Генератор управляющих импульсов

Тема: Генератор управляющих импульсов

Содержание Введение

1 Техническое задание

2 Функциональная схема устройства

3 Описание работы функциональной схемы

3.1 Генератор пилообразного напряжения

3.2 Источник внешнего управляющего напряжения

3.3 Компаратор

3.4 Выходной блок

4 Принципиальная схема устройства

5 Описание принципиальной схемы устройства

5.1 Расчёт источника тока, управляемого напряжением

5.2 Ключи

5.3 Триггер

5.4 Инверторы

5.5 Компараторы

5.6 Элементы или в одновибраторе

5.7 Выбор резисторов и конденсаторов

Заключение

Список литературы Приложение

Введение

генератор импульс ток напряжение

1. Импульсная техника, как самостоятельная отрасль знаний, была вызвана к жизни бурным развитием радиотехники, разработкой импульсных методов исследований, широким внедрением в производстве автоматизации. Трудно указать область техники, где не использовались бы импульсные процессы. Они играют существенную роль в современном телевидении, многоканальной радиосвязи, в радиолокации и радионавигации. Ученые, используя импульсные методы исследования, проникают в тайны материи, математические машины, действие которых основано на использовании импульсных процессов, могут производить миллионы вычислений в секунду.

2. Важной задачей импульсной техники является генерация импульсов — прямоугольных, треугольных, трапецеидальных, с экспоненциальными фронтом и срезом и т. д.

3. В курсовом проекте будет разработан генератор управляющих прямоугольных импульсов.

1 Техническое задание Разработать генератор прямоугольных импульсов, длительностью 5 мкc, которые сдвинуты на заданное время относительно перехода через 0 сетевого синусоидального напряжения 220 В, 50Гц. Задержка импульса t1 и t2 меняется от 0 до 10 мc при изменении внешнего управляющего напряжение от 0 до 10 В. Импульсы для положительной и отрицательной полуволн синусоидального напряжения формируются раздельно. Амплитуда выходного напряжения 10 В на нагрузке 100 Ом. Гальваническая развязка не предусмотрена.

Рис. 1.1. Прямоугольные импульсы

2 Функциональная схема устройства Рис. 2.1. Функциональная схема устройства

3 Описание работы функциональной схемы

3.1 Генератор пилообразного напряжения Генератор пилообразного напряжения основан на системе заряд-разряд конденсатора. Вначале конденсатор разряжен, напряжение на нем равно 0 В. Поэтому срабатывает компаратор, который посылает сигнал на S вход RS-триггера. При приходе сигнала, RS-триггер переключится, и на его прямом выходе установится высокий уровень сигнала, который замкнет конденсатор на источник тока, а на инверсном выходе установится низкий уровень сигнала, который разомкнет конденсатор и землю.

При достижении напряжения на конденсаторе 0,43 В компаратор Х40 выключится, а RS-триггер перейдет в режим хранения, т. е. ключ S5 будет замкнут, а ключ S4разомкнут.

Конденсатор будет заряжается до напряжения 10 В заданный промежуток времени (10мс). При достижении 10 В срабатывает компаратор X39, посылая на R вход RS-триггера сигнал. При приходе сигнала, RS-триггер переключится, и на его прямом выходе установится низкий уровень сигнала, который разомкнет конденсатор и источник тока, а на инверсном выходе установится высокий уровень сигнала, который замкнет конденсатор на землю.

Конденсатор начнет разряжаться. Как только напряжение на конденсаторе станет ниже 10 В, компаратор X39 выключится, а RS-триггер перейдет в режим хранения. При достижении напряжения на конденсаторе ниже 0,01 В, сработает компаратор X40 который пошлет сигнал на RS-триггер, и процесс заряда-разряда повторится (рис. 3.1.1).

Рис. 3.1.1. График работы генератора пилообразного напряжения

3.2 Источник внешнего управляющего напряжения.

Согласно условию технического задания, задержка импульса должна меняться при изменении напряжения от 0 В до 10 В. Для выполнения этого условия, на входе схемы нужно поставить изменяемый источник напряжения.

3.3 Компаратор Х46

На входы компаратора Х46 подаются сигналы с генератора пилообразного напряжения и ограничителя. В начальный момент времени уровень напряжения на ограничителе выше, чем на генераторе, поэтому компаратор Х46 включается и на его выходе устанавливается сигнал высокого уровня. Как только напряжение на генераторе превысит напряжение на ограничителе, компаратор выключится, и на его выходе установится низкий уровень сигнала.

