Curs de lucru pe disciplina "Electronică și fundamentele circuitelor". Conține alegerea, justificarea și calculul generatorului de tensiune variabilă liniar. Pentru proiectare au fost utilizate opt surse. Structura electrică și schema electrică a dispozitivului sunt închise.
Generator unic de impulsuri (multivibrator de așteptare). Un multivibrator de așteptare este, de asemenea, numit un vibrator unic. Monovibratorii sunt proiectați pentru a genera impulsuri individuale cu o durată specificată. În acest caz, durata impulsului de declanșare nu joacă un rol special, cu condiția ca acesta să nu depășească durata impulsului produs de unitatea de declanșare unică, tи зап Schema vibratorului unic este prezentată în Fig. 1, a. Se execută pe două elemente logice de tip 2N-HE prin introducerea feedback-ului pozitiv (ieșirea celui de-al doilea element este conectată la intrarea primei). Durata impulsului de ieșire al unui monostabil poate fi determinată folosind expresia unde Rout - rezistența de ieșire a primului element. Upor - tensiunea de prag a unui element logic. Pe baza elementelor logice, este posibil să se construiască diferiți generatori de impulsuri. Cea mai largă aplicație în dispozitivele digitale a fost găsită în două tipuri: multivibratori asimetrici și simetrici. În multivibrator asimetrică (Fig. 2a), ieșirile rezistorul R în modul de amplificare primul invertor și tensiunea de ieșire a invertorului trebuie să dețină în modul de amplificare, al doilea invertor. Răspunsul pozitiv prin condensatorul C va determina o auto-excitație ușoară a procesului de relaxare auto-oscilatorie (care nu necesită o apăsare inițială). Perioada T a impulsurilor produse de multivibrator este determinată în prima aproximare de constanta de timp t = RC (T = a t, unde o are de obicei o valoare de 1,2). Rata de repetare poate fi estimată (cu până la 10%) față de expresia f = 1 / 2RC. Schema unui multivibrator simetric este prezentată în figura 2b. Simetria impulsurilor de ieșire poate fi obținută în următoarele condiții: R1 = R2; C1 = C2. Perioada de repetare a impulsului T este definită ca suma celor două timpi de încărcare ai condensatoarelor, i. T = tasp1 + tas2. unde tas1 = t1 ln (U1 / Upor); tasp2 = t2 ln (U1 / Upor). Valorile t1 și t2 sunt determinate ținând cont de rezistențele de ieșire ale convertizoarelor Rout E1, Rout E2 t1 = C1 (R2 + Rout E1) t2 = C2 (R1 + Rout de E2). Rata de repetare a impulsurilor de ieșire ale unui multivibrator simetric este determinată din relația: Generatoare de tensiune variabilă liniar (GLIN). GLIN sunt dispozitive electronice a căror tensiune de ieșire variază liniar de ceva timp. Adesea, această tensiune variază periodic. În acest caz, GLIN este numit generator de tensiune de fierăstrău (GPN) sau generator de tensiune cu formă triunghiulară (fig.3, a, b). Dacă tensiunea variază de la valoarea minimă la valoarea maximă (în valoare absolută), atunci se numește o tensiune crescătoare liniar. Dacă se modifică de la valoarea maximă la valoarea minimă - care se încadrează liniar. GLIN au găsit o aplicație largă în deflectarea sistemelor de osciloscoape, televizoare, în radar, în convertoare "interval tensiune-timp", modulatoare de lățime a pulsului etc. Argila este construită pe principiul încărcării și descărcării condensatorului. Schema celor mai simple GPN care funcționează pe principiul încărcării unui condensator este prezentată în Fig. 3, c. Se compune dintr-un condensator consumator de timp C, un rezistor Rk și o cheie tranzistor VT1. Intrarea comutatorului tranzistor este alimentată cu o secvență de impulsuri dreptunghiulare cu un interval predeterminat între impulsuri și durată (Figura 3, d). Când tensiunea de bază a tranzistorului este zero (intervalul de timp dintre impulsuri), tranzistorul este închis și condensatorul este încărcat prin rezistența Rk. Dacă constanta de timp a lanțului RcC este suficient de mare, adică este mult mai lungă decât perioada de repetare a impulsurilor dreptunghiulare, tensiunea pe condensator crește liniar. Încărcarea condensatorului continuă până la deschiderea pulsului tranzistorului VT. Când se deschide tranzistorul începe descărcarea condensatorului. Intervalul de timp dintre impulsurile porții trebuie să fie suficient pentru o descărcare completă a condensatorului C. Tensiunea pe condensator variază în funcție de lege: unde t = RC este constanta de timp a lanțului constând din Rk și C; t este valoarea curentă când t = 0, Uc = En (1- 1) = 0. Se știe că funcția ex poate fi reprezentată sub forma unei serii de putere Pentru valorile lui X<<1 функцию можно определить первыми двумя членами ряда apoi, folosind această expresie pentru cazul unei încărcări a condensatorului la t< Evident, în cazul utilizării acestui proces în GPN, t = tu = tasar; t = Rk C, atunci Tensiunea variabilă liniar Uc (t) este caracterizată de un număr de parametri: - durata timpului de execuție înainte, adică timpul în care condensatorul este încărcat prin rezistența Rk la tensiunea Uc; - durata revenirii la (timpul de recuperare) este timpul în care are loc descărcarea condensatorului; - perioada de repetare a unei tensiuni variabile liniar (pulsuri asemănătoare impulsurilor) T = to + tpr; - amplitudinea impulsurilor de fierăstrău Um; - coeficientul de neliniaritate g. Unul dintre cei mai importanți parametri ai GLIN este coeficientul de neliniaritate. Pentru a determina g folosim declarația bine-cunoscut faptul că o funcție liniară este caracterizată prin derivatul constant în toate punctele sale, astfel încât o abatere de la liniaritate poate fi estimat coeficientul de neliniaritate. Nonlinearitatea este determinată de abaterea maximă a formei de undă reale din forma liniară ideală. Coeficientul de neliniaritate se regăsește ca raportul dintre modificările derivate ale funcției la începutul și la sfârșitul procesului de creștere Având în vedere că dUc / dt = ic / C, unde ic este curentul de încărcare al condensatorului, se poate obține o expresie convenabilă pentru calcule unde i n - curentul de încărcare al condensatorului la începutul procesului (impuls); iκ - curent de încărcare la sfârșitul impulsului. Dacă curentul invers al tranzistorului este neglijat și curentul de scurgere al condensatorului poate fi determinat ca La sfârșitul impulsului, condensatorul de încărcare a tensiunii C va fi mai mic decât tensiunea de alimentare cu valoarea Um, prin urmare, curentul de la capăt va fi determinat ca Deoarece pentru tpr < Cel mai simplu generator de tensiune liniar este, de asemenea, caracterizat prin raportul de utilizare a tensiunii sursei de energie Dacă înlocuim valoarea Um în expresia factorului de putere al sursei de alimentare, obținem Din expresia obținută pentru coeficientul de nelinearitate rezultă că, cu cât liniaritatea tensiunii fierăstrăului este mai bună, cu atât este mai mică amplitudinea tensiunii GLIN. De exemplu, dacă tensiunea alimentării este de 10 V, pentru a obține un factor de neliniaritate g = 1%, amplitudinea de tensiune a impulsurilor GPN nu trebuie să depășească 0,1 V. Pentru a îmbunătăți utilizarea tensiunii de alimentare pentru valori mici ale factorului de neliniaritate, se utilizează stabilizatori de curent continuu (GTS). Într-adevăr, din expresia g se poate observa că dacă curentul de încărcare