Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский Государственный Технический Университет – УПИ»

Кафедра ФМПК

Оценка проекта

Члены комиссии

КУРСОВАЯ РАБОТА

Схемотехника импульсных устройств

БЛОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

Руководитель А.И. Слесарев

доцент

Нормоконтролер И.В. Замараева

ст. препод.

Студент Е.А. Бунтов

группы Фт-444

Екатеринбург 2006

Содержание

Введение 3

1 Структурная схема блока горизонтального отклонения 4

2 Генератор линейно изменяющегося напряжения 6

3 Устройство синхронизации и запуска 10

3.1 Входной аттенюатор 10

3.2 Входной каскад 11

3.3 Усилитель-фазоинвертор 11

3.4 Триггер Шмита и дифференцирующая цепь. 12

4 Фазоинвертор 15

5 Оконечный каскад 15

5.1 Требования к оконечному каскаду 15

5.2 Выбор транзистора и расчет каскада по постоянному току 16

5.3 Расчет оконечного каскада по переменному току 18

6 Ключ подсвета 21

7 Схема питания ЭЛТ 22

8 Калибратор амплитуды и длительности 24

ПРИЛОЖЕНИЕ А Характеристики используемых элементов 28

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Перечень элементов 30

Введение

Целью данной курсовой работы является изучение методики и получение практических навыков расчета и моделирования импульсных устройств на примере блока горизонтального отклонения электронно-лучевого осциллографа. В соответствии с техническим заданием, в данной работе необходимо рассчитать блок горизонтального отклонения для осциллографа с использованием электронно-лучевой трубки 10ЛО101М. Блок дожжен работать в режиме ждущей и непрерывной развертки, внешней и внутренней синхронизации. Входным сигналом являются прямоугольные импульсы произвольной полярности со следующими параметрами:

U_m = 1  1000 мВ;

_и = 10  1000 мкс;

T_min = 1,5_и

При выполнении проекта предусматривается возможность настройки длительности развертки, полярности импульса, стабильности и уровня. Необходимо обеспечить возможность регулировки яркости изображения на экране ЭЛТ, смещения луча по горизонтали.

1Структурная схема блока горизонтального отклонения

Структурная схема блока представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема блока горизонтального отклонения

В роли аттенюатора выступает компенсационный делитель, предназначенный для ступенчатой регулировки ослабления входного напряжения при внешней синхронизации.

Устройство синхронизации и запуска предназначено для формирования коротких синхроимпульсов из входного сигнала для запуска схемы ГЛИН.

Устройство управления запускает формирование линейно изменяющегося напряжения по входным синхроимпульсам, а также обеспечивает окончание рабочего хода по достижении максимального значения напряжения.

Схема блокировки отключает вход устройства управления на время обратного хода ГЛИН и формирует задержку между пилообразными импульсами в режиме непрерывной развертки.

Генератор линейно изменяющегося напряжения, фазоинвертор и оконечный каскад обеспечивают формирование, преобразование и усиление ЛИН с последующей подачей на пластины X ЭЛТ.

Усилитель подсвета канала Z обеспечивает подачу отрицательного напряжения на модулятор ЭЛТ с целью гашения луча во время обратного хода ГЛИН и нулевого напряжения с целью подсвета луча во время прямого хода.

Калибратор формирует прямоугольные импульсы фиксированной амплитуды и частоты (5 В, 40 кГц) для калибровки и поверки осциллографа.

2Генератор линейно изменяющегося напряжения

Используем схему ГЛИН с триггером управления на базе интегратора на ОУ. Схема представлена на рисунке 2. Для формирования крутых фронтов выходных импульсов триггера необходим операционный усилитель с высокой скоростью нарастания и большой граничной частотой единичного усиления. Выберем для схемы ГЛИН операционные усилители H3-2840-5 производства Harris. Их основные параметры приведены в приложении А.