Рис. 3.3.1. Напряжение на компараторе

3.4 Выходной блок Сигналы с компараторов Х46 и Х31 поступают на одновибраторы, выполненные на логических элементах ИЛИ. Длительность выходного импульса соответственно задается конденсаторами С5, С6 и резисторами R5, R6,R10,R11. Так как сигналы с логических элементов имеют заданную длительность, то с нагрузочного резистора будет сниматься напряжение необходимой длительности и амплитуды.

Рис. 3.6.1. Напряжение на выходе

4 Принципиальная схема устройства Рис. 4.1. Принципиальная схема устройства

5 Описание принципиальной схемы устройства

5.1 Расчёт источника тока, управляемого напряжением.

Операционный усилитель DA9:

Таблица 1.1

Основные расчётные соотношения [3]:

R13=R14=R16=R18 (4.8)

5.2 Ключи В качестве ключей возьмем счетверенную микросхему МАХ4602 Таблица 1.2

5.3 Триггер

RS-триггер выполняется на базе D-триггера К155ТМ2.

Таблица 1.3

5.4 Инверторы Так как входы триггера — инверсные, то необходимы инверторы DD2.

Рис. 5.1 Инвертор.

Таблица 1.4

5.5 Компараторы Возьмем микросхему МАХ 9012

— два компаратора. На выходе компаратора будет высокое напряжение, если на его неинвертирующем выходе напряжение выше, чем на инвертирующем.

5.6 Элементы или в одновибраторе Схему одновибратора можно собрать на основе логического элемента 2ИЛИ и времязадающей дифференцирующей RC-цепи. Блок одновибратора будет выглядеть следующим образом: Сигнал приходящий с компаратора имеет отклик в момент формирования вершины треугольного сигнала, а поэтому отклик в виде синхроимпульса будет происходить в момент ровно на вершине сигнала, которые снимаем с конденсатора. Логический вентиль 2ИЛИ используется в виде устройства обработки уровней логической «1» и «0», второй элемент 2ИЛИ реализует функцию компаратора, путём сравнения двух сигналов и выделения синхроимпульса. RC-цепь задаёт длительность импульса, поскольку по заданию необходимо реализовать длительность 5 мкс, логично моделировать при величине R=1 кОм и C3= 5нФ.

В качестве элементов ИЛИ возьмем микросхему К155ЛЛ2.

Рис. 5.2 Элемент 2ИЛИ

2 логических элемента 2ИЛИ с мощными открытыми коллекторами Корпус: 2101.8−1 (DIP8)

Импортный аналог: SN75453

5.7 Выбор резисторов и конденсаторов.

Резисторы и конденсаторы выбираем из стандартных рядов типономиналов.

R1- ЧИП РЕЗ 0.125Вт 0805 5% 3 кОм

R2,R18- ЧИП РЕЗ 0.125Вт 0805 5% 10 Ом

R3,R4,R5,R13,R14,R16,R17,R10- ЧИП РЕЗ 0.125Вт 0805 5% 1 кОм

R6,R11- ЧИП РЕЗ 0.125Вт 0805 (перемычка) 0 Ом

R7,R11- ЧИП РЕЗ 0.125Вт 0805 5% 100 Ом

R8- ЧИП РЕЗ 0.125Вт 0805 5% 9.1 кОм

R9- ЧИП РЕЗ 0.125Вт 0805 5% 6.2 кОм

R15- ЧИП РЕЗ 0.125Вт 0805 5% 150 Ом

R19- ЧИП РЕЗ 0.125Вт 0805 5% 10 кОм

R20- ЧИП РЕЗ 0.125Вт 0805 5% 5.1 кОм

C0,C6,C4,C5- С0805−0,01 мкФ-25 В ± 20%

C3- Конденсатор 100 нФ 2000 В 10%, Y5P

C1,C2- 0805−5нФ-25 В ± 20%

Заключение

В курсовом проекте разработан генератор управляющих импульсов. Была произведена разработка функциональной и принципиальной электрической схем, а также подбор и расчёт компонентов устройства. Кроме того, изучен принцип работы составных частей разработанного устройства, ключей, источников тока, компараторов, усилителя, RS-триггера. Предусмотрено регулирование длительности импульсов при изменении внешнего управляющего напряжения. Таким образом, разработанное устройство полностью удовлетворяет требованиям технического задания.

1. Нефедов А. В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т.10. — М.: КУбК-а, 1997.

2. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М.: Мир 1982.

3. Амелин С. А. Электронные цепи. Смоленск, 2010.

4. Нефедов А. В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Т.5. — М.: КУбК-а, 1997.

Приложение 1

Результат моделирования в MicroCap9

Рис. 1. Графики напряжений Рис. 2. Сигнал на выходе схемы при Uупр=1 В Рис. 3. Сигнал на выходе схемы при Uупр=9В