ГЕНЕРАТОР ТРИКУТНИХ НАПРУГ
Пояснювальна записка до курсового проекту
з дисципліни ” Основи електроніки ”
за спеціальністю
6.097302 “Метрологія та вимірювальна техніка”
08 – 03.КП.021.00.000ПЗ
Вінниця ВНТУ 2008
Зміст
Вступ
1. Розробка технічного завдання
2. Розробка структурної схеми
2.1 Аналіз існуючих методів вимірювання та формування напруги
2.2 Розробка структурної схеми перетворювача
2.3 Попередній розрахунок АМВ
2.4 Попередній розрахунок підсилювача потужності
2.5 Попередній розрахунок підсилювача напруги
2.6 Попередній розрахунок первинного перетворювача
2.7 Розробка детальної структури схеми
3. Електричні розрахунки
3.1 Електричний розрахунок підсилювача потужності
3.2 Розрахунок підсилювача напруги
3.3 Електричний розрахунок первинного перетворювача
3.4 Електричний розрахунок автоколивального мультивібратора
4. Моделювання одного з вузлів
Висновки.
Список літератури
Додаток А. Генератор трикутних напруг. Схема електрична принципова
УДК. 621.38
Генератор трикутних напруг. Курсовий проект.
ВНТУ, 2008, Українська мова; сторінок 35; додатки 3.
Анотація
У даному курсовому проекті було розроблено та реалізовано генератор трикутних імпульсів типу RC. Цей генератор здатен формувати трикутну напругу на виході, при чому регулювати амплітуду та періоду повтору імпульса. Максимальна напруга вихідного сигналу не перевищує 10(В) на опорі навантаження 4(Ом). Перетворювач забезпечує високу точність, тобто похибка складає менше 1%.
Вступ
Ефективність електронної апаратури обумовлена високою швидкодією, точністю та чутливістю елементів, що до неї входять, найважливішими з яких є електронні прилади. За допомогою цих приладів можна порівняно просто та в багатьох випадках з високим ККД перетворювати електричну енергію по формі, величині і частоті струму або напруги. Такий процес перетворення енергії здійснюється в багатьох схемах електронної апаратури (випрямлячах, підсилювачах, генераторах).
Окрім того, за допомогою електронних приладів вдається перетворити неелектричну енергію в електричну і навпаки (наприклад, у фотоелементах, терморезисторах). Різноманітні електронні передавачі та вимірювальні прилади дозволяють з високою точністю вимірювати, регіструвати та регулювати зміни різних неелектричних величин – температури, тисків, пружних деформацій, прозорість і т. д.
Процеси перетворення енергії в приладах електроніки відбуваються з великою швидкістю. Це зумовлено малою інерційністю, характерною для більшості електронних приладів, дозволяючи застосовувати їх в широкому діапазоні частот. При цьому досягається така висока чутливість, яка не може бути отримана у приладах іншого типу. Електронні прилади легко виявляють малі.
Тенденція розвитку така, що частка електронних інформаційних пристроїв і пристроїв автоматики безупинно збільшується. Це є результатом розвитку інтегральної технології, упровадження котрої дозволило налагодити масовий випуск дешевих, високоякісних, що не вимагають спеціального настроювання і налагодження мікроелектронних функціональних вузлів різного призначення. Вони являють собою напівпровідникові пластини малої товщини, на якій на площах у долі декілька квадратних міліметрів виконані десятки тисяч електрично-з'єднаних між собою відповідно до необхідних схем елементів електроніки (польових і біполярних транзисторів, конденсаторів та ін.). Причому ці елементи, як правило, одержують одночасно (по груповій технології) у єдиному технологічному циклі, що майже цілком автоматизований. Тому вартість інтегральних схем при масовому виробництві мало залежить від кількості в них елементів і розкид параметрів від зразка до зразка порівняно невеликий.
