Министерство Транспорта Российской Федерации
Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения
Кафедра «Радиотехника»
Пояснительная записка
к курсовой работе
по курсу «Электроника»
ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ
Выполнил студент гр.
НК-413 Гайнулин А.А.
Работу проверила преподаватель Ройтман С.Я.
Санкт-Петербург
2006
1. Структурная схема устройства.
Структурная схема генератора последовательности импульсов представлена на рис.1.1.
G – генератор тактовых импульсов с периодом 15мкс;
CT2 – двоичный счётчик с коэффициентом пересчёта 3;
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь с дискретом 1В;
У – усилительный каскад;
ПП – преобразователь полярности выходных импульсов.
Рис.1.1
2. Принципиальная электрическая схема.
Принципиальная электрическая схема устройства, соответствующая структурной схеме на рис.1.1, приведена на рис. 2.1.
Рис.2.1
3. Расчет узлов элементов схемы.
3.1. Расчет генератора тактовых импульсов.
Генератор тактовых импульсов взят из [2]. Он состоит из DD2, R1-R2 и C1. Для вычисления номиналов элементов генератора справедливо выражение:
Т = 1,8R2С1 (1)
Для Т=15мкс примем С1=1 нФ и получим R2=8,33 кОм≈8,2 кОм.
3.2. Расчет ЦАП и усилителя.
Цифро-аналоговый преобразователь можно было применить и как единую микросхему (серии КР572, например), но нам не требуется большое число уровней дискретизации, к тому же проще подобрать номиналы задающих резисторов, чем рассчитывать двоичный вес каждого уровня. Поэтому была выбрана простейшая схема с двоичным счётчиком DD1 (с коэффициентом пересчёта 3), дешифратором DD3, инверторами DD2.4- DD2.6 и резисторами R3-R5. Рассчитывать схему сложно из-за того, что нулевой логический уровень каждой микросхемы на самом деле не равен 0В (до 0,6В, что составляет шестую часть единичного уровня), поэтому при единичном уровне на одном из инверторов остальные так же будут вносить свой вклад в формирование выходного напряжения, причём чем меньше номинал резистора, тем больше этот вклад. По этой причине целесообразно указать примерные номиналы подстроечных резисторов, чтобы в процессе отладки получить точные значения. Напряжение, приложенное к коллектору транзистора VT1, больше максимального. Это сделано с тем, чтобы выбрать режим работы транзистора, при котором не наступает его насыщение и регулирование выходного напряжения приходится на линейный участок ВАХ. Регулирование сопротивлений резисторов необходимо делать с учётом падения напряжения на твердотельных ключах DS1-DS2. Несмотря на то, что производитель указывает выходное сопротивление ключа меньше равным 35 Ом, это значение может варьироваться в довольно больших пределах. Поэтому при подборе сопротивлений измерять напряжение нужно непосредственно на выходе, чтобы исключить влияние выходных каскадов на параметры сигнала. Так как остальные структурные единицы в расчетах не нуждаются, перейдём к временным диаграммам.
4. Диаграмма работы устройства.
Диаграмма работы устройства приведена на рис. 4.1.
Рис. 4.1
5. Описание работы устройства.
Генератор тактовых импульсов, собранный на DD2, выдаёт на вход двоичного счётчика последовательность импульсов. На выходе счётчика формируется двоичный вес числа поступивших импульсов. Входы его сброса подключены так, что при приходе на вход четвёртого тактового импульса происходит сброс в ноль, т.е. коэффициент пересчёта счётчика составляет 3 – по числу уровней напряжения выходного сигнала. С выхода счётчика двоичный код попадает на вход дешифратора DD3. Для инверсии выходов дешифратора включены инверторы DD4.1-DD4.3. На их выходах поочерёдно формируются сигналы единичного уровня. Резисторы, подключенные к выходам инверторов, пропускают на базу транзисторного усилителя VT1 только часть напряжения, формируя тем самым уровни напряжения на выходе устройства. С эмиттера усилителя на входы твердотельных релейных ключей DS1 и DS2 поступает напряжение, приблизительно равное требуемому выходному (с учётом падения напряжения на ключах). Входы ключей включены в противофазе (благодаря инвертору DD2.3), поэтому они попеременно будут коммутировать напряжение усилителя на выход устройства таким образом, что ток будет течь то в одну сторону, то в противоположную. Именно благодаря такому включению коммутирующих ключей получаем на выходе устройства двухполярный сигнал.
6.Описание применяемой логики.
В устройстве применяется стандартная ТТЛ-логика: нас удовлетворяют ее быстродействие (до 75 нс), логические уровни, напряжение питания (однополярное, +5В), энергопотребление и номенклатура (наличие необходимых микросхем). Для работы были подобраны микросхемы К155ИЕ4, К155ЛА3, К155ИД4 и К155ЛН1. В качестве твердотельных реле выбраны отечественные реле КР293КП9А, так как для их срабатывания достаточно стандартного единичного ТТЛ-уровня. Графические изображения указанных микросхем даны на рис. 6.1.
Микросхема К155ИЕ4 представляет собой двоичный счётчик, содержащий 4 счётных триггера. Первый триггер имеет отдельный вход С1 и прямой выход, остальные триггеры соединены таким образом, что образуют делитель на 6. При соединении выхода первого триггера с входом С2 цепочки триггеров образуется делитель на 12. Микросхема имеет два входа R установки в 0, объединённые по И; сброс осуществляется подачей лог«1» на оба входа сброса одновременно. Такая возможность используется для создания делителей, отличных от 12. Подробнее микросхема описана в [2].
Микросхема К155ЛА3 представляет собой 4 элемента И-НЕ. Подробнее микросхема описана в [2].
Микросхема К155ИД4 представляет собой два дешифратора на четыре выхода каждый с объединёнными адресными входами и разделёнными входами стробирования. Такая структура обеспечивает простое расширение до восьмивыводного дешифратора. Более подробное описание приведено в [2].
Микросхема К155ЛН1 представляет собой 6 элементов НЕ. Подробнее микросхема описана в [2].
Микросхема КР293КП9А представляет собой твердотельное реле с полной группой контактов. Входы каждой контактной группы выполнены как светодиоды, зажигание которых вызывание замыкание или размыкание соответствующих контактов. Подробное описание микросхемы можно найти на сайте [3].
Рис. 6.1
7. Перечень элементов схемы.
7.1. Конденсаторы.
С1 : К10-17 – 1нФ
7.2 Микросхемы.
DD1 : К155ИЕ4
DD2 : К155ЛН1
DD3 : К155ИД4
DS1, DS2 : КР293КП9А
7.3. Резисторы.
R1 : С2-22 – 0,125 – 360Ом ± 10%
R2 : С2-22 – 0,125 – 8,2кОм ± 10%
R3 : СП5-2 – 0,125 – 62кОм ± 10%
R4 : СП5-2 – 0,125 – 47кОм ± 10%
R5 : СП5-2 – 0,125 – 22кОм ± 10%
7.4. Транзисторы.
VT1 : КТ3102БМ
8.Выводы.
Результатом разработки стало устройство, выдающее на выход последовательность двухполярных импульсов возрастающей амплитуды. Проведен расчет элементов схемы, электрическая схема построена в пакете Microsoft Visio, дано описание работы сконструированного устройства.
9.Список литературы.
[1] Конспект лекций
[2] Бирюков С.А.; Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП; М.; ДМК, 2000г.
[3] www.platan.ru
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.