Расчет генератора линейно возрастающего напряжения

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Аннотация

В данной пояснительной записке представлены описание схемы и временных диаграмм, расчетные методики генератора линейно возрастающего напряжения. В соответствии с заданием рассчитаны необходимые параметры схемы.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Рассчитать схему генератора линейно возрастающего напряжения. Исходные данные: длительность обратного хода обр, максимальная амплитуда выходных импульсов Uвых, коэффициент нелинейности Кн, длительность импульсов определяется длительностью входных запускающих импульсов u. вх, амплитуда запускающих импульсов Uвх, внутреннее сопротивление источника сигнала Rвн

Вариант

обр

Uвых

Кн

u. вх

Uвх

Rвн

в

5mсек

-25В

10%

50mсек

-5В

1кОм

ВВЕДЕНИЕ

Электронная вычислительная техника — сравнительно молодое научно-техническое направление, но она оказывает самое революционизирующее воздействие на все области науки и техники, на все стороны жизни общества. Характерно постоянное развитие элементной базы ЭВМ. Элементная база развивается очень быстро; появляются новые типы логических схем, модифицируются существующие. Существует множество различных электронных устройств: логические элементы, регистры, сумматоры, дешифраторы, мультиплексоры, счетчики, делители частоты, триггеры, генераторы и др.

Одним из видов генераторов является генератор пилообразного напряжения (ГПН).

Типичные формы пилообразного напряжения (ПН) показаны на рис. 1 Эти напряжения вначале возрастают или убывают до какого-то значения, а затем вновь возвращаются к исходному уровню.

Рис. 1

Основными параметрами ПН (рис. 1) являются: длительность рабочего (ТР) и обратного (ТО) ходов, период следования импульсов Т, амплитуда (высота) импульсов Uвых, коэффициент нелинейности и коэффициент использования напряжения источника питания.

Во время рабочего хода Тр напряжение должно меняться по закону, близкому к линейному, т. е. изменяться почти с постоянной скоростью. Отклонение П Н от этого закона оценивается коэффициентом нелинейности, который характеризует относительное изменение скорости ПН du/dt на рабочем участке (за время Тр):

Так как в качестве ПН используется напряжение на конденсаторе при его заряде или разряде, то, имея в виду известное соотношение между током и напряжением конденсаторе, выражение для можно записать в следующем виде.

,

где ICмакс и ICмин — максимальное и минимальное значение тока на рабочем участке ПН.

Коэффициент использования напряжения источника питания (который в дальнейшем для краткости будем называть коэффициентом использования напряжения) =U/E характеризует эффективность использования напряжения источника питания Е.

Во время обратного хода линейность ПН не обязательна, но почти всегда желательно иметь То< <Трр/To> >1).

Параметра ПН, используемых на практике, имеют следующие значения: амплитуда импульса Uвых — от единиц до сотен вольт; длительность рабочего хода Тр — от нескольких микросекунд до нескольких сотен и тысяч миллисекунд; время обратного хода То=(0,05?0,5)Тр и более; коэффициент нелинейности ПН при использовании в осциллографе до 10%, в телевидении до 5%, в электронно-лучевых индикаторах до 2%, в точных схемах сравнения 0,1−0,2%; коэффициент использования напряжения — от нескольких процентов в простейших ГПН, до 90% в наиболее совершенных ГПН.

Для уменьшения нелинейности ПН во время рабочего хода в генераторах принимают меры к обеспечения постоянства тока, протекающего через конденсатор Ic. В идеальном случае при постоянном токе Ic за равные промежутки времени заряд на обкладках конденсатора изменялся бы на одно и то же значение, т. е. напряжение на конденсаторе изменялось бы по линейному закону:

;

В реальных схемах ГПН удается обеспечить лишь приблизительное постоянство (стабилизацию) тока конденсатора во время рабочего хода. При закон изменения напряжения на конденсаторе приближается к линейному.

Для стабилизации тока в ГПН применяют схемы с токостабилизирующими элементами в цепи заряда или разряда конденсатора и схемы с компенсирующей э.д.с.

Для получения компенсирующей э.д.с. применяются положительная или отрицательная обратная связь. При этом ГПН называются генераторами с отрицательной или положительной обратной связью.

1. Описание схемы генератора линейно возрастающего напряжения

Схема простейшего генератора линейно возрастающего напряжения приведена на рис. 2.

Рис. 2

В исходном состоянии транзистор находится в режиме насыщения. Пренебрегая остаточным напряжением Uкн насыщенного транзистора, следует принять, что Uc (0)=0. В момент времени t1 транзистор под действием входного импульса запирается. Если не учитывать время переходных процессов в транзисторе, то можно считать, что ток через конденсатор в момент времени t1 скачком возрастает до значения

По мере заряда конденсатора напряжение uc возрастает по экспоненциальному закону с постоянной времени? з=RkC, стремясь к значению Ek-Iкб0Rk:

Ток Ic уменьшается с той же постоянной времени:

В момент времени t2, когда транзистор снова открывается, ток через конденсатор

После момента времени t2 транзистор открывается и под действием базового тока Iб=Eк/Rб ток коллектора изменяется по экспоненциальному закону с постоянной времени разряда конденсатора

Временные диаграммы входного и выходного напряжений схемы приведены на рис. 3.

Рис. 3

2. РАСЧЕТ ГЕНЕРАТОРА ЛИНЕЙНО ВОЗРАСТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

2.1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

1. Определяем напряжение питания, обеспечивающее заданные значения Um и Kн:

2. Выбираем тип транзисторов. Так как напряжение питания отрицательное, то для фантастрона следует выбирать биполярные транзисторы структуры p-n-p. Проверяем выполнение условия

.

В нашем примере выбираем транзисторы типа КТ505А со следующими параметрами: структура p-n-p, UКб=300 В; IКмин=10мА, h21э=25; Fт=20МГц.

3. Находим номинал резистора в коллекторной цепи:

R6=25 кОМ

Степень насыщения транзистора для обеспечения заданных величин tи и tобр должна быть равной

R5=56,8 кОМ

4. Определяем емкость конденсатора, обеспечивающую заданный коэффициент нелинейности:

С3=20мкФ

5. Средняя мощность Pк. ср. , рассеиваемая на транзисторе, не должна превышать допустимого для данного типа транзистора

6. Разделительный конденсатор Сp должен успевать разряжаться к приходу следующего входного импульса. Следовательно, для обеспечения минимального периода следования входных импульсов T=tи+tобр необходимо, чтобы

С2=820 нФ

2.2 Выбор и обоснование элементной базы

На основании приведенного выше расчета выбираем элементы (для схемы электрической принципиальной данной в пункте 1):

В качестве транзисторов VТ1 и VТ2 был взят биполярный транзистор КТ505А, со следующими характеристиками:

Структура: p-n-p;

Граничная частота коэффициента передачи тока: 20 МГц;

Статический коэффициент передачи тока: 25−140;

Максимально допустимое напряжение коллектор-база: 300 В;

Максимально допустимый постоянный ток коллектора: 1 А;

Максимально допустима рассеивающая мощность коллектора: 1 Вт.

Выбираем конденсатор С1, емкостью 1 мкФ К10−23−16В-1мкФ10%. В соответствии с рассчитанной емкостью С3, подбираем следующий конденсатор: К10−23−16В-20мкФ5%, удовлетворяющий нашим требованиям и расчетам.

В качестве разделительного конденсатора С2 выбираем конденсатор К10−23−16В-820нФ10%.

В соответствии с рассчитанными номиналами резисторов в пункте 2.1., имеем:

R1 =249,7 кОм: МЛТ-0,125−240кОм2%;

R2 =300 Ом: МЛТ-1−300Ом2%;

R3 =5 кОм: МЛТ-0,125−5кОм2%;

R4 =56,8 кОм: МЛТ-0,125−56кОм2%;

R5 =25 кОм: МЛТ-0,125−27кОм2%;

Заключение

генератор возрастающее напряжение

В ходе выполнения данной курсовой работы была рассчитана схема генератора линейно возрастающего напряжения с заданными характеристиками:

— амплитуда выходного импульса Uвых=-25 В;

— длительность обратного хода обр =5 мс;

— коэффициент нелинейности Кн=10%;

длительностью входных запускающих импульсов u. вх=50мс;

амплитуда запускающих импульсов Uвх=-5В

Были рассчитаны и проверены параметры данной схемы.

список использванной литературы:

1. Бочаров Л. Н. Расчет электронных устройств на транзисторах, М. 1978.

2. Старыгин С. В. Электроника: методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальностей 230 101, 230 105, 90 105, Йошкар-Ола, 2007.

3. Расчет электронных схем. Под ред. Г. И. Изъюровой — М.: Высш. шк., 1987.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой