Генератор сигналів пилкоподібної форми з детальною розробкою заданого генератора - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Генератор сигналів пилкоподібної форми з детальною розробкою заданого генератора

Загальні принципи побудови генераторів. Структурна, принципова і функціональна схема генератора пилкоподібної напруги. Генератори пилкоподібної напруги на операційних підсилювачах. Розрахунок струмостабілізуючого елемента на операційному підсилювачі.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


«Генератор сигналів пилкоподібної форми з детальною розробкою заданого генератора»
Генератор пилкоподібної напруги - це генератор лінійно-змінювальної напруги, електронний пристрій, що формує періодичні коливання напруги пилкоподібної форми. Основне призначення: управління тимчасовою розгорткою променя в пристроях, що використовують електронно-променеві трубки. Застосовують також у пристроях порівняння напруг, тимчасової затримки та розширення імпульсів. Для отримання пилкоподібної напруги використовують процес заряду (розряду) конденсатора в ланцюзі з великою сталою часу. Пилкоподібна напруга - це така напруга, яка наростає або спадає лінійно протягом деякого відрізка часу, званого часом робочого ходу та досягає початкового значення.
Така напруга використовується пристроями порівняння, для горизонтальної розгортки електронного променя в електронно-променевих трубках та в інших пристроях. Повернення променя в початкове положення повинно відбуватися, можливо, швидше, внаслідок чого спадаюча ділянка пилкоподібної напруги повинна мати велику крутизну і малу тривалість.
Пилкоподібні імпульси можна отримати за допомогою будь-якого релаксатора: мультивібратора, одновібратора або блокінг-генератора. Тому генератори пилкоподібної напруги становлять особливий клас імпульсних пристроїв і заслуговують спеціального розгляду. Генератори пилкоподібної напруги є широко відомими пристроями імпульсної техніки.
1 . Загальна характеристика і принципи побудови генераторів
Імпульси напруги пилкоподібної форми можуть бути як позитивної, так і негативної полярності. На рис (1.1) показана реальна форма пилкоподібного імпульсу позитивної полярності.
Рисунок 1.1 ? Пилкоподібний імпульс
Найважливішими параметрами пилкоподібних імпульсів є: тривалість прямого (робочого) ходу , тривалість зворотного ходу , період повторення Т, амплітуда імпульсу U. Оскільки суворо лінійний закон зміни напруги U(t) отримати неможливо, ступінь відхилення цієї напруги від лінійного закону характеризує закон нелінійності:
де | u `(t) | t=0 і | u` (t) | t = - відповідно швидкість зміни напруги на початку і в кінці робочого ходу.
У режимі очікування є ще тривалість паузи , протягом якої U(t) = const. У практичних схемах генераторів пилкоподібної напруги tпр знаходяться в межах від десятих часток мікросекунди до десятків секунд, - від 1 до 20% від tпр, U - від одиниць до тисяч вольт. Значення так само залежить від призначення схеми і допускається до 10%. Параметром, що характеризує схему генератора імпульсів, є коефіцієнт використання напруги джерела живлення , під яким розуміють відношення:
Найпростіший принцип отримання пилкоподібної напруги заснований на процесі заряду або розряду конденсатора C через резистор R (рис. 1.1.б). Якщо ключ S розімкнений, то конденсатор заряджається від джерела постійної напруги E. При цьому напруга на конденсаторі U c (на виході схеми), прагне до асимптотичного рівня E (рис. 1.1.а) змінюється за експоненціальним законом:
Замикання ключа S призводить до швидкого розряду конденсатора. Швидкість розряду конденсатора залежить від опору ключа в замкнутому стані. Потім процес повторюється. Прямий хід пилкоподібної напруги в цій схемі формується при розімкнутому ключі, а зворотний ? при замкнутому. Таким чином, для реалізації цього принципу генератор повинен містити зарядний або розрядний пристрій, інтегруючий конденсатор або ключ.
Взявши похідні du c /dt виразу (1.3) при t = 0 і t = tпр і підставивши їх у формулу (1.1), для коефіцієнта нелінійності отримуємо:
Так як при t = t пр , U c = U m , то, згідно рівності (1.3):
Отже, високий ступінь лінійності пилкоподібної напруги (мале е) можна отримати за умови E >>U m . Це призводить до поганого використання напруги джерела живлення. Наприклад, при U m = 10В і е = 1%, E = 1000В.
Відомо, що напруга на конденсаторі U c пов'язана з протіканням через нього струмом співвідношенням:
Якщо i c = I = const, то U c = It/C = kt змінюється в часі за лінійним законом. Отже, для отримання пилкоподібних напруг, що змінюються з відхиленнями від лінійного закону, які у багато разів менше, ніж аналогічні відхилення у схемі (рис. 1.1.б), необхідно, щоб зарядний струм конденсатора був постійний. Для цих цілей застосовують струмостабілізуючі елементи (ССЕ), струм яких не залежить від прикладеної напруги. Схема отримання пилкоподібної напруги з зарядним ССЕ показана на рис. 1.1.в.
Реально не існує елементів або двополюсників, які забезпечували б ідеальну залежність U c =kt. Однак, якщо використовувати як ССЕ колекторно-емітерний ланцюг транзистора, колекторний струм якого на робочому місці характеристики майже не залежить від колекторної напруги, то напруга на конденсаторі з певним ступенем наближення можна вважати лінійнозмінюваним. Одним із способів стабілізації струму заряду або розряду конденсатора є застосування в схемі генератора зворотних зв'язків.
1.1 Структурна схема генератора пилкоподібної напруги
На основі проведеного аналізу принципів побудови генераторів обрана структурна схема генератора в режимі очікування, керований окремим вхідною напругою (імпульсами). Такого роду вибір обумовлений, можливістю такого генератора досить просто регулювати тривалість робочого ходу і частоти проходження вихідних імпульсів шляхом зміни параметрів керуючого сигналу не зачіпаючи схему самого формувача лінійних імпульсів напруги. Згідно з принципами побудови генераторів пилкоподібної напруги структурна схема повинна складатися з наступних елементів:
1) Струмостабілізуючий елемент (ССЕ), що забезпечує постійний в часі струм заряду конденсатора C.
2) Конденсатор С, на якому формується лінійно змінююча напруга.
3) Ключовий пристрій (КП), за допомогою якого здійснюється перемикання формування прямого і зворотного ходу вихідної напруги.
4) Формувач імпульсів (ФІ), що забезпечує імпульсні сигнали управління ключовим пристроєм (задає тривалість робочого ходу і частоту проходження вихідних імпульсів пилкоподібної напруги).
5) Емітерний повторювач (ЕП), що погоджує великий опір навантаження операційного підсилювача(ОП) з малим опором навантаження генератора.


Рисунок 1.1.1 ? Структурна схема генератора пилкоподібної напруги
1.2 Функціональна схема генератора пилкоподібної напруги
Принцип дії схем генераторів пилкоподібної напруги полягає у використанні заряду або розряду конденсатора під час робочого ходу через стабілізатор струму. При цьому вони відрізняються один від одного, головним чином, лише способом створення напруги в ланцюзі стабілізатора струму. Тому класифікаційною ознакою розрізняють такі типи генераторів:
1) Генератори, в яких стабілізатор струму реалізований у вигляді окремого структурного елемента зі спеціальним джерелом напруги Е ст .
2) Генератори, в яких джерело напруги Е ст стабілізатора струму реалізоване у вигляді зарядженого конденсатора. Необхідно відзначити, що цей генератор по іншим класифікаційним ознакам часто відносять до групи компенсаційних пристроїв. Ідея побудови таких пристроїв заснована на тому, що стабілізація зарядного (або розрядного) струму конденсатора С може бути досягнута, якщо послідовно з ним включити джерело, напруга якого змінюється за тим же законом, що і на конденсаторі С, але має зворотну полярність. Роль такого джерела напруги виконує підсилювач. Залежно від способу включення підсилювача розрізняють схеми з позитивним і негативним зворотнім зв'язком.
Рисунок 1.2.1 ? Функціональна схема генератора: а) з позитивним зворотнім зв'язком; б) з негативним зворотнім зв'язком
На рис. 1.2.1.а, показаний варіант функціональної схеми компенсаційного генератора з позитивним зворотним зв'язком (ПЗЗ): якщо коефіцієнт посилення підсилювача К 0 = +1, то підвищення потенціалу в точці при заряді конденсатора С компенсується точно таким же підвищенням потенціалу в точці зарядний струм залишиться незмінним. Звичайно, в практичних схемах внаслідок того, що коефіцієнт підсилення К 0 не залишається в процесі роботи постійним і точно рівним 1, а також в результаті нестабільності інших параметрів схем спостерігається певна не сталість струму , і більше чи менше значення коефіцієнта нелінійності напруги на конденсаторі і вихідної напруги . Генератор, який реалізує функціональну схему на рис. 1.2.1. а, називають компенсаційним генератором з ПЗЗ.
3) Генератори, в яких роль джерела напруги стабілізатора струму виконує джерело живлення схеми. Такий генератор по іншим класифікаційним ознакам відноситься до компенсаційних генераторів з НЗЗ (негативним зворотним зв'язком); функціональна схема такого генератора показана на рис. 1.2.1, б.
Якщо в цій схемі коефіцієнт підсилення К 0 нескінченно великий, то можна вважати, що напруга на виході кінцево при напрузі на вході підсилювача, що дорівнює нулю: U=0 (тобто = U c ), і зарядний струм i=E 0 /R постійний. Звичайно, в реальних схемах К 0 ??, але при достатньо великому значенні К 0 зміна зарядного струму i в міру заряду конденсатора С мало і коефіцієнт нелінійності так само малий. Зауважимо, що відповідно за функціональною схемою рис. 1.2.1.б, будуються інтегруючі операційні підсилювачі, призначені для реалізації математичної операції інтегрування.
Дійсно, при досить більшому коефіцієнті підсилення К 0 ?0,
де i=E 0 /R, або в загальному випадку: i?(t)/(R), якщо замість джерела E 0 діє джерело змінюваної напруги U вх (t) і, отже,
1.3 Принципова схема генератора пилкоподібної напруги
У найпростішому випадку, коли не потрібна висока лінійність робочої ділянки вихідної напруги, застосовують заряд (рис. 1.3.1, а) або розряд конденсатора через резистор R (ф=RC.) Після розмикання ключа конденсатор заряджається за законом:
Якщо під час робочого ходу використовувати лише експоненти, тобто при t ро б <<ф, або, іншими словами, при U m <I б.н =I к.н /в=E к /вR к . Передбачається, що R г >>R вх , (R вх - вхідний опір відкритого транзистора, вихідна напруга U=U к.н ? 0). Формування робочого ходу відбувається в інтервалі часу t раб , коли транзистор замкнений завдяки впливу негативного вхідного імпульсу (в дійсності, початок робочого ходу виявляється затриманим щодо моменту t` на значення t 3 01 , обумовлене процесом розсмоктування заряду з бази насиченого транзистора, але зазвичай t 3 01 <>U m ); для запобігання пробою включається фіксуючий діод Д ф ; при напрузі U?Е ф (U m >RI к.0 ).
Рисунок 1.3.1? Принципова схема генератора пилкоподібної напруги та часові діаграми напруги
З (1.3.4) видно, що опір навантаження робить істотний вплив на коефіцієнт нелінійності і в цьому полягає ще один недолік розглянутого генератора пилкоподібної напруги. Тільки R н >>R к маємо е ?U m /E к .
Зворотній хід формується після припинення дії вхідного імпульсу, при t > t`` транзистор відмикається і, хоча струм бази I 1 б великий, він працює в активному режимі, тому що напруга на колекторі завдяки наявності конденсатора не змінюється стрибком. Конденсатор розряджається практично постійним струмом i Сразр =в I 1 б -i R ?в I 1 б , так як i R ?I к.н < в I 1 б ; тривалість зворотного ходу:
Враховуючи, що тривалість робочого ходу:
t обр /t раб =I к.н /в I 1 б =1/S (1.3.7)
де S - коефіцієнт насичення транзистора.
Для скорочення t обр при заданому t раб можна було б збільшити коефіцієнт насичення S (зменшити R б ), але це призводить до збільшення тривалості затримки вимкнення транзистора.
2 . Генератори пилкоподібної напруги на операційних підсилювачах
Інтегруюче включення операційного підсилювача, що забезпечує отримання вихідної напруги, пропорційного інтегралу від вхідної напруги, передбачає включення конденсатора в ланцюг негативного зворотнього зв'язку. Тому генератори пилкоподібної напруги на операційних підсилювачах будують за принципом генераторів зі зворотним зв'язком, інтегруючих постійне напруги джерела живлення, яке для них є вхідним.
