Курсовая работа: Генератор прямоугольных импульсов

Рисунок 1.2 - Принципиальная схема.

1. Описание работы схемы

При включении питания напряжение на выходе усилителя вследствие неидеальной балансировки отличается от нуля. Это напряжение (например положительное) с выхода усилителя через цепь положительной обратной связи (ПОС), образованной резисторами R1 и R2 подается на неинвертирующий вход ОУ, усиливается им, снова подается на вход и т.д., пока усилитель не переключится в состояние насыщения и напряжение на его выходе не станет максимально возможным. К инвертирующему входу ОУ подключен конденсатор С , напряжение на котором в начальный момент равно нулю. После переключения конденсатор начинает заряжаться через сопротивление R , подключенное к выходу ОУ и напряжение на нем начинает возрастать.

, (3)

где U_нас - напряжение насыщения усилителя, близкое к напряжению питания.

На инвертирующем и неинвертирующем входах действуют положительные напряжения - постоянное U_пос и изменяющееся U_с (t) и выходное напряжение определяется как

U_вых (t) = К_{о [} U_пос - U_с (t)], (4)

где К_о ³ 10³ ¸ 10⁶ - коэффициент усиления.

Это напряжение постоянно и равно U_нас до тех пор, пока разность входных напряжений положительна. Как только напряжения сравняются: U_пос = U_с (t), напряжение на выходе мгновенно становится равным нулю, что влечет за собой и равенство нулю напряжения обратной связи U_пос = 0. Но напряжение на конденсаторе остается и не может мгновенно изменится, поэтому выходное напряжение, равное усиленному напряжению на инвертирующем входе, становится отрицательным и равным напряжению насыщения:

U_вых = - К_о U_с (t) = - U_нас . ( 5)

При этом напряжение положительной обратной связи U_пос также становится отрицательным. Отрицательное напряжение с выхода через резистор R подается на конденсатор С, ранее заряженный положительно, и начинает его перезаряжать. Процесс перезарядки длится до тех пор, пока напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах не сравняются, вследствие чего в схеме снова происходит переключение.

Для получения в нагрузке импульсов напряжения только положительного уровня на выходе усилителя подключен диод.

2. Расчет схемы

Параметры элементов схемы обеспечивающей заданные частоты импульсов на выходе мультивибратора рассчитаем для принципиальной схемы рисунок 1.2

Из условия (2) следует, что R1 » 10R2. Примем R1 = 12 000 Ом и R2 = 1 500 Ом, тогда

из (1) выражение под логарифмом будет

Подставив найденное значение в (1) получим следующую зависимость периода T от параметров времязадающей RC цепи. (6)

Для заданных частот выберем общий конденсатор такой емкостью чтобы наименьшее сопротивление резистора R (для наивысшей заданной частоты) обеспечивало облегченный режим работы ОУ по току нагрузки, например 1 мА. Сопротивление резистора будет

R = 5 /1*10^-3 = 5000 Ом

Напряжение 5 В соответствует моменту переключения ОУ и является суммой выходного напряжении ОУ 2,5 В и заряженного конденсатора -2,5 В.

При выбранном сопротивлении проведем расчет емкости для частоты 10 000 Гц по (6)

С = T /0,446R = 4,48*10^-8 Ф

Тогда для частоты 1000 Гц, также по (6) получим

R’= 1/ (0,446*1000*4,48*10^-8 ) = 50 кОм

и для частоты 100 Гц

R" = 1/ (0,446*100*4,48*10^-8 ) = 500 кОм

Выбрали значение емкости из стандартного ряда, С = 4500 пФ, и провели пересчет значений сопротивлений для получения заданных частот

R = 4 982 Ом; R’= 49 825 Ом; R" = 498 256 Ом.

3. Принципиальная схема

Составим принципиальную схему устройства, где для устранения разброса параметров элементов схемы включим подстроечные резисторы, а вычисленные значения сопротивлений получим путем параллельного подключения резисторов к R”.