Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра Информационно-измерительной техники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к расчетно-графической работе по курсу Электроника и ИИТ

Проектирование перестраиваемого генератора синусоидального напряжения с устройством индикации частоты и источником питания

Группа ЭСиС-405сб

Студент Родионов Е. Б.

Консультантка Кипелова Е.Ю.

Приняла Кипелова Е. Ю.

Уфа 2008 г.

Содержание

Техническое задание

Введение

Проектирование генератора синусоидального напряжения

1. Выбор типа схемы генератора

2. Проектирование генератора

Проектирование частотомера

Проектирование блока питания

Заключение

Библиографический список

Техническое задание

Разработать перестраиваемый генератор синусоидального напряжения, с источником питания и устройством индикации частоты выходного сигнала.

Параметры	Значение
Нижняя граница диапазона частот усилителя, Гц	1000
Верхняя граница диапазона частот усилителя, Гц	10000
Нестабильность частоты выходного напряжения, не более Гц	10^-6
Максимальное выходное напряжение, В	15
Нестабильность амплитуды выходного напряжения в полосе рабочих частот на х.х. не более, %	2
Приведенный дрейф нуля, не более, мкВ/град	0,5
Минимальное сопротивление нагрузки, Ом	1500
Дополнительная погрешность амплитуды выходного напряжения при подключении R_Н_min, не более, %	1,5
Рабочий диапазон температур, ⁰С	10-50
Погрешность дискретности встроенного цифрового частотомера, Гц	1
Время индикации частоты, с	5
Тип ячейки индикации	Жидкокристаллическая
Элементная база частотомера	КМОП

Напряжение питания 220 В, частота 50 Гц.

Введение

Существует множество подходов к построению аналоговых электронных устройств, с требуемыми в техническом задании характеристиками. Их можно реализовать при помощи: различных структурных схем, последовательностях расчёта, а также при других параметрах элементов в идентичных схемах. При проектировании электронного аналогового устройства наиболее часто приходится оценивать такие показатели, как степень сложности устройства, его стоимость, унификацию компонентов схемы и их количество.

Поэтому наша задача в данном проекте смоделировать устройство, которое отвечало бы требованиям технического задания, и было бы качественным, надёжным и экономически выгодным.

Проектирование генератора синусоидального напряжения

1. Выбор типа схемы генератора

Генераторы синусоидального напряжения используются в измерительной технике для исследования и настройки измерительной аппаратуры.

Задающие генераторы с самовозбуждением по виду частотно-зависимой цепи обратной связи могут быть представлены тремя основными группами: LC-генераторами, RC-генераторами и кварцевыми генераторами.

Наиболее стабильными из данных групп генераторов являются кварцевые генераторы, в которых энергия электрического поля преобразуется в энергию механических колебаний. Температурный коэффициент изменения его резонансной частоты очень мал. Практически достижимые значения нестабильности частоты кварцевого генератора DF/F лежат в пределах от 10^-6 до 10^-10, т.е. для построения нашего генератора целесообразно выбрать именно эту группу генераторов.

2. Проектирование генератора

Генератор с кварцевым резонатором предназначен для получения по настоящему стабильных колебаний на высокой частоте. В нем используется кусочек кварца (искусственного – двуокись углерода), вырезанный и отшлифованный таким образом, что он имеет определенную частоту колебаний (32768 Гц).

Высокая добротность Q(10000) и хорошая стабильность делают естественным его применение как задающего элемента в генераторах и фильтрах с улучшенными параметрами. В данном проекте, генератор выполнен на основе микросхемы К561ЛА7.

Так как данная частота (32768 Гц) превышает диапазон необходимых частот (30-500 Гц) после кварцевого генератора необходимо поставить перестраиваемый делитель частоты, так называемый счётчик с предварительной установкой.

