Разработка многоканального генератора импульсных сигналов (амплитуда импульсов аналогового канала - 14*0.4В, длительность - 2*10 мкс)

Страницы работы

Фрагмент текста работы

САУН необходима для установки триггера в исходное состояние при включении питания.

tуст.пит. = (5÷10) мс

tуст. пит.max =10 мс

tуст. пит. min= 5 мс

Принимаем R3 = 1 кОм.

Отсюда

Приводя к ряду Е24, получим С2 = 62 мкФ.

Тогда tзад = 10,81 мс

1.3.3.Расчет генератора

Генератор вырабатывает меандр длительностью 200 мкс.

tи = tп = 100 мкс

Есм = Еп

У К155ЛН5 краз = 25. Для него:

R1вых = 260 Ом

R0вых = 10 Ом

R1вх = 50 кОм

25,714 Ом R128,571 кОм

Выбираем R = 20 кОм  R4 = R5 = R = 20 кОм

 

Отсюда

Приводя к ряду Е24, получим C = 15 нФ.

C = С3 = 15 нФ.

Частота кварца ZQ обратна периоду меандра, т.е.

fкварца = 1/Т = 1/200 мкс = 5 кГц

tвосст = C·R1вых ln 19 = 11,48 мкс < tи = 100 мкс.

1.3.4. Расчет заданных импульсов

·  Расчет ФКИ1:

ФКИ1 реализуется на элементе-сборщике ЛИ1. Импульс формируется на разряде. Принимаем R8 = 910 Ом.

tп вх = 100 мкс

tи вых = 30 мкс

а = tп вх/ tи вых = 3,33

Приводим к ряду Е24: С4 = 24 нФ.

ЛН5: I0вых max инв = 40 мА.

Берем ЛН5 без диода. Рассчитаем диапазон допустимых значений для R7:

144,9 Ом ≤ R7 ≤ 400,27 Ом

tвосст = С4·( R7 + R8)·ln 19

I0вых инв = Еп/( R7 | | R8)

R7, Ом

tвосст,, мкс

I0вых инв, мА

150

74.9065

38.8278

160

75.6132

36.7445

180

77.0265

33.2723

200

78.4399

30.4945

220

79.8532

28.2218

240

81.2665

26.3278

270

83.3865

24.013

300

85.5065

22.1612

330

87.6265

20.646

360

89.7465

19.3834

390

91.8665

18.315

Из таблицы выбираем номинал R7, при котором величина I0вых инв будет минимальной, т.е.

R7 = 390 Ом

tвосст = 91,8665 мкс < tп вх = 100 мкс

tи вых min = 15,302 мкс

tи вых max = 49,718 мкс

·  Расчет ФКИ2:

ФКИ2 реализуется на элементе-сборщике ЛИ1. Импульс формируется на разряде. Принимаем R10 = 910 Ом.

tп вх = 100 мкс

tи вых = 20 мкс

а = tп вх/ tи вых = 5

 

Приводим к ряду Е24: С5 = 16 нФ.

ЛН5: I0вых max инв = 40 мА.

Берем ЛН5 без диода. Рассчитаем диапазон допустимых значений для R9:

144,9 Ом ≤ R9 ≤ 1055,6 Ом

tвосст = С5·( R9 + R10)·ln 19

I0вых инв = Еп/( R9 | | R10)

R9,Ом

tвосст,, мкс

I0вых инв, мА

150

49,9376

38,8278

160

50,4088

36,7445

180

51,351

33,2723

200

52,2932

30,4945

220

53,2355

28,2218

240

54,1777

26,3278

270

55,591

24,013

300

57,0043

22,1612

330

58,4177

20,646

360

59,831

19,3834

390

61,2443

18,315

430

63,1288

17,1224

470

65,0132

16,1328

510

66,8977

15,2984

560

69,2532

14,4231

620

72,0799

13,559

680

74,9065

12,8475

750

78,2043

12,1612

820

81,5021

11,5921

910

85,742

10,989

 

1000

89,9821

10,4945

 

Из таблицы выбираем номинал R9, при котором величина I0вых инв будет минимальной, т.е.

R9 = 1 кОм

tвосст = 89,9821 мкс < tп вх = 100 мкс

tи вых min = 10,201 мкс

tи вых max = 33,145 мкс

·  Расчет СЗ1:

СЗ1 реализуется на элементе-сборщике ЛЕ5. Импульс формируется на разряде. Принимаем R12 = 910 Ом.

tп вх = 100 мкс

tзад вых = 60 мкс

а = tп вх/ tзад вых = 1,67

Приводим к ряду Е24: С6 = 51 нФ.

ЛН5: I0вых max инв = 38,4 мА.

Берем ЛН5 с диодом. Рассчитаем диапазон допустимых значений для R11:

151,95 Ом ≤ R9 ≤ 656,5 Ом

tвосст = С6·R11·ln 19

I0вых инв = Еп/( R11 | | R12)

R11, Ом

tвосст,, мкс

I0вых инв, мА

160

24,026

36,7445

180

27,029

33,2723

200

30,033

30,4945

220

33,036

28,2218

240

36,039

26,3278

270

40,544

24,013

300

45,049

22,1612

330

49,554

20,646

360

54,059

19,3834

390

58,564

18,315

430

64,571

17,1224

470

70,578

16,1328

510

76,584

15,2984

560

84,093

14,4231

620

93,103

13,559

Из таблицы выбираем номинал R11, при котором величина I0вых инв будет минимальной, т.е.

R11 = 620 Ом

tвосст = 93,103 мкс < tп вх = 100 мкс

Для этой СЗ используем переменный резистор.

·  Расчет ФКИ3:

ФКИ3 реализуется на элементе-сборщике ЛИ1. Импульс формируется на разряде. Принимаем R14 = 910 Ом.

tп вх = 160 мкс

tи вых = 30 мкс

а = tп вх/ tи вых = 5,33

Приводим к ряду Е24: С7 = 24 нФ.

ЛН5: I0вых max инв = 40 мА.

Берем ЛН5 без диода. Рассчитаем диапазон допустимых значений для R13:

144,9 Ом ≤ R13 ≤ 1185,33 Ом

tвосст = С7·( R13 + R14)·ln 19

I0вых инв = Еп/( R13 | | R14)

R13, Ом

tвосст,, мкс

I0вых инв, мА

150

74,9065

38,8278

160

75,6132

36,7445

180

77,0265

33,2723

200

78,4399

30,4945

220

79,8532

28,2218

240

81,2665

26,3278

270

83,3865

24,013

300

85,5065

22,1612

330

87,6265

20,646

360

89,7465

19,3834

390

91,8665

18,315

430

94,6932

17,1224

470

97,5198

16,1328

510

100,3465

15,2984

560

103,8798

14,4231

620

108,1198

13,559

680

112,3598

12,8474

750

117,3064

12,1612

820

122,2531

11,592

910

128,6131

10,989

1000

134,9731

10,4945

1100

142,0397

10,04

Из таблицы выбираем номинал R13, при котором величина I0вых инв будет минимальной, т.е.

R13 = 1,1 кОм

tвосст = 142,0397 мкс < tп вх = 160 мкс

tи вых min = 15,302 мкс

tи вых max = 49,718 мкс

·  Расчет ФКИ4:

ФКИ4 реализуется на элементе-сборщике ЛИ1. Импульс формируется на разряде. Принимаем R16 = 910 Ом.

tп вх = 160 мкс

tи вых = 20 мкс

а = tп вх/ tи вых = 8

Приводим к ряду Е24: С8 = 16 нФ.

ЛН5: I0вых max инв = 40 мА.

