Генератор пачек импульсов. Блоки синхронизации и согласования уровней. Полная принципиальная схема ГППИ. Описание работы всей схемы. Спецификация

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Курсовой проект по Микросхемотехнике

Тема:

«Генератор пачек импульсов»

Москва, 2005

Выбор варианта:

N_гр - 1

N_ст – 20

N = 50

(50/4) + 1 = 3; Номер серии ИС 544

(50/8) + 1 = 3; Генератор одиночных импульсов (в)

(50/6) + 1 = 3; Управляемый генератор (в)

(50/9) + 1 = 6; ТТЛШ 533

(50/6) + 1 = 3; КМДП К564

(50/10) + 1 = 1;

U_вх=0.1В

Полярность «+»

Уровень сигнала Н

(50/8) + 1 = 3;

Число импульсов в пачке – 11

Содержание:

1.  Задание на проектирование и исходные данные.

2.  Описание работы каждого блока:

2.1. усилитель сигнала запуска,

2.2. формирователь длительности пачки,

2.3. управляемый генератор прямоугольных импульсов.

3.  Блоки синхронизации и согласования уровней.

4.  Полная принципиальная схема ГППИ.

5.  Описание работы всей схемы.

6.  Спецификация.

7.  Приложение (номинальный ряд)

8.  Список используемой литературы.

1.Задание на проектирование и исходные данные.

На базе общей структурной схемы спроектировать генератор пачки прямоугольных импульсов (ГППИ), выбрав в соответствии с заданием узлы, а также элементную базу и конкретные типы интегральных схем. Привести описание работы схемы, дополнив его временными диаграммами для ключевых точек схемы.

Исходные данные:

ГППИ строится на основе управляемого генератора прямоугольных импульсов. Структурная схема ГППИ представляет набор следующих функциональных узлов (рис. 1):

1.    усилитель сигнала запуска,

2.    формирователь длительности пачки,

3.    управляемый генератор прямоугольных импульсов.

Амплитуда входного сигнала – 0,1В;

Полярность входного сигнала – положительная;

Уровень выходного сигнала – высокий;

Скважность выходных импульсов (q) – 2;

Период следования (T) – 2мкс, 

Число импульсов в пачке – 11. 

Рис. 1. Блок-схема ГППИ с управляемым генератором прямоугольных импульсов   и диаграммы напряжений в контрольных точках

Усилитель сигнала запуска

Строится на базе инвертирующего операционного усилителя серии ИС544. Его схема показана на рис.1.

Формирователь длительности пачки

Блок 2 ГППИ (см. рис. 1) формирует сигнал определенной длительности, в течение которого работает генератор прямоугольных импульсов. Поэтому этот блок строится на базе одновибратора .Базовые схема показана на рис. 3.

Управляемый генератор прямоугольных импульсов.

Блок 3 ГППИ (см. рис. 1) – это управляемый генератор прямоугольных импульсов. Генератор вырабатывает импульсы, только при подаче разрешающего сигнала. Схема генератора приведена на рис.4.

2. Описание работы каждого блока.

2.1 Усилитель сигнала запуска.

Усилитель сигнала запуска строится на основе операционного усилителя серии ИС 544.

Характеристики данной серии следующие:

U _{вых max} = 10 В

R _{н min} = 2 кОм

U _пит =15

Неинвертирующий усилитель (рис.3), содержит последовательную отрицательную обратную связь по напряжению, поданную по инвертирующему входу; входной сигнал подается на неинвертирующий вход ОУ.

, откуда коэффициент усиления инвертирующего усилителя

U_вх1 = 0.1  В

U _{вых1 max} = 10 В

Получаем, что 1+ .

 и  выбираем так чтобы: 

, в схеме согласования протекает ток I_н=3,3мА

 =  мА

> 5,9 кОм.

R₂ = 100 кОм, тогда R₁ = 1 kОм.

Для определения параметров цепи R₁₂ C₁₁ воспользуемся соотношением:  (спад плоской вершины 10%, входной импульс проходит почти без искажений)  t_и=1 мкс (длительность входного импульса) остоянная цепи= R₁₂C₁₁

Выбираем значение R₁₂ = R₁||R₂ = 1 кОм. Рассчитываем С₁₁ =  = 10нФ

2.2 Формирователь длительности пачки

Принципиальная схема формирователя длительности пачки представлена на рисунке ниже.

Данный генератор будем строить на КМДП элементах серии 564.

Данные для серии 564 следующие:

·  Напряжение питания U_{питания} = 5 В

·  Входной ток лог. «0» I⁰_вх. = 3 мкА

• Входной ток лог. «1» I¹_вх. = 3 мкА

·  Выходное напряжение лог. «1» U¹ = 4,9 B

·  Выходное напряжение лог. «0» U⁰ = 0,8 B

·  Напряжение переключения U_пер = U_{питания}/2 = 2,5 В

Принцип работы схемы поясним на следующей осциллограмме:

В момент времени t₁ на вход схемы подается положительный скачок. Напряжение на конденсаторе С2 скачком не меняется, в результате на первый вход элемента DD2 подается напряжение U¹, это приводит к тому, что напряжение на выходе схемы принимает значение U⁰, а это, в свою очередь, приводит к тому, что на выходе элемента DD1 устанавливается напряжение равное U¹. Напряжение на конденсаторе C1 скачком не меняется, следовательно, в момент времени t₁ на втором входе элемента DD2 появляется напряжение равное U¹, тем самым, на выходе будет сохранятся напряжение U⁰ до тех пор, пока не перезарядится конденсатор C1, и на втором входе элемента DD2 напряжение не станет равным U⁰. На этом работа схемы закончится.

Рассчитаем параметры элементов схемы, исходя из принципов её работы:

Длительность импульса t_и определяется из условия:

Чтобы получить на выходе 12 импульсов  в пачке мы должны обеспечить задержку на  t_и  = 22 мкс(11Т).

Время генерируемого импульса t_и  =

Время до которого надо сократить длительность входного сигнала, чтобы не нарушить работу схемы t_зад  =  должно быть достаточным, чтобы успели переключиться элементы DD1 и DD2, но должно быть меньше, чем время выходного импульса.

Возьмем

Резисторы R1 и R2 должны удовлетворять соотношению:

Отсюда следует, что

Выбираем R₁ = R₂ = 3 кОм.

Отсюда С₂ = 4.2 пФ, С₁ = 8.3 нФ. Возьмем значения из номинального ряда:

С₂ = 4.7 нФ, С₁ = 8.2 нФ

2.3 Управляемый генератор прямоугольных импульсов

2   3   1

Управляемый генератор прямоугольных импульсов

Данную схему будем строить на ТТЛШ элементах серии 555. Триггеры Шмита выберем из серии ТТЛ 155.

Характеристики элементов серии 555:

Напряжение питанияU_пит = 5 В

Пороговое напряжение U⁰ _пор=0.8 В

Пороговое напряжение U¹ _пор=2.0 В

Напряжение переключения U_пер=1,4 В

Выходное напряжение U⁰ = 0.25 В

Выходное напряжение U¹ = 3.4 В

Входной ток I⁰_вх = 0.4 мА.

Характеристики триггеров Шмита серии 155:

Напряжение питанияU_пит = 5 В

Напряжение срабатывания U_ср=1.8 В

Напряжение отпускания U_отп=0.8 В

Выходное напряжение U⁰ = 0.1 В

Выходное напряжение U¹ = 3.5 В

Входной ток I⁰_вх = 1.6 мА

Входной ток I¹_вх = 0.04 мА.

В исходном состоянии на вход схемы подается высокий уровень. Тогда на выходе элемента DD₁, представляющего собой инвертор с открытым коллектором, поддерживается напряжение U₁ = U⁰. На выходе элемента DD₂, являющегося инвертором на базе триггера Шмита, устанавливается напряжение U₂ = U¹. В тоже время на вход элемента DD₃ подается напряжение U₃ = E_см – I¹_вхR₂ ≈ E_см  > U_отп, и на выходе схемы поддерживается напряжение U_вых = U⁰.

Когда на вход схемы приходит разрешающий импульс низкого уровня, элемент DD₁ запирается, конденсатор С₁ начинает заряжаться по цепи выход элемента DD₃ (U_вых = U⁰) – С₁ – R₁ - E_см и напряжение U₁ начинает возрастать по экспоненте  стремясь к уровню E_см. Пока U₁ < U_ср, U₂ = U¹, U₃ = E_см, U_вых = U⁰.

Как только U₁ достигает уровня U_ср элемент DD₂ переключается и U₂ скачком изменяется от U¹ до U⁰. Этот скачок передается на вход элемента DD₃ (т. к. напряжение на конденсаторе не меняется скачком) и U₃ становится равным E_см – (U¹ – U⁰) < U_отп. На выходе схемы напряжение U_вых меняется с U⁰ до U¹. Напряжение U₁ так же стремится измениться на величину U¹ - U⁰, (достигнуть величины U_ср + U¹ - U⁰), но в это время открывается защитный диод D₁ и компенсирует скачок U₁ выше Е_см + U_{д пр}.

Конденсатор С₂ начинает заряжаться по цепи выход элемента DD₂ (U_вых = U⁰) – С₂ – R₂ - E_см и напряжение U₃ начинает возрастать, стремясь к уровню E_см. Т. о. пока U₃ < U_ср, U₁ = E_см + U_{д пр}, U₂ = U⁰,  U_вых = U¹.

Как только напряжение U₃ достигнет уровня U_ср, U_вых скачком меняется с U¹ до U⁰. Этот скачок передается на вход элемента DD₂ (напряжение на конденсаторе не изменяется скачком) и U₁ становится равным Е_см + U_{д пр} – (U¹ - U⁰) < U_отп и напряжение U₂ скачком изменяется от U⁰ до U¹. Этот скачок передается на вход элемента DD₃ (т. к. напряжение на конденсаторе не меняется скачком) и U₃ стремится