Счётчик с предварительной установкой представляет собой устройство, которое формирует выходной сигнал тогда, когда число входных импульсов равно предварительно выбранному числу М. Выходной сигнал может быть использован как сигнал запуска определённой операции. При этом останавливается процесс счета, для того чтобы счётчик не изменял своего состояния или опять устанавливался в начальное состояние. Разрешая после сброса дальнейшую работу, получаем счётчик по модулю m, цикл счёта которого определяется заранее выбранным числом.

Большинство синхронных счётчиков имеют дополнительные входы с помощью которых реализуется параллельная работа. При этом можно легко осуществить описанную функцию предварительной установки. Введём в счётчик число Р=Z_МАКС-М, установив для этого на входе разрешения L=1, и подадим тактовый импульс Ф. Для двоичного сигнала число Z_МАКС-М вычислить особенно легко: оно равно обратному двоичному коду числа М. После прохождения М тактовых сигналов будет достигнуто состояние Z_МАКС. Об этом можно узнать без дополнительного дешифратора, так как на выходе переноса СЕ появляется 1, которая может служить признаком начала выполнения желаемой операции.

Если управляемая схема не синхронизирована с тактовым сигналом Ф, нежно преобразовать СЕ в переменную С_ф=СЕ∙Ф и осуществлять управление так, чтобы избежать ошибочного запуска из-за неустановившегося переходного состояния.

Если счётчик должен продолжать работу в циклическом режиме, то достаточно соединить L-вход с 1. Тогда счётчик устанавливается М+1-м тактовым импульсом в исходное состояние.

В качестве такого счётчика будем использовать микросхему 564ИЕ15 с делением частоты на N=M*(1000P1+100P2+10P3+P4)+P5; M – модуль уст. вх. Ка, Кб, Кс. Р1, Р2, Р3, Р4 – умножители уст. вх. J1-J4; J13-J16; J9-J12; J5-J8; P5 – остаток уст. вх. J2-J4.

Согласно техническому заданию необходимо спроектировать генератор синусоидального напряжения в диапазоне частот: (30-500) Гц, следовательно после кварцевого генератора необходимо поставить сглаживающий перестраиваемый на частоты R-C фильтр.

Данная схема представляет собой активный фильтр, выполненный на операционном усилителе К140УД26А с коэффициентом усиления К=1.

По техническому заданию необходимо усиливать сигналы имеющие частоту от 30 до 500 Гц. Примем частоту срезы равной F_СР=1000 Гц и произведем расчёт фильтра.

Выберем резисторы R₁₁ и R₉. Так как ОУ (К140Уд26А) не может работать на нагрузку менее 2 кОм, то резисторы возьмём равными R₁₁ = R₉=10 кОм.

Произведем расчёт g:

Произведем расчёт m:

Коэффициенты усиления усилителя на низших частотах и f_ср=100 Гц:

Коэффициент частотных искажений:

Рассчитаем относительную мультипликативную погрешность, определяемую неточностью используемых резисторов:

Рассчитаем погрешность вызванную напряжением смещения и входными токами ОУ, так называемую приведенную аддитивную погрешность:

Резистор R₁₀ вводится в ОУ с целью уменьшения погрешности от входных токов операционного усилителя. Полная коррекция погрешностей от этих токов достигается при равенстве сопротивления резистора R₁₀ сопротивлению параллельно включенных резисторов R₁₁ и R₉:

(Ом).

Рис.1 RC-фильтр

(Ом).

Определившись с резисторами находим ёмкость конденсатора С₅. Из формулы для данного фильтра:

. Получаем искомое значение емкости, по ряду Е192 выбираем конденсатор С₅=160 нФ.

Перестройка фильтра на другие частоты среза обеспечивается включение шунтирующих конденсаторов. Схема состоит из пяти пределов измерения. На пределе измерения 1 подключается емкость С₅, на пределе измерения 2 подключается С₄, емкость которого примерно в а раз меньше С₅. Аналогично рассчитываются остальные емкости.

Проектирование перестраиваемого генератора синусоидального напряжения с устройством индикации частоты и источником питания (стр. 1 из 3)

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА