Перетворювач опір - тривалість імпульсу 
2.2 Попередній розрахунок компаратора Перетворення напруги Ux, що пропорційна опору Rx, здійснється за допомогою порівнювального пристрою - компаратора напруги. На один вхід компаратора поступає перетворювана напруга Ux, а на другий - пиловидна напруга. В момент збігу миттєвого значення пиловидної напруги з величиною напруги Ux, змінюється вихідний стан компаратора, який зберігається до закінчення пиловидної напруги. З цього слідує, що на виході компаратора формується імпульс, що пропорційний напрузі Ux, і, відповідно, значенню опору Rx. Мінімальна тривалість імпульсу на виході компаратора для чіткої її фіксації має бути не менше 1 мкс. Тому вибираємо компаратор типу LM219, що має час включення і час виключення, що не перевищує 0,08 мкс. Інші параметри компаратора приведені нижче. Напруга Ux, що пропорційна Rx, змінюється від 0 до 10 В, тоді амплітуда пиловидної напруги теж має змінюватись від 0 до 10 В. Період повторення складає Т = 100 мкс, тобто швидкість наростання вихідного сигналу складе 0,1 В/мкс. Формування пиловидної напруги здійсним за допомогою генератора на основі інтегратора з періодичним шунтуванням ключових елементів конденсатора час заданого кола. Інтегратор реалізується на ОП типу LF253, який забезпечує швидкість вихідного сигналу не менше 12 В/мкс. З метою зменшення похибки, що обумовлена струмом витоку ключа, в якості ключа вибираємо польовий транзистор з ізольованим затвором (без захисних діодів) типу КП305Д. Для керуванням польовим транзистором застосуємо одно вібратор, що виконаний на компараторі LM219. Це дозволяє скоригувати задній фронт пиловидної напруги тривалістю менше 1 мкс. Для виключення впливу слідуючи елементів на процес формування пиловидної напруги на виході генератора включимо повторював на ОП типу LF253. Згідно ТЗ, амплітуда вихідного імпульсу має бути не менше 30 В на опорі навантаження 10 Ом (струм в навантаженні більше, або дорівнює 1,5А), а также враховуючи той факт, що мінімальна тривалість імпульсу складає 1 мкс, застосуємо в якості відповідного каскада стоковий повторював на польовому транзисторі з ізольованим затвором. Це дасть можливість узгодити навантаження з виходом компаратора і отримати малі тривалості фронтів виходного імпульса. В якості активного елемента стокового повторювача вибираємо транзистор типу IRLL2203. 2.3 Попередній розрахунок та вибір активних елементів підсилювача потужності , (7) , , , =30В. Розрахуємо граничну частоту: , (8) =1 мкс , , (9) =1/100 мкс =100 МГц (10) 2.3.1 Вибір операційного підсилювача Основним критерієм при виборі ОП є малий температурний дрейф ОП, великий вхідний опір та частотні властивості. Вибираємо ОП типу LF153. Основні параметри ОП: - напруга живлення, ємність конденсатора; - напруга зміщення; - максимальний вхідний струм; - різниця вхідних струмів; - вхідний опір; - напруга зсуву; - швидкість наростання вихідної напруги; - частота одиничного посилення. 2.3.2 Вибір транзисторів Вибираємо транзистори КП305 (для генератора імпульсів), КП304 (для перетворювача напруги) та IRLL2703 (для кінцевого каскаду) з такими параметрами: КП305 КП304 IRLL2703 2.3.3 Вибір діодів Вибираємо діод типу IL431 з такими параметрами: при 2.4 Розробка детальної структурної схеми Для створення детальної структурної схеми використовуємо такі елементи: джерело струму, операційний підсилювач, генератор пилоподібних імпульсів, компаратор та підсилювач. Детальна структурна схема приведена на рисунку 2. Рисунок 2 - Детальна структурна схема A1 - Джерело струму А2 - Операційний підсилювач А3 - Генератор пилоподібних імпульсів А4 - Компаратор А5 - Підсилювач 3. Електричні розрахунки. 3.1 Розрахунок стабілізатора струму на основі ОП. 3.1.1 Вихідні дані: ; ; =30В; =10Ом; . Оп типу LF253. 3.1.2 Розрахунок опору Rx на піддіапазонах Задаємо струми Io на трьох піддіапазонах. , , , , (11) , , (12) , , (13) . 3.1.3 Розрахунок резисторів на вході стабілізатора струму Задаємо коефіцієнт підсилення k: , (14) k = 10 , Розрахунок резисторів: , (15) , = 1,11 кОм , 1,11 кОм . 3.2 Розрахунок генератора пилкоподібних імпульсів Схема генератора пилкоподібної напруги скдається з інтегратора на ОП DA1.1 типу LF253 з метою інтегрування R1C1 одновібратора на компараторі DA2 типу LM219, ключового елементу VT1 КП305, джерела опорної напруги VD1 і буферного підсилювача на ОП DA1.2 типу LF253. В режимі інтегрування напруги на виході DA1.1 буде змінюватись по лінійному закону , (16) де t - поточний час - вхідна напруга інтегратора = . (17) Максимальне значення пиловидної напруги не має перевищувати 10В, а тривалість Т = 10 мкс. Тоді стала часу інтегрування знаходиться так , (18) , (19) , . Нехай R1 = 150 кОм, тоді ємність конденсатора С1 дорівнює , (20) , . Нехай транзистор VT1 відкритий, тобто напруга на виході DA2 додатньої полярності. Тоді на виході інтегратора DA1.1 при розряженому конденсаторі С1, напруга складе , (21) , . де Е = 15В - вхідна напруга інтегратора - опір каналу (стік-витік) транзистора VT1 = 150 кОм - опір резистора, інтегрованого кола. Враховуючи взаємозв'язані параметри польового транзистора, опір визначимо як тангенс кута нахилу дотичної до стокової характеристики в точці з координатами =0, =0 примаксимально допустимою відкриваючою напругою затвір - стік. Для транзистора КП305Д кут нахилу дотичної при = 15 В дорівнює , відповідно провідність каналу . Звідки опір , (22) , Ом . Залишкова додатня напруга зміщення на виході інтегратора мала. Однак при необхідності його можна скомпенсувати, подаючи на неінвертуючий вхід ОП DA1.1 напругу відємної полярності. Максимальний вхідний струм зміщення ОП типу LF253 Цей струм викликає зміщення інвертую чого входу на величину , (23) , . Ця напруга компенсується включенням резистора R2 = 150кОм на неінвертуючому вході. Максимальна різниця вхідних струмів зміщення ОП складає що призводить до появи додаткової напруги зміщення , (24) , . Цю напругу в подальших розрахунках можна не враховувати. Стала часу розряду конденсатора С1 при шунтуванні транзистором VT1 дорівнює , (25) , . За час залишкова напруга на конденсаторі С1 складає , (26) , (27) . Тобто, одновібратор повинен генерувати додатній імпульс довжиною , (28) . Одновібратор виконаний на компараторі напруги DA2 типу LM219 (час включення і виключення ), який охоплений колом додатнього оберненого зв'язку R6, R7, C2. На інвертуючий вхід подається опорна напруга , що фіксує максимальну амплітуду пмловидної напруги. Опорне джерело включає резистор паралельного типу TL431A та резистори, що визначають його вихідну напругу R3, R4, R5. Напруга на виході VD1 визначається наступним чином (29) де - внутрішня опорна напруга регулятора, , - резистори, що встановлюють вихідну напругу. Вхідний струм опорного входу (максимальне значення) дорівнює Задаємо, що струм подільника , дорівнює , (30) , . Опір резистора визначається з відношення , (31) , . Приймаємо стандартне значення опору Обчислимо опір резистора , (32) , . Приймаємо стандартне значення та вибираємо типу 02-29В-0,125-69,3кОм1% та вводимо додатковий підстроєчий резистор типу СП5-2В4-3,3кОм5%. Тобто, межі підстройки складають , (33) , . Цього достатньо, щоб скомпенсувати відхилення опорної напруги і резисторів. Задаємо, що струм через VD1 Тоді опір струмообмежуючого резистора , (34) , . Вибираємо типу МЛТ-0,25-510Ом5%. Тривалість імпульса, що формує одно вібратор, в момент тотожності напруг на вході компаратора DA2, визначається часом наростання напруги на його неінвертуючому вході (35) де - стала часу одно вібратора , - додатня і відємна напруги насичення (36) Приймаємо, що тобто R1 = R2. Тоді при , , . Отримаємо , (37) , . Нехай R1 = R2 = 5,1кОм1%, тоді ємність конденсатора С2 , (38) , . Вибираємо найближче менше стандартне значення С2=180пФ5%. Величину опору R8 вибираємо 3кОм5%, тоді потужність, що розсіюється на ньому , (39) , . Вибираємо R8 типу МЛТ-0,5-3кОм5%. 