Импульсные устройства

Министерство  образования и науки Российской Федерации

 Федеральное  государственное бюджетное образовательное         

 учреждение  высшего профессионального образования

                         «Комсомольский-на-Амуре государственный

                                         технический университет»   
 

Инженерно-экономический  факультет

Кафедра «Промышленная  электроника»                

                                                                                             

     ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

     к курсовой работе

     по  дисциплине «Импульсные устройства»

      

     Расчет  ждущего генератора прямоугольных  импульсов с регулируемой амплитудой и длительностью импульсов 
 

                                                             
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Студент группы 9ПЭ3а-1                                                         

                                                                                                      

Преподаватель                                                                             
 
 
 
 

2012 

     Комсомольский-на-Амуре государственный

     технический университет 

     Кафедра промышленной электроники

     

     

     Задание к курсовому проектированию

     по  курсу «Импульсные  устройства» 

     Студенту______________________группы___ 

     Рассчитаем  автоколебательный генератор прямоугольных  импульсов  с регулируемой амплитудой и длительностью импульсов.  

     Исходные  данные:

    1)Диапазон изменения уровня сигнала в импульсе на выходе

         генератораU_Н.Итах, В              ___15___ 

    2) Уровень сигнала в паузе на выходе генератора, не более, U_Н.П, В              ____1,5___

    3) Диапазон изменения длительности импульса, t_Иmin ÷ t_Итах, мс                      ___1 ÷ 5__

    4) Скважность импульсов Q                                                                                   ___1,5___

    5) Допустимые длительности фронта и срезы импульсов t_Фmin = t_Сртах, мкс     ___50___

    6) Сопротивление нагрузки R_Н, кОм                                                                      ___0,2___

    7)Полярность импульсов                                                                               __отрицательная__ 
 

     Задание выдал              _________________________________                  
 

     

       

     Содержание

     Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 4

     1 Разработка структурной схемы  генератора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

     2 Расчет принципиальной схемы  генератора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

        2.1 Расчет задающего генератора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 10

        2.2 Расчет ограничителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 14

        2.3 Расчет усилителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

        2.4 Расчет регулятора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  22

     Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .  23

     Список  использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

     Приложение А Перечень элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . . 25

     Приложение Б Схема электрическая принчипиальная. . . . . . . . . . . . .. . . . . .26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     

     

     ВВЕДЕНИЕ

     В импульсной технике используются кратковременные, прерывистые электрические колебания. Она является составной частью радиоэлектроники и служит, в частности, базой радиолокации, радионавигации, телевидения, многоканальной связи. На основе импульсной техники созданы электронные цифровые вычислительные машины.

     Рассмотрим  кратко перечисленные области использования импульсной техники.

     Импульсная  радиолокационная станция излучает кратковременные электромагнитные колебания (радиоимпульсы), которые отражаются от цели и принимаются той же станцией. По времени распространения каждого радиоимпульса до цели и обратно (с учетом известной скорости распространения радиоволн) определяют дальность цели. Аналогично измеряются высота полета самолета, высота облачного покрова и т. д. Радиолокация широко используется в системах навигации кораблей и летательных аппаратов, в радиоастрономии, при освоении космического пространства.

     При телевизионных передачах изображение на экране приемной трубки формируется, как известно, построчно (подобно тому, как глаз человека пробегает страницу книги). Чтобы на строках экрана телевизора изображение размещалось аналогично тому, как оно размещается по «строкам» передаваемого предмета (и на специальном электроде передающей трубки), в телевизионном сигнале присутствуют, в частности, синхронизирующие импульсы. Только благодаря этому совпадают положения строк изображения на приемной и передающей сторонах тракта.

     Радиолокационная  и телевизионная аппаратура содержит узлы, вырабатывающие импульсы различной  формы.

     Прерывистость импульсных колебаний дает возможность  осуществить многоканальную связь, используя один канал: импульсы, передающие одно сообщение, размещаются в паузах между импульсами, передающими другое сообщение.

     

     Перечень  областей науки, техники и производства, где эффективно используются импульсные методы, можно продолжить. К ним относятся управление на расстоянии (телеуправление), измерения электрических и неэлектрических величин, обладающая скрытностью и помехозащищенностью кодированная радиосвязь, промышленная автоматика и т. д.

     В последние десятилетия импульсная техника обогатилась новой, быстро развивающейся областью - цифровой техникой - основой электронных цифровых вычислительных машин, станков с числовым программным управлением, роботов и т. д. Она подняла на новую качественную ступень средства связи, радиолокацию, вызвала появление автоматизированных систем управления предприятиями и целыми отраслями народного хозяйства, комплексов для обработки различных видов информации. Этому в немалой степени способствовало создание новой элементной базы, что привело к резкому снижению габаритов и массы импульсных устройств 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     1. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ  ГЕНЕРАТОРА

     Укрупненная структурная схема ГИ состоит из двух блоков: блока задающего генератора (ЗГ) и блока преобразования сигнала (БПС). В блоке ЗГ формируется доходная последовательность импульсов с заданными временными параметрами (t_И, t_П), осуществляются регулировки длительностей отдельных стадии. БПС служит для преобразования формы исходного сигнала, усиления сигнала по амплитуде с возможностью ее регулировки, согласования ЗГ с низкоомной нагрузкой.