Використання базових матричних кристалів і що програмуються логічних матриць є іншим способом розширення функціональних можливостей інтегральних схем. У масовій кількості виготовляються єдині матриці нескомутованих (не з'єднаних між собою) елементів. Електричні зв'язки між ними виконують індивідуально на етапі формування розведення, виходячи з вимог замовника. Виготовивши базову матрицю або що програмується логічну матрицю одного типу, на її основі можна створити сотні різноманітних функціональних вузлів різного призначення. Причому різниця між базовими матричними кристалами і логічними що програмуються матрицями полягає в тому, що в останніх з'єднаннях можна не тільки створювати, але і руйнувати.
Створено також більш прості напівзаказні інтегральні схеми, що містять набори елементів. З них можуть бути отримані й аналогові пристрої, наприклад підсилювачі електричних сигналів. Це дозволяє знизити витрати на проектування і виробництво електронних пристроїв різного призначення і зменшити терміни їх впровадження в серійне виробництво.
У розвитку електроніки протягом багатьох років залишається стабільним тільки одне – це безупинна зміна елементної і схемотехнічної баз.
У зв'язку із широким вибором інтегральних схем, параметри яких відомі з технічних умов, змінилися задачі, що стоять перед розроблювачами електронної апаратури. Якщо раніше значна частина часу ішла на розрахунки режимів окремих каскадів, визначення їхніх параметрів, рішення питань термостабілізації і т. п., то в даний час головна увага приділяється питанням вибору схем з'єднань і взаємного узгодження мікросхем.
Типові мікровузли дозволяють зібрати потрібний електронний блок без детального розрахунку окремих каскадів. Розроблювач електронної апаратури, визначивши, які перетворення повинний перетерпіти електричний сигнал, підбирає необхідні інтегральні мікросхеми, розробляє схему їхніх з'єднань і вводить зворотні зв'язки необхідного вигляду. І тільки в тому випадку, що коли випускаються інтегральні мікросхеми не дозволяють вирішити якійсь конкретне питання, до них добавляють окремі вузли на дискретних компонентах, що вимагають проведення відповідних розрахунків, або розробляють мікросхеми часткового застосування.
Ефективне застосування інтегральних мікросхем, особливо аналогового типу, неможливо без знання принципів їхньої дії й основних параметрів, а також теорії електронних кіл. Тому вивченню даної дисципліни звичайно приділяється підвищена увага.
Розробка структурної схеми
Попередній розрахунок АМВ
Даний каскад використовується для генерування імпульсів зі сталою напругою та змінною частотою. Особливих вимог до даного генератора не висувається.
Розрахуємо діапазони зміни Rx для для зміни тривалості імпульсу на виході автоколивального мультивібратора
Наведемо можливі межі опору:
кГц,
кГц,
Розрахуємо динамічний діапазон.
D= 
, (9)
D= 
.
Оскільки заданий діапазон є більшим за 10, то виконаємо його розбиття на під діапазони:
D 
= 
, (10)
D = 
=2,
D 
= 
, (11)
D= 
=5.
D 
= 
, (12)
D= 
=1.
Таким чином при проведенні подальших розрахунків необхідно врахувати ці під діапазони при виборі елементів даного вузла схеми.
Для такого ОМВ тривалість сформованого імпульсу:
, (13)
Для зручності оберемо напругу на виході 5В. Період повтору лежить в межах 10мс до 10мкс.
Тому напруга на виході генератора не повинна бути висока для зменшення похибки. Нехай Uвих=5(В), тоді 
=(1,2...1,4) Uвих =(6..7)(В)
Задамося = 
(В).
Визначимо напругу живлення за заданою амплітудою вихідних імпульсів гранична частота лежить в межах 
, а 
:
,
,
,
;
Виберемо ОП К574УД1
Основні параметри:
(нА) вхідний струм
(В) максимальна вихідна напруга
(Ом) вихідний опір
(МГц) гранична частота
Діапазон робочих температур = (45-70) 
С
Електричні розрахунки
Електричний розрахунок АМВ
На рисунку 3.5 зображена схема АМВ електрична принципова.
Рисунок 3.5 – Схема АМВ електрична принципова
Розрахуємо опір.
Вхідні данні:
Частота модуляції fmax= 100(кГц)
Umax=5(В)
Визначимо напругу живлення за заданою амплітудою вихідних імпульсів:
=(1,2…1,4) 
=6…7(В).