este constant (pentru o tensiune incidentă liniară, curentul de descărcare), i = ik, deci ®g0. Circuitul unui generator simplu de tensiune din fierăstrău cu un stabilizator de curent în circuitul de descărcare a condensatorului este prezentat în Fig. 4, a. Condensatorul este încărcat prin tranzistorul VT1 și rezistența Rk. În timpul perioadei de încărcare, tensiunea din condensator atinge tensiunea sursei de alimentare. Când este vorba de baza de tranzistori nivelul zero, primul tranzistor este închis și tranzistorul VT2 trece un mod constant generator de curent (GTS) și prin ea curge o descărcare de curent constant stabilă a condensatorului (Fig. 4b). La determinarea coeficientului de neliniaritatea tensiunii sawtooth generator de impulsuri necesar să se ia în considerare influența RL de sarcină de rezistență la procesul de descărcare a condensatorului. Curentul prin impedanța de sarcină cauzate de tensiunea condensatorului la capătul de descărcare este zero, deoarece la sfârșitul descărcării Uc = 0. Având în vedere considerațiile de mai sus se poate obține o expresie pentru neliniarității coeficient stabil cu FPG generator de curent. Din expresia obținută rezultă că pentru a reduce g este de dorit să se utilizeze sarcini cu rezistență ridicată sau să se reducă amplitudinea impulsului de semnal. Una dintre sursele cele mai utile atunci când se analizează subiectul este un „Ghid pentru calculul circuitelor electronice,“ de referință BS Gershunsky care oferă informații cu privire la calculul cele mai comune scheme de generatoare moderne de care variază liniar de tensiune, precum și etapele principale pentru proiectarea dispozitivelor electronice. În manualul pentru licee „Electronics“ are o gamă largă de circuite, elementele de bază ale teoriei circuit electronic, dar această sursă se caracterizează printr-un set destul de stricte din dispozițiile principale ale electronicii. Cooper VA "Generatoare de tensiune variabilă liniar". Această carte oferă o clasificare a generatoarelor unei tensiuni variabile liniar. Sunt luați în considerare generatorii cu feedback pozitiv, negativ și combinat, precum și circuite cu compensare independentă a nelinearității. realizat pe bază de elemente moderne. Este prezentată tehnica de calcul al ingineriei, se oferă recomandări privind alegerea tipurilor de elemente utilizate. În următoarea sursă - Horowitz P. Hill, W. „Arta designului de circuit“ sunt cele mai interesante solutii tehnice, atentia cititorului se concentreaza pe aspectele subtile ale proiectarea și aplicarea de circuite electronice. Este dedicat domeniilor de dezvoltare electronică rapidă și se caracterizează printr-o varietate de circuite electronice. Nu sunt menționate toate sursele de literatură referitoare la generatoarele de tensiune variabilă liniar. Dar chiar și această listă oferă o oportunitate de a prezenta o gamă largă de literatură pe această temă. Proiectați un generator de tensiune liniar-variabilă cu următorii parametri: - timpul cursei directe tp = 30 μs; - timpul cursei inverse t = 20 μs; - amplitudinea Umax = 9 V; - coeficientul de nelinearitate e = 0,4% Ca urmare a calculelor, determinați parametrii elementelor de circuit ale generatorului. Generatorul de tensiune din fierăstrău se formează conform schemei din figura 1. Denumirile corespund schemei de principiu electric 5093.036000.000 E3. Figura 1 este o diagramă schematică a unui generator electric de tensiune de fierăstrău Această schemă se caracterizează prin faptul că coeficientul de neliniaritate va fi minim în el, deoarece dioda Zener VD1 fixează tensiunea de emițător de bază a tranzistorului VT2. În acest