Генератор трикутних напруг 
Генератор трикутних напруг
Міністерство освіти і науки України Вінницькій національний технічний університет Інститут автоматики електроніки та комп'ютерних систем управління Факультет автоматики і комп'ютерних систем управління Кафедра метрології і промислової автоматики ГЕНЕРАТОР ТРИКУТНИХ НАПРУГ Пояснювальна записка до курсового проекту з дисципліни ” Основи електроніки ” за спеціальністю 6.097302 “Метрологія та вимірювальна техніка” 08 - 03.КП.021.00.000ПЗ Вінниця ВНТУ 2008 Зміст Вступ 1. Розробка технічного завдання 2. Розробка структурної схеми 2.1 Аналіз існуючих методів вимірювання та формування напруги 2.2 Розробка структурної схеми перетворювача 2.3 Попередній розрахунок АМВ 2.4 Попередній розрахунок підсилювача потужності 2.5 Попередній розрахунок підсилювача напруги 2.6 Попередній розрахунок первинного перетворювача 2.7 Розробка детальної структури схеми 3. Електричні розрахунки 3.1 Електричний розрахунок підсилювача потужності 3.2 Розрахунок підсилювача напруги 3.3 Електричний розрахунок первинного перетворювача 3.4 Електричний розрахунок автоколивального мультивібратора 4. Моделювання одного з вузлів Висновки. Список літератури Додаток А. Генератор трикутних напруг. Схема електрична принципова УДК. 621.38 Генератор трикутних напруг. Курсовий проект. ВНТУ, 2008, Українська мова; сторінок 35; додатки 3. Анотація У даному курсовому проекті було розроблено та реалізовано генератор трикутних імпульсів типу RC. Цей генератор здатен формувати трикутну напругу на виході, при чому регулювати амплітуду та періоду повтору імпульса. Максимальна напруга вихідного сигналу не перевищує 10(В) на опорі навантаження 4(Ом). Перетворювач забезпечує високу точність, тобто похибка складає менше 1%. Вступ Ефективність електронної апаратури обумовлена високою швидкодією, точністю та чутливістю елементів, що до неї входять, найважливішими з яких є електронні прилади. За допомогою цих приладів можна порівняно просто та в багатьох випадках з високим ККД перетворювати електричну енергію по формі, величині і частоті струму або напруги. Такий процес перетворення енергії здійснюється в багатьох схемах електронної апаратури (випрямлячах, підсилювачах, генераторах). Окрім того, за допомогою електронних приладів вдається перетворити неелектричну енергію в електричну і навпаки (наприклад, у фотоелементах, терморезисторах). Різноманітні електронні передавачі та вимірювальні прилади дозволяють з високою точністю вимірювати, регіструвати та регулювати зміни різних неелектричних величин - температури, тисків, пружних деформацій, прозорість і т. д. Процеси перетворення енергії в приладах електроніки відбуваються з великою швидкістю. Це зумовлено малою інерційністю, характерною для більшості електронних приладів, дозволяючи застосовувати їх в широкому діапазоні частот. При цьому досягається така висока чутливість, яка не може бути отримана у приладах іншого типу. Електронні прилади легко виявляють малі. Тенденція розвитку така, що частка електронних інформаційних пристроїв і пристроїв автоматики безупинно збільшується. Це є результатом розвитку інтегральної технології, упровадження котрої дозволило налагодити масовий випуск дешевих, високоякісних, що не вимагають спеціального настроювання і налагодження мікроелектронних функціональних вузлів різного призначення. Вони являють собою напівпровідникові пластини малої товщини, на якій на площах у долі декілька квадратних міліметрів виконані десятки тисяч електрично-з'єднаних між собою відповідно до необхідних схем елементів електроніки (польових і біполярних транзисторів, конденсаторів та ін.). Причому ці елементи, як правило, одержують одночасно (по груповій технології) у єдиному технологічному циклі, що майже цілком автоматизований. Тому вартість інтегральних схем при масовому виробництві мало залежить від кількості в них елементів і розкид параметрів від зразка до зразка порівняно невеликий. Використання базових матричних кристалів і що програмуються логічних матриць є іншим способом розширення функціональних можливостей інтегральних схем. У масовій кількості виготовляються єдині матриці нескомутованих (не з'єднаних між собою) елементів. Електричні зв'язки між ними виконують індивідуально на етапі формування розведення, виходячи з вимог замовника. Виготовивши базову матрицю або що програмується логічну матрицю одного типу, на її основі можна створити сотні різноманітних функціональних вузлів різного призначення. Причому різниця між базовими матричними кристалами і логічними що програмуються матрицями полягає в тому, що в останніх з'єднаннях можна не тільки створювати, але і руйнувати. Створено також більш прості напівзаказні інтегральні схеми, що містять набори елементів. З них можуть бути отримані й аналогові пристрої, наприклад підсилювачі електричних сигналів. Це дозволяє знизити витрати на проектування і виробництво електронних пристроїв різного призначення і зменшити терміни їх впровадження в серійне виробництво. У розвитку електроніки протягом багатьох років залишається стабільним тільки одне - це безупинна зміна елементної і схемотехнічної баз. У зв'язку із широким вибором інтегральних схем, параметри яких відомі з технічних умов, змінилися задачі, що стоять перед розроблювачами електронної апаратури. Якщо раніше значна частина часу ішла на розрахунки режимів окремих каскадів, визначення їхніх параметрів, рішення питань термостабілізації і т. п., то в даний час головна увага приділяється питанням вибору схем з'єднань і взаємного узгодження мікросхем. Типові мікровузли дозволяють зібрати потрібний електронний блок без детального розрахунку окремих каскадів. Розроблювач електронної апаратури, визначивши, які перетворення повинний перетерпіти електричний сигнал, підбирає необхідні інтегральні мікросхеми, розробляє схему їхніх з'єднань і вводить зворотні зв'язки необхідного вигляду. І тільки в тому випадку, що коли випускаються інтегральні мікросхеми не дозволяють вирішити якійсь конкретне питання, до них добавляють окремі вузли на дискретних компонентах, що вимагають проведення відповідних розрахунків, або розробляють мікросхеми часткового застосування. Ефективне застосування інтегральних мікросхем, особливо аналогового типу, неможливо без знання принципів їхньої дії й основних параметрів, а також теорії електронних кіл. Тому вивченню даної дисципліни звичайно приділяється підвищена увага. 1. Розробка технічного завдання Метою курсового проекту є розрахунок та визначення технічних параметрів схеми генератора трикутних напруг. Заданий діапазон періоду повтору імпульсу складає від 10мс до 10мкс, значення вихідної напруги лежить в діапазоні від 0,1В до 10В, значення опору навантаження складає 4Ом. Необхідно розрахувати значення кожного з елементів схеми генератора трикутних напруг та згідно розрахункам вибрати необхідні операційні підсилювачі, транзистори та діоди. Конструктивні схеми генератори трикутної напруги використовуються в різних варіантах у залежності від області застосування. Можливі області застосування генератора трикутних імпульсів надзвичайно різноманітні, можна виділити лише окремі сфери: - промислова техніка виміру і регулювання; - робототехніка; - побутова техніка; Застосування того чи іншого генератора в цих сферах визначається насамперед відношенням ефективності. При промисловому застосуванні визначальним фактором є погрішність, що при регулюванні процесів повинна складати < 1%, а для задач контролю - 2...3%. Для спеціальних застосувань в області робототехніки генератори можуть досягати навіть рівня 10...100 тис. Прилад повинний відтворювати вимірювані величини з погрішностями, що допускаються. При цьому слово «відтворення», еквівалентне в даному трактуванні слову «відображення», розуміється в самому широкому змісті: одержання на виході приладу величин, пропорційних вхідним величинам; формування заданих функцій від вхідних величин (квадратична і логарифмічна шкали й ін.); одержання похідних і інтегралів від вхідних величин; формування на виході слухових чи зорових образів, що відображають властивості вхідної інформації; формування керуючих сигналів, використовуваних для керування контролю; запам'ятовування і реєстрація вихідних сигналів. Розроблений генератор трикутної напруги, формує вихідну напругу яка може використовуватись як вхідний сигнал для подальшого перетворення в необхідний сигнал чи імпульс. Даний сигнал подається в подальшому на вимірювальний прилад, за допомогою якого можна вимірювати час імпульсу та амплітуду будь - яких сигналів, але в залежності від діапазону. Вимірювальний сигнал, одержуваний від контрольованого об'єкта, передається у вимірювальний прилад у виді імпульсу або у виді енергії. Можна говорити про сигнали: первинних - безпосередньо характеризують контрольований процес; сприйманих чуттєвим елементом приладу; поданих у вимірюльну схему, і т.д. При передачі інформації від контрольованого об'єкта до покажчика приладу сигнали перетерплюють ряд змін за рівнем і спектром і перетворяться з одного виду енергії в іншій. Та частина приладу, у якій первинний сигнал перетвориться, наприклад, в електричний, називається первинним перетворювачем. Часто цей перетворювач сполучається з чуттєвим елементом. Сигнали з виходу первинного перетворювача надходять на наступні перетворювачі вимірювального приладу. Згідно ДСТУ 2681-94 „Метрологія. Терміни та визначення” та ДСТУ 2682-94 „ Метрологія. Метрологічне забезпечення ” даний розроблений генератор трикутних напруг - відноситься до первинних вимірювальних перетворювачів. 