Берем ЛН5 без диода. Рассчитаем диапазон допустимых значений для R15:

144,9 Ом ≤ R15 ≤ 2234,96 Ом

tвосст = С8·( R15 + R16)·ln 19

I0вых инв = Еп/( R15 | | R16)

R15, Ом

tвосст,, мкс

I0вых инв, мА

150

49,9376

38,8278

160

50,4088

36,7445

180

51,351

33,2723

200

52,2932

30,4945

220

53,2355

28,2218

240

54,1777

26,3278

270

55,591

24,013

300

57,0043

22,1612

330

58,4177

20,646

360

59,831

19,3834

390

61,2443

18,315

430

63,1288

17,1224

470

65,0132

16,1328

510

66,8977

15,2984

560

69,2532

14,4231

620

72,0799

13,559

680

74,9065

12,8474

750

78,2043

12,1612

820

81,5021

11,592

910

85,742

10,989

1000

89,9821

10,4945

1100

94,6932

10,04

1200

99,4043

9,6612

1300

104,1154

9,3407

1500

113,5376

8,8278

1600

118,2487

8,6195

1800

127,6709

8,2723

2000

137,0931

7,9945

2200

146,5153

7,7672

Из таблицы выбираем номинал R15, при котором величина I0вых инв будет минимальной, т.е.

R15 = 2,2 кОм

tвосст = 146,5153 мкс < tп вх = 160 мкс

tи вых min = 10,201 мкс

tи вых max = 33,145 мкс

·  Расчет СЗ2:

СЗ2 реализуется на элементе-сборщике ЛИ1. Импульс формируется на заряде. Принимаем R17 = 1,5 кОм.

tп вх = 30 мкс

tзад вых = 10 мкс

а = tзад вых / tп вх = 0,33

ЛН5: I0вых max инв = 38,4 мА.

Берем ЛН5 без диода. Рассчитаем диапазон допустимых значений для R18:

142,59 Ом ≤ R18 ≤ 767,85 Ом

tвосст = С9·R18·ln 19

tи вых = tи вх – tзад = 170 – 10 = 160 мкс

R18, Ом

С9, нФ

С9 (Е24), нФ

tи вых рас

150

18,45

18

160,2434

20

159,1594

160

18,34

18

160,1843

20

159,0937

180

18,12

18

160,066

20

158,9623

200

17,906

16

161,0647

18

159,9478

220

17,698

16

160,9596

18

159,8295

240

17,495

16

160,8544

18

159,7113

270

17,198

16

160,6968

18

159,5339

300

16,912

16

160,5391

18

159,3565

330

16,634

16

160,3814

18

159,1791

360

16,366

16

160,2237

18

159,0017

390

16,106

16

160,066

18

158,8243

430

15,772

15

160,4898

16

159,8558

470

15,452

15

160,2927

16

159,6456

510

15,144

15

160,0956

16

159,4353

560

14,777

13

161,2027

15

159,8492

620

14,359

13

160,9464

15

159,5536

680

13,964

13

160,6902

15

159,2579

750

13,529

13

160,3913

15

158,913

Из таблицы выбираем номинал R18, при котором tи вых рас = tи вх – tзад  будет иметь  минимальное отклонение от заданного значения tи вых , т.е.

R18= 200 Ом.

tвосст = 10,6 мкс < tп вх = 30 мкс

I0вых инв = Еп /(R1||R2)  I0вых max инв

I0вых инв = 28,33 мА < 38,4 мА

tзад min = 4,098 мкс

tзад max = 20,236 мкс

·  Расчет ФКИ5:

ФКИ5 реализуется на элементе-сборщике ЛИ1. Импульс формируется на разряде. Принимаем R20 = 910 Ом.

tп вх = 40 мкс

tи вых = 40 мкс

а = tп вх/ tи вых = 1

Приводим к ряду Е24: С10 = 33 нФ.

ЛН5: I0вых max инв = 40 мА.

Берем ЛН5 с диодом. Рассчитаем диапазон допустимых значений для R19:

144,9 Ом ≤ R19 ≤ 393,12 Ом

tвосст = С10· R19·ln 19

I0вых инв = Еп/( R19 | | R20)

R19, Ом

tвосст,, мкс

I0вых инв, мА

150

14,575

38,8278

160

15,5466

36,7445

180

17,49

33,2723

200

19,4333

30,4945

220

21,3766

28,2218

240

23,32

26,3278

270

26,235

24,013

300

29,1499

22,1612

330

32,0649

20,646

360

34,9799

19,3834

390

37,8949

18,315

Из таблицы выбираем номинал R19, при котором величина I0вых инв будет минимальной, т.е.

R19 = 390 Ом

tвосст = 37,8949 мкс < tп вх = 40 мкс

tи вых min = 21,04 мкс

tи вых max = 68,362 мкс

1.3.5. Расчет ОУ

2,4 (а1 + а2) + 0,4 (а3 + а4 + а5) + 5ак = 5,6                а1 = -2,6

2,4 а1 + 0,4 (а2 + а3 + а4 + а5) + 5ак = -5,2                 а2 = 5,4

2,4 (а3 + а4) + 0,4 (а1 + а2 + а5) + 5ак = 4,8           а3 = 3,2

2,4 а3 + 0,4 (а1 + а2 + а4 + а5) + 5ак = 6,4                  а4 = -0,8

2,4 а5 + 0,4 (а1 + а2 + а3 + а4) + 5ак = 5,2                  а5 = 2,6

0,4 (а1 + а2 + а3 + а4 + а5) + 5ак = 0                           ак = -0,624

Рассчитаем балансировочный коэффициент:

аR = (|а1| + |а4| + |ак| + 1) – (а2 + а3 + а5) = -6,176  RI = const, RN = ∞

аmax = |аR| = 6,176  RI = Rmin = 10 кОм

Rос = | аmax |· Rmin = 61,76 кОм  Rос(Е24) = 62 кОм

Рассчитаем резисторы обрамления по формуле:

Ri = Rос(Е24)/ |аi|

R1 = R22 = 62/2,6 = 23,8 кОм  R22(Е24) = 24 кОм

R2 = R23 = 62/5,4 = 11,48 кОм  R23(Е24) = 11 кОм

R3 = R24 = 62/3,2 = 19,4 кОм  R24(Е24) = 20 кОм

R4 = R25 = 62/0,8 = 77,5 кОм  R25(Е24) = 75 кОм

R5 = R26 = 62/2,6 = 23,8 кОм  R26(Е24) = 24 кОм

Rк  = 62/0,624 = 99,4 кОм  Rк(Е24) = 100 кОм

Рассчитаем погрешность небаланса:

R- = R22|| R25|| Rк|| RI|| Rос = 24||75||100||10||62 = 5,5209 кОм

R+ = R23|| R24|| R26 = 11||20||24 = 5,4772 кОм

δ,% = (Rmax - Rmin)/ Rmin · 100%

δ,% = (5,5209 – 5,4772)/ 5,4772 · 100% = 0,7979% < 10%

1.3.6. Цифровой канал

Для цифрового канала нам надо реализовать функцию x1 + x3 + x5. По правилу де Моргана в общем виде:

Поэтому сигналы 1 и 3, проходя через инверторы DD6.3, DD6.4, собираются на элементе DD5.4 (“И”), с выхода которого попадают на элемент DD1.4 (“И-НЕ”), где соединяются с сигналом 5, инвертированным элементом DD6.5.

·  КМОПТЛ – канал

Для формирования КМОПТЛ - канала используется К155ЛН5.

Кр max = 25; I0вх инв = 1,6 мА; Кр факт = 100; Еп = +10 В;U0вх ≤ 1,5 В;

U1вх ≥ 8,5 В; U1вых ≈ 8,5 В; I0вх ≤ 0,2 мкА; I1вх ≥ 0,5мкА.

250,125 Ом ≤ R27 ≤ 30 кОм

Выбираем R27 = 15 кОм.