sens, curentul colector-emițător al tranzistorului VT2 va fi constant. O diagramă completă schematică a dispozitivului este dată în documentul 5093.036000.000 E3. Ca condensator de separare C1, luăm condensatorul de oxid de aluminiu-electrolitic K50-9-30V-10 mkF. Ca element al lui VT1, luăm tranzistorul KT3108B p n p, HF, cu următorii parametri: Calculăm condensatorul C2 în generatorul de tensiune din fierăstrău. Curentul de descărcare a condensatorului C2 este: Curentul maxim de descărcare al condensatorului C2: Capacitate capacitate C2: Ca C2, luăm un condensator monolit ceramic K10-47-50V-0.44 μF. Curentul de încărcare al condensatorului C2 se calculează cu formula: Pentru a se asigura că condensatorul C2 are timp să se descarce în timpul timpului de reajustare, rezistența tranzistorului VT1 ar trebui să fie egală cu: Condensatorul C2 va avea timp să se descarce, deoarece tranzistorul VT1 în timpul descărcării C2 este în stare saturată, în care rezistența tranzistorului este egală cu unitățile OM. Calcularea rezistorului R1 se efectuează după cum urmează: Actualul IR1 care trece prin rezistorul R1: Din formula (5) găsim valoarea rezistorului R1: Dintr-un număr de denumiri E 24 alegeți valoarea R1 = 2 kOhm. Puterea disipată de rezistența R1: Ca elementul R5 luăm rezistorul MLT-0,25-2k ± 0,5. Ca VT2 alegem tranzistor KT315A npn. HF cu următorii parametri: Pentru a menține tranzistorul VT2 în stare deschisă, este necesar ca tensiunea Uke să fie mai mare decât Uken. Amplitudinea tensiunii pe condensatorul C2 UC4 = 10 V. Luați tensiunea Uke = 2 V, apoi tensiunea pe rezistența R3 este: Să calculăm rezistența R3: Dintr-un număr de valori E24 alegem rezistența R3 = 170 Ohm. Puterea disipată de rezistența R3: Ca element R3, selectăm un rezistor MLT-0,125-170 ± 0,5%. Tranzistor VT2 se va deschide dacă U BE ³ U BAN în schema U BEVT2 = 1,5 V. Tensiunea de stabilizare a diodei zener V1 se găsește din starea: Să alegem dioda Zener 2C210A cu următorii parametri: Calcularea rezistorului R2 este după cum urmează: Tensiunea UR2 este definită ca diferența dintre tensiunea de alimentare EK și tensiunea de stabilizare UST: Din formula (12) găsim valoarea R2: Dintr-un număr de denumiri E24 rezistor R2 = 2200 Ohm. Puterea disipată de R2: Alegeți un rezistor MLT-0,125-680- 0,5%. Calculul coeficientului de neliniaritate al generatorului de tensiune din fierăstrău este realizat din următoarea condiție: Pentru a calcula Rout, construim un circuit pentru înlocuirea tranzistorului VT2. ½1 (rδ + (rd1 / 2R2)) -1 / r * k; (20) RVOHE = 4930,1 Ohm. Din formula (15) se calculează coeficientul de neliniaritate al generatorului de tensiune din fierăstrău: Factorul de neliniaritate rezultat al generatorului este mult mai mic decât e = 0,4%. Dispozitivul proiectat și calculat mai sus are un factor de nelinearitate scăzut de x = 0,024%, ceea ce face posibilă obținerea impulsurilor de fierăstrău la ieșire cu un grad redus de distorsiune. Din calcule rezultă că acest generator de tensiune variabilă liniară cu feedback dinamic asigură un factor de non-liniaritate scăzut, iar tensiunile de ieșire sunt limitate numai de parametrii admisi ai tranzistorului. 4. Cooper V A "Generator de tensiune variabilă liniar", 1988. 5. Gusev VG, Gusev Yu M "Electronică": Manual pentru licee, Moscova 1982. 6. Gershunsky B S "Manual privind calcularea circuitelor electronice", Kiev 1983. 8. Valeeva R. G, Startsev Yu V "Orientări metodice pentru proiectarea de cursuri și proiecte de diplome pentru studenții de specialități 210100- "Managementul și informatica în sistemele tehnice" / USATU,
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: