Расчет генератора линейно изменяющегося напряжения

В качестве генератора линейно изменяющегося напряжения выбирается схема на рисунке 5.

Рассматриваемый ГЛИН выполнен на базе интегратора напряжения (DD2, RC- цепь, источник питания U1), управляемого генератором прямоугольных импульсов и источника питания U1. Когда транзистор закрыт, через него протекает неуправляемый (начальный) ток стока. При открытом транзисторе ток через транзистор должен определяться величиной сопротивления нагрузки и напряжением питания.

Когда линейно изменяющееся напряжение Uc(t) на выходе интегратора достигнет значения напряжения срабатывания, происходит подача сигнала управления, под действием которого ключевой транзистор VT1 открывается, разряжая конденсатор. Далее процесс повторяется с периодом:

 

T≈R₆C

 

Задаемся частотой раной 9,6 кГц.

Напряжение Ucm целесообразно выбирать минимальным, чтобы исключить влияние разброса параметров используемых резисторов на коэффициент нелинейности формируемого напряжения.[7]

Максимальное напряжение на конденсаторе связано с длительностью зависимостью

 

t

 

Выбираем U1 = 5В, U2=0В, тогда Ucm = 5В.

Выбираем R₆ = R₅ = 10 кОм,тогда С₃ = 96нФ.

Исходя из следующего, найдем R9.

 

 

Uвых = 10 В, тогда:R₉= Ucmax*R₆/ Uвых = 5*10000/10≈ 2 кОм , берем ближайшее по номиналу

R₉ = R₁₀ =2 кОм

В качестве ОУ DD3 выбран 140УД7. Питание ±10В.

Выбор компаратора

В качестве компаратора DD4 используется 521СА3 для обеспечения стабильной работы ШИМ.

Технические характеристики аналогового компаратора 521СА3

Аналог LM111

Входной ток не более 100 нА

Коэффициент усиления не менее 200000

Ток нагрузки до 50 мА

Питание +5...+30 или ±3...±15 В

Области применения

Детекторы пересечения нуля

Детекторы перенапряжений

Широтно-импульсные модуляторы

Прецизионные выпрямители

Аналого-цифровые преобразователи

Резистор R12 в сочетании с диодами D1 и D2 ограничивает размах входного сигнала. Благодаря диодам в ограничиваем размах входного напряжения значениями -12,6 В до +12,6 В, условие состоит в том, что отрицательное входное напряжение не должно достигать значения напряжения пробоя (например, для диода типа КД510А это значение составляет - 50 В).

 

Таблица 3 Параметры выбранного транзистора

Наимен. Uобр.,В Iпр. max, A Iобр.max, мкА Fdmax, кГц КД510А 50 0.2 5 200000

Расчет электронного ключа

 

В качестве ключа выбирается следующая схема:

 

Рисунок 9 – Схема электронного ключа

 

Rн =0,5 к Ом, Uвых =10В.

Iк=Uвых/Rн=10/500=50mА

По справочнику ищем транзистор, который выдержит заданный ток коллектора (0,05А). Транзистор КТ315А держит постоянный ток до 0,1 А.

Из справочника - h21э, для КТ315А

h21э=30.

Считаем базовый ток Iб=Ik/h21э=0.05/30≈ 1,67 mA, на базу надо подводить ток не ниже 167 мкА.

R14 – согласующее сопротивление между компаратором DD3 и транзистором VT2. Выберем R16 = 200 Ом.

R_вых=R₁₅=500 Ом по заданию, из ряда выбираем 510 Ом. на выходе необходимо получить 10 В, тогда рассчитаем величину резистора R₁₄

 

(U_пит-U_вых)/R₁₄=U_вых/R₁₅,

 

откуда R₁₄=2R₁₅/10=102 Ом, из стандартного ряда выбираем номинал 100 Ом. Рассеиваемая мощность 10В*1.25mA≈0,0125 Вт

 

Таблица 4. Параметры выбранного транзистора КТ315А

Структура:	NPN
Макс. напр. к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э.(Uкбо макс),В:	25
Макс. напр. к-э при заданном токе к и заданном сопр. в цепи б-э.(Uкэr макс),В:	25
Макс. напр. к-э при заданном токе к и разомкнутой цепи б.(Uкэо макс),В:	-
Максимально допустимый ток к ( Iк макс,А):	0.1
Статический коэффициент передачи тока h21э мин:	30
Граничная частота коэффициента передачи тока fгр,МГц:	250.00
Максимальная рассеиваемая мощность к (Рк,Вт):	0.15
Корпус:	KT-13
Производитель:	Россия

 

 

Моделирование схемы

Выходной сигнал с генератор треугольных импульсов:

 

Выходной сигнал с генератора прямоугольных импульсов:

 

Моделируемый сигнал:

 

 

Процесс модуляции:

 

 

 

Период выходного сигнала:

 

Наименьшая длительность импульса:

 

Длительность должна быть равна 5,12 мкс. По графику видно, что она составляет 5,56мкс.

 

 

Наибольшая длительность импульса:

 

Длительность импульса должна составлять 97,37мкс. По графику видно, что она равна 97,74 мкс.

 

 

Заключение

 

В данной курсовой работе разработали принципиальную схему и произвели расчет схемы Широтно-Импульсного модулятора. На вход устройства ШИМ подается синусоида с частотой согласно заданию – 200 Гц, на выходе имеем преобразованный ШИМ сигнал, амплитуда которого 10 В. Диапазон изменения относительной длительности выходных импульсов данного ШИМ составляет – 0.05 ÷ 0.95. Разработанный широтно-импульсный модулятор является достаточно простым. Моделирование схемы производили с помощью пакета CircuitMaker.

 

 

Список использованной литературы

 

1. Альтшуллер Г.Б., Елфимов Н.Н., Шакулин В.Г. Кварцевые резонаторы: справочное пособие. М.:Радио и связь, 1984.-232с., ил.

2. Хорвиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ. – Изд. шестое. М.: Мир, 2001.

3. Лекционный курс по ЭЦиМС (преподаватель Андреев И.Б.).

4. Цифровые КМОП микросхемы, справочник, Партала О.Н. – СПб: Наука и техника, 2001. - 400 стр. с ил.

5. Л. Лабутин, Кварцевые резонаторы. - Радио, 1975, №3.

6. Генераторы прямоугольных импульсов на микросхемах КМОП. В. Стрижов ,Схемотехника, 2000, № 2, стр. 28

7. Забродин Ю.С., Промышленная электроника: учебник для вузов. - М.: Высш. Школа, 1982. – 496с., ил.