Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО «УрФУ имени Первого президента России Б. Н. Ельцина»

Кафедра ФМПК

Оценка проекта

Члены комиссии

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Схемотехника импульсных устройств

БЛОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

200 102 520 000 011 ПЗ

Руководитель Слесарев А.И.

Нормоконтролер Слесарев А.И.

Студент гр. Фт-46061 Лежнин А. И.

Екатеринбург 2010

Техническое задание

Содержание

Введение 4

1 Структурная схема блока горизонтального отклонения 5

2 Расчёт схемы генератора линейно изменяющегося напряжения 7

3 Расчет схемы управления ГЛИН 13

4 Схема блокировки устройства управления ГЛИН 16

5 Устройство синхронизации и запуска развертки 19

5.1 Входной аттенюатор 19

5.2 Входной каскад 20

5.3 Усилитель – фазоинвертор 22

5.4 Компаратор напряжения и дифференцирующая цепь 23

6 Фазоинвертор 25

7 Расчет оконечного усилителя канала X 26

5.5 Требования к оконечному каскаду 26

5.6 Выбор транзистора 26

5.7 Выбор рабочей точки 27

5.8 Расчет параметров транзистора 28

5.9 Расчет параметров каскада 28

5.10 Расчет термостабильности схемы 29

5.11 Расчет сопротивлений и частотных свойств каскада с ООС по току 30

6 Расчет усилителя подсвета канала Z 32

7 Схема питания ЭЛТ 36

8 Калибратор амплитуды и длительности развертки 40

Заключение 42

Список использованных источников 43

Приложение А 44

Приложение Б 47

Введение

Целью данной курсовой работы является изучение методики и получение практических навыков расчета 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 13ЛО3И. Блок должен работать в режиме ждущей и непрерывной развертки, внешней и внутренней синхронизации. Входным сигналом является треугольный, биполярный со следующими параметрами:

U_m = 10  10000 мВ;

f_н=100 Гц

f_в=1 МГц

Q=2

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.

1. Структурная схема блока горизонтального отклонения

Структурная схема блока представлена на рисунке 1.

Проектирование блока горизонтального отклонения электронно-лучевого индикатора предусматривает расчет следующих функциональных блоков схемы:

• Генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН);

• Фазоинвертор;

• Оконечный каскад;

• Калибратор амплитуды и длительности развертки;

• Аттенюатор;

• Устройство синхронизации и запуска;

• Устройство управления ГЛИН;

• Устройство сравнения и блокировки;

• Делитель для питания ЭЛТ;

Назначение основных блоков БГО:

Входное устройство предназначено для деления входного сигнала, а также формирования сигнала для блока запуска и синхронизации.

Устройство синхронизации и запуска развертки преобразует различные по форме и амплитуде сигналы в стандартные импульсы и позволяет выбрать момент времени для запуска развертки, который соответствует определенному уровню исследуемого сигнала.

Схема управления генератором линейно изменяющегося напряжения – управляет запуском генератором линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Основное назначение  выработка сигнала заданной длительности. Здесь осуществляется выбор автоколебательного или ждущего режима. Схема управления выполнена в виде триггера Шмитта на операционном усилителе (ОУ).

ГЛИН  осуществляет пропорциональное преобразование временного интервала в напряжение с заданным коэффициентом усиления. То есть формирует ЛИН, которое управляет ходом луча на ЭЛТ.

Фазоинвертор предназначен для согласования несимметричного выхода предварительного усилителя с дифференциальным входом оконечного каскада. ФИ позволяет получить два выходных сигнала, равных по амплитуде, но противоположных по фазе.

Оконечный каскад нагружен на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ и создает в нагрузке симметричное парафазное отклоняющее напряжение.

Калибратор амплитуды и длительности развертки является отдельным независимым блоком, предназначенным для генерации фиксированных (по амплитуде и частоте) прямоугольных импульсов, служащих для точной установки коэффициента усиления (УВО) и длительности развертки (БГО).

2. Расчёт схемы генератора линейно изменяющегося напряжения

ГЛИН предназначен для выработки ЛИН, которое после прохождения ФИ и ОК усиливается до необходимого уровня и передается на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ для обеспечения горизонтального отклонения луча.

В качестве генератора линейно изменяющегося напряжения использован ГЛИН с ПОС на ОУ. Применение в данной схеме положительной обратной связи (ПОС) и отрицательной обратной связи (ООС) обеспечивает ей высокую линейность выходного напряжения. Во время перезарядки конденсатора, входящего в ПОС, происходит формирование ЛИН на выходе ОУ. Для дискретной смены длительность развертки, предусмотрен набор конденсаторов. Данная схема позволяет корректировать развертку сигнала, как в автоматическом, так и в ждущем режиме.

Схема генератора приведена на рисунке 2.

Генератор развертки выполнен на микросхеме DA1 с разрядным ключевым транзистором VT1. Транзистор VT1 в исходном состоянии открыт и насыщен, а емкость С1 разряжена. При появлении входного импульса отрицательной полярности происходит запирание транзистора на время длительности этого входного импульса, т.е. на время прямого хода луча. Благодаря этому происходит заряд емкости от источника +Е через резистор R2 на емкость C1. Недостатком схемы является зависимость длительности прямого хода пилы от длительности запускающего импульса. Чтобы длительность рабочего хода определялась только параметрами схемы генератора, на вход ГЛИНа ставим триггер на ОУ, расчет которого будет произведен ниже.