Рисунок 2 – Схема ГЛИН с устройством блокировки

Использование активного интегратора на DA1 позволяет при больших длительностях ЛИН использовать конденсаторы сравнительно небольшой емкости. В исходном состоянии на выходе триггера (DA2) напряжение равно положительному напряжению насыщения операционного усилителя +10 В. Возьмем переменное сопротивление R3 = 200 Ом, сопротивления R5 = 100 кОм и R6 = 200 кОм. При этом диоды VD1 и VD2 открыты и напряжение на выходе интегратора равно

мВ (2.1)

Для запуска схемы ГЛИН на вход нужно подать положительный импульс, длительность которого меньше, чем длительность выходного, а амплитуда - больше порогового уровня

В (2.2)

После запуска на выходе триггера установится отрицательное напряжение насыщения -10 В. При этом диоды VD1 и VD2 закрываются, а напряжение на выходе интегратора будет линейно возрастать до уровня

В (2.3)

После этого триггер вернется в исходное состояние, а на выходе интегратора начнется формирование обратного хода. В соответствии с техническим заданием, длительность входных импульсов может изменяться в диапазоне от 10 до 1000 мкс. Выберем диапазон длительности развертки от 10 до 2000 мкс. Так как диаметр экрана составляет 10 см, то это соответствует диапазону цены деления от 1 до 200 мкс. Разобьем указанный диапазон в соотношении 1:2:5. Получим следующие значения длительности рабочего хода: 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000 мкс. Длительность рабочего хода можно вычислить по формуле:

, (2.4)

где , C – времязадающая емкость. Из формулы (2.1.4) найдем номиналы времязадающих емкостей C1 – C8:

(2.5)

Зададимся сопротивлением времязадающей цепи R = 25 кОм, выберем R1 = 39 кОм и R2 = 20 кОм. Переменный резистор R2 обеспечивает плавную регулировку длительности развертки в пределах ±25%. Подставляя известные значения, получим номиналы восьми времязадающих конденсаторов. С1 = 0.73 нФ, С2 = 1.46 нФ, С3 = 3.65 нФ, С4 = 7.3 нФ, С5 = 14.6 нФ, С6 = 36.5 нФ, С7 = 73 нФ, С8 = 146 нФ. Из ряда номинальных емкостей E24 (допустимое отклонение ±5%) выберем следующие емкости: С1 = 0.75 нФ, С2 = 1.5 нФ, С3 = 3.6 нФ, С4 = 7.5 нФ, С5 = 15 нФ, С6 = 36 нФ, С7 = 75 нФ, С8 = 150 нФ. При этом время рабочего хода отличается от требуемого не более чем на 3 %, что является допустимым. Длительность обратного хода можно рассчитать по формуле:

, (2.6)

где .

Подставив выбранные номиналы емкостей, получим: t_ох1 = 86 нс, t_ох2 = 172 нс, t_ох3 = 414 нс, t_ох4 = 862 нс, t_ох5 = 1.7 мкс, t_ох6 = 4.1 мкс, t_ох7 = 8.6 мкс, t_ох5 = 17.2 мкс. Определим коэффициент нелинейности ЛИН:

% (2.7)

где K – коэффициент усиления операционного усилителя.

Для исключения возможности запуска схемы ГЛИН во время обратного хода необходимо предусмотреть схему блокировки. В ходе проектирования была выбрана схема, состоящая из дифференцирующей RC – цепи и полевого транзистора BF908WR с изолированным затвором и n-каналом. RC – цепь предназначена для выделения фронта прямоугольного импульса, сформированного управляющим триггером.

Минимальная длительность импульсов на выходе триггера составляет 86 нс, максимальная – 17.2 мкс. Необходимо обеспечить блокировку схемы ГЛИН на время, большее, чем время обратного хода. Пусть постоянная времени дифференцирующей цепи равна 20 мкс. Зададимся значением R7 = 10 кОм. Рассчитаем значение емкости:

нФ (2.8)

Для выделения импульсов положительной полярности и с целью предотвращения влияния положительных импульсов ЛИН на выходное напряжение управляющего триггера используем импульсный диод КД510А. При этом импульсы отрицательной полярности ограничиваются на уровне -0.7 В.

При помощи делителя R8 – R9 на затвор VT1 подается отрицательное напряжение для обеспечения закрытого состояния транзистора. Напряжение отсечки транзистора -2 В. Выберем напряжение -3 В и получим его из напряжения питания ОУ -15 В. Для этого зададимся током делителя в 1 мА и рассчитаем значения сопротивлений.

кОм (2.9)

кОм, кОм (2.10)

Для разделения дифференцирующей цепи и делителя по постоянному току поставим емкость C10 = 2 нФ. Схема ГЛИН была промоделирована при помощи пакета Electronic Workbench 5. Осциллограммы работы схемы представлены на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3 – Временные диаграммы работы ГЛИН в режиме внешней синхронизации

Рисунок 4 – Временные диаграммы работы ГЛИН в автоколебательном режиме