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: Цифровой генератор пилообразного напряжения.

Студентка гр. 1502
Преподаватель		Корнеева И. П.

Санкт-Петербург

2023

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

Студентка Титова В. Д.
Группа 1502
Тема работы: Цифровой генератор пилообразного напряжения
Исходные данные: Разработать цифровой генератор пилообразного напряжения. Исходные данные для расчета Вариант №2 Частота формируемого сигнала, кГц 1,0 Амплитуда формируемого сигнала, В 5,0 Погрешность формирования, не более, % 2 Выходное сопротивление, не более Ом 200 Регулировка выходного сигнала плавн Сопротивление нагрузки, не менее Ом 200 Напряжение источника питания, В ±10
Содержание пояснительной записки: «Содержание», «Введение», «Основная часть», «Заключение», «Список использованных источников».
Предполагаемый объем пояснительной записки: Не менее ___ страниц.
Дата выдачи задания: 19.11.2023
Дата сдачи реферата: 22.12.2023
Дата защиты реферата: 22.12.2023
Студентка		Титова В. Д.
Преподаватель		Корнеева И. П.

Аннотация

В рамках данной курсовой работы исследуется цифровой генератор пилообразного напряжения на логических элементах. Для этого поэтапно анализируются теоретические основы работы цифровых элементов и построения включающих их в себя цифровых схем; далее описывается теоретическая разработка цифрового генератора пилообразного напряжения в среде Micro-Cap 12. Также приводится практическое моделирование генератора пилообразного напряжения на основе таймера 555 на платформе NI ELVIS. 

Содержание

	Введение	4
1.	Общие теоретические сведения	5
1.1.	Генератор прямоугольных импульсов на логических элементах	6
1.2.	Дифференциальный усилитель	9
2.	Разработка схемы в среде Micro-Cap 12	10
3.	Практическое моделировование схемы на платформе NI ELVIS	13
	Заключение	17
	Список использованных источников	18

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 цифрового генератора пилообразного напряжения.

1. Общие теоретические сведения

1.1. Генератор прямоугольных импульсов на логических элементах.

На рис. 1 приведена простейшая схема генератора на логических элементах: времязадающая RC-цепочка и микросхема. Она содержит в себе 4 логических элемента 2И-НЕ. Сразу вспомним, что элемент 2И-НЕ имеет два входа, и сперва применяет к двум входным сигналам операцию И, а затем результат инвертирует (операция НЕ).

Рисунок 1 - Простейшая схема генератора на логических элементах

Вот таблица логики:

Таблица 1

Таблица логики элемента И-НЕ

Вход 1	Вход 2	Выход
0	0	1
1	0	1
0	1	1
1	1	0

Впрочем, на схеме входы элементов соединены друг с другом. Это значит, что от элемента нужна только операция НЕ. Один элемент инвертирует сигнал, то есть поворачивает его на 180 градусов. Значит, два последовательных элемента повернут сигнал на 360 градусов = 0 градусов. Это как раз и требуется: для работы генератора должна обеспечиваться положительная обратная связь, то есть сигнал с выхода должен попадать на вход в «фазе», чтобы поддерживать сам себя.

Принцип работы:

Допустим, после включения питания на входе DD1.1 установился низкий уровень. Значит, на выходе будет высокий уровень, который попадает на вход DD1.2, на выходе которого, в свою очередь, будет опять низкий уровень. Конденсатор C₁ разряжен. И он начинает заряжаться через резистор R₁, который правым выводом подключён к выходу DD1.1 — к точке, где потенциал высокий.

Рисунок 2 – Процесс зарядки конденсатора в схеме

Почему же этот ток не утекает на вход элемента DD1.1 - ведь на этом входе в данный момент низкий потенциал? Кажется, что логический элемент должен забрать весь ток, а на конденсатор ничего не пойдет. Ответ: дело в высоком входном сопротивлении элементов DD. На их входы ответвляется маленькая часть тока, которой можно пренебречь. Кстати, благодаря этому факту, сопротивление R₁ может быть достаточно большим, несколько МОм,  что позволяет получить довольно низкие частоты генерации.

Итак, постепенно напряжение на C₁ растёт, и в какой-то момент на левой обкладке накопится достаточный "плюс", который переключит DD1.1 в состояние 1 на входе, 0 на выходе. Тут же и DD1.2 поменяет состояние на противоположное: 0 на входе, 1 на выходе. И процессы в RC-цепочке пойдут в обратную сторону, до тех пор, пока напряжение на конденсаторе снова не переключит DD1.1, а за ним DD1.2 и весь цикл повторится сначала.

Частота генератора определяется параметрами времязадающей RC-цепочки: от сопротивления резистора и ёмкости конденсатора будет зависеть, сколько времени будет длиться заряд/разряд конденсатора. Примерная формула такова:

F=0,8/(C₁*R₁) (1)