Генератор прямоугольных импульсов

Министерство  науки и образования

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра ПП и МЭ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генератор прямоугольных импульсов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Факультет: РЭФ

Группа: РН12-71

Студент: Кулубаева  Э.Г.

Преподаватель: Красиков Н.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск, 2010 год

Введение.

Генератор – это устройство, позволяющее преобразовать энергию первичного источника питания в энергию электрических колебаний определенной формы, амплитуды и частоты. Импульсные сигналы по сравнению с гармоническими имеют ряд особенностей. Для них характерны наличие участков с быстрым и медленным изменением и резким переходом между ними, широкий гармонический состав. Эти колебания находят широкое применение в решении измерительных, синхронизирующих, управленческих и других задач.

Прямоугольные импульсы имеют  резкие перепады напряжения и тока во время формирования фронта и среза, поэтому их можно отнести к  колебаниям релаксационного типа, для  которых характерны скачкообразные изменения напряжения и тока. Генераторы, которые вырабатывают такие импульсы, называют релаксационными. В релаксационных генераторах имеются разделительные конденсаторы, которые обеспечивают рассогласование фаз между входным  и выходным напряжением на нижних частотах, что приводит к изменению  амплитуды прямоугольных импульсов. Транзисторный усилитель с коллекторной нагрузкой имеет достаточно высокий  коэффициент усиления и без учета  фазовых искажений фазовый сдвиг  между входным и выходным напряжениями составляет 180⁰. Поэтому существует два способа обеспечения баланса фаз: применение цепи обратной связи, сдвигающей фазу на 180⁰ , или второго каскада усилителя.

В первом случае используется трансформатор, который при соответствующем  подключении обмоток обеспечивает фазовый сдвиг. Этот способ используется в схеме блокинг-генератора.

Второй способ реализуется  в схемах мультивибратора и одновибратора.

Генераторы прямоугольных  импульсов релаксационного типа широко используются в радиотехнике, телевидении, системах автоматического  управления и вычислительной технике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные. 

f₀=25 кГц;

;

R_n=2 кОм;

C_n=100 пФ;

Выход совместим с ТТЛ  серией с коэффициентом разветвления 5.

 

Схема генератора прямоугольных импульсов.

В качестве генератора прямоугольных  импульсов выбираем. Мультивибратором называется генератор прямоугольных импульсов релаксационного типа, не имеющий устойчивых состояний. Схема мультивибратора может быть реализована как на дискретных элементах, так и в интегральном исполнении. В работе используется мультивибратор построенный в интегральном исполнении. Простейшая схема имеет два инвертирующих логических элемента ЛЭ1 и ЛЭ2, две времязадающие цепочки R₁C₁ и R₂C₂ и диоды VD₁ и VD₂.

 Такая схема выглядит следующим образом:

 

 

 

Длительность импульсов  в такой схеме определяется по формуле:

 

 

 

Длительность пауз между  импульсами определяется по формуле:

 

 

 

где U¹, U² – напряжение логической единицы и логического нуля для использованной ТТЛ серии;

U_пор – напряжение порога переключения.

 

Диоды VD₁ и VD₂ нужны для ускорения разряда конденсаторов. Полный период импульса будет определяться  как сумма времени импульса и времени паузы:

 

 

 

Для расчета схемы будем  использовать схему симметричного  мультивибратора, для которого выполняется условие:

 

,          ,

 

Тогда период следования сигнала  будет определяться по формуле:

 

 

 

В схеме, которую нужно  рассчитать, подключается еще нагрузка на выходе, что может привести к  нарушению устойчивости генерации  и изменению частоты генерации, амплитуды. Для устранения этого  эффекта в схему добавляется  буферный каскад, в качестве которого используем еще один инвертор. Конечная схема мультивибратора будет выглядеть следующим образом:

 

 

Расчет элементов.

 

Для ТТЛ выберем серию К531. Из справочника берем соответствующие значения:

 

;

;

;

 

Выбираем значение емкости  конденсатора равной:

 

С₁=С₂=С=5 нФ

Тогда значение сопротивления  резисторов можно найти из формулы  для определения периода последовательности импульса:

 

 

 

Таким образом получаем значение сопротивлений следующее:

 

3.35 кОм

 

 

выходной ток генератора будет определяться по закону Ома:

 

 

где сопротивление резистора R принимается сопротивление нагрузки  R’=R_n||X_Cn.

 

 

 

Максимальное выходное напряжение генератора равно напряжению логической единицы на выходе схемы U_max = U¹ = 3,6 В, минимальное напряжение равно напряжению логического нуля U_min = U⁰ = 0,3 В. Таким образом значение выходного тока генератора:

при U_max = U¹ = 3,6 В получаем:

 

 

 

при U_min = U⁰ = 0,3 В получаем:

 

 

 

 

Заключение.

Таким образом получаем генератор прямоугольных импульсов, на выходе совмещенный с ТТЛ серией К531, с частотой генерации f=25 кГц. Максимальное выходное напряжение такого генератора равно напряжению логической единицы схемы, минимальное – логическому нулю: U_max = U¹ = 3,6 В, U_min = U⁰ = 0,3 В. Напряжении питания генератора будет соответствовать напряжению питания схемы .

 

     Список литературы.

1. Быстров Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и микросхемотехника. – М.: Высшая школа, 2002.
2. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. / М.И. Богданович, И.Н. Грель, С.А. дубина и др. 2-е изд., перераб. и доп. – Минск: Полымя, 1996.