Генераторы пилообразного напряжения на дискретных элементах

Формирование рабочего хода происходит в интервале времени tраб, когда транзистор заперт благодаря воздействию отрицательного входного импульса (в действительности, начало рабочего

Генераторы пилообразного напряжения на дискретных элементах

Курсовой проект

Компьютеры, программирование

Другие курсовые по предмету

Компьютеры, программирование

Сдать работу со 100% гаранией

Содержание

 

Введение

1. Выбор и обоснование структурной схемы устройства

1.1 Общая характеристика и принципы построения генераторов

1.2 Структурная схема генератора пилообразного напряжения

2. Расчетная часть

2.1 Выбор и обоснование принципиальной схемы генератора пилообразного напряжения

2.1.1 Простейший генератор пилообразного напряжения (ГПН)

2.1.2 Классификация ГПН со стабилизаторами тока

2.1.3 Генераторы пилообразного напряжения на дискретных элементах. Содержание схемы разрабатываемого устройства

2.2 Расчёт элементов устройства, выбор типов и номиналов

2.2.1 Расчет токостабилизирующего элемента

2.2.3 Расчет ключевого устройства (КУ)

2.2.4 Расчет эмиттерного повторителя (ЭП)

2.2.5 Расчет коэффициента полезного действия

3. Конструкторская часть

Заключение

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

 

Введение

 

Электроника является универсальным и исключительно эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии. Знания в области электроники становятся необходимыми все более широкому кругу специалистов.

Сфера применения электроники постоянно расширяется. Практически каждая достаточно сложная техническая система оснащена электронными устройствами. Трудно назвать технологический процесс, управление которым осуществлялось бы без использования электроники. Функции устройств электроники становятся все более разнообразными. Роль электроники в настоящее время существенно возрастает с связи с применением микропроцессорной техники для обработки информационных сигналов и силовых полупроводниковых приборов для преобразования электрической энергии.

Электроника имеет короткую, но богатую событиями историю, которая составляет чуть более 100 лет. Путь, пройденный от вакуумных приборов до сверхбольшой однокристальной микросхемы содержащей десятки миллионов транзисторов.

1. Выбор и обоснование структурной схемы устройства

 

1.1 Общая характеристика и принципы построения генераторов

 

Импульсы напряжения пилообразной формы могут быть как положительной, так и отрицательной полярности. На рисунке 1 показана реальная форма пилообразного импульса положительной полярности.

 

Рис.1 Форма пилообразного импульса положительной полярности

 

Важнейшим параметрами пилообразных импульсов являются: длительность прямого (рабочего) хода tпр, длительность обратного хода tобр, период повторения Т, амплитуда импульса Um. Поскольку строго линейный закон изменения напряжения U (t) получить невозможно, степень отклонения этого напряжения от линейного закона характеризует закон нелинейности:

 

ε= (1)

 

Где |u` (t) |t=0 и | u` (t) | t=tпр - соответственно скорость изменения напряжения в начале и в конце рабочего хода. В ждущем режиме имеется еще длительность паузы tп, в течение которой u (t) =const.

В практических схемах генераторов пилообразного напряжения tпр находятся в пределах от десятых долей микросекунды до десятков секунд, tобр - от 1 до 20% от tпр, Um - от единиц до тысяч вольт. Значение ε так же зависти от назначения схемы и допускается (например, в осциллографии) до 10%.

Параметром, характеризующим схему генератора импульсов, является коэффициент использования напряжения источника питания E, под которым понимают отношение:

 

ξ=Um/E. (2)

 

Простейший принцип получения пилообразного напряжения основан на процессе заряда или разряда конденсатора C через резистор R (рис.1, б). Если ключ S разомкнут, то конденсатор заряжается от источника постоянного напряжения E. При этом напряжение на конденсаторе Uc (выходе схемы), стремясь к асимптотическому уровню E (см. рис.1, а), изменяется по экспоненциальному закону:

 

Uc=E (1-e - t/RC) (3)

 

Замыкание ключа S приводит к быстрому разряду конденсатора. Скорость разряда конденсатора зависит от сопротивления ключа в замкнутом состоянии. Затем процесс повторяется. Прямой ход пилообразного напряжения в этой схеме формируется при разомкнутом ключе, а обратный при - замкнутом. Таким образом, для реализации этого принципа генератор должен содержать зарядное или разрядное устройство, интегрирующий конденсатор или ключ.

