Разработать генератор сигнала специальной формы. Зависимость выходного напряжения от времени представлена на рис. 1.
Рисунок 1.1.
Условия:
t 1 =t2 =10100mc
t 3 =t4 =10100mc
T=1c
I Hmax =1А
БП — трансформатор
Выдает постоянное напряжение для питания схемы. Выходные номиналы питания: +5В, +15В, -5В, -10В, -15В (См. Расчет БП).
ТГ — тактовый генератор (мультивибратор).
Создает запускающие импульсы с периодом T=1c (См. расчет ТГ)
БУК — блок управления ключами;
УМ — усилитель мощности;
DA3,DA4 — интеграторы;
DA5-DA8 — компараторы напряжений;
R26,R27 — сопротивления.
Позволяют регулировать интервалы времени.
Сумматор — выполнен на основе ОУ;
U1-U9 — ключи коммутирующие сигнал.
Данная схема работает по следующей схеме:
Тактовый генератор вырабатывает импульсы с периодом 1с. Эти импульсы подаются в блок управления ключами. При срабатывании участка ключей DD2, закрываются ключи U1, U6, U7.
Происходит интегрирование входного сигнала +15В. Когда сигнал на выходе интегратора DA3 достигнет уровня +15В сработает компаратор DA5 и подаст импульс в БУК, участок ключей DD2 отключится и включит за собой DD3, который подключит ключи U1, U7, U9.
Что приведет к интегрированию входного сигнала с уровнем -10В. Когда сигнал на выходе интегратора DA3 достигнет уровня +5В сработает компаратор DA6 и подаст импульс в БУК, участок ключей DD3 отключится и включит за собой DD4, который подключит ключи U3, U5, U7.
На интеграторе DA3 останется постоянный сигнал уровнем +5В, на интеграторе DA4 начнется интегрирование входного сигнала +5В. При достижении уровня выходного сигнала интегратора DA4 +5В, сработает компаратор DA7, что приведет к переключению в цепи ключей с DD4 на DD5. Это повлечет за собой переключение на ключи U4, U5, U8.
Интегратор будет интегрировать входной сигнал уровнем в _10В, и при достижении уровня -5В, участок ключей DD5 отключится, и все ключи разомкнутся. Что приведет за собой подачу на выход нуля.
Дискретизация сигнала
... (например, первые две теоремы дискретизации Котельникова). Аналоговые сигналы описываются непрерывными функциями времени, поэтому аналоговый сигнал иногда называют непрерывным сигналом. Аналоговым сигналам противопоставляются дискретные (квантованные, цифровые). Примеры непрерывных пространств и соответствующих физических величин: ...
Далее процесс генерации повторится.
3.1 Выбор и расчет тактового генератора
Рисунок 3.1
В качестве тактового генератора можно использовать автоколебательный мультивибратор., Существует множество
1. Автоколебательный мультивибратор с коллекторно-базовыми связями. Достоинствами этого мультивибратора являются: высокая стабильность амплитуды генерируемых импульсов и высокий коэффициент использования напряжения. Недостатки: мультивибратор имеет режим «жесткого» возникновения колебаний, сопротивление нагрузки существенно влияет на период колебаний мультивибратора, значительная длительность фронтов импульсов на коллекторах транзисторов (при их запирании).
2. Автоколебательный мультивибратор на ОУ. Достоинства: высокая нагрузочная способность и значительная амплитуда импульсов. Недостатки: сравнительно невысокое быстродействие, нестабильность частоты формируемого сигнала.
3. Автоколебательный мультивибратор на логических элементах. К достоинствам данного мультивибратора можно отнести: простоту конструкции и хорошо фиксированные уровни U0 и U1 . Недостатки: низкая стабильность частоты (из-за влияния внешних параметров: температура и д.р.), требуется индивидуальная подборка элементов времязадающей цепи.
В результате анализа приведенных выше достоинств и недостатков мультивибраторов я остановил свой выбор на автоколебательном мультивибраторе на логических элементах (рис. 3.1.1.).
Рассчитаем параметры время задающей цепи. Эти параметры задаются элементами: R28, R29, C10. Расчет ведется из одного из параметров технического задания, т.е. T=1c — период формирования выходного сигнала. Зададимся следующими значениями времязадающей цепи:
в результате чего получим:
где t1 и t2 — длительности квазиустойчивых состояний, т.е. t1 — соответствует моменту, когда на выходе логическая 1 (U 1 =Umax ), а t2 — соответствует моменту, когда на выходе логический 0 (U0 =Umin ).
Получим период колебаний:
Рассчитаем выходные напряжения:
Отсюда видим, что выходная амплитуда тактового генератора равна:
I потТГ = IпотDD1.1 + IпотDD1.2 + IпотDD1.3 + IпотDD1.4 = 16 mA.
3.2 Выбор и расчет интеграторов
Интеграторы широко используются при построении аналоговых решающих и моделирующих устройств. Схема простейшего интегратора на ОУ представлена на рис.3.2.