Оберемо 
=12(В).
Оскільки частота f = 100(кГц), задавшись ємністю конденсатора С1=1000(пФ) розрахуємо значення резистора R1:
(36)
R1 С2-23-7,1 кОм, Р=0,125Вт, 
А також конденсатор:
С1 КМ6М47-1000пФ , 
20%
Знаючи, які значення опорів приймають в діапазонах опір 
визначимо коефіцієнт підсилення по напрузі для формування прямокутних імпульсів. Задамося опором R3 =1(кОм)
R3 С2-23-1Ом, Р=0,125Вт, 
1%
(кОм) 
,
(кОм) 
,
(кОм) 
,
Проведемо розрахунок опорів 
, 
, 
:
С2-23-10кОм, Р=0,125Вт, 1%
С2-23-4кОм, Р=0,125Вт, 1%
С2-23-1Ом, Р=0,125Вт, 1%
Моделювання одного з вузлів
Проведемо моделювання одного з вузлів перетворювача з метою впевнитись у його працездатності. Проведемо моделювання автоколивального мультивібратора (рисунок 4.1). Підставимо всі обрані вище номінали.
Рисунок 4.1 – Автоколивальний мультивібратор
Рисунок 4.1 – Амплітуда вихідної напруги
Висновки
В даному курсовому проекті докладно були описані головна мета, основне призначення та області застосування генератора трикутних напруг. Також була розглянута поетапна розробка та розрахунок кожного з елементів схеми, приведені структурні схеми окремих каскадів.
В результаті проведених розрахунків була розроблена структура перетворювача, проведено розрахунок опорів та ємностей, ОП та транзисторів, підібрані елементи та їх номінали, проведено моделювання одного з вузлів схеми електричної принципової, визначені метрологічні характеристики і вирахувано, що похибка перетворення не перевищує 1%.
Графічна частина містить схему електричну принципову, створену згідно стандартів.
Література
1. Терещук Р.М. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства.- Киев: Наук.думка, 1988.- 800с.
2. Степененко И.П. Основи мікроелектроніки.- М.: Сов. Радио, 1980 - 456 с.
3. Харовіц П. Н. Мистецтво схемотехніки.- М.: Мир. 1986. – 55 с.
4. Довідник. Вживання інтегральних мікросхем в електронній обчислювальній техніці.- М.: Радіо і зв'язок, 1987. –400 с.
5. Наумов Ю.Е. Інтегральні схеми.- М.:Сов.радио, 1970. –112 с.
6. Никитин В.А. Книга начинающего радиолюбителя.–М.: Патриот, 1991.-464с.
7. Бокуняев А.А. Справочная книга радиолюбителя-конструктора.-М.: Радио и связь,1990. – 624 с.
Додаток А
ГЕНЕРАТОР ТРИКУТНИХ НАПРУГ
Пояснювальна записка до курсового проекту
з дисципліни ” Основи електроніки ”
за спеціальністю
6.097302 “Метрологія та вимірювальна техніка”
08 – 03.КП.021.00.000ПЗ
Вінниця ВНТУ 2008
Зміст
Вступ
1. Розробка технічного завдання
2. Розробка структурної схеми
2.1 Аналіз існуючих методів вимірювання та формування напруги
2.2 Розробка структурної схеми перетворювача
2.3 Попередній розрахунок АМВ
2.4 Попередній розрахунок підсилювача потужності
2.5 Попередній розрахунок підсилювача напруги
2.6 Попередній розрахунок первинного перетворювача
2.7 Розробка детальної структури схеми
3. Електричні розрахунки
3.1 Електричний розрахунок підсилювача потужності
3.2 Розрахунок підсилювача напруги
3.3 Електричний розрахунок первинного перетворювача
3.4 Електричний розрахунок автоколивального мультивібратора
4. Моделювання одного з вузлів
Висновки.
Список літератури
Додаток А. Генератор трикутних напруг. Схема електрична принципова
УДК. 621.38
Генератор трикутних напруг. Курсовий проект.
