Генератор треугольных и прямоугольных импульсов (функциональный генератор), с источником питания от сети переменного тока

Министерство науки и образования Украины

ОНАПТ

Кафедра АПП

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по Электронике

на тему: «Генератор треугольных и прямоугольных импульсов (функциональный генератор), с источником питания от сети переменного тока»

Студент Гусаченко С.В

Руководитель : Мазур А.В.

Одесса-2012

1. Разработка принципиальной электрической схемы устройства

При интегрировании постоянного напряжения с помощью интегратора, на его выходе получаем линейно нарастающее напряжение. Изменяя периодически полярность входного напряжения на выходе интегратора можно получить треугольные импульсы. Этот подход реализован в приведенной ниже схеме.

Генератор импульсов треугольной формы

Усилитель ОУ1 представляет собой неинвертирующий триггер Шмитта. Усилитель ОУ2 - интегратор. Интегратор интегрирует постоянное напряжение, имеющееся на выходе триггера Шмитта. Когда выходное напряжение интегратора достигает порога срабатывания триггера Шмитта, напряжение на его выходе U1 скачком меняет свой знак. Вследствие этого напряжение на выходе интегратора начинает изменяться в противоположную сторону, пока не достигнет другого порога срабатывания триггера Шмитта. Элементы интегратора R3 и С обеспечивают требуемые временные соотношения т.е. изменяя постоянную интегрирования RC, можно перестраивать частоту формируемого напряжения в широком диапазоне. Амплитуда треугольного напряжения U2 зависит только от установки уровня срабатывания триггера Шмитта U_п, который для данной схемы включения триггера составляет U_МR1/R2 (U_М - по- прежнему напряжение насыщения ОУ).

Период колебаний генератора равен удвоенному времени, которое необходимо интегратору, чтобы его выходное напряжение изменилось от -U_п до +U_п. Отсюда следует, что:

Определяем параметры необходимые для расчета соответствующих постоянных времени интегрирования необходимых частот:

Резисторы R1, R2 выбираем равными 1,3 кОм.

Резистор R3 это резисторы Rи1... Rи5 + R6.1... R6.5 соответственно.

Частоты генерации сигнала будут устанавливаться резисторами Rи1… Rи5 и конденсатором С, емкостью 1 мкФ типа К73-17.

Найдём значения сопротивлений резисторов Rи1... Rи5:

а) Для частоты 50 Гц:

 Так как , то

Rи1=;

б) Для частоты 125 Гц:

 Rи2=;

в) Для частоты 375 Гц:

Rи3=;

г) Для частоты 750 Гц:

Rи4=;

д) Для частоты 1500 Гц:

Rи5=.

Резисторы R6.1... R6.5 необходимы для подстройки частоты генерации.

Для переключения генерации определённой частоты выбираем галетный переключатель типа ПГ2.

 Он имеет от 1 до 4 плат, количество положений от 2 до 12, направлений от 1 до 16. Комплектуються ручкою. Коммутируемый ток от 1 до 0,5 А. Напряжение от 1 до 130 В. Максимальная коммутируемая мощность 150Вт.

2. Расчет и выбор элементов параметрического стабилитрона

стабилитрон микросхема напряжение

На резисторе R5 падает напряжение В.

Ток - 10 mA.

Рассчитаем сопротивление этого резистора по формуле:

Выбираем стабилитроны по найденным параметрам:

Д818А

Uст, В9 - 10,35

ТКН,

Iст, мА3 - 33

Rдифф, Ом 18 (10)

Размер

Рдоп, мВт ()300 (50)100 (125)

3. Расчет повторителя напряжения

Рис.3. повторитель напряжения

Т. к. через резистор R4 протекает ток равный 1 мА, и выходное напряжение прямоугольного сигнала должно регулироваться в диапазоне 0-10 В, то резистор R4 принимаем равным 33 кОм.

При данном значении резистора на выходе повторителя напряжения будет получен прямоугольный импульс заданной частоты со значением амплитуды напряжения 0-10 В.

На выходе интегратора ставим два комплементарных транзистора для усиления треугольного сигнала по току типа КТ502А и КТ503А.

4. Выбор микросхемы в качестве усилителя

Внешний вид и размеры микросхемы К140УД20.

Рис. 4. Схема и внешний вид и характеристики микросхемы К140УД20

Выберем для схемы генератора микросхему DA1.1 типа К140УД20 с Uвых=+-15 В. Схема и внешний вид микросхемы представлены на рис. 4. Параметры микросхемы: ток потребления I_пот=3,3 мА; потребляемая мощность P_пот=120мВт. Тип корпуса DIP 14. Выберем для схемы генератора микросхему DA2.1 типа К140УД608.

5. Расчет блока питания

В связи с использованием в разработанном генераторе ПТИ микросхем, для их питания необходимы напряжения ±15В. Питание транзисторов +15В и -15В. Причем для получения достаточной точности, необходимо, чтобы эти напряжения были стабильными. Поэтому построим, блок питания по следующей структурной схеме.

Рис.10. Структурная схема источника питания.

Определим токи и мощность, потребляемые устройством.

, где

 - ток потребления микросхемы DA1.1,  - ток потребления микросхемы DA1.2,  - ток потребления остальных элементов.

Т.к. , то

, где

 - потребляемая мощность микросхемой DA1.1,  - потребляемая мощность микросхемой DA1.2,  - потребляемая мощность остальных элементов.

 ; ; ; ;.

С учётом падения напряжения на стабилизаторе напряжения , на него должно подаваться:

.

Примем ток нагрузки выпрямителя равным

 В качестве выпрямителя выберем стандартный диодный мост из стандартного ряда типа КЦ405А. Параметры моста: I_пр.max=1А, U_обр.max=100В, U_пр.max=2,5В.

Рассчитаем значение емкости конденсатора фильтра:

Где - коэффициент пульсаций; принимаем его равным =0,05. Выберем конденсатор типа К50-16-25В-330мкФ.

Рассчитаем напряжение на вторичной обмотке трансформатора.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора:

,

 Т.к. напряжение сети может изменяться в пределах +10 ...-20% т.е в пределах 176-242 В, то наихудшим вариантом является напряжение 176 В. Учтём это:

Исходя из расчётов, выбираем унифицированный трансформатор типа

ТПП 224-220-50 с магнитопроводом ШЛ 12Х25 ; 5,5 Вт. Расположение первичных и вторичных обмоток приведены на рис.11 , а соответствующие им номинальные значения напряжений и токов приведены в табл. 1.

Рис.11. Расположение обмоток трансформатора типа ТПП 224

Табл.1. Номинальные значения напряжений и токов трансформатора типа ТПП 224

Для включения в сеть 220 В выводы 5 и 6 соединяют перемычкой, а выводы 1 и 10 подключают к сети. Для получения необходимого напряжения на вторичной обмотке, нужно последовательно соединить концы обмоток 15-16, 17-18, 19-20, 21-22.

6. Конструкторская проработка устройства

Разработанное устройство выполнено в виде единого блока на одной монтажной плате способом печатного монтажа. Расположим элементы блока питания рядом с трансформатором, остальные элементы на свободной части печатной платы. Подключение устройства к сети и подачу входного сигнала выполним через разъем установленный на одном из торцов печатной платы. Для сборки разработанного устройства подбираются все необходимые элементы, которые размещаются на печатной плате (соединение элементов выполнять способом печатного монтажа) выполненной из текстолита толщиной: 2 мм, размерами 110 * 180 мм.

Список литературы

1. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры:

Справочник, /Под редакц. Г.С. Найвельта. -М.: Радио и связь, 1986, - 576с.

. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники: Учеб. Пособие для вузов.-2-е изд., перераб. и доп. - М.: радио и связь,1985.-504с., ил.

. Электронная книга «В помощи радиолюбителю».

. Щербаков В.И. Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях: Справочник. -К.: Техника, 1983. -213с.

. Основы промышленной электроники: Учеб. для неэлектротехн. спец. вузов/ В.Г. Герасимов, О.М. Князьков; Под ред. В.Г. Герасимова.-3-е изд., перераб. и доп.-М.: Высш. шк.,1986.-336с., ил.

. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем.-М.:Мир, 1982г.-512с.

. Конспект лекций по курсу «Электроника и микросхемотехника».