Рисунок 3.2
Он создается введением по инвертирующему входу ОУ емкости С. Токи, текущие через емкость и через сопротивление равны. Тогда можно записать:
где U ВЫХ 0 — выходное напряжение при t=0. А так как отсчет времени ведут с момента поступления входного сигнала, причем обычно при t=0 Uвх =0 и Uвых =0. В связи с этим, UВЫХ 0 можно принять равным нулю.
Интегратор DA3 выполнен на ОУ с емкостью C8 в ООС и сопротивлением R28 на входе (в интегратор), имеем:
Рисунок этажное сопряжения балки компоновка балочной клетки
Второй вариант. Усложненный тип балочной клетки. Рисунок 3 – Схема балочной клетки (усложненный вариант) Принимаем шаг вспомогательных балок, а значит и пролет балок настила ... половины сечения Проверка прочности по максимальным растягивающим напряжениям в точке А по стыковому шву (рис. 9) Рисунок 9 – К расчету балки в месте изменения сечения кН/см 2 ...
Т.к. интеграторы имеют одинаковые постоянные интегрирования, то можно рассчитать только один из них, и применить результат ко второму интегратору.
Рассмотрим первый участок интегрирования от 0В до +15В., минимальное время интегрирования здесь равно 10 мс, а максимальное 100мс, рассчитаем для минимального времени:
Arctg(15/0,001)=RC, возьмем C=10пФ, получим:
R пост. ?100*103 Ом. Для верхнего предела времени получим:
Arctg(15/0,01)=RC, при C=10пФ, получим:
R?1.27*10 6 Ом. Изменяющаяся часть должна быть равна Rизм =1МОм.
В качестве ОУ возьмем ОУ следующего типа: К140УД7.
3.3 Расчет делителей напряжений
В данном курсовом проекте опорные напряжения задаются матрицей сопротивлений.
Рассчитаем делитель напряжения R6-R7. Его схема приведена на рисунке.
Рисунок 3.3
Выходное напряжение равно Uвых=5В. Напряжение питания равно Uп=15В. Все операционные усилители в данной работе запитываются от этого напряжения. Пусть R6=1кОм. Запишем формулу для нахождения Uвых, и, выразив из этого выражения R13, найдем это сопротивление:
, отсюда имеем
Рассчитаем делитель R13-R15 (рис. 3.4)
Рисунок 3.4
Находим значения сопротивлений аналогично предыдущему делителю. Зададимся R13=1kОм, получим:
R14=1kОм.
Аналогично получим R15=1kОм.
3.4 Расчет сумматора
При U0=0 напряжения на обоих входах равны и составляют
U н =Uи =R1*Uвых /R1+Rос .
При равенстве нулю тока по не инвертирующему входу, т.е. при равенстве входного сопротивления ОУ бесконечности имеем:
или
откуда имеем:
Схема сумматора представлена на рисунке.
Рисунок 3.5
Выбор параметров схемы производят, исходя из равенства единице второго сомножителя в правой части выражения:
Примем R33=R34=10кОм, тогда: R31=R32=20/2=10 кОм.
3.5 Расчет блока питания
Т.к. на выходе опорные напряжения равны -15В и +15В, то расчет трансформатором будет идентичен. Поэтому рассчитаем один из них.
Рисунок 3.6
В этой схеме Uвых регулируется с помощью R4.
Uвых=2.6(R4+R5)/R5 R4+R5=20kOm.
R2 необходимо для формирования Iогр,
R2=0,6/Iогр
VT1 является усилителем тока. Схема включения является базовой.
Диоды VD1-VD4:
Uвх=45B, т.е. Iпр=2A, Uобр=45/1.4=32B(~)
КД202В Iпр=5A, Uобр=70B
Возьмем C1=2200,0х68В, C3=0,15мкФ.
DA1 — K142ЕИ3А VT1 — КТ803А с параметрами
Iк макс =10А, Pkmax =60Вт, Uкэ=70В, n21э =30.
Выбираем ток защиты 3А, Iб КТ1 =3/30=0,1А
R2=0,6/0,1=6Ом, R3=3k+5% Е24 МТЛ 0,25В
Uвых=15В=2,6*20кОм/R5
R5=3448?3kОм+5% Е24 МЛТ 0,25В
R4=16kОм+5% Е24 МЛТ 0,25В
Значение одинаковых элементов равны между собой, а элементы идентичны.
3.6 Расчет усилителя мощности
генератор мультивибратор интегратор усилитель
Усилитель мощности служит для усиления сигнала по мощности. В генераторе сигналов специальной формы используется следующий УМ (принципиальная схема УМ показана на рисунке ниже):
Стабилизатор напряжения
... стабилизации стабилизатора около 100, а выходное сопротивление составляет десятые доли ома. Расчет компенсационного стабилизатора напряжения ... выбрать другой транзистор — ... Напряжение на нагрузке UH вместе с напряжением на переходе эмиттер—база UЭБ транзистора VT равно напряжению ... напряжение на выходе этого фильтра — стабилизатора остается неизменным. Схема транзисторного стабилизатора напряжения ...
