3. Разработка принципиальной схемы.

1.Выбор и расчет тактового генератора.

Рисунок 3. 1.1.

В качестве тактового генератора можно использовать автоколебательный мультивибратор.

Существует множество видов автоколебательных мультивибраторов (выполненных на разных элементах). Если рассмотреть некоторые из них, то можно увидеть их достоинства и недостатки. Например:

1. Автоколебательный мультивибратор с коллекторно-базовыми связями. Достоинствами этого мультивибратора являются: высокая стабильность амплитуды генерируемых импульсов и высокий коэффициент использования напряжения. Недостатки: мультивибратор имеет режим «жесткого» возникновения колебаний, сопротивление нагрузки существенно влияет на период колебаний мультивибратора, значительная длительность фронтов импульсов на коллекторах транзисторов (при их запирании).

2. Автоколебательный мультивибратор на ОУ. Достоинства: высокая нагрузочная способность и значительная амплитуда импульсов. Недостатки: сравнительно невысокое быстродействие, нестабильность частоты формируемого сигнала.

3. Автоколебательный мультивибратор на логических элементах. К достоинствам данного мультивибратора можно отнести: простоту конструкции и хорошо фиксированные уровни U⁰ и U¹. Недостатки: низкая стабильность частоты (из-за влияния внешних параметров: температура и д.р.), требуется индивидуальная подборка элементов времязадающей цепи.

В результате анализа приведенных выше достоинств и недостатков мультивибраторов я остановил свой выбор на автоколебательном мультивибраторе на логических элементах (рис. 3.1.1.).

Рассчитаем параметры время задающей цепи. Эти параметры задаются элементами: R28, R29, C10. Расчет ведется из одного из параметров технического задания, т.е. T=1c – период формирования выходного сигнала. Зададимся следующими значениями времязадающей цепи:

,

в результате чего получим:

где t1 и t2 – длительности квазиустойчивых состояний, т.е. t1 – соответствует моменту, когда на выходе логическая 1 (U¹=U_max), а t2 – соответствует моменту, когда на выходе логический 0 (U⁰=U_min). Получим период колебаний:

.

Рассчитаем выходные напряжения:

,

Отсюда видим, что выходная амплитуда тактового генератора равна:

.

I_потТГ= I_потDD1.1+ I_потDD1.2+ I_потDD1.3+ I_потDD1.4= 16 mA.

2. Выбор и расчет интеграторов.

И нтеграторы широко используются при построении аналоговых решающих и моделирующих устройств. Схема простейшего интегратора на ОУ представлена на рис.3.2.1. Он создается введением

Рисунок 3.2.1.

по инвертирующему входу ОУ емкости С. Токи, текущие через емкость и через сопротивление равны. Тогда можно записать:

где U_{ВЫХ 0} – выходное напряжение при t=0. А так как отсчет времени ведут с момента поступления входного сигнала, причем обычно при t=0 U_вх=0 и U_вых=0. В связи с этим, U_{ВЫХ 0} можно принять равным нулю.

Интегратор DA3 выполнен на ОУ с емкостью C8 в ООС и сопротивлением R28 на входе (в интегратор), имеем:

Т.к. интеграторы имеют одинаковые постоянные интегрирования, то можно рассчитать только один из них, и применить результат ко второму интегратору.

Рассмотрим первый участок интегрирования от 0В до +15В., минимальное время интегрирования здесь равно 10 мс, а максимальное 100мс, рассчитаем для минимального времени:

Arctg(15/0,001)=RC, возьмем C=10пФ, получим:

R_пост.≈100*10³ Ом. Для верхнего предела времени получим:

Arctg(15/0,01)=RC, при C=10пФ, получим:

R≈1.27*10⁶ Ом. Изменяющаяся часть должна быть равна R_изм=1МОм.

В качестве ОУ возьмем ОУ следующего типа: К140УД7 .