Abstract
The generators of pulses of the different form are used in the computers, in blocks of management, devices of telemetering systems, in systems of automatic control and regulation, in digital and in digital-analog measuring devices. Modern element base, which is submitted as analogs, and digitals integrated microcircuits.
This degree project was devoted to development of the functional generator, which was constructed on modern element base. Use has resulted before significant improvement of such parameters:
- increase of reliability of the circuit;
- reduction of dimensions that of weight of the device, and also decrease of the price;
- simplification of repair of the circuit;
Анотація
Генератори імпульсів різної форми використовуються в електронно-обчислювальних машинах, в блоках керування, приладах телеметричних систем, в системах автоматичного керування і регулювання, в цифрових і в цифроаналогових вимірювальних приладах, сучасна елементна база, яких представлена як аналогововими, так і цифровими інтегральними мікросхемами.
Даний дипломний проект був присвячений розробці функціонального генератора, який був побудований на сучасній елементній базі. Її застосування привело до значного покращання таких параметрів:
- підвищення надійності схеми;
- зменшення габаритів та маси приладу, а також зниження вартості;
- зрощення ремонтноздатності схеми;
Технічне завдання
Розробити з використанням сучасної елементної бази широкодіапазонний генератор, з такими параметрами:
Діапазон частот генерування сигналів: 0,1 Гц – 1 МГц.
Тривалість імпульсу: 0,5 мкс – 1200 мс.
Форма сигналів генерування: трикутна, синусоїдальна, прямокутна.
Вихідний опір генератора: 100 Ом.
Амплітуда напруги сигналу генерування: 0…1 В.
Коефіцієнт гармонік синусоїдального сигналу не більше: 1,5 %.
Зміст
Вступ
1. Техніко-економічне обґрунтування технічного завдання
2. Розрахунково-конструктивна частина
2.1 Вибір і обґрунтування структурної схеми пристрою
2.2 Електричний розрахунок
2.2.1 Електричний розрахунок ключа
2.2.2 Електричний розрахунок випрямляча напруги
2.3 Розрахунок надійності за миттєвими відмовами
3. Технологічна частина
4. Результати експериментальних досліджень
4.1 Перевірка широкодіапазонного функціонального генератора на основну похибку встановленої частоти
4.2 Перевірка широкодіапазонного функціонального генератора на зменшення напруги живлення джерела живлення
4.3 Перевірка широкодіапазонного функціонального генератора на зменшення напруги мережі
5. Організаційно-економічна частина
5.1 Організація виробництва на дільниці збирання функціональних генераторів
5.2 Калькуляція собівартості виробу на дільниці і розрахунок його оптової ціни
6. Заходи по охороні праці і техніці безпеки
6.1 Заходи по охороні праці і техніці безпеки при роботі по настроюванню та регулюванню функціонального генератора
6.2 Розрахунок освітленості робочого місця
Висновки
Вступ
Розвиток мікроелектроніки і освоєння виробництва інтегральних мікросхем в останні роки обумовило появу нових методів побудови і конструювання електронної апаратури різного призначення, яка відрізняється малою вагою і габаритними розмірами, а також достатньою надійністю. Сучасна елементна база представлена як аналоговими, так і цифровими інтегральними мікросхемами. Генератори імпульсів різної форми використовуються в електронно-обчислювальних машинах, в блоках керування, приладах телеметричних систем, в системах автоматичного керування і регулювання, в цифрових і в цифроаналогових вимірювальних приладах.
Генератор вимірювальних сигналів являє собою екрановане джерело радіотехнічних сигналів визначеної форми, частота і вихідний рівень яких встановлені в деяких межах. Вимірювальні сигнали призначені для імітації сигналів, які поступають на вхід пристрою, що досліджується, і живлення вимірювальних схем та установок. Вимірювальні генератори повинні забезпечувати можливість отримання сигналу від долі герца до десятків гігагерц при напрузі від десятих долей мікровольта до десятків вольт або потужністю від 10-14 Вт до кількох ватт.
Генератори вимірювальних сигналів класифікуються по формі сигналів класифікуються по формі сигналів таким чином: генератори синусоїдальних сигналів, імпульсів, шумових сигналів, сигналів спеціальної форми(функціональні генератори)і генератори хитної частоти (свіп генератори). По діапазону частот –генератори сигналів інфранизьких частот (0,001Гц –десятки або сотні кілогерц), низьких частот 20Гц – 200кГц), високих частот (30кГц –50мГц), надвисоких частот з коаксіальним виходом (300мГц –10ГГц). Установка і регулювання частоти виконується ручним або автоматичним способом. В генераторах вимірювальних сигналів використовують амплітудну і частотну модуляцію синусоїдальними сигналами; амплітудну, частотну і фазову модуляцію; комбіновану модуляцію, коли одночасно накладаються два або більше види модуляції. Основні метрологічні характеристики генераторів синусоїдальних сигналів являються: похибка установки частоти, нестабільність частоти; похибка установки вихідного рівня сигналу; максимальна вихідна потужність сигналу на узгодженому навантаженні. Імпульсні генератори призначені для отримання електричних коливань різко несинусоїдальної форми, які називаються релаксаційними коливаннями. Для таких коливань характерна наявність ділянок порівняно повільної зміни напруги (струму) і ділянок, на яких напруга (струм) мають змінюватись скачкоподібно. Пристрої призначені для отримання таких коливань називають генераторами релаксаційних коливань. В техніці генератори релаксаційних коливань називаються імпульсними.
Імпульсний генератор, в тому числі і виконаний на інтегральних мікросхемах, включає не менше, як один реактивний елемент – конденсатор, або котушку індуктивності. Розрізняють два типи релаксаційних генераторів з ємністю (без індуктивності), або з індуктивністю (без ємності).
Основні часові параметри імпульсів (тривалість і частота повтору) визначаються, з іншими факторами, швидкістю накопичення енергії реактивними елементами. Тому ці елементи разом з зарядно-розрядними резисторами називаються часозадаючими. Іноді в генераторах релаксаційних коливань в якості часозадаючих реактивних елементів використовуються у вигляді двополюсників відрізки довгих ліній з розподільчими параметрами, або відповідні їм еквівалентні з зосередженими параметрами. При цьому в генераторах з ємністю замість конденсатора використовується розімкнутий на кінці відрізок довгої лінії. В генераторах з запізнючим зворотнім зв`язком часозадаючий елемент у вигляді довгої лінії – лінією затримки, в порівняні генераторів розривних коливань використовується як двополюсник, що забезпечує часову затримку (фазовий зсув), сигналу який через нього проходить. Якщо часова затримка, в колі зворотного зв’язку генераторів розривних коливань, негативно впливає на їх роботу, уповільнюючи процеси лавиноподібної зміни струмів і напруг, то в релаксаційних генераторах з запізнючим зворотнім зв’язком вона принципово необхідна.
Довжина фронтів імпульсів релаксаційних генераторів визначається швидкістю заряду або розряду паразитних ємностей (індуктивностей) і інерційності активних елементів, які являються основою імпульсного генератора.
Імпульсні генератори складаються із джерела живлення, ємністно-резистивного або індуктивно-резистивного часозадаючого кола і активного ключового елемента, який забезпечує підмикання і вимикання часозадаючого кола до джерела живлення.
Можливі три основні режими роботи генератора: автоколивальний, ждучий або загальноколивальний і синхронізуючий.
В режимі автоколивань ключ періодично, з частотою, що визначається параметрами схеми, підмикає і вимикає часозадаюче коло до джерела живлення.
В загальноколивальному режимі ключ керується зовнішньою запускаючою напругою. Тому частота повтору імпульсів генератора визначається частотою запускаючих імпульсів, а їх довжина швидкістю розрядно-зарядних процесів часозадаючого кола, а також іншими параметрами схеми генератора.
В режимі синхронізації частота повтору імпульсів дорівнює або кратна частоті повтору синхронізуючої напруги, а довжина імпульсів визначається такими самими факторами, що і в загальному режимі, або дорівнює періоду синхронізуючої напруги.
Наявність двох парафазних входів (інвертуючого і неінвертуючого), великих вхідних (сотні кілоом і більше) і малих вхідних (десятки і сотні ом) опорів, великий (десятки і сотні тисяч) коефіцієнт підсилення – основні властивості операційних підсилювачів, що використовуються при побудові імпульсних генераторів різного призначення. Полярність вхідної напруги ОП визначається співвідношенням між напругами U+ і U- діючими на неінвертуючих і інвертуючих входах відповідно. Таким чином ОП підсилює вхідний диференціальний сигнал Uдиф.< U+-U-, так що вхідна напруга підсилювача
U=k*Uдиф,
де k – коефіцієнт підсилення ОП при поточному режимі в його роботи.
Лінійна залежність між вхідною і вихідною напругою для типових ОП зберігається тільки при зміні вхідної напруги в межах кількох мілівольт. В цьому вузькому діапазоні ОП має великі підсилювальні властивості. Поза цим діапазоном ОП заходить в режим обмеження і його вихідна напруга досягає максимуму і становиться незалежною від вхідної. Полярність цієї максимальної напруги залежить від знаку вхідного диференціального сигналу. В наш час відома велика кількість різних генераторів імпульсів прямокутної форми на ОП. Принцип їх побудови заснований на тому, що з’єднуючи вихід ОП з його неінвертуючим входом маємо замкнуту резисторну, або резисторно-конденсаторне коло зворотнього зв’язку, яке забезпечує можливість виникнення лавиноподібних процесів. Для отримання пилоподібної напруги, або напруги трикутної форми в ОП використовується коло негативного зворотнього зв’язку між інвертуючим входом і виходом. Імпульсний генератор на ОП можна розглядати і як пристрій який складається із резисторно-конденсаторного моста в діагональ якого вмикаються входи ОП, а його вихідна напруга підводиться до моста. В цьому випадку ОП виконує роль компаратора з вихідною напругою прямокутної форми. Для підвищення стабільності часових параметрів імпульсів доцільно будувати генератори на двох ОП, які утворюють RS-тригер, напруги на виходах якого змінюються в противофазі. Ввімкнув часове коло між цими виходами, можливо забезпечувати збільшення крутості часозадаючої напруги і підвищення стабільності довжини імпульсу. Але необхідно пам’ятати, що при любому варіанті побудови генератора на ОП неможливо допускати підвищення максимальних значень диференціальних і синфазних вхідних напруг ОП, а також максимального вхідного струму.