По окончании входного импульса положительный перепад отпирает транзистор VT1 и емкость C1 разряжается. За время Т_обр происходит восстановление схемы ГЛИН, т.е. луч ЭЛТ возвращается в исходное состояние.

При выборе микросхемы ОУ руководствовались следующими соображениями: скорость нарастания ОУ должна быть значительно выше, чем максимальная скорость нарастания ЛИН по ТЗ, дифференциальный коэффициент усиления ОУ, влияющий на коэффициент нелинейности рабочего напряжения смещения, должен быть большим, микросхема должна иметь малые напряжения смещения и дрейф нуля, высокое входное сопротивление. Учитывая эти рекомендации в качестве ОУ была выбрана микросхема 154УД4А. В качестве разрядного ключа выбрали транзистор КТ3117А. Параметры выбранных элементов представлены в Приложении А.

Длительность рабочего хода ЛИН Т_раб выбирается таким образом, чтобы на экране можно было наблюдать как отдельные участки исследуемого сигнала, так и последовательность хотя бы из двух импульсов:

_(2.1)

_(2.2)

Пусть на экране осциллографа помещается 2 периода, тогда:

(2.3)

(2.4)

Рассчитаем значения времязадающих емкостей для дискретной смены длительности развертки. Горизонтальный размер экрана равен в соответствии с ТЗ 108 мм. Пусть одно деление равно 10 мм, следовательно, получим 10 делений.

. (2.5)

Возьмем первый диапазон 0,2 мкс/дел, тогда Т_раб1=2 мкс. Таким образом, весь диапазон измеряемых времен разобьем на поддиапазоны:

0,2 мкс/дел, T_р = 2 мкс,

0,5 мкс/дел, T_р = 5 мкс,

1 мкс/дел, T_р = 10 мкс,

5 мкс/дел, T_р = 50 мкс,

10 мкс/дел, T_р = 100 мкс,

100 мкс/дел, T_р = 1 мс,

2 мс/дел, T_р = 20 мс.

Для обеспечения наилучшей линейности в генераторе должно выполняться соотношение . Резисторами в цепи ООС задается коэффициент усиления К усилителя на DA1.

Пусть К=2, а R1=R2=75 кОм, тогда

, (2.6)

При К=2 максимально допустимое значение амплитуды сигнала на входе усилителя (Принимаем выходное напряжение триггера в исходном состоянии равным В)

U_{C max} U_{вых max}/К=13/2=6,5 В, (2.7)

При этом DA1 будет находиться вблизи границы линейного режима, что может приводить к нелинейным искажениям сигнала. Зададимся U_{вых max}=10 В, тогда максимальное напряжение на емкости

U_{C max} =U_{вых max}/К=10/2=5 В. (2.8)

Рассчитаем значения времязадающих емкостей по следующей формуле:

(2.9)

Получены следующие значения емкостей для соответствующих длительностей развертки:

С1=0,08 нФ;

С2=0,2 нФ;

С3=0,4 нФ;

С4=0,8 нФ;

С5=4 нФ;

С6=40 нФ;

С7=800 нФ.

Выберем следующие номиналы основной и корректирующей емкостей :

С1: С= 75 пФ, С= 10 пФ;

С2: С=200 пФ, С= 10 пФ;

С3: С=390 пФ, С= 20 пФ;

С4: С=1800 пФ, С= 220 пФ;

С5: С=3900 пФ, С= 120 пФ;

С6: С=0,039 мкФ, С= 120 пФ;

С7: С=0,68 мкФ, С= 0,15 мкФ

Для первого диапазона рассчитаем U_вых(t_р.х.) – максимальное напряжение развертки на выходе схемы, U_c(t_р.х.) – максимальное напряжение на емкости, p – коэффициент нелинейности, t_о.х. – время обратного хода.

E = +15 В.

(2.10)

Относительный коэффициент усиления 

(2.11)

 учитывает конечность дифференциального коэффициента усиления ОУ K_d=10000.

(2.12)

(2.13)

Управляющее напряжение на разрядный ключ поступает с выхода триггера и в режиме удержания ключа в открытом состоянии имеет значение, отличающееся от положительного напряжения питания микросхемы Е = +15 В на величину (1÷2) В. Принимаем выходное напряжение триггера в исходном состоянии равным U⁺_вых = 13 В, тогда для простейшего ГЛИН с интегрирующей цепью справедливо

(2.14)

Возьмем R5=6,2 кОм.

(2.15)

Рассчитаем параметры транзистора VT1.

Для коллекторного питания транзистора VT1 выбираем одно из напряжений питания операционного усилителя, т.е. принимаем E = +15В. Тогда ток насыщения VT1 будет равен

мА. (2.16)

Ток базы насыщения

=5 мкА. (2.17)

Зададимся

нс. (2.18)

Расчет запирающих напряжений:

мВ, (2.19)

В. (2.20)

Расчет основных параметров транзистора

, (2.21)

, (2.22)

мА, (2.23)

, (2.24)

, (2.25)

, (2.26)

мкс, (2.27)

пФ. (2.28)

_{Зададимся значением степени насыщения S=1,5.}

мА, (2.29)

В, (2.30)

мА, (2.31)

нс, (2.32)

мкс . (2.33)

Вычислим t_вкл:

(2.34)

нс , (2.35)

мкс . (2.36)

Вычислим t_выкл:

(2.37)

Вычислим время задержки срабатывания

мкс. (2.38)