3.3 Розрахунок компаратора Компаратор напруги забезпечує перетворення напруги Ux, що пропорційна опору, в тривалість імпульсу. Для цього на неінвертуючий вхід компаратора подається напруга Ux, а на інвертуючий вхід - пиловидна напруга. Час включення компаратора LM219 при опорній напрузі . Оскільки на неінвертуючий вхід подається пиловидна напруга, швидкість наростання якої складає , тобто час затримки включення компаратора , (40) , . Таким чином, загальна затримка включення компаратора складає , (41) , . Для забезпечення мінімальної затримкм імпульсу вхідної ємності наступного каскаду задамо, що вихідний струм Тоді опір резистора навантаження , (42) , . 4 Моделювання компаратора Для моделювання вузла вибираємо компаратор. Скористуємося програмою Micro - Cab 7.1.0 Рисунок 4 - Схема компаратора. При подачі на вхід компаратора імпульсу, на виході генеруються пилкоподібні імпульси. При подачі напруги Ux = 0,1 В маємо пилкоподібний вихідний сигнал: Рисунок 5 - Пилкоподібні імпульси, 2 періоди Рисунок 6 - Пилкоподібні імпульси за час 2 мкс При подачі напруги Ux = 5 В маємо пилкоподібний вихідний сигнал: Рисунок 7 - Пилкоподбні імпульси при напрузі 5 В Рисунок 8 - Пилкоподібні імпульси за час 55 мкс Висновки У даному курсовому проекті розроблений імпульсний перетворювач опір - тривалість імпульсу з використанням транзисторів КП305Д, КП304, має наступні технічні характеристики: - частота модуляції 40кГц; діапазон 1Ом - 1МОм; - опір навантаження 10 Ом; - напруга живлення 15 В. Схема підсилювача представлена на рисунку 11. При обчисленні характеристик перетворювача використовувалося наступне програмне забезпечення: MathCad, Micro-Cap 7.1.0. Література 1. Харовіц П. Н. "Мистецтво схемотехніки" т.2.- М: "Мир" 1986 - 55 с. 2.Гурин Е.И. "Ноніусний вимірник тимчасових інтервалів з обчислюваним коефіцієнтом інтерполяції." - Прилади і техніка експерименту, 1998 - 215 с. 3. Мерзляков С.И., Стрекаловский О.В., Цурин И.П. "4-канальний субнаносекундний перетворювач час-код НО-251М." - Прилади і техніка експерименту, 1995 - 106 с. 4. Глушковский М.Е. "Швидкодійні амплітудні аналізатори в сучасній ядерній фізиці і техніці." - М: Енергоатоміздат 1986 - 253с. 5.Міністерство електронної промисловості СРСР "Напівпровідникові прилади" Довідник, том 13. Транзистори. Видання друге. Науково-дослідний институт,1988 - 224с. 6. Пасинків В.В., Чиркин Л.К. "Напівпровідникові прилади." - М : Вища школа, 1987 - 432 с. 7. Довідник. "Вживання інтегральних мікросхем в електронній обчислювальній техніці ".- М : "Радіо і зв'язок". 1987 -400 с. 8. Наумов Ю.Е. Інтегральні схеми .М.Сов.радио 1970 -112 с. 9. Аналогові і цифрові інтегральні схеми / Під редакцією С.В.Якубовського - М.Сов.радио1979 - 479 с. 10. Мікросхеми і їх вживання /Батушев В.А., Вениаминов В.Г. Ковалев В.Г. і ін. Енергія 1978 - 416 с. 11. Преснухин Л.Н. Воробьев Н.В. Шишкевич А.А. Розрахунок елементів цифрових пристроїв М. Высшая школа 1982 - 496 с. 12. Степененко И.П. Основи мікроелектроніки М : Сов. Радіо, 1980 - 456 с. 13. Алексенко А.Г, Шогурин И.И. Мікросхематехника М: радіо і зв'язок 1982 - 296 с. 14. Мансуров В.М, Горячев В.Н. мікромініатюрниє схеми цифрових пристроїв . Сов. Радіо 1979 - 212 с. 15. Батушев В.Н. Мікросхеми і їх вживання. М. Энергия 1978 -189 с. 16. Алексенко А. Г. Основы микросхематехники. М., Сов. Радіо, 1977 -282 с. 17. Швецкий Би. И. Электронные вимірювальні прилади з цифровим відліком. Київ, Техніка,1970 - 351 с. 18. Вострокнутов Н.Н. Випробування і перевірки цифрових вимірювальних приладів. М., Ізд-во стандартів, 1977 - 282 с. Додаток 1 Основні параметри ОП LF153
Страницы: 1, 2
|
