Розрахунок релаксаційного генератора на ІОУ

ЗМІСТ

ЗАВДАННЯ .. 3

ВСТУП .. 4

1. ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ СХЕМИ ... 7

2. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА .. 11

3. СПЕЦИФІКАЦІЯ ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ ... 17

ВИСНОВОК .. 18

Список використаної літератури ... 19

Розробити і розрахувати релаксаційний генератор на ІОУ

(Інтегральної схемою операційного підсилювача) відповідно з даними, представленими:

вид генератора - мультивібратор

режим роботи - автоколивальний

період проходження імпульсів Т, мс - 0.09

тривалість вихідного імпульсу tu, мкс - 35

тривалість фронту вихідного імпульсу, мкс -

Проаналізувати нестабільність тривалості генеруючих імпульсів розробленого релаксаційного генератора в залежності від розкиду параметрів навісних елементів.

Невід'ємною частиною майже будь-якого електронного пристрою є генератор гармонійних або будь-яких інших коливань. Крім очевидних випадків автономних генераторів (а саме генератори синусоїдальних сигналів, генератори будь-яких функцій, імпульсні генератори) джерело регулярних коливань необхідний у будь-якому періодично чинному вимірювальному приладі, в пристроях ініціюючих вимірювання або технологічні процеси, і взагалі в будь-якому приладі, робота якого пов'язана з періодичними коливаннями.

Вони присутні практично скрізь. Так, наприклад, генератори коливань спеціальної форми використовуються в цифрових мультиметра, осцилографах, радіоприймачах, ЕОМ, в будь-якому периферійному пристрої ЕОМ (накопичувачі на магнітній стрічці або магнітних дисках, пристрій друку, алфавітно-цифровий термінал), майже в будь-якому цифровому приладі (лічильники, таймери, калькулятори і будь-які прилади з "багаторазовим відображенням") і в безлічі інших пристроїв.

Пристрій без генератора або, або призначений для підключення до іншого (що швидше за все містить генератор).

Залежно від конкретного застосування генератор може використовуватися просто як джерело регулярних імпульсів («години» у цифровій системі); від нього може знадобитися стабільність і точність (наприклад, опорний інтервал часу в частотоміри), регульованість (гетеродин передавача або приймача) або здатність генерувати коливання в точності заданої форми (як наприклад, генератор горизонтальної розгортки осцилографа).

Можливість побудови мультивібратора на ІОУ (інтегральний операційний підсилювач) зумовлена ​​тим, що при з'єднанні виходу ІОУ з його неінвертірующего входом отримуємо замкнуту резисторні або резисторной-конденсаторну ланцюг позитивного зворотного зв'язку, що забезпечує можливість виникнення лавиноподібних процесів.

При цьому напруга на виході ІОУ змінюється стрибкоподібно від свого максимального до мінімального значення і навпаки - при зміні знаку напруги вхідного диференціального сигналу.

В імпульсних пристроях широке застосування знаходять генератори, вихідна напруга яких має форму, різко відрізняється від синусоїдальних. Коливання такої форми носять назву релаксаційних і бувають прямокутними, пилкоподібними, пилкоподібно-імпульсними і т.д.

Мультивибратор є релаксаційним генератором. Він може працювати в режимі автоколивань, або в режимі очікування.

У режимі автоколивань він не має стану стійкої рівноваги. При роботі мультивібратора в цьому режимі існують два що чергуються стану квазірівноваги. Стан квазірівноваги характеризується порівняно повільним зміною струмів і напруг, що призводять до деякого критичного стану, при якому створюються умови для стрибкоподібного переходу мультивібратора з одного стану в інший. Період коливань при цьому залежить від параметрів схеми.

У режимі очікування мультивібратор має стан стійкої рівноваги і стан квазірівноваги. Перехід з першого на друге відбувається в результаті впливу зовнішніх імпульсів, що запускають, а повернення в стійкий стан - самостійно після закінчення деякого часу, що залежить від параметрів схеми.

Отже, мультивібратор - це релаксаційний генератор, що виробляє імпульси майже прямокутної форми. При виборі схеми реалізації даного пристрою ми будемо намагатися знайти оптимальний варіант між простотою, низькою вартістю і вихідними даними завдання.

Знайдемо шпаруватість генеруючих імпульсів:

(1)

де Т = 0,09 мс - період проходження імпульсів

tu = 35 мкс - тривалість вихідного імпульсу

У нашому випадку потрібно отримати генеруються імпульси великої шпаруватості, отже, ланцюг заряду конденсатора повинна відрізнятися від ланцюга розряду.

Виберемо схему мультивібратора на ОП, наведеної на малюнку № 1.

У даному випадку позитивний зворотний зв'язок забезпечується дільником напруги на резисторах R1, R2.

У момент t = 0 (рис.2) включається джерело живлення ІОУ. При цьому починає зростати, а отже, і напруга, що знімається з дільника R1, R2 і подане на вхід , Що викликає подальше збільшення вихідної напруги, тобто відбувається лавиноподібний процес, в результаті якого стрибкоподібно зростає до значення (це перший стан квазірівноваги), а - до значення , Де

(2)

Напруга при цьому практично не змінюється і дорівнює нулю.

Зі збільшенням t за рахунок заряду конденсатора через резистор збільшується напруга за експоненціальним законом

до значення Є.

У момент часу . При цьому зменшується лавиноподібно, змінюючи полярність на протилежну. В результаті закінчення цього лавиноподібного процесу, а .

Конденсатор починає розряджатися через резистор і прагне перезарядитися до напруги.

У момент, коли при перезавантаженні конденсатора напруга досягає значення , Знову виникає регенеративний процес, що завершується перемиканням схеми в друге стан квазірівноваги.

Таким чином, періодично відбувається перехід з одного стану квазірівноваги в інше.

Перший імпульс має меншу тривалість, т.к він формулюється при зарядці конденсатора від нуля до, і визначається за формулою: , Де

Наступні імпульси визначаються за формулою:

(3)

Період проходження імпульсів у нашому випадку дорівнює:

,

(4)

де і - опору зарядного і розрядного резисторів відповідно.

Синфазний сигнал малий і, а максимальний диференціальний сигнал.

При виборі інтегральної схеми операційного підсилювача (ІОУ) необхідно звернути особливу увагу на той факт, що в запобіганні виходу з ладу ІОУ потрібно виконання умови, отже, , Де - допустимий диференціальний сигнал.

Вибір резисторів і з одного боку повинен забезпечувати виконання вищевказаного умови для, а з іншого боку - забезпечувати необхідну за завданням тривалість генерованого імпульсу за формулою (3).

Спираючись на результати теоретичної частини даної роботи, виберемо ІОУ, що задовольняє основним вимогам завдання та обраної схеми реалізації мультивібратора, а також зробимо розрахунок окремих елементів схеми забезпечують виконання необхідних параметрів пристрою.

Виберемо К574УД1 - швидкодіючий операційний підсилювач з польовими транзисторами на вході. Володіє високим вхідним опором, великою частотою одиничного посилення і високою швидкістю наростання вихідної напруги.

Допустимі значення параметрів:

E = 15, B

U вих мах = 10, У

Uсф м = 10, У

Кu = 50000

Rвх = 10000 МОм

Rвих = 1 кОм

Vu вих = 90 в / мкс

1) Відповідно до теоретичної частини роботи:

, Отже

, Також

2) Підберемо параметри резисторів R1 і R2.

Реальні значення і впливають на тривалість і форму генерованих імпульсів. Проте це вплив незначний, якщо

опору резисторів R1 і R2 задовольняють нерівності:

Отже, R1 і R2 повинні лежати в межах від

1 кОм до 10000 МОМ, а також має виконуватися .

Візьмемо кОм і кОм

умова виконана.

3) Підберемо параметри для времязадающей ланцюга:

Чим менше , Тим швидше відбувається перезаряд конденсатора і тим вище частота вихідного сигналу.

Проте слід мати на увазі, що при малих значеннях постійної часу може спостерігатися явище збудження паразитних коливань. Для забезпечення стійкості генерації коротких імпульсів доцільно використовувати найбільш раціональний шлях - зменшення коефіцієнта зв'язку з неінвертуючий вхід при значеннях времязадающей ланцюга, що перевищують критичну величину. При цьому стабільна робота мультивібратора спостерігається при значеннях.

з

Необхідно підібрати параметри , І таким чином, щоб виконати рівність.

с.

Виберемо Ом, Ом, Ф враховуючи, що на розряд конденсатора часу має піти більше ніж на заряд.

с.

мс.

4) Тривалість фронтів вихідних імпульсів у розглянутому мультивібраторі залежать від граничної швидкості вих наростання вихідної напруги використовуваної мікросхеми операційного підсилювача:, у нас за умовою завдання мкс.

умова виконана.

Тривалість фронту вихідного імпульсу. Чим менше ставлення тим форма імпульсу ближче до прямокутної.

№ п / п	Позначення	Тип	Кількість
1		Резистор МЛТ-0, 5 - 1.3 кОм 5%	1
2		Резистор МЛТ-0, 5 - 3.6 кОм 5%	1
3		Резистор МЛТ-0, 5 - 9.1 кОм 5%	1
4		Резистор МЛТ-0, 5 - 4.7 кОм 5%	1
5		Конденсатор К1030 - 0.01 мкФ	1
6		Операційний підсилювач К574УД1	1

У курсовій роботі був розроблений релаксаційний генератор на ІОУ з великою скважностью генеруючих імпульсів в режимі автоколивання. У процесі її виконання отримані навички вибору схеми та її елементів залежно від необхідного результату.

Придбано знання про основні властивості інтегральних операційних підсилювачів, використовуваних при побудові імпульсних генераторів різного призначення, зокрема з використанням в даній курсовій роботі ІОУ К574УД1.

1. П. М. Грицівського, А. Є. Мамченко, Б. М. Степенскій Основи автоматики, імпульсної та обчислювальної техніки. - М., «Радіо і зв'язок», 1987р.

2. П. Хоровіц, У. Хилл Мистецтво схемотехніки-1 - М.; «Світ» 1993 р.

3. Довідник: Інтегральні мікросхеми. Операційні підсилювачі Том I. - М.; ВО «Наука» 1993р.

ДОДАТОК