ВНТУ, 2008, Українська мова; сторінок 35; додатки 3.
Анотація
У даному курсовому проекті було розроблено та реалізовано генератор трикутних імпульсів типу RC. Цей генератор здатен формувати трикутну напругу на виході, при чому регулювати амплітуду та періоду повтору імпульса. Максимальна напруга вихідного сигналу не перевищує 10(В) на опорі навантаження 4(Ом). Перетворювач забезпечує високу точність, тобто похибка складає менше 1%.
Вступ
Ефективність електронної апаратури обумовлена високою швидкодією, точністю та чутливістю елементів, що до неї входять, найважливішими з яких є електронні прилади. За допомогою цих приладів можна порівняно просто та в багатьох випадках з високим ККД перетворювати електричну енергію по формі, величині і частоті струму або напруги. Такий процес перетворення енергії здійснюється в багатьох схемах електронної апаратури (випрямлячах, підсилювачах, генераторах).
Окрім того, за допомогою електронних приладів вдається перетворити неелектричну енергію в електричну і навпаки (наприклад, у фотоелементах, терморезисторах). Різноманітні електронні передавачі та вимірювальні прилади дозволяють з високою точністю вимірювати, регіструвати та регулювати зміни різних неелектричних величин – температури, тисків, пружних деформацій, прозорість і т. д.
Процеси перетворення енергії в приладах електроніки відбуваються з великою швидкістю. Це зумовлено малою інерційністю, характерною для більшості електронних приладів, дозволяючи застосовувати їх в широкому діапазоні частот. При цьому досягається така висока чутливість, яка не може бути отримана у приладах іншого типу. Електронні прилади легко виявляють малі.
Тенденція розвитку така, що частка електронних інформаційних пристроїв і пристроїв автоматики безупинно збільшується. Це є результатом розвитку інтегральної технології, упровадження котрої дозволило налагодити масовий випуск дешевих, високоякісних, що не вимагають спеціального настроювання і налагодження мікроелектронних функціональних вузлів різного призначення. Вони являють собою напівпровідникові пластини малої товщини, на якій на площах у долі декілька квадратних міліметрів виконані десятки тисяч електрично-з'єднаних між собою відповідно до необхідних схем елементів електроніки (польових і біполярних транзисторів, конденсаторів та ін.). Причому ці елементи, як правило, одержують одночасно (по груповій технології) у єдиному технологічному циклі, що майже цілком автоматизований. Тому вартість інтегральних схем при масовому виробництві мало залежить від кількості в них елементів і розкид параметрів від зразка до зразка порівняно невеликий.
Використання базових матричних кристалів і що програмуються логічних матриць є іншим способом розширення функціональних можливостей інтегральних схем. У масовій кількості виготовляються єдині матриці нескомутованих (не з'єднаних між собою) елементів. Електричні зв'язки між ними виконують індивідуально на етапі формування розведення, виходячи з вимог замовника. Виготовивши базову матрицю або що програмується логічну матрицю одного типу, на її основі можна створити сотні різноманітних функціональних вузлів різного призначення. Причому різниця між базовими матричними кристалами і логічними що програмуються матрицями полягає в тому, що в останніх з'єднаннях можна не тільки створювати, але і руйнувати.
Створено також більш прості напівзаказні інтегральні схеми, що містять набори елементів. З них можуть бути отримані й аналогові пристрої, наприклад підсилювачі електричних сигналів. Це дозволяє знизити витрати на проектування і виробництво електронних пристроїв різного призначення і зменшити терміни їх впровадження в серійне виробництво.
У розвитку електроніки протягом багатьох років залишається стабільним тільки одне – це безупинна зміна елементної і схемотехнічної баз.
У зв'язку із широким вибором інтегральних схем, параметри яких відомі з технічних умов, змінилися задачі, що стоять перед розроблювачами електронної апаратури. Якщо раніше значна частина часу ішла на розрахунки режимів окремих каскадів, визначення їхніх параметрів, рішення питань термостабілізації і т. п., то в даний час головна увага приділяється питанням вибору схем з'єднань і взаємного узгодження мікросхем.
Типові мікровузли дозволяють зібрати потрібний електронний блок без детального розрахунку окремих каскадів. Розроблювач електронної апаратури, визначивши, які перетворення повинний перетерпіти електричний сигнал, підбирає необхідні інтегральні мікросхеми, розробляє схему їхніх з'єднань і вводить зворотні зв'язки необхідного вигляду. І тільки в тому випадку, що коли випускаються інтегральні мікросхеми не дозволяють вирішити якійсь конкретне питання, до них добавляють окремі вузли на дискретних компонентах, що вимагають проведення відповідних розрахунків, або розробляють мікросхеми часткового застосування.
Ефективне застосування інтегральних мікросхем, особливо аналогового типу, неможливо без знання принципів їхньої дії й основних параметрів, а також теорії електронних кіл. Тому вивченню даної дисципліни звичайно приділяється підвищена увага.
Розробка технічного завдання
Метою курсового проекту є розрахунок та визначення технічних параметрів схеми генератора трикутних напруг. Заданий діапазон періоду повтору імпульсу складає від 10мс до 10мкс, значення вихідної напруги лежить в діапазоні від 0,1В до 10В, значення опору навантаження складає 4Ом. Необхідно розрахувати значення кожного з елементів схеми генератора трикутних напруг та згідно розрахункам вибрати необхідні операційні підсилювачі, транзистори та діоди.
Конструктивні схеми генератори трикутної напруги використовуються в різних варіантах у залежності від області застосування.
Можливі області застосування генератора трикутних імпульсів надзвичайно різноманітні, можна виділити лише окремі сфери:
- промислова техніка виміру і регулювання;
- робототехніка;
- побутова техніка;
Застосування того чи іншого генератора в цих сферах визначається насамперед відношенням ефективності. При промисловому застосуванні визначальним фактором є погрішність, що при регулюванні процесів повинна складати < 1%, а для задач контролю - 2...3%. Для спеціальних застосувань в області робототехніки генератори можуть досягати навіть рівня 10...100 тис. Прилад повинний відтворювати вимірювані величини з погрішностями, що допускаються. При цьому слово «відтворення», еквівалентне в даному трактуванні слову «відображення», розуміється в самому широкому змісті: одержання на виході приладу величин, пропорційних вхідним величинам; формування заданих функцій від вхідних величин (квадратична і логарифмічна шкали й ін.); одержання похідних і інтегралів від вхідних величин; формування на виході слухових чи зорових образів, що відображають властивості вхідної інформації; формування керуючих сигналів, використовуваних для керування контролю; запам'ятовування і реєстрація вихідних сигналів.
Розроблений генератор трикутної напруги, формує вихідну напругу яка може використовуватись як вхідний сигнал для подальшого перетворення в необхідний сигнал чи імпульс. Даний сигнал подається в подальшому на вимірювальний прилад, за допомогою якого можна вимірювати час імпульсу та амплітуду будь – яких сигналів, але в залежності від діапазону. Вимірювальний сигнал, одержуваний від контрольованого об'єкта, передається у вимірювальний прилад у виді імпульсу або у виді енергії. Можна говорити про сигнали: первинних - безпосередньо характеризують контрольований процес; сприйманих чуттєвим елементом приладу; поданих у вимірюльну схему, і т.д. При передачі інформації від контрольованого об'єкта до покажчика приладу сигнали перетерплюють ряд змін за рівнем і спектром і перетворяться з одного виду енергії в іншій.
Та частина приладу, у якій первинний сигнал перетвориться, наприклад, в електричний, називається первинним перетворювачем. Часто цей перетворювач сполучається з чуттєвим елементом. Сигнали з виходу первинного перетворювача надходять на наступні перетворювачі вимірювального приладу.
Згідно ДСТУ 2681-94 „Метрологія. Терміни та визначення” та ДСТУ 2682-94 „ Метрологія. Метрологічне забезпечення ” даний розроблений генератор трикутних напруг - відноситься до первинних вимірювальних перетворювачів.
Розробка структурної схеми
Дата: 2019-05-28, просмотров: 173.