1.4. Анализ нестабильности временной диаграммы

ФКИ 1:  tи вых min=15,302 мкс

               tи вых max= 49,718 мкс

ФКИ 2:  tи вых min=10,201 мкс

               tи вых max=33,145 мкс

ФКИ 3:  tи вых min=15,302 мкс

               tи вых max=49,718 мкс

ФКИ 4:  tи вых min=10,201 мкс

               tи вых max=33,145 мкс

CЗ 2:      tзад min=4,098 мкс

               tзад max=20,236 мкс

ФКИ 5:  tи вых min=21,04 мкс

               tи вых max=68,362 мкс

В СЗ1 используется переменный резистор, поэтому она в расчете нестабильности не участвует.

Длительность информационной части:

·  При “расширении”: t = 198,316 мкс < 199 мкс

·  При “сжатии”: t = 100,44 мкс < 199 мкс

Таким образом, соблюдаются требования к нестабильности:

 - при “расширении” длительность информационной части не более 199 мкс;

 - при “сжатии” длительности импульсов не менее 1 мкс.

2. Проект МГИС на ИМС высокой степени интеграции

2.1. Разработка принципиальной схемы 2-го варианта.

Необходимо сформировать следующую последовательность импульсов:

В исходном состоянии схемы RS-триггер, собранный на элементах DD1.1, DD1.2, находится в нулевом состоянии, т.к. при включении питания с САУН, собранной на элементах VD2, R3, С2, на вход триггера через DD4.1 подается сигнал, устанавливающий его в нулевое состояние. При этом логическая “1” с инверсного выхода триггера поступает на вход сброса R счетчика и устанавливает его в нулевое состояние. При нажатии на кнопку “Пуск” SB1 формируется короткий нулевой импульс, на прямом выходе триггера появляется “1”, которая запускает генератор, а на инверсном – “0”, который разрешает работу счетчика. Кварцевый генератор, собранный на элементах DD1.3 и DD1.4, формирует меандр длительностью 20 мкс.

Четырехразрядный счетчик DD2 каждые 20 мкс формирует двоично-десятичный код, который используется в качестве адреса на входах А1 – А4 ППЗУ DD3. На вход А0 подается прямой выход генератора, который меняет свое состояние каждые 10 мкс. На выходе Y0 элемента DD3 формируется сигнал высокого или низкого уровня в зависимости от данных, содержащихся в памяти DD3. На выходе Y1 элемента DD3 появляется высокий уровень сигнала по приходу 9-го такта работы генератора, и, если схема работает в ручном режиме, на вход элемента DD1.2 через DD4.1 поступает сигнал низкого уровня, переводящий триггер в нулевое состояние, что запрещает работу генератора и счетчика.

Выбор режима работы осуществляется тумблером SA1. в автоматическом режиме он подключен к “земле”, на выходе элемента DD4.1 будет присутствовать “1”, которая осуществляет режим хранения “1” на выходе RS-триггера, тем самым, разрешая работу всей схемы неопределенное время.

2.2. Расчет принципиальной схемы 2-го варианта

САУН и ФОИ рассчитаны в 1-ом варианте (п. 1.3.1 и 1.3.2).

2.2.1. Расчет генератора

Генератор формирует меандр длительностью 20 мкс.

tи = tп = 10 мкс

Есм = Еп

У К155ЛН5 краз = 25. Для него:

R1вых = 260 Ом

R0вых = 10 Ом

R1вх = 50 кОм

25,714 Ом R128,571 кОм

Выбираем R = 20 кОм  R4 = R5 = R = 20 кОм

 

Отсюда

Приводя к ряду Е24, получим C = 1,5 нФ.

C = С3 = 1,5 нФ.

Частота кварца ZQ обратна периоду меандра, т.е.

fкварца = 1/Т = 1/20 мкс = 50 кГц

tвосст = C·R1вых ln 19 = 1,148 мкс < tи = 10 мкс.

2.2.2. ППЗУ

Используется ППЗУ 556РТ5 с открытым коллектором. Резисторы на используемых выходах R9, R10 берутся номиналом 390 Ом.

