Генератор управляющих импульсов

Генератор управляющих импульсов

Тема: Генератор управляющих импульсов

Содержание

Введение

         Техническое задание

         Функциональная схема устройства

         Описание работы функциональной схемы

.1       Генератор пилообразного напряжения

.2       Источник внешнего управляющего напряжения

.3       Компаратор

.4       Выходной блок

         Принципиальная схема устройства

         Описание принципиальной схемы устройства

.1       Расчёт источника тока, управляемого напряжением

.2       Ключи

.3       Триггер

.4       Инверторы

.5       Компараторы

.6       Элементы или в одновибраторе

.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.

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

.        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 220В, 50Гц. Задержка импульса t1 и t2 меняется от 0 до 10 мc при изменении внешнего управляющего напряжение от 0 до 10В. 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

        
Функциональная схема устройства

Рис.2.1. Функциональная схема устройства

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

Конденсатор будет заряжается до напряжения 10В заданный промежуток времени (10мс). При достижении 10В 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 10В, компаратор X39 выключится, а RS-триггер перейдет в режим хранения. При достижении напряжения на конденсаторе ниже 0,01В, 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 0В до 10В. Для выполнения этого условия, на входе схемы нужно поставить изменяемый источник напряжения.

.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

.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

        
Принципиальная схема устройства

Рис.4.1. Принципиальная схема устройства

        
Описание принципиальной схемы устройства

.1 Расчёт источника тока, управляемого напряжением.

Операционный усилитель DA9:

Таблица 1.1

Основные расчётные соотношения [3]:

=R14=R16=R18 (4.8)

.2 Ключи

В качестве ключей возьмем счетверенную микросхему МАХ4602 Таблица 1.2

.3 Триггер

RS-триггер выполняется на базе D-триггера К155ТМ2.

Таблица 1.3

.4 Инверторы

Так как входы триггера - инверсные, то необходимы инверторы DD2.

Рис. 5.1 Инвертор.

Таблица 1.4

.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

логических элемента 2ИЛИ с мощными открытыми коллекторами

Корпус: 2101.8-1 (DIP8)

Импортный аналог: SN75453

.7 Выбор резисторов и конденсаторов.

Резисторы и конденсаторы выбираем из стандартных рядов типономиналов.

R1- ЧИП РЕЗ 0.125Вт 0805 5% 3 кОм

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-25В ± 20%

C3- Конденсатор 100 нФ 2000 В 10%, Y5P

C1,C2- 0805-5нФ-25В ± 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.

Список литературы

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.

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

.        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=1В

Рис.3. Сигнал на выходе схемы при Uупр=9В