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

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Курсовой проект по Микросхемотехнике

Тема:

«Генератор пачек импульсов»

Москва, 2005

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.  Список используемой литературы.

Выбор варианта:

N_гр - 1

N_ст – 13

N = 43

(43/4) + 1 = 4; Номер серии ИС 553

(43/8) + 1 = 4; Генератор одиночных импульсов (г)

(43/6) + 1 = 2; Управляемый генератор (б)

(43/9) + 1 = 8; ТТЛШ 1533

(43/6) + 1 = 2; КМДП К561

(43/10) + 1 = 4;

U_вх=0.2В

Полярность «-»

Уровень сигнала L

(43/8) + 1 = 4;

Число импульсов в пачке – 12

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.

Для каждого блока, исходя из заданных технических требований и принципа работы узла, рассчитать параметры элементов. Список всех элементов свести в спецификацию.

Для проверки работоспособности и достоверности расчетов смоделировать работу ГППИ (если это возможно) или отдельных (по заданию преподавателя) его блоков, воспользовавшись программами схемотехнического проектирования DesignLab 8.0, OrCad 9.2 или WEWB 5.1.

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.

Параметры входного сигнала:

-  полярность – отрицательная;

-  минимальная амплитуда – 0.2 В;

-  минимальная длительность – 1мкс.

Параметры выходного сигнала:

-  выходное напряжение в режиме покоя –  низкое;

-  период следования импульсов в пачке – 2 мкс;

-  скважность следования импульсов в пачке – 2;

-  число импульсов в пачке – 12;

Усилитель сигнала запуска

Строится на базе неинвертирующего операционного усилителя серии ИС553. Его схема показана на рис.2.

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. Базовае 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 553.

Характеристики данной серии следующие:

U_пит = 2×15 В

I_вх ≤ 200 нА

R_вх ≥ 0.2 МОм

R_вых ≤ 200 Ом

R_н ≥ 2 кОм

|U_выхmax| ≥ 10 В

2.1.1. Анализ работы схемы

Входное напряжение подается на неинвертирующий вход, а с выхода усилителя через делитель R₁, R₂ на инвертирующий вход подается напряжение обратной связи. На выходе схемы наблюдается усиленный входной сигнал.

2.1.2. Расчет элементов схемы.

Коэффициента усиления такой схемы определяется соотношением:

, с другой стороны

Из условия задания и справочных данных: , . Т. о.

Выберем R₁ и R₂ так, чтобы обеспечивалось нужное усиление, при этом R₁ + R₂ должно быть больше R_{н min}, и должны выполняться неравенства R₁ < R_вх, R₂ >> R_вых.

Пусть R₁ = 10 кОм, тогда R₂ находим из соотношения:

Ближайшее значение R₂  из номинального ряда 510 кОм

Добавим к данному блоку резистор R₃ и конденсатор большой емкости C₃ для исправления ошибок в форме входного сигнала, так, чтобы τ = C₃·R₃ >> t_и = 1 мкс.

Найдем R₃ из соотношения:

Ближайшее значение R₃  из номинального ряда 10 кОм. Тогда C₃ определяется соотношением:

Пусть C₃ = 10 нФ.

2.2. Формирователь длительности пачки

3   2   1

Формирователь длительности пачки

Данную схему будем строить на КМДП элементах серии 561.

К достоинствам КМДП технологии можно отнести уменьшение энергопотребления, еще большее увеличение быстродействия и сохранение полного функционального соответствия с ТТЛ - сериями.

Характеристики элементов серии 561:

Напряжение питания  U_пит = 3 ÷ 15 В;

Выходное напряжение U⁰ = 0 В

Выходное напряжение U¹ = U_пит

Напряжение переключения U_пер ≈ U_пит /2

Время задержки t¹⁰_здр = 200 нс

Время задержки t⁰¹_здр = 200 нс

Выберем U_пит = 5 В

2.2.1. Анализ работы схемы

Принцип работы схемы поясним на следующей осциллограмме:

Схема одновибратора состоит из инвертора (DD₁) и логического элемента 2 И-НЕ (DD₂), цепи запуска – R₂, C₂ и времязадающей цепи – R₁, C₁.

Когда на вход схемы подается сигнал высокого уровня (t < t₁), то устанавливаются значения напряжений: на входе элемента DD₂ U₁ ≈ U_пит; на втором входе элемента DD₂ U₃ ≈ U_пит; на выходе схемы U_вых = U⁰; на выходе элемента DD₁ U₂ = U¹.

В момент времени t₁ на вход схемы подается отрицательный скачок величиной U_m > U_пep. Так как напряжение на конденсаторе не меняется скачком, то U₁ = U_пит - U_m < U_пep, , это приводит к тому, что напряжение на выходе схемы принимает значение U_вых = U¹. При этом U₂ изменяется от U¹ до U⁰, и этот перепад передается на вход элемента DD₂ (напряжение на конденсаторе не меняется скачком). Т.о. U₃ = U_пит - (U¹ – U⁰) < U_пep, и U_вых остается без изменения.

После этого конденсатор C₁ начинает заряжаться по цепи выход элемента DD₁ (U₂ = U⁰) – C₁ – R₁, а напряжение U₃ – убывать по экспоненте с постоянной времени τ = C₁(R₁ + R⁰_вых). В момент времени t₂ напряжение U₃ достигает значения U_пep, и U_вых изменяется от U¹ до U⁰. При этом U₂ также изменяется от U⁰ до U¹. Этот перепад передается на вход элемента DD₂ и U₃ = U_пep + (U¹ – U⁰) > U_пep. Т.о. одновибратор возвращается в ждущий режим.

2.2.2. Расчет элементов схемы.

Выберем сопротивления R₁ и R₂ из условия:

Пусть R₁ = R₂ = 10 кОм

Цепь запуска должна оставить от сколь угодно длинного входного сигнала короткий импульс: такой короткий, чтобы не повлиять на длительность выходного сигнала, но и достаточно длинный для того, чтобы напряжение U₃ стало равно U⁰. Для этого достаточно t¹⁰_здр + t⁰¹_здр = 400 нс.

Рассчитаем параметры входной цепи исходя из условия:

Из номинального ряда выберем значение С₂ = 68 пФ.

Длительность импульса t_и определяется из условия:

Чтобы получить на выходе мультивибратора 12 импульсов  в пачке мы должны обеспечить длительность генерируемого импульса t_и  = 23 мкс.

Длительность генерируемого импульса определяется соотношением:

t_и  =

Найдем С₁:

2.3. Управляемый генератор прямоугольных импульсов

3   2   1

Управляемый генератор прямоугольных импульсов

Логические элементы схемы будут выполнены по технологии ТТЛШ серии 1533. TTЛШ (быстродействующая схема Шотки) имеет следующие достоинства: