Разработка многоканального генератора импульсных сигналов (амплитуда импульсов аналогового канала - 16*0.4В, длительность - 2*10 мкс)

2.2. Разработка фунциональной схемы 1-го варианта

Разработать схему многоканального генератора импульсных сигналов (МГИС) на ИМС малой степени интеграции с формированием выходных сигналов ТТЛ, КМОП, ЭСЛ, Аналоговый.

Исходные данные:

Параметры импульсной последовательности:

Нормированые амплитуды импульсов аналогового канала (норма-0,4 В)

Нормированые длительности импульсов аналогового канала (норма-10мкс)

Суммарная длительность информационной части – 140мкс, пауза – 60мкс, период – 200мкс.

Аналоговый выход МГИС

Исходя из ТЗ можно сделать вывод, что МГИС состоят из:

1. Формирователь импульса (ФКИ или СЗ):

Т.к всего 5 импульсов и 2 паузы (рис. №1), значит для получения импульсной последовательности понадобится 5 формирователей.

2. Буферные элементы для формирования каналов:

            аналоговый канал на основе ОУ (требования к ОУ произвольные)

            цифровой ТТЛ

            цифровой КМОПТЛ

            цифровой ЭЛС

2. Схема устранения дребезга контактов (СУДК):

Т.к «дребезг» контактов кнопки происходит в течении 10 мс с частотой 500 Гц, нужно применять СУДК.

СУДК включает в себя RS-триггер и ФОИ.

4. RS-триггер:

RS-триггер используется для переключения режима работы МГИС (ручной или автоматический). Переключение режимов – с помощью тумблера.

5. Формирователь Одиночного Импульса (ФОИ).

6. Схема автоматической установки нуля (САУН):

Применения САУН обусловлено необходимостью установки на входе триггера в исходное состояние при включении питания.

7. Навесные элементы:

Постоянные резисторы, конденсаторы, диоды (идеальные), 1  переменный резистор, 1 кварцевый резонатор.

8. Управляемый генератор:

            Генератор задает период работы схемы.

9. Логические ИМС серии 155.

2.3. Разработка принципиальной схемы 1-го варианта

В исходном состоянии RS-триггер, собранный на элементах «2И-НЕ», будет находиться в нулевом состоянии, т.к. при включении питания со САУН подается сигнал на схему «2И», а потом на вход R триггера, устанавливающий его в нулевое состояние. САУН собрана на элементах R1,C1,VD1.

При нажатии на кнопку «ПУСК», формируется короткий нулевой импульс, и на прямом  выходе триггера появляется логическая «1», которая запускает генератор. Генератор, собранный на элементах «2И-НЕ , «2ИЛИ-НЕ», работает с периодом 200мкс, формируя по очереди меандры длительностью 100 мкс на прямом и инверсном выходе.

ФКИ1 формируется при наличии импульса с прямого выхода генератора. Формирователь ЛН5 , сборщик ЛИ1. Выходом ФКИ1 является первый импульс длительностью 20мкс. Переходный процесс разряд.

СЗ1(сборщик ЛЕ1) задерживает импульс с прямого выхода генератора на 60мкс длительность импульса выхода составляет 40мкс. Переходный процесс – заряд. Полученный импульс поступает на ФКИ2. Переходный процесс заряд.

СЗ2(сборщик ЛЕ1) задерживает импульс с прямого выхода генератора на 90мкс длительность импульса выхода составляет 10мкс. Переходный процесс – заряд. Переходный процесс заряд.

ФКИ2 (формирователь ЛН5, сборщик ЛИ1), формирует паузу длительностью 10мкс. Переходный процесс разряд. С помощью схемы «исключающее ИЛИ» формируем третий импульс.

ФКИ3 собран на формирователе ЛН5 и сборщике ЛИ1. ФКИ4 работает по импульсу с инверсного выхода генератора. ФКИ4 формирует четвертый импульс длительностью 30мкс.

ФКИ5 собран на формирователе ЛН5 и сборщике ЛЕ1. ФКИ5 формирует пятый  импульс длительностью 10мкс. Переходный процесс разряд.

Далее полученные импульсы поступают на операционный усилитель,  где формируется аналоговый сигнал, а также на ТТЛ канал МГИС.

Для получения КМОПТЛ канала используется элемент ЛН5 и резистор .

Для получения ЭСЛ  канала используем ИМС К500ПУ124.

В ручном режиме импульс с ФКИ5 поступает на схему «2И» (входами которой является ФКИ5 и САУН), которая сбрасывает триггер.

2.4. Расчет принципиальной схемы 1-го варианта

2.4.1 САУН:

Необходимо обеспечить установку RS-триггера в нулевое состояние при включении питания. Принимая R1 = 1 кОм.

t_{уст.пит.max} = 10 мс

t_{уст пит. мин} = 5 мс

t_{уcт «0»} =C1*R1*ln(Е_п/(E_п -U_пор)) > t_{уст пит}

Для большей стабильности примем C1 = 100 мкФ.

2.4.2 Формирователь Одиночного Импульса (ФОИ):

При нажатии кнопки SB «Пуск» формируется короткий нулевой импульс длительностью 1 мкс.

Для запуска схемы необходимо сформировать одиночный импульс. Для этого достаточен импульс 100 мкс.

Примем R3 = 1 кОм.

fдреб = 500  Гц =>  Tдреб = 2 мс.

С2=78.5 нФ => C2=82 нФ  R2=94801 Ом => R2=100 кОм

должно быть больше или равно 1мс

должно быть намного меньше 1мс

Таким образом R3=1 кОм, а R2=100кОм

2.4.3 Расчет генератора

Генератор вырабатывает меандр длительностью 200 мкс. Частота кварца 5 кГц

Tи = Тп = 100 мкс    

Есм = Еп

Rвых`1` = 650 Ом

Rвых`0` = 25 Ом

Rвх`1` = 50 кОм

R = 20 кОм

Tи = 0.33*R*C => C = 15 нФ    .

R5 = R6 = R = 20 кОм

C3 = C = 15 нФ

2.4.5. Расчет ОУ

Для расчета схемы необходимо расчитать коэффициенты суммирования сумматора- вычитателя.

На выходе ОУ будет реализоваться функция:

U_вых = U₁*a₁+U₂*a₂+ U₃*a₃+ U₄*a₄+ U₅*a₅+ U₆*a₆; Шестой резистор нужен для того, чтобы в случае когда на выходе всех ФКИ установлен уровень логического нуля (0,4 В), U_выхОУ должно быть равно 0.

Расчёт навесных резисторов на операционном усилителе: