Генератор линейно-изменяющихся напряжений

Курсовой проект

Генератор линейно-изменяющихся напряжений

1. Назначение и область применения

генераторы развертки в осциллографах и телевизорах;

задатчики временных интервалов;

модуляторы импульсов по длительности;

- является функциональным блоком более сложных устройств, в частности осциллографов, радаров, АЦП и т.д.

2. Общие сведения

Генераторы синусоидального напряжения отличаются тем, что у них цепь обратной связи имеет резонансные свойства. Поэтому условия возникновения колебаний выполняются только на одной частоте. В качестве резонаторов, обеспечивающих получение резонансных свойств, используют LC-контуры, RС-цепи определенного вида, кварцевые резонаторы и др.

Различают «мягкий» и «жесткий» режимы возбуждения генераторов. При мягком режиме петлевое усиление больше единицы (|kг|>1) в момент включения напряжения питания. Тогда любые шумы или возмущения в системе, вызванные случайными факторами, усиливаются и через цепь обратной связи подаются на вход усилителя в фазе, совпадающей с фазой входного сигнала, причем величина этого дополнительного сигнала больше того возмущения, которое вызвало его появление. Соответственно увеличится выходное напряжение, что приведет к дальнейшему увеличению входного сигнала и т.д. Однако при определенном уровне сигнала начинают проявляться нелинейные свойства электронного усилителя. Коэффициент усиления начинает уменьшаться с увеличением значения сигнала в системе. При выполнении условия kг=1 амплитуда автоколебаний стабилизируется, и автогенератор начинает давать колебания, имеющие постоянную амплитуду. «Жёсткий» режим возбуждения отличается от рассмотренного тем, что при нём для возникновения автоколебаний необходимо приложить к устройству дополнительный внешний сигнал, не меньший определенного значения. Это связано с особенностями нелинейности усилительного устройства. В момент включения напряжения питания и отсутствия автоколебаний kг<1. Поэтому они сами собой возникнуть не могут.

На практике активные приборы в автогенераторах часто работают с отсечкой тока. Поэтому подход, основанный на использовании теории обратной связи, обычно применяют для пояснения физической картины процессов. Анализ и расчет автогенераторов проводят другими методами, в основе которых лежит баланс энергий, рассеиваемых в устройстве и отбираемых от источника питания.

3. Описание работы принципиальной схемы

Работает ГЛИН следующим образом: пусть на выходе DА1 произошло изменение напряжения с высокого логического уровня на низкий. Конденсатор С1 при этом разряжен. Генератор тока на полевом транзисторе VT1 (ток регулируется подстроечным резистором R3) определяет частоту следования генерируемых импульсов. Появление на выходе DА2 высокого уровня включает генератор тока, и его ток заряжает конденсатор С1. Напряжение на правой обкладке конденсатора линейно увеличивается, а левая обкладка конденсатора замкнута через выход DА1 на общий провод, поскольку на этом выходе низкий уровень напряжения. Таким образом, на правой обкладке конденсатора С1 формируется линейно нарастающее напряжение. Вход и выход DА2 соединены через генератор тока, имеющий некоторое внутреннее сопротивление. Это означает, что за счёт отрицательной обратной связи с выхода на вход DА2 работает в линейном режиме как инвертирующий усилитель. По мере увеличения напряжения на входе DА2 напряжение на его выходе уменьшается до тех пор, пока оно не достигнет уровня переключения DА1. Обычно этот уровень равен примерно половине напряжения питания. Конденсатор быстро разряжается на общий провод через диод VD1 и выход логического элемента DА2. Когда напряжение на входе DА2 достигнет нулевого уровня, на его выходе появляется высокий уровень напряжения. DА1 при этом переключается, на его выходе появляется низкий уровень напряжения, и начинается новый цикл формирования импульса. Диод VD2 обеспечивает защиту входа DА2 от отрицательного напряжения. Вследствие этого на входе DА2 появляется отрицательное напряжение, и формирование напряжения начинается с низкого (отрицательного) уровня.

Этот ГЛИН может работать при частотах повторения импульсов в десятки и сотни килогерц.

. Расчет ГЛИН на ОУ

схема сигнал multisim генератор

1)            Задаём исходные параметры (входное напряжение, максимальное выходное напряжение, максимального выходного напряжения схемы, сопротивление нагрузки, напряжение пробоя диодов, напряжение стабилизации стабилитронов).

В

 В

 В

 Ом

 В

 В

)        Рассчитываем максимальное выходное напряжение операционного усилителя:

 В (4.1) В

)       
Рассчитываем максимальное напряжение компаратора:

 В (4.2)

В

)        Задаём ток стабилизации стабилитрона:

 А

)        Определяем отношение R1/R2=U_vix-max/U_kompmax

 (4.3)

)        Определяем добавочное сопротивление:

 Ом (4.4) Ом

)        Определяем сопротивления резисторов R1 и R2:

 Ом (4.5)  Ом

 Ом (4.6)  Ом

)        Задаём сопротивления резисторов R4 и R5, причём задаём им равные значения:

 Ом

 Ом

)        Проверяем допустимое значение выходного тока ОУ-DA1:

 А (4.7)  А

)       
Определяем параметры цепи интегрирования, задавшись значениями ёмкости С1 и сопротивления R3:

 Ф

 Ом

)        Определяем частоту выходных импульсов ГЛИН:

 Гц (4.8)  Гц

)        Определяем сумму сопротивлений R3, R4, R5:

 Ом (4.9)

 Ом

)        Определяем наибольшее значение скважности выходных импульсов:

 (4.10)

)        Определяем длительность рабочего хода:

 с (4.11)

 с

)        Определяем длительность обратного хода:

 с (4.12)

 с

)        Рассчитываем максимальный прямой ток и максимальное обратное напряжение для выбора диодов в схему:

 А (4.13)

 А

 В (4.14)

 В

)        Принимаем ток делителя равным:

 А

)        Рассчитываем общее сопротивление делителя:

 Ом (4.15)

 Ом

)        Рассчитываем сопротивление на входе:

 Ом (4.16)  Ом

)        Определяем постоянную времени интегрирования при формировании рабочего хода:

 с (4.17)

с

22)    Определяем постоянную времени интегрирования при формировании обратного хода:

 с (4.18) с

)        Определяем период следования импульсов ГЛИН:

 с^-1 (4.19) с^-1

5. Перечень элементов схемы

6. Принципиальная схема в Multisim

7. Изображение выходного сигнала

Изображение выходного сигнала получено при следующих параметрах схемы: Rн=20 кОм, С1=40nФ, R2=34 кОм, R1=7 кОм, R3=9,8 кОм.

Напряжение на входе равно 15 В.

Показания мультиметра

Изображение выходного сигнала ГЛИН на ОУ

Из рисунка видно, что скважность приблизительно равна 4.95, а рассчитанное значение равно 4.97. Выводы сделаны на основе данных из канала В: шкала равна 5 V/Div. Следовательно схема работает правильно и отвечает рассчитанным данным.

Список литературы

.        Гусев В.Г., Гусев Ю.М. - «Электроника»

.        Джонс М.Х. «Электроника - практический курс»

4.      Забродин Ю.С. - «Промышленная электроника»

5. Ибрагим - «Основы электротехники и электроники»

6.      Москатов - «Электоронная техника - учебник»