2. Розробка структурної схеми 2.1 Аналіз існуючих методів вимірювання та формування напруги Генератор - це пристрій, що перетворює енергію джерела живлення в електричні коливання заданої форми, частоти і амплітуди. За формою імпульсів розрізняють генератори прямокутних, трикутних і синусоїдальних імпульсів, генератори пилоподібної напруги. Пилоподібна напруга виходить в процесі заряду або розряду конденсатора. Напруга пилоподібної форми (лінійно мінілива напруга) характеризуються двома проміжками часу: часом робочого ходу, протягом якого напруга змінюється за лінійним законом, і часом зворотнього ходу, протягом якого напруга повертається до вихідного значення. Зазвичай закон зміни напруги під час зворотного ходу не істотний. У мультівібраторі напруга на частотно-задаючому конденсаторі змінюється від напруги спрацьовування до напруги відпускання за експоненціальним законом, однак буває необхідно отримати коливання трикутної форми з високою лінійністю. У якості реалізації генератора трикутних напруги можна використовувати багато різних схем. Найбільш ефективними можна вважати схеми підключення на основі операційних підсилювачів, які можуть надають великий коефіцієнт підсилення, який у свою чергу забезпечує досить велику вихідну напругу. Також використання операційних підсилювачів генераторах дозволяє дозволяє забезпечити стабільної частоти від долі герц до сотні кілогерц. Як правило для реалізації генератора використовують схеми підключення під назвою «інтегратор» та «диференціатор», остання методика не є досить вдалою для забезпечення виходу трикутної напруги. «Диференціатор» сигналу, побудований на операційному підсилювачі. Являється підсилювачем на високих частотах (рисунок 2.1). Рисунок 2.1 - Деференціатор В такому підключенні здійснюється деференціювання вихідного сигналу. , (1) , (2) , (3) ; (4) В такому разі дане рівняння показує, що операційний підсилювач диференціює вхідний сигнал з постійною сталою . «Інтегратор» - це метод який найкращим чином задовольняє умову реалізації виходу трикутних імпульсів, який ми і використаємо у даній задачі (рисунок 2.2). Рисунок 2.1 - Інтегратор Інтегратор являє собою самим простим пристроєм з реактивних елементів. Якщо на вхід інтегратора подати сигнал типу меандр , то на виході ми отримаємо трикутну напругу з сталою часу . , (5) За рахунок віртуального нуля , , , Звідси: ; (6) Оскільки на інтегратор необхідно подати прямокутну напругу, то для її генерації використаємо імпульсний генератор. Імпульсні генератори - призначені для одержання сигналів, форма яких суттєво відрізняється від синусоїдальної. Такі сигнали характеризуються наявністю ділянок з відносно повільною зміною амплітуди і її стрибковою зміною. Імпульсні генератори мають внутрішній або зовнішній позитивний зворотній зв'язок. Особливість роботи активних елементів: вони періодично, дуже швидко змінюють свій стан з одного крайнього положення в інше. Основні режими імпульсних генераторів: - автоколивальний - після збудження генерується послідовність імпульсів, характеристики яких визначаються лише параметрами елементів схеми; - очікування - генератори імпульсів відбуваються лише за наявності зовнішнього сигналу запуску; - синхронізації - частота вихідних імпульсів рівна чи кратна частоті зовнішнього синхронізуючого сигналу. Формувачі імпульсів - пристрої, які виробляють імпульси необхідної тривалості з інших імпульсів чи з перепаду напруг (фронта). Формувачі імпульсів бувають: - на логічних елементах; - з інтегруючим ланцюгом; - з емітер ним повторювачем; - на мікросхемах. Для того щоб сформувати трикутну напругу на інтегратор необхідно подавати прямокутні імпульси. Це ми забезпечимо за допомогою автоколивального мультивібратора (рисунок 2.3). Рисунок 2.3 - Автоколивальний мультивібратор Для забезпечення підсилення амплітуди вихідного сигналу з автоколивального мультивібратора використаємо інвертуючий підсилювач (масштабний підсилювач)(рисунок 2.4). Рисунок 2.4 - Інвертуючий підсилювач. Тому за допомогою опорів R1 та R2 ми можемо підібрати необхідний коефіцієнт підсилення, який буде забезпечувати нормальну роботу інтегратора. Коефіцієнт передачі ідеального операційного підсилювача не залежить від параметрів операційного підсилювача, а визначається тільки зовнішніми елементами R1 та R2. ; (7) Але в реальних умовах потрібно враховувати, що операційний підсилювач не ідельний тому накладає певні обмеження. Для підсилення сигналу на вихід інтегратора використаємо каскад побудований по двотактній схемі на біполярних транзисторах різної провідності (комплементарна пара) (рисунок 2.5). Транзистори вихідного каскаду працюють в режимі класу В, з кутом відсічки . Тобто, ; (8) Рисунок 2.5 - Підсилювальний каскад на БТ 2.2 Розробка структурної схеми перетворювача Спрощена структурна схема перетворювача наведена на рисунку 2.6. Рисунок 2.6 - Спрощена структурна схема На рисунку 2.6 - спрощена структурна схема, на якій : АМВ - автоколивальний мультивібратор на операційному підсилювачі, використовується для того, щоб сформувати прямокутні імпульси вхідного сигналу з певною частотою. Межі частоти формуються опором Rx.
Страницы: 1, 2
|