Матрица прошивки ПЗУ

Такт

Адрес

Данные

A4

A3

A2

A1

A0

Y1

Y0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

1

2

0

0

0

1

0

0

1

3

0

0

0

1

1

0

1

4

0

0

1

0

0

0

0

5

0

0

1

0

1

0

0

6

0

0

1

1

0

0

0

7

0

0

1

1

1

0

1

8

0

1

0

0

0

0

1

9

0

1

0

0

1

0

1

10

0

1

0

1

0

0

0

11

0

1

0

1

1

0

1

12

0

1

1

0

0

0

1

13

0

1

1

0

1

0

1

14

0

1

1

1

0

0

1

15

0

1

1

1

1

0

0

16

1

0

0

0

0

0

0

17

1

0

0

0

1

1

0

18

1

0

0

1

0

0

0

19

1

0

0

1

1

0

0

20

0

0

0

0

0

0

0

3. Приложения


Спецификация элементов схемы 1-го варианта

формат

зона

обозначение

наименование

колич.

примечание

Конденсаторы

С1

КМ-5Б 3 нФ

1

С2

КМ-5Б 62 нФ

1

С3

КМ-5Б 15 нФ

1

С4,С7

КМ-5Б 24 нФ

2

С5, С8

КМ-5Б 16 нФ

2

С6

КМ-5Б 51 нФ

1

С9

КМ-5Б 8.2 нФ

1

С10

КМ-5Б 33 нФ

1

Микросхемы

DA1

К140УД10

1

DD1

К155ЛА3

1

DD2, DD6

К155ЛН5

2

DD3, DD5

К155ЛИ1

2

DD4

К155ЛЕ5

1

DD7

К500ПУ124

1

Резисторы

R1

МЛТ-0.125 390 кОм

1

R2, R3, R6

МЛТ-0.125 1 кОм

3

R4, R5,R24

МЛТ-0.125 20 кОм

3

R7

МЛТ-0.125 390  кОм

1

R8,R10,R14,R16,R19,R20

МЛТ-0.125 910 Ом

6

R9, R21,R28

МЛТ-0.125 1 кОм

3

R11

МЛТ-0.125 0,62 kОм

1

R12

МЛТ-0.125 1,5 kОм

1

подстроечный

R13

МЛТ 0.125 1.1 кОм

1

R15

МЛТ 0.125 2.2 кОм

1

R17

МЛТ 0.125 1.5 кОм

1

R18

МЛТ-0.125 200 кОм

1

R22, R26

МЛТ-0.125 24 кОм

2

R23

МЛТ 0.125 11 кОм

1

R25

МЛТ-0.125 75 кОм

1

R27

МЛТ-0.125 15 кОм

1

RI

МЛТ-0.125 10 кОм

1

Rос

МЛТ-0.125 62 кОм

1

МЛТ-0.125 100 кОм

1

Диоды

VD1-VD6

КД522А

6

Кварцевый резонатор

QZ

5 кГц

1


Спецификация элементов схемы 2-го варианта

формат

зона

обозначение

наименование

кол.

Примеч.

Конденсаторы

С1

КМ-5Б 3 нФ

1

С2

КМ-5Б 62 нФ

1

С3

КМ-5Б 1,5 нФ

1

Микросхемы

DD1

155ЛА3

1

DD2

155ИЕ6

1

DD3

556РТ5

1

DD4

155ЛП5

1

Резисторы

R1

МЛТ-0.125 390 кОм

1

R2, R3, R6, R7, R8

МЛТ-0.125 1 кОм

3

R4, R5

МЛТ-0.125 20 кОм

2

R9, R10

МЛТ-0.125 390 Ом

2

Кварцевый резонатор

ZQ

50 кГц

1

Диоды

VD1-VD4

идеальный

4


4. Заключение

Многоканальный генератор импульсных сигналов может использоваться в современных электронных системах. Возможность подключения к генератору, выполненному на элементах малой степени интеграции, устройств с различной логикой (ТТЛ, КМОПТЛ, ЭСЛ), расширяет область его применения. Генератор на элементах высокой степени интеграции являет собой решение формирования импульсных сигналов при малой элементной базе и с возможностью задания большого количества

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Схемотехника
Тип:
Курсовые работы
Размер файла:
757 Kb
Скачали:
0