уравнению Кирхгофа

Uбэ=Uвх-IбRк.

Из рассмотренного выше и из /1 стр.98/ следует, что для обеспечения ключевого режима транзистора необходимо выполнение следующих неравенств:

в режиме насыщения

U1вх≥UБ нас + IБ нас RБ; (2.1.5)

в режиме отсечки

U0вх≤UБ0 + IБ0RБ, (2.1.6)

где UБ нас=0,7В, Uб0=0,4В для кремниевых планарных транзисторов;

Iб нас = Iк насmin,

βmin – минимальное значение коэффициента усиления транзистора по току в схеме сообщим эмиттером. Из (2.1.5) по заданному значению U1вх легко определить требуемое сопротивление Rб:

Rб≤( U1вх –Uб нас)/Iб нас. (2.1.7)

 

 

Поскольку в задании не задана частота следования импульсов пилообразного напряжения, в качестве источника управляющих импульсов использован симметричный мультивибратор на ОУ, схема его приведена на рисунке 2.1.5. Коэффициент обратной связи мультивибратора определяется по формуле:

æ =R1/R1+R3. (2.1.8)

Исходя из задания максимальная частота следования импульсов будет равна

f = 1/T, T=tпр+tобр. (2.1.9)

Требуемая скорость нарастания сигнала на выходе ОУ будет вычисляться по формуле

VUВЫХ =2Uвыхmax/tф (2.1.10)

длительность фронта tф зададим как 0,1 от длительности импульса tи.

 

 

Рисунок 2.1.5

Допустимый коэффициент обратной связи

æ =Uдиф/2Uвыхmax (2.1.11)

выходной ток ОУ

Iвых=Iн+I+I- =Uвых( ) (2.1.12)

емкость С определяется

С= (2.1.13)

Полная электрическая принципиальная схема приведена на рисунке 1.

 

Расчет симметричного мультивибратора на ОУ (СМВ).

Исходя из формулы (2.1.9) находим частоту следования импульсов пилообразного напряжения

f = 1/T, T=2tпр,

где tпр – длительность рабочего хода равная длительности управляющего импульса. Период колебаний мультивибратора равен 2tпр т.к. мультивибратор симметричный, подставив значения получим:

f=5Гц.

Резистор ПОС R3 обычно выбирают порядка 100кОм, резистор ООС R2=R1=50кОм, тогда коэффициент ОС æ будет определяться по формуле

æ =R1/R1+R3

æ =0,33<< æдоп,

где æдоп – допустимый коэффициент обратной связи в СМВ;

æдоп≤ Uдиф/2Uвыхmax=11/24=0,45

Рассчитаем скорость нарастания сигнала на выходе ОУ. Приняв tф=0,1·tи, тогда

VUВЫХ =2Uвыхmax/tф = 24/10=2,4В/мс=0,0024В/мкс

К рассчитанным параметрам выбираем ОУ К140УД6А параметры, которого даны в таблице 1.

Из формулы (2.1.13) найдем емкость конденсатора С1 времязадающей цепи

С1= = 5,77мкФ

находим ближайший номинал С1=5,6мкФ серии К73-16. Сопротивление нагрузки R4 возьмем 10кОм, при напряжении Uвых=12В выходной ток не превышает допустимого тока для данного ОУ (п.2.2.1).

 

Конструкторская часть

 

В результате разработки структурной и принципиальной электрической схем генератора пилообразного напряжения была дополнительно разработана печатная плата с 70×110 мм с соответствующими навесными радиоэлементами. Резистор нагрузки R8 расположен вне печатной платы поскольку имеет большие габариты. При конструировании печатной платы учитывался ряд особенностей:

1)для уменьшения паразитных емкостей, индуктивностей и наводок верхнюю часть фольгированного медного слоя платы необходимо подключить к земляной шине;

2) выходной нулевой шиной считать объединенные в одной точке входную и выходную шины;

3)максимальное увеличение площадей металлических проводников с большими токами.

Печатная плата выполнена из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5-2 мм фотохимическим методом. Пайка выводов элементов выполнена припоем ПОС-61. Шаг координатной сетки 2,5 мм.

 

 

Заключение

 

В данной курсовой работе разработано устройство генератора линейно спадающего напряжения имеющего следующие параметры: выходное напряжение около минус 12В; сопротивление нагрузки 15 Ом; коэффициент нелинейности около 2%; частота следования импульсов 5 Гц; длительность линейного участка импульса (фронта) 97·10-2 с; длительность спада (восстановления) 819·10-6с; КПД устройства 80%; напряжение питания двуполярное ±15В.

Достоинством данной схемы является возможность плавного изменения длительности фронта напряжения пилообразного сигнала с помощью СМВ частота управляющих импульсов, которого легко изменяема резистором ООС, например переменным резистором. Интегрирующий узел при этом остается неизменным.

 

Реферат

 

Курсовой проект выполнен в объеме 32 страниц, содержит двенадцать рисунков, использовано 4 источника. Разработанный генератор пилообразного напряжения может быть использован в контрольно-измерительной аппаратуре, в цифро-аналоговых преобразователях и т. п. При проектировании были разработаны и рассчитаны интегратор на ОУ, симметричный мультивибратор, ключевое устройство и эмиттерный повторитель. Полученные параметры выходных значений напряжения и тока удовлетворяют требованиям техническому заданию.

 

содержание

Введение 2
1 Основная часть 3
1 Выбор и обоснование структурной схемы устройства 3
1.1 Общая характеристика и принципы построения генераторов 3
1.2 Структурная схема генератора пилообразного напряжения 5
2 Расчетная часть
2.1 Выбор и обоснование принципиальной схемы устройства
2.1.1 Простейший генератор пилообразного напряжения (ГПН)
2.1.2 Классификация ГПН со стабилизаторами тока
2.1.3 Генераторы пилообразного напряжения на операционных усилителях. Содержание схемы разрабатываемого устройства  
2.2 Расчет элементов устройства, выбор типов и номиналов.
2.2.1 Расчет токостабилизирующего элемента (ТСЭ)
2.2.2 Расчет симметричного мультивибратора на ОУ (СМВ)
2.2.3 Расчет ключевого устройства (КУ)
2.2.4 Расчет эмиттерного повторителя
2.2.5 Расчет коэффициента полезного действия КПД
3 Конструкторская часть
Заключение
Список используемых источников
   
   
   
   
   
   

 

Введение

 

Электроника является универсальным и исключительно эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии. Знания в области электроники становятся необходимыми все более широкому кругу специалистов.

Сфера применения электроники постоянно расширяется. Практически каждая достаточно сложная техническая система оснащена электронными устройствами. Трудно назвать технологический процесс, управление которым осуществлялось бы без использования электроники. Функции устройств электроники становятся все более разнообразными. Роль электроники в настоящее время существенно возрастает с связи с применением микропроцессорной техники для обработки информационных сигналов и силовых полупроводниковых приборов для преобразования электрической энергии.

Электроника имеет короткую, но богатую событиями историю, которая составляет чуть более 100 лет. Путь пройденный от вакуумных приборов до сверхбольшой однокристальной микросхемы содержащей десятки миллионов транзисторов.

 

Основная часть

 

Выбор и обоснование структурной схемы устройства

 





Читайте также:



Последнее изменение этой страницы: 2016-03-26; Просмотров: 1178; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2022 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.042 с.) Главная | Обратная связь