Взяв производные duc/dt выражения (3) при t = 0 и t = tпр и подставив их в формулу (1), для коэффициента нелинейности получаем:

 

ε = 1-e - tпр/RC (4)

 

Так как при t = tпр, uc = Um, то, согласно равенству (3),

 

Um = E (1-e - tпр/RC),

 

или, с учетом выражения (2):

 

ε=Um/E=ξ (5)

 

Следовательно, высокую степень линейности пилообразного напряжения (малое ε) можно получить при условии E >>Um. Это приводит к плохому использованию напряжения источника питания.

Например, при Um = 10В и ε=1% E = 1000В.

Известно, что напряжение на конденсаторе Uc связано с протекающим через него током ic соотношением:

 

Uc=1/c.

 

Если ic = I = const, то uc = It/C = kt изменяется во времени по линейному закону. Следовательно, для получения пилообразных напряжений, изменяющихся с отклонениями от линейного закона, которые во много раз меньше, чем аналогичные отклонения в схеме (рис.1, б), необходимо, чтобы зарядный ток конденсатора был постоянен. Для этих целей применяют токостабилизирующие элементы (ТСЭ), ток которых не зависит от приложенного напряжения. Схема получения пилообразного напряжения с зарядным ТСЭ показана на рис.1. в.

Реально не существует элементов или двухполюсников, которые обеспечивали бы идеальную зависимость uc=kt. Однако, если использовать в качестве ТСЭ коллекторно-эмиттерную цепь транзистора, коллекторный ток которого на рабочем участке характеристики почти не зависит от коллекторного напряжения, то напряжение на конденсаторе с определенной степенью приближения можно считать линейно изменяющимся.

 

1.2 Структурная схема генератора пилообразного напряжения

 

Согласно заданию требуется спроектировать генератор пилообразного напряжения в ждущем режиме, управляемый входными импульсами. Такого рода выбор обусловлен возможностью такого генератора достаточно просто регулировать длительность рабочего хода и частоты следования выходных импульсов путем изменения параметров управляющего сигнала не затрагивая схему самого формирователя ЛИН.

Согласно принципам построения генераторов пилообразного напряжения структурная схема должна состоять из следующих элементов:

токостабилизирующий элемент (ТСЭ), обеспечивающий постоянный во времени ток заряда конденсатора C.

конденсатор С, на котором формируется линейно изменяющиеся напряжение.

ключевое устройство (КУ), с помощью которого осуществляется переключение формирования прямого и обратного хода выходного напряжения.

формирователь импульсов (ФИ), обеспечивающий импульсные сигналы управления ключевым устройством (задающий длительность рабочего хода и частоту следования выходных импульсов пилообразного напряжения). В разрабатываемом устройстве этот элемент не входит в его состав.

эмиттерный повторитель, согласующий большое сопротивление нагрузки ОУ с малым сопротивлением нагрузки генератора.

генератор пилообразное напряжение дискретный

2. Расчетная часть

 

2.1 Выбор и обоснование принципиальной схемы генератора пилообразного напряжения

 

2.1.1 Простейший генератор пилообразного напряжения (ГПН)

В простейшем случае, когда не требуется высокая линейность рабочего участка выходного напряжения, применяют заряд или разряд конденсатора через резистор R. После размыкания ключа Кл конденсатор заряжается по закону

 

u=E (1-e - t/τ), где τ=RC.

 

Если во время рабочего хода использовать лишь начальный участок экспоненты, т.е. при tраб<<τ, или, другими словами, при Um<<E, можно считать u (t) при 0≤t≤tраб линейно изменяющимся напряжением. Учитывая, что iнач=E/R, а iкон= (E-Um) /R, находим согласно (1) коэффициент нелинейности:

 

ε=Um/E. (7)

 

Можно определить ε и по формуле

 

ε=Um/E=1-e-tраб/τ≈ tраб/τ.

 

Из (7) следует, что коэффициент нелинейности ε оказывается равным Um/E. Обычно это соотношение называется коэффициентом использования источника питания. При этом для получения достаточно малого значения ε приходится выбирать значение E во много раз большим амплитуды Um т.е. плохо использовать напряжение источника питания. Таким образом, простейшая схема с зарядом или разрядом конденсатора через резистор оказывается пригодной лишь при сравнительно невысокой линейности (примерно 10%).

Принципиальная схема простейшего ГПН с транзисторным ключом и соответствующие временные диаграммы напряжения приведены на (рисунок 3, б, в).

В исходном состоянии, при t<t`, транзистор насыщен и ток базы I1б≈Eн/Rб>Iб. н=Iк. н/β=Eк/βRк. Предполагается, что Rг>>Rвх (Rвх - входное сопротивление открытого транзистора, выходное напряжение u=uк. н≈0).

Формирование рабочего хода происходит в интервале времени tраб, когда транзистор заперт благодаря

Похожие работы

1 2 3 > >>