Рисунок 3.7
Входной каскад реализован на ДК, выходной сигнал которого передается на предварительный усилитель VT4. Выходной каскад выполнен по схеме двухтактного эмиттерного повторителя. VT5 и VT6 работают в режиме АВ. Для увеличения стабильности работы УМ введена ООС по напряжению (R35).
Расчет по постоянной составляющей.
Пусть ток покоя выходного каскада VT5 и VT6 равен 60мА. Тогда для задания режима АВ сопротивления R36, R37 выберем из условия:
I вых п =0.6/R37=60 мА
R37=R36=10 Ом
Ток покоя предварительного усилителя VT4 (КТ 316) примем равным I VT4 П =10мА.
VD3,VD4,VD5 служат для создания падения напряжения между входами (базовыми) VT5 и VT6. В качестве диодов выберем КД 503 А. Учитывая, что схема запитывается напряжением + 35В, выберем R38 из условия:
Падение напряжения на R38 равно
U R38 =-UП +(UR37 +U* ),
где U * — падение напряжения на эмиттерном переходе VT6 равно U* =0.6В для КТ 819 А.
U R38 =-35+1,2=-33,8В;
R38=U R38 /IVT4 П =33,8/10мА=3,38кОм.
VT5 выберем КТ 818 А
Ток покоя через VT2 равен 1мА. R32 задает режим VT4, следовательно, падение напряжения на R32=0,6В. отсюда
R32=0,6В/1мА=0,6кОм
VT2 выберем 1159 НТ1Б.
Ток покоя через VT3=2*I VT2 П =2мА. VT3 выберем КТ 639 Б.
I Б VT3 = IК VT3 /= I VT3 П /={при =250 для КТ 639 Б }=0,04 I VT3 П
U Б VT3 =1+0.6=1.6В
I ДЕЛ =35/(R33’+R33») IR33′ =1.6В/R33′
I ДЕЛ =1мА R33’=1.6/1мА=1,6кОм
R33»=(35-I ДЕЛ *R33′)/IДЕЛ =33,4кОм
R34=34/ I VT3 П =34/2мА=17кОм
U Б VT2 =-35+34,6=-0,4В
I Б VT2 П = I VT2 П /={ при =250 для 1159НТ 1Б }=0,004мА
I R30 =10мА UБ VT2 =-0.4В
R30=0.4/1мА=40Ом R31=(35-0,4)/10мА=3,46кОм
Расчет по переменной составляющей.
Коэффициент усиления УМ по напряжению без учета ООС.
K U =K1*K2*K3
K1=R K /RЭ — Коэффициент усиления ДК
R K =R32rЭVT4 rЭVT4 =t /(IЭ )VT4 =2.6Ом
R K =(600*250*2*6)/(600+250*2*6)=312
K1=312/52=6
K2= R K /RЭ =rВХ VT5 rВХ VT6 R38/ rЭVT4 — к.у.VT4
r ВХ VT5 = rВХ VT6 = rЭVT5 =40*26/60=17.3
R K = rВХ VT5 *R38/(rВХ VT5 +2*R38)=8.62Ом
R Э = rЭVT4 =t /IVT4 П =26/10=2,6Ом
K2=6.65*R38/(17.3+2*R38)=3.31
K3=1, так как эмитерный повторитель
K U =K1*K2*K3=6*3,31*120
С учетом ООС по коэффициенту усиления УМ
Однофазные и трехфазные трансформаторы специального назначения
... напряжения и тока. Трансформаторы разделяют на силовые трансформаторы общего и специального назначения. Силовые трансформаторы общего назначения применяются на линиях передачи и распределения электроэнергии, а также в различных электроустройствах для получения требуемого напряжения. Трансформаторы специального назначения ...
K= K U /(1+ KU * KOC )
K OC =R35’/(R35’+R35»)
Т.к. необходимо К выбрать равным 10, то
R35’/(R35’+R35»)= (K U -10)/10* KU
или R35’+R35»= R35’*10* K U / (KU -10)
Приняв R35’=10кОм
R35»= R35’*10* K U / (KU -10)- R35’=190кОм
K OC =R35’/(R35’+R35»)=0,05
K= K U /(1+ KU * KOC )=10
В данном курсовом проекте был спроектирован генератор специальной формы. При этом были получены навыки проектирования электронных схем, изучены соответствующие методики и принципы их построения.
В данной работе за счет упрощения структуры генератора сигнала специальной формы повышается надежность схемы, т.к. чем больше функциональных элементов, тем система более уязвимая по отношению к различного рода воздействиям.
Спроектированная схема может использоваться в качестве учебного пособия для студентов, изучающих принципы построения сигналов специальной формы.