На рис. 2.1.а, показана схема генератора пилкоподібної напруги з інтегруючим RC-ланцюгом, включеної в ланцюг негативного зворотного зв'язку операційного підсилювача.
Рисунок 2.1 ? Генератор пилкоподібної напруги з інтегруючим RC-ланцюгом
У момент часу t 1 , ключ К розмикається і здійснюється прямий хід, а в момент часу t 2 ключ замикається, ємність C розряджається і на виході встановлюється нульова напруга. З наведених нижче виразів випливає, що ємність C заряджається майже постійним струмом, а значить, напруга на ній (як і напруга ) змінюється за лінійним законом (рис. 2.1. б).
Струм, який протікає через резистор R визначається виразом:
Якщо операційний підсилювач близький до ідеального, (К>?, U вх >0, i_>0), то i R =E/R=const, і U вих = - U c +U вх = - U c = -1/C. З виразу i R = i c +i з урахуванням, що i_= 0, отримуємо i R = i c . Отже:
При надходженні вхідного імпульсу на ключовий пристрій (транзистор), відкривається і конденсатор C починає розряджатися по експоненті через колекторний ланцюг транзистора. Згідно з методикою визначення тривалості експонентного процесу:
T процесу = фln (0,99/0,01) ? 4,6ф (2.3)
де R кл - опір ключового пристрою (в режимі насичення);
R вих - вихідний опір операційного пристрою;
Час формування робочого ходу дорівнює паузі між керівними імпульсами (коли ключовий пристрій у режимі відсічення).
На рис. 2.2 зображені графіки, які пояснюють роботу генератора пилкоподібної напруги (U кн ? напруга насичення колекторного переходу, t п ? тривалість паузи між імпульсами вхідного сигналу).
Рисунок 2.2 ? Робота генератора пилкоподібної напруги
Ключовий пристрій (КП) являє собою насичений транзисторний ключ рис. 2.3.
Схема складається з комутованого та керуючого ланцюгів. Комутований ланцюг утворений резистором R к і джерелом напруги живлення E и.п. При будь-якому стаціонарному режимі роботи пристрою колекторна напруга U кэ і струм колектора I к пов'язані рівнянням Кірхгофа:
I к =(E и.п.- U кэ )/R к +I вих . (2.5)
Рівняння (2.5) представлене на колекторних характеристиках транзистора (за умови I вих = 0) у вигляді навантажувальної прямої. Комутоване коло замкнуте, коли транзистор знаходиться в режимі насичення. При цьому струм згідно (2.5):
I к =I к нас =(E и.п .-U кэ нас ) /R к (2.6)
Для кремнієвих планарних транзисторів зазвичай U кэ нас =0.2 - 0.4В, тому, як правило, можна вважати, що U кэ нас <Генератор сигналів пилкоподібної форми з детальною розробкою заданого генератора курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Контрольная Работа Номер 2 П 5 8
Музыка Советского Анимационного Кино Диссертации
Реферат по теме Безопасность Республики Беларусь в военной сфере
Каким Должен Быть Поэт Сочинение
Эссе В Медицинский Колледж Тольятти
Лабораторные Работа Фотография
Реферат: Сканеры. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа по теме Расчёт центробежного насоса
Столбняк Реферат Заключение
Доклад по теме Что важно знать о простуде?
Реферат по теме Кадры, труд и оплата труда в нефтяной и газовой промышленности
Отчет по практике по теме Разгон процессора
Реферат: Схема вызова всех служб города Кургана
Чем Магистерская Работа Отличается От Бакалаврской
Реферат На Кабардинском Языке Гущэхэпхэ
Написание Сочинение Огэ 15.3
Сочинение Летние Каникулы 9 Класс
Контрольная работа по теме Велика Хартія вольностей
Курсовая работа по теме Визначення проблем дослідження споживчої поведінки на ринку кімнатних рослин та шляхів їхнього подолання
Курсовая работа: Оценка конкурентоспособности вин. Скачать бесплатно и без регистрации
Лица, участвующие в деле - Государство и право контрольная работа
Уголовный процесс - Государство и право шпаргалка
Гражданство республики Казахстан - Государство и право курсовая работа