Разработка генератора прямоугольных импульсов (частота импульсов - 25 kГц, емкость нагрузки - 100 пФ)

Министерство образования и науки Российской Федерации

НГТУ

Кафедра Промышленной Электроники

Расчетно-графическое задание по дисциплине

«Микроэлектроника»

Генератор прямоугольных импульсов

Факультет:        РЭФ

Группа:             РМС7-71

Студент:           Кохно К.С.

Преподаватель: Орлик В.В.

Новосибирск 2010

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Разработать генератор прямоугольных импульсов со следующими параметрами:

Частота импульсов: F=25 kГц;

Минимальный выходной сигнал: Uвых.min=3,6 В;

Сопротивление нагрузки: Rн=2 кОм;

Емкость нагрузки: Cн=100 пФ;

Выход совместим с ТТЛ серией, при коэффициенте разветвления Кразв=4;

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ГЕНЕРАТОРА

 В качестве генератора прямоугольных импульсов (ГПИ) выбрана схема мультивибратора на логических элементах – инверторах:

Это схема мультивибратора на инвертирующих логических элементах, в которую включены разрядные диоды VD₁ и VD₂ для ускорения разряда конденсаторов и получении готовности схемы к выработке следующего импульса. Длительность импульса в такой схеме]:

                                       (1)

Где U¹,U⁰ – напряжение логической единицы и логического нуля для используемых ИМС, U_пор – соответствующий порог переключения.

Длительность пауз между импульсами равна:

                                        (2)

Выберем симметричные импульсы. В соответствии с этим:

                               

Для схемы симметричного мультивибратора, выполняются условия:

                            

Такой мультивибратор будет всегда давать на выходе симметричные импульсы – со скважностью S = 2, а период следования импульсов будет равен:

             (3)

Частота импульсов: F = 1/T;

Выбор элементов:

В качестве логических элементов выберем стандартную серию ТТЛ K531. Параметры данной серии: Кразв.=10; Uпор=0,7 В; U0=0,3 В; U1=3,6 В; Rн=0,28 кОм; Cн=15 пФ; Напряжение питания Uп=5 В, i_вх⁰_max=0.6 mA

Расчет элементов схемы:

Простейшая схема ТТЛ:

Чтобы схема K531 запустилась, нужно, чтобы входной ток оказался не более 0,6 mA. Зная, что R1 в ней равен 0,28 кОм, рассчитываем сопротивление резисторов:

Где 0,7В – примерное падение напряжения на МЭТ.

Выразив сопротивление получим:

Округляем значение резисторов в большую сторону: R=6,9 кОм

Определим теперь значения емкостей:

С=1,87 нФ

Получена схема ГПИ:

Ниже приведены временные диаграммы мультивибратора, при условии, что;

U1=3.6 В, U0=0.3 В, Uпор=0,75 В.

Данная схема генератора осуществляет генерацию импульсов, в соответствии с техническим заданием, но она не годится для практического применения: Из-за обратной связи при подключении заданной нагрузки меняется частота колебаний и их амплитуда, а также возможна потеря работоспособности схемы. Во избежание этих эффектов воспользуемся буферным каскадом усиления, в виде еще одного инвертора:

В данную схему можно без нарушения частоты и работоспособности подключить сопротивление и емкость нагрузки.

Так как схема сделана на однородных элементах серии ТТЛ с Кразв=10, то выход совместим с ТТЛ серией с Кразв=4.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Быстров Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и микросхемотехника. – М.: Высшая школа, 2002.

2.  Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. / М.И. Богданович, И.Н. Грель, С.А. дубина и др. 2-е изд., перераб. и доп. – Минск: Полымя, 1996.

3.  Справочник: Диоды высокочастотные. Диоды импульсные. Оптоэлектронные приборы. Под ред. Голомедова А.В. М.: Радио и связь, 1994.

4.  Преснухин Л.Н. Воробьев Н.В. Шишкевич А.А. «Расчет элементов цифровых устройств»

Емкости конденсаторов выберем равными друг другу: С1=С2=10 нФ;

Чтобы найтивеличину резисторов, воспользуемся формулой 3 и определением частоты, из которых следует:

Подставляя данные значения в формулу получим R=1675 Ом.

В итоге имеем следующие  элементы:

R1=R2=1675 Ом;

С1=С2= 10 нФ;

2 логических элемента и-не серии K531;

Так, как диоды имеются в схеме выбранной серии, то их применение не требуется.

Получена схема ГПИ:

Ниже приведены временные диаграммы мультивибратора, при условии, что;

U1=3.6 В, U0=0.3 В, Uпор=0,75 В.

Данная схема генератора осуществляет генерацию импульсов, в соответствии с техническим заданием, но она не годится для практического применения: Из-за обратной связи при подключении заданной нагрузки меняется частота колебаний и их амплитуда, а также возможна потеря работоспособности схемы. Во избежание этих эффектов воспользуемся буферным каскадом усиления, в виде еще одного инвертора:

В данную схему можно без нарушения частоты и работоспособности подключить сопротивление и емкость нагрузки.

Так как схема сделана на однородных элементах серии ТТЛ с Кразв=10, то выход совместим с ТТЛ серией с Кразв=4.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

5.  Быстров Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и микросхемотехника. – М.: Высшая школа, 2002.

6.  Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. / М.И. Богданович, И.Н. Грель, С.А. дубина и др. 2-е изд., перераб. и доп. – Минск: Полымя, 1996.

7.  Справочник: Диоды высокочастотные. Диоды импульсные. Оптоэлектронные приборы. Под ред. Голомедова А.В. М.: Радио и связь, 1994.

8.  Преснухин Л.Н. Воробьев Н.В. Шишкевич А.А. «Расчет элементов цифровых устройств»