МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра биотехнических систем

Курсовая РАБОТА

по дисциплине «Электроника и микропроцессорная техника»

Тема: РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОГО ГЕНЕРАТОРА ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Студент гр. 7501		Исаков А.О.
Преподаватель		Анисимов А. А.

Санкт-Петербург

2020

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студент Исаков А.О.

Группа 7501

Тема работы: Разработка цифрового генератора пилообразного напряжения

Исходные данные:

Требуется создать цифровой генератор пилообразного напряжения с частотой формируемого сигнала 5кГц, амплитуда 7В, погрешность формирования менее 1%, выходное сопротивление не более 100 Ом, сопротивление нагрузки больше 100 Ом, напряжение источника питания 10В.

Содержание пояснительной записки:

Пояснительная записка включается в себя разделы «Содержание», «Введение», «Общие теоретические положения», «Расчет параметров схемы», «Разработка схемы в среде Micro-Cap 12», «Заключение», «Список использованных источников».

Предполагаемый объем пояснительной записки:

Не менее 20 страниц.

Дата выдачи задания: 29.04.2020

Дата сдачи: 25.05.2020

Дата защиты: 25.05.2020

Студент гр. 7501		Исаков А.О.
Преподаватель		Анисимов А. А.

Аннотация

Курсовая работа содержит теоретические основы работы цифровых элементов и построения включающих их в себя цифровых схем. Пошагово описывается разработка генератора пилообразного напряжения в Micro - Cap 12. Также приведены расчеты пассивных элементов и представлены характеристики Таймера 555, счётчика CD4040B и ЦАПа DAC0808.

SUMMARY

The course work contains the theoretical basis for the operation of digital elements and the construction of digital circuits that include them. The development of a sawtooth voltage generator in Micro - Cap 12 is described step by step. Calculations of passive elements and characteristics of the Timer 555, counter CD4040B and DtoA8 DAC0808 are also presented.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5

1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 6

1.1 Общие сведения о генераторах пилообразного напряжения 6

1.2 Топология схемы генератора пилообразного напряжения 10

1.3 Теоретические сведения об элементах схемы 11

2.РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПИ 19

3.РАЗРАБОТКА СХЕМЫ В СРЕДЕ MICRO-CAP 12 20

3.1 Схема на основе таймера 555 серии, счетчика CD4040B и ЦАП 20

3.2 Схема на основе таймера 555 серии, счетчика и ЦАПа (R-2R) 21

3.3 Схема на основе таймера 555 серии, ОУ и транзистора PNP 24

4.МОДЕЛИРОВАНИЕ 25

5.ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ В СРЕДЕ MICRO-CAP 12 26

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 30

Введение

Генератор пилообразного напряжения – генератор линейно изменяющегося напряжения, электронное устройство, формирующее периодические колебания напряжения пилообразной формы. Линейно изменяющееся или пилообразное напряжение имеет форму неравностороннего треугольника, то есть в течение определённого периода времени нарастает или спадает практически по линейному закону до некоторого амплитудного значения, а затем возвращается к исходному уровню.

Генераторы пилообразного напряжения находят широкое применение в автоматике, телевидении, технике связи, измерительной технике и в других областях прикладной радиоэлектроники. Основными характеристиками этих генераторов являются линейность рабочего участка выходного напряжения, длительность рабочего и обратного хода, период повторения.

Цель данной курсовой работы – разработать схему генератора пилообразного напряжения в среде Micro-Cap 12.

1. Теоретические сведения

1. Общие сведения о генераторах пилообразного напряжения

Генераторы пилообразного напряжения, называемые ещё генераторами линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН), широко используются в устройствах с электронно-лучевыми трубками для развертки изображения на экране, для сравнения напряжений, для получения регулируемой задержки сигнала, при преобразовании непрерывных величин в дискретные.

Пилообразное напряжение характеризуется следующими основными параметрами (рисунок 1): амплитудой Um, длительностью прямого (рабочего) хода tпр, длительностью обратного хода tобр, периодом повторения T.

Рисунок 1 – Пилообразный сигнал

Схема простейшего ГЛИН с зарядом конденсатора через резистор приведена на рисунке 2. Схема состоит из интегрирующей RC цепи, резистор R которой является коллекторной нагрузкой транзисторного ключа. Ключ управляется прямоугольными импульсами. В исходном состоянии ключ базовым смещением и конденсатор разряжен через транзистор. В момент поступления отрицательного запирающего напряжения на базу, ключ закрывается, и конденсатор заряжается через R от напряжения питания схемы. По окончании входного импульса транзистор открывается и конденсатор быстро разряжается. Длительность входного импульса берется такой, чтобы конденсатор зарядился до небольшого, по сравнению, с Ek напряжения. При этом обеспечивается удовлетворительная линейность нарастания Uc.

Длительность обратного хода tобр определяется (при заданной емкости) выходным сопротивлением транзистора. В случае необходимости увеличения амплитуды выходных импульсов на выходе ГЛИН подключается усилитель напряжения.

Рисунок 2 – Простейшая схема ГЛИН

Приведенная выше схема проста в использовании, однако импульсы имеют неидеальную форму «пилы». Более высококачественные ГЛИН создают на основе операционных усилителей. В таких генераторах коэффициент нелинейности можно сделать очень малым (меньше 0,01) и практически устранить влияние нагрузки генератора на форму импульсов (рисунок 3).

Рисунок 3 – ГЛИН на ОУ

В схеме генератора пилообразного напряжения на ОУ есть тиристорный ключ Т в цепи обратной связи. Без тиристора схема представляет собой интегратор. В исходном состоянии тиристор заперт и конденсатор заряжается, напряжение на выходе ОУ растет практически по линейному закону до тех пор, пока выходное напряжение Uвых не сравняется с опорными напряжением Uоп, подаваемым на управляемый вход тиристора. В этот момент тиристор открывается, и конденсатор быстро разрежется через открывшийся тиристор почти до нуля (до напряжения, равного падению напряжения на тиристоре в прямом направлении). После разряда конденсатора тиристор снова закрывается, и цикл повторяется. Устройство работает в автогенераторном режиме и не требует внешнего возбуждения. Сигнал, получаемый на выходе, изображен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Выходной сигнал с ГЛИН на ОУ

Заметно, что форма данного сигнала больше напоминает пилу (рисунок 5), чем сигнал с первой схемы, однако он все еще не идеален.

Рисунок 5 – Идеальный пилообразный сигнал

Чтобы получить пилообразный сигнал, максимально похожий на изображенный на рисунке 5, необходимо воспользоваться цифровыми микросхемами. [1]