курсовой (3) / eltech_xel / Доклад

Тема курсового проекта: функциональный генератор

Назначение функционального генератора: источник регулярных треугольных, прямоугольных импульсов и гармонического сигнала.

Применение: функциональный генератор необходим в устройствах, работа которых связана с периодическим изменением состояний.

Технические требования:

• Выходные сигналы – прямоугольные, треугольные импульсы и гармонический сигнал

• Частота формируемого сигнала 1 МГц

• Нестабильность не более 10^-5

• Амплитуда сигналов 2 В на нагрузке 300 Ом

• Скважность импульсной последовательности 2

• Обеспечить возможность выбора вида выходного сигнала с помощью кода

В процессе работы проводились обзор аналогов и прототипов, выбор элементов и разработка принципиальной электрической схемы, электрическое моделирование одного из узлов системы, анализ метрологических характеристик.

Функциональная схема:

Можно выделить следующие функциональные узлы:

Генератор с кварцевой стабилизацией частоты необходим как источник регулярных импульсов прямоугольной формы.

Интегратор используется для выполнения операций интегрирования. В данной работе он используется для преобразования импульса прямоугольной формы в треугольную.

Фильтр нижних частот является схемой, которая без изменений передает сигналы нижних частот, а на высоких частотах обеспечивает затухание сигналов и запаздывание их по фазе относительно входных сигналов. В данной работе будет использоваться фильтр нижних частот для преобразования прямоугольных импульсов в гармонический сигнал.

Мультиплексор — функциональный узел, осуществляющий операцию передачи сигнала с одного из своих входов на один выход. В курсовом проекте он используется для выбора вида выходного сигнала.

Принципиальная схема:

В схеме генератора элемент DD1.1 является линейным усилителем, кварцевый резонатор ZQ1 образует цепь обратной связи, а элемент DD2.1 – буферный (развязывающий, согласующий) элемент. Чтобы обеспечить возникновение и существование устойчивых автоколебаний, следует исходно вывести инверторы мультивибратора по постоянному току на линейный участок передаточной характеристики. Режим по постоянному току задается с помощью резистора R₁.

Частота формируемого сигнала обеспечивается кварцевым резонатором на 1 МГц.

На выходе генератора используется делитель напряжения, состоящий из резистора и стабилитрона. Используется для получения импульсов амплитуды 2,7 В.

Так как на выходе интегратора мы получаем отрицательное напряжение, следует использовать инвертирующий усилитель, который изменяет знак выходного сигнала относительно входного. Интегратор и инвертор построены на базе быстродействующего операционного усилителя К140УД11, т.к. усилители общего назначения имеют малосигнальную полосу частот около 1 МГц и скорость нарастания выходного напряжения приблизительно до 0,6 В/мкс.

В работе используется фильтр нижних частот Чебышева. Этот фильтр относится к k-типу. Преимуществом является непрерывное возрастание затухания по мере удаления в полосу непропускания и простота схемы. Для получения большего затухания и симметрии схемы применяется П-образное звено. На выходе фильтра используется резистивный делитель напряжения, для понижения напряжения до 2,7 В.

В проекте используется аналоговый мультиплексор 590КН19 со встроенным регистром памяти. На регистр подается двузначный код соответствующего входа. С регистра на адресные входы А0 и А1 поступает двоичный код. Мультиплексор имеет сопротивление ключа 100 Ом, входное напряжение 15 В, входной ток 20 мА, время включения 150 нс. Для получения на выходе амплитуды сигналов в 2 В необходимо подавать на входы мультиплексора приблизительно 2,66 В, т.к. при токе в 6,6 мА сопротивление ключа 100 Ом поглотит порядка 660 мВ.

На выходе используется коаксиальный разъем, так как имеет широкую полосу пропускания для передачи сигнала.

Для высокочастотной фильтрации цепей питания ИС применены безиндукционные конденсаторы (керамические или танталовые) из расчета один конденсатор на группу не более чем 5 ИС, емкостью не менее 0,003 мкФ на каждую ИС. Конденсатор развязки установленный в непосредственной близости от ИС, образует цепь низкого сопротивления по высоким частотам. Для низкочастотной фильтрации используется электролитический конденсатор емкостью 0,5 мкФ на каждые 5 ИС.

Моделирование:

Для моделирования был выбран фильтр нижних частот, с целью проверки правильности его работы. В качестве среды моделирования был использован ППП Micro-Cap 7. По спектральным характеристикам входного и выходного сигнала видно, что фильтр подавил все гармоники, кроме гармоники с частотой 1 МГц. По АЧХ фильтра видно, что частота среза 1,2 МГц на уровне -3 дБ.

Заключение:

В ходе выполнения курсового проекта был разработан функциональный генератор на кварцевом резонаторе, соответствующий требованиям технического задания.

Был проведен анализ справочной литературы, в ходе которого были найдены аналоги и прототип, на основе которого и был разработан данный генератор.

Были составлены функциональная и принципиальная схемы функционального генератора.

С помощью ППП Micro-Cap 7 был проведен анализ одного из узлов схемы – фильтра нижних частот, подтвердивший правильность подбора отдельного компонента данного устройства.