Преобразователь частоты в напряжение

 

Рисунок 8. Принципиальная схема  ПЧН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет и выбор элементов схемы ПЧН.

Так как нам необходимо на вход преобразователя подать прямоугольные  импульсы малой длительности и высокой  частоты, то на вход таймера поставим источник прямоугольных импульсов V1 с частотой 0.3 МГц и амплитудой 5В. Значения R1=9.1 кОм, R2=1кОм, С2=0.01мкФ, С5=0.01мкФ, V2=5В указаны в паспорте таймера. V2 – источник питания, который обеспечивает работу внутренних элементов таймера. Напряжение питания может лежать в диапазоне от 4,5 до 18 вольт.

Длительность импульсов  на выходе таймера определяется по формуле (4):

                              t= R*C*ln[(V2-Vост)/(V2-V1)],                         (4)

где R*C – постоянная времени времязадающей навесной RC-цепи, Vост – остаточное напряжение на коллекторе насыщенного транзистора.

Исходя из заданных нами параметров, t=0,1 мс.

Зададим V3=10 В. Это обеспечит не очень большое потребление энергии схемой, а так же правильное функционирование схемы токового зеркала. Т.к. на выходе необходимо получить постоянное напряжение произвольного значения, то зададим значение R3 цепи токового зеркала равное 1 кОм. Тогда Iвых=(V3-0.7)/R3= (10-0.7)/1*10^3=9,3 мА – выходной ток токового зеркала.

Т.к. выходное напряжение преобразователя  имеет произвольное значение, то зададим  R4=100кОм, С1=1.5 нФ. С1 в зависимости от времени будет разряжаться следующим образом:

Рисунок 9. Эпюры напряжения на C1 и в т. out

Для фильтров верхних частот зададим следующие параметры: L1=1мГн, R5=1кОм, C3=C4=1мкФ.

Значение R6=100кОм – значение нагрузки цепи.

Параметры таймера  NE555 приведены в приложении 1.

Выбор резисторов:

Резисторы выберем из ряда резисторов общего назначения с металлоэлектрическим проводящим слоем, предназначенных для работы в цепях постоянного, переменного импульсного тока в качестве элементов навесного монтажа.[7]

 

 

 

 

В качестве резисторов выберем  С2-33:

Номинальная мощность, Вт	Диапазон номинальных  сопротивлений, Ом	Размеры, мм				Масса, г, не более
		D	L	l	d
0,125	1 –3,01·106	2,2	6,0	20	0,6	0,15

Таблица 1. Параметры резистора  С2-33.

Промежуточные значения номинальных  сопротивлений соответствуют ряду Е24 с допусками ± 5, ± 10 %.

 

Выбор конденсатора:

Возьмем конденсатор К40П-2 со следующими параметрами:

 

Номинальная Емкость, мкф	Номинальное напряжение, В	Размеры, мм			Масса, г, не более
		D	L	l
0.03	600	10	38	50	15

Таблица 2. Параметры конденсатора К40П-2.

Это низковольтный низкочастотный бумажный конденсатор, предназначенный  для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего  тока.Допуск для данного резистора соответствует ± 5,           ± 10%.[8]

 

Выбор транзисторов:

Токовое зеркало построим на биполярных транзисторах. Для этого выберем два биполярных транзистора 2N3249, т.к. они обладают необходимыми нам параметрами: Iкmax > 10мА (9,3 мА – ток, который течет от токового зеркала к полевому транзистору).

Исходный полупроводниковый материал, на основе которого изготовлен транзистор: кремний (Si) 
Структура полупроводникового перехода: pnp

Таблица 3. Параметры транзистора 2N3249. [9]

В качестве ключа возьмем полевой транзистор 2N6764 с параметрами: [10]

Тип: ………………………………………………………………..MOSFET  
Uds: ……………………………………………………………………100 В 
Id: ………………………………………………………………………38 А 
Rds: ………………………………………………………………0.055 мОм 
Pd: ……………………………………………………………………150 Вт 
Ugs: ……………………………………………………………………100 В 
Udg: ……………………………………………………………………..20 В 
Cd: ………………………………………………………………….3000 пФ 
Fr: …………………………………………………………………35/170nS  
Tj: ……………………………………………………………………..150 С

 

 

3. Моделирование схемы на ЭВМ.

Моделирование производилось  в программе MicroCap9, в процессе была собрана схема ПЧН, изображенная на рисунке.

Рисунок 10. Схема ПЧН, используемая при моделировании в MicroCap9.

На рисунке 11 показаны входной (А) и выходной (Б) сигнал таймера

Рисунок 11. Эпюры напряжения в т. in (А) и оut (Б)

А)

Б)

В)

Рисунок 12. Эпюры напряжения в т.11

Графики  12 иллюстрируют  работу схемы  преобразователя частоты в напряжение. При подаче прямоугольного импульса амплитудой 5 В и частотой 0.3 МГц на выходе видим постоянное напряжение величиной 0.28 В (график А), при подаче импульса частотой 0.15МГц видим на выходе постоянное напряжение величиной  0.21В (график Б), при подаче импульса частотой 0.1МГц на выходе напряжение величиной 0.12 В (график В).

 

Заключение

В данной курсовой работе был  спроектирован и смоделирован на ЭВМ преобразователь частоты  в напряжение на основе таймера NE555. В курсовой работе содержится краткое таймера, принцип его работы, рассмотрены различные варианты построения ПЧН. Также разработана структурная и электрическая принципиальная схема, проведен ее расчет.

В результате выполнения данного  курсового проекта, на практике освоили  и закрепили теоретический материал по курсу электроники. На практике освоили расчет и выбор элементов схемы, разработанной в данной работе. С помощью вспомогательных программ увидели работу модели данной схемы.

Список используемой литературы.

1. Преобразователь частоты <http://ru.wikipedia.org/wiki/> .

2.  Алексеенко А.Г, Коломбет Г.А., Стародуб В. И. применение прецизионных аналоговых ИС. М.: Радио и связь, 1981. 224с.
3. Горелов Г.В. телекоммуникационные технологии на железнодорожном транспорте. УМК МПС, 1999.576с.
4. Функциональные устройства на микросхемах/ В.З. Найдеров, А. И. Голованов, З. Ф. Юсупов и др.; Под ред. В. З. Найдерова. М.: Радио и связь, 1985. 200с.
5. < http://cxem.net/beginner/beginner50.php> (22.12.2011)
6. < http://www.kit-e.ru/articles/circuit/2008_5_128.php> (22.12.2011)
7. Резисторы. Справочник./ В. В. Дубровский, Д.М. Иванов, М. Я. Пратусевич и др. Под ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова.М.: Радио и связь, 1991.  528с.
8. Справочник по электрическим конденсаторам./ М. Н. Дьяконов, В. И. Карабанов, В.И. Присняков и др. Под ред. Четверткова и В.М. и В. Ф. Смирнова. М.: Радио и связь, 1983. 576с.

9. <http://www.icinform.ru/compcard/3105/card> (22.12.2011)

10. <http://www.allcomponents.ru/fairchild/2n6764.htm> (22.12.2011)

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. NE555 datasheet