     Проведем  анализ наиболее распространенных вариантов  построения блока ЗГ.

1. ГИ на транзисторах формирует однополярный импульс за счет перевода транзистора из режима отсечки в режим насыщения и обратно. Амплитуда импульса определяется напряжением источника питания и может быть обеспечена равной указанной в задании, т.е. не требуется дополнительного усиления сигнала, однако транзисторные ГИ имеет ряд недостатков: малый диапазон регулирования длительностей отдельных стадий сигнала, температурная нестабильность временных параметров колебаний, сильное влияние величины R_Н на параметры колебаний.
2. ГИ на ОУ вырабатывает двухполярный импульс за счет переключения ОУ от одного уровня насыщения к другому и наоборот. Уровни насыщения для большинства ОУ составляют ± 10 В. Длительность фронтов импульсов определяются временем переключении ОУ, которое у ОУ широкого применения составляет 0,2 ÷ 10 мкс, что соответствует заданию. Имеется возможность регулирования длительностей обеих стадий сигнала в широких пределах. При реализации ЗГ на ОУ необходимо устранить "паразитную полуволну" сигнала, приведя ее уровень к 0 В, что обеспечивается с помощью диодного ограничителя.

     3) ГИ на ЛЭ вырабатывает однополярный  импульс при переключении ЛЭ  из одного состояния в другое (от уровня логического нуля U⁰ до уровня логической единицы U¹ на выходе ЛЭ) и обратно. Соответствующие напряжения для разных видов ЛЭ представлены в табл. 1.1.

     Таблица 1.1

     Напряжения  логических уровней

     

     Если  выполнить ЗГ на ЛЭ ТТЛ с выходным уровнем 3,5 В в импульсе и усилить напряжение до U_Н.Итах = 60 В, то уровень сигнала в паузе U_НП будет, составлять ≈ 3,4 В, что больше допустимого. На выходе такого ЗГ необходимо применить схему сдвига уровня. Это же проблема возникает при реализации ЗГ на ЛЭ ЭСЛ. При реализации ЗГ на ЛЭ КМОП уровень сигнала в паузе составит 0 В, что соответствует заданию. Длительности фронтов вырабатываемых импульсов определяются временем срабатывания ЛЭ, для ЛЭ КМОП его средняя величина составляет 50 ÷100 нс, что также соответствует заданию.

     Таким образом, ЗГ может быть реализован на ОУ и ЛЭ КМОП. В обоих случаях блок преобразования сигнала должен обеспечить его усиление до U_Н.Итах. Рассмотрим возможные варианты построения усилителя импульсных сигналов.

     1) Однотактный каскад режима В, построенной по схеме транзисторного ключа, например, на транзисторе п-р-п типа. При U_ВХ ≤ 0 транзистор закрыт, ток коллектора I_К ≈ 0, U_Н ≈ 0. При U_ВХ > 0 транзистор переходит в линейный режим, протекает определенный I_К, задаваемый U_ВХ, на нагрузке выделяется падение напряжения U_Н = I_К R_Н. На нагрузке формируется однополярный импульс, т.е. усилитель является одновременно и ограничителем для отрицательного входного сигнала.

     

     Недостатком схемы является отсутствие непосредственной связи между общей точкой усилителя  и нагрузкой. Кроме этого при  малых уровнях входного сигнала  транзистор работает на нелинейном участке входной характеристики. В случае усиления прямоугольных импульсов это создает нелинейность регулиро-вания, для линейно изменяющегося сигнала - приводит к искажению его формы.

     2) Однотактные каскады режимов А и АВ строятся по схемам усилительных каскадов с общим эмиттером, общим коллектором, общим истоком. Для усиления двухполярных импульсов создается начальное смещение режима А, для усиления однополярных импульсов с устранением недостатков каскада режима В - смещение режима АВ. Реализация начального смещения требует применения разделительных конденсаторов во входной и выходной цепях, это приводит к нежелательным эффектам. Во-первых, наблюдается спад плоской вершины импульса. Величина спада плоской вершины зависит от емкости конденсатора и может быть сделана меньше допустимой соответствующим расчетом емкостей. Во-вторых, каждый разделительный конденсатор производит смещение постоянной составляющей сигнала на величину, равную среднему значению сигнала, например, для прямоугольных импульсов - на величину: