Дипломная работа: Розробка широкодіапазонного генератора з використанням сучасної елементної бази
Для іншого варіанта, автогенератор напруги трикутної форми побудований на двох ОП (рисунок 2), один з яких А1 з метою позитивного зворотного зв’язку, що утворений дільником R1, R2, грає роль електричного ключа, що керується напругою n- , а інший А2 - роль інтегратора з RC - інтегруючим колом.
 |
Рисунок – 2. Автогенератор трикутної форми.
Нехай в момент часу t = 0, напруга почне u збільшуватись прямуючи до +Е. Завдяки позитивному зворотному зв’язку процес установки напруги n1 , буде лавиноподібним. Коли процес закінчиться n1 =Е. Ця напруга підводиться до входу інтегратора. Інтегруючий конденсатор, який раніше зарядився до напруги uc (0)=u2 (0)=Е, почне розряджатись через резистор R. Оскільки струм розряду ір з часом трохи зменшиться, напруга u- = u1 -Rір буде повільно зменшуватись. Коли конденсатор С перезарядиться до напруги -Е, підсилювач А1 загубить свої підсилювальні властивості і перейде до режиму обмеження. Струм перезаряду конденсатора почне швидко зменшуватись, викликає порівняно швидке збільшення напруги u- . Коли u- стане більшим u+ =gЕ, станеться перебудування підсилювача А1. На вході підсилювача А2 діє напруга від’ємної полярності. Конденсатор знову почне розряджатись, прямуючи до напруги +Е.
Приведені варіанти свідчать, що генератори типу RC прості в реалізації, дешеві, мають малі габарити та масу, їх можливо використовувати з широким діапазоном частот, це найбільша перевага над генераторами типу LC, які не можуть використовуватись на НЧ, оскільки при зниженні частоти, зростають їх габаритні розміри.
1. Техніко-економічне обґрунтування технічного завдання
Більша увага приділяється комфорту при користуванні вимірювальними приладами. Все більше використовуються операційні підсилювачі для побудови генераторів. Це різко зменшує вагу і габарити приладу, дає порівняно прості схемні рішення. Для їх ремонту потрібні кваліфіковані радіомеханіки. Розробляємий широкодіапазонний генератор служить для настройки різноманітної апаратури в порівнянні з іншими схемами подвійних генераторів на ОП (рисунок 1,2) (серій К140, К153, К563 і т. д). Отримати велику швидкість наростання вихідної напруги інтегратора і малий час "відповіді" компаратора не вдається, тому гранична частота більшості генераторів не більше 10…20 кГц.
В вище згаданих генераторах є суттєві недоліки, які не задовольняють користувача. В цих генераторах не можливо змінювати частоту, вони працюють в одному частотному діапазоні. В них неможливо досягнути імпульсів різної форми (трикутні, прямокутні, синусоїдальні), вони виробляють імпульси однієї певної форми. В цих генераторах не має схеми регулювання довжини імпульсів.
В розробляємому генераторі необхідно усунути всі ці недоліки. В якості інтегратора необхідно використати операційний підсилювач, в якого по електричним параметрам велика швидкість наростання вихідної напруги і компаратор з малим часом затримки. При дотриманні цих вимог, можливо розширити діапазон частот, що генеруються до 1 МГц. Так як розроблений генератор має бути функціональним, то необхідно вводити в схему формувач напруги, що дає змогу отримати сигнал синусоїдальної форми. Введення в схему одновібратора дає можливість отримати регульовану тривалість імпульса від 0,5 мкс до 1200 мс.
Розробляємий функціональний генератор повинен бути високоекономічним. Його живлення забезпечить стабілізоване джерело живлення з напругою ± 12 В. Для живлення інших мікросхем генератора пропонується допоміжне стабілізоване джерело живлення.
Ремонтоздатність функціонального генератора має підвищитись, завдяки використанню сучасної елементної бази, що різко зменшує фінансові витрати на ремонт приладу.
2. Розрахунково-конструктивна частина
2.1 Вибір та обґрунтування структурної схеми пристрою
Враховуючи переваги і недоліки вище приведених схем доцільно зупинитись на такій загальній структурній схемі:
Рисунок – 3. Загальна структурна схема генератора.
Для отримання в схемі імпульсів трикутної форми необхідно використати інтегратор. Він потрібен для інтегрування імпульсів. В інтеграторі швидкість зміни вихідної напруги пропорційна напрузі на вході і зворотно-пропорційна сталій часу t=R1 C:
, (1)
тому на виході інтегратора буде формуватись спадаюча напруга. Реальні ІМС ОП не забезпечують точного інтегрування. Підрахуємо похибку обумовлену кінцевим значенням коефіцієнта підсилення К ІМС ОП.
Напруга, під якою знаходиться конденсатор С:
Uc =Uo -(-Uвих )=Uo +Uвих = Uo (К+1)»Кuo , (2)
де К>>1- коефіцієнт підсилення ОП.
Припустимо, що напруга на конденсаторі С в К разів менше ніж Uc =Uo . Для того щоби швидкість заряду конденсатора, залишалась такою, як і була до цього (як при Uc =Кuo ), струм через нього 
(3) не повинен зменшуватись.
З приведеного значення виходить, що для цього ємність конденсатора потрібно прийняти рівною КС. Крім цього напругу, яка з’явиться на конденсаторі, потрібно в К разів підсилити, для того щоб вихідна напруга не відрізнялась від реальної.
З приведених значень необхідно вибрати мікросхему операційного підсилювача з великою граничною частотою підсилення і досить великим коефіцієнтом підсилення, щоби розширити діапазон частот, що генеруються. Вибираємо мікросхему типу К574УД1Б з такими електричними параметрами:
Напруга живлення – ± 12 В;
Струм, що споживається мікросхемою – 8 мА;
Вхідний струм не більше – 95 нА;
Вихідна напруга – 10 В;
Коефіцієнт підсилення по напрузі – 5*104 ;