Расчет релаксационного генератора на ИОУ (стр. 1 из 2)

КУРСОВАЯ РАБОТА

ДИСЦИПЛИНА: Электроника

ТЕМА: Расчет релаксационного генератора на ИОУ ИСПОЛНИТЕЛЬ: ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ.. 3

ВВЕДЕНИЕ.. 4

1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СХЕМЫ... 7

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.. 11

3. СПЕЦИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ... 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 19

ЗАДАНИЕ

Разработать и рассчитать релаксационный генератор на ИОУ

(интегральной схеме операционного усилителя) в соответствии с данными, представленными:

· вид генератора - мультивибратор

· режим работы – автоколебательный

· период следования импульсов Т, мс – 0.09

· длительность выходного импульса t_u, мкс – 35

· длительность фронта выходного импульса

, мкс -

Проанализировать нестабильность длительности генерируемых импульсов разработанного релаксационного генератора в зависимости от разброса параметров навесных элементов.

ВВЕДЕНИЕ

Неотъемлемой частью почти любого электронного устройства является генератор гармонических или каких-либо других колебаний. Кроме очевидных случаев автономных генераторов (а именно генераторы синусоидальных сигналов, генераторы каких-либо функций, импульсные генераторы) источник регулярных колебаний необходим в любом периодически действующем измерительном приборе, в устройствах инициирующих измерения или технологические процессы, и вообще в любом приборе, работа которого связана с периодическими колебаниями.

Они присутствуют практически везде. Так, например, генераторы колебаний специальной формы используются в цифровых мультиметрах, осциллографах, радиоприемниках, ЭВМ, в любом периферийном устройстве ЭВМ (накопители на магнитной ленте или магнитных дисках, устройство печати, алфавитно-цифровой терминал), почти в любом цифровом приборе (счетчики, таймеры, калькуляторы и любые приборы с “многократным отображением”) и во множестве других устройств.

Устройство без генератора либо, либо предназначено для подключения к другому (которое скорее всего содержит генератор).

В зависимости от конкретного применения генератор может использоваться просто как источник регулярных импульсов («часы» в цифровой системе); от него может потребоваться стабильность и точность (например, опорный интервал времени в частотомере), регулируемость (гетеродин передатчика или приемника) или способность генерировать колебания в точности заданной формы (как например, генератор горизонтальной развертки осциллографа).

Возможность построения мультивибратора на ИОУ (интегральный операционный усилитель) обусловлена тем, что при соединении выхода ИОУ с его неинвертирующим входом получаем замкнутую резисторную или резисторно-конденсаторную цепь положительной обратной связи, обеспечивающую возможность возникновения лавинообразных процессов.

При этом напряжение на выходе ИОУ меняется скачкообразно от своего максимального до минимального значения и наоборот – при изменении знака напряжения входного дифференциального сигнала.

В импульсных устройствах широкое применение находят генераторы, выходное напряжение которых имеет форму, резко отличающуюся от синусоидальных. Колебания такой формы носят название релаксационных и бывают прямоугольными, пилообразными, пилообразно-импульсными и т.д.

Мультивибратор является релаксационным генератором. Он может работать в режиме автоколебаний, либо в ждущем режиме.

В режиме автоколебаний он не имеет состояния устойчивого равновесия. При работе мультивибратора в этом режиме существуют два чередующихся состояния квазиравновесия. Состояние квазиравновесия характеризуется сравнительно медленным изменением токов и напряжений, приводящих к некоторому критическому состоянию, при котором создаются условия для скачкообразного перехода мультивибратора из одного состояния в другое. Период колебаний при этом зависит от параметров схемы.

В ждущем режиме мультивибратор имеет состояние устойчивого равновесия и состояние квазиравновесия. Переход из первого во второе происходит в результате воздействия внешних запускающих импульсов, а возвращение в устойчивое состояние - самостоятельно по истечении некоторого времени, зависящего от параметров схемы.

1. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СХЕМЫ

Итак, мультивибратор – это релаксационный генератор, вырабатывающий импульсы почти прямоугольной формы. При выборе схемы реализации данного устройства мы будем стараться найти оптимальный вариант между простотой, низкой стоимостью и исходными данными задания.

Найдем скважность генерируемых импульсов:

(1)

где Т=0,09 мс – период следования импульсов

t_u=35 мкс – длительность выходного импульса

В нашем случае требуется получить генерируемые импульсы большой скважности

, следовательно, цепь заряда конденсатора должна отличаться от цепи разряда.

Выберем схему мультивибратора на ОУ, приведенной на рисунке №1.

В данном случае положительная обратная связь обеспечивается делителем напряжения на резисторах R1, R2.

В момент t=0 (рис.2) включается источник питания ИОУ. При этом начинает возрастать

, а следовательно, и напряжение, снимаемое с делителя R1, R2 и поданное на вход , что вызывает дальнейшее увеличение выходного напряжения , т.е. происходит лавинообразный процесс, в результате которого скачкообразно возрастает до значения (это первое состояние квазиравновесия), а - до значения , где

(2)

Напряжение

при этом практически не изменяется и равно нулю.

С увеличением t за счет заряда конденсатора через резистор

увеличивается напряжение по экспоненциальному закону

до значения Е.

В момент времени

. При этом уменьшается лавинообразно, меняя полярность на противоположную. В результате окончания этого лавинообразного процесса , а .

Конденсатор начинает разряжаться через резистор

и стремится перезарядиться до напряжения .

В момент, когда при перезагрузке конденсатора напряжение

достигает значения , вновь возникает регенеративный процесс, завершающийся переключением схемы во второе состояние квазиравновесия.

Таким образом, периодически происходит переход из одного состояния квазиравновесия в другое.

Первый импульс имеет меньшую длительность

, т.к он формулируется при зарядке конденсатора от нуля до , и определяется по формуле: , где

Последующие импульсы определяются по формуле:

(3)

Период следования импульсов в нашем случае равен:

,

(4)

где

и - сопротивления зарядного и разрядного резисторов соответственно.

Синфазный сигнал

мал и , а максимальный дифференциальный сигнал .