|
|
5. Курсовое проектирование закончено ____________________________
6. Оценка проекта _______________________________________ ________
Руководитель ______________Н.Ф.Школа
Утверждаю: Зав. кафедрой ____________А.В.Кружалов
СОДЕРЖАНИЕ
|
1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ 2. ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 3. ВВЕДЕНИЕ 4. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 4.1. Разработка структурной схемы УВО 4.2. Задание технических требований к УВО 4.3. Распределение параметров УВО по каскадам 4.4. Выбор схемотехники и расчет ОК 4.5. Выбор схемотехники и расчет фазоинверсного каскада 4.6. Выбор схемотехники и расчет каскада задержки 4.7. Выбор схемотехники и расчет предварительного усилителя 4.8. Выбор схемотехники и расчет входного каскада 4.9. Выбор схемотехники и расчет аттенюатора 4.10. Расчет диодного ограничителя 4.11. Расчет элементов питания ЭЛТ 4.12. Моделирование УВО в среде Micro-Cap 7 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ПРИЛОЖЕНИЕ 7 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК |
2 4 5 6 6 8 10 12 25 28 31 36 38 43 44 45 47 48 49 52 54 55 56 57 60 |
2. ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
|
ДК КУ ЛЗ ОК ОУ ПУ ПХ ТВО ТГО ТЗ УВО ЧКД ЭЛО ЭЛТ |
- дифференциальный каскад - коэффициент усиления - линия задержки - оконечный каскад - операционный усилитель - предварительный усилитель - переходная характеристика - тракт вертикального отклонения - тракт горизонтального отклонения - техническое задание - усилитель вертикального отклонения - частотно-компенсированный делитель - электронно-лучевой осциллограф - электронно-лучевая трубка |
3. ВВЕДЕНИЕ
Целью курсового проекта является проектирование тракта вертикального отклонения электронно-лучевого осциллографа. Проектируемый усилитель должен удовлетворять техническому заданию, содержащим сведения об источнике сигнала, условиях эксплуатации, нагрузке, требования к входным параметрам усилителя.
Проектируемый УВО может иметь широкое практическое применение. Так, например, в роли источника сигнала может выступать какой-либо датчик, параметры которого (форма, амплитуда, длительность, скважность сигнала) заранее известны. Для визуального наблюдения принятого сигнала используется ЭЛТ осциллографа.
4. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
4.1. Разработка структурной схемы УВО.
С целью реализовать требования ТЗ была выбрана структурная схема, представленная на рис. 4.1.
Рис.4.1. Структурная схема УВО
В соответствии с рисунком УВО содержит:
4.1.1. Входной аттенюатор – делитель напряжения, предназначенный для дискретного изменения масштаба (коэффициента отклонения) по вертикали на экране ЭЛТ. Основное требование к аттенюатору: обеспечение заданного коэффициента деления входного напряжения с требуемой точностью в полосе пропускания УВО.
4.1.2. Входной каскад является согласующим, служит трансформатором сопротивления и должен обеспечивать высокое входное сопротивление и малую входную емкость в любом положении аттенюатора, низкое выходное сопротивление каскада, широкую собственную полосу пропускания.
4.1.3. Предварительный усилитель обеспечивает усиление входного сигнала до величины, достаточной для работы оконечного усилителя. В этом блоке ТВО осуществляется управление сдвигом постоянного уровня усиливаемого сигнала, дискретная регулировка усиления, а также плавная регулировка усиления, предназначенная для предэксплуатационной настройки осциллографа.
4.1.4. Узел задержки обеспечивает возможность наблюдать передний фронт импульса, для чего он задерживается в цепи ТВО на время срабатывания ТГО, с тем, чтобы вертикальное отклонение луча не опережало горизонтальную развертку осциллографа.
4.1.5. Фазоинверсный каскад предназначен для согласования несимметричного выхода предварительного усилителя с дифференциальным выходом оконечного каскада. Фазоинвертор позволяет получить два выходных сигнала, равные по амплитуде и противоположные по фазе.
4.1.6. Оконечный каскад УВО нагружен на вертикально-отклоняющие пластины ЭЛТ. Его коэффициент усиления задают максимально возможным для исключения режима большого сигнала предоконечного каскада. Требования к ОК предъявляются противоречивые: он должен обеспечивать широкую полосу и большую амплитуду импульсов на емкостной нагрузке.
4.2. Задание технических требований к УВО.
Исходя из ТЗ, сформулируем технические требования, предъявляемые ко всему проектируемому усилителю:
4.2.1. Выходное напряжение усилителя Uвых.
Выходное напряжение рассчитывается по формуле:
|
Uвых = A/SY, |
(1) |
где Uвых – выходное напряжение, В;
А – размер изображения, мм;
SY – чувствительность пластин ЭЛТ, мм/В.
А = 50 мм;
SY = 0,7 мм/В – значения берем из документации к ЭЛТ ;
Uвых = 71,43 В.
Возьмем выходное напряжение с 10 %-м запасом:
Uвых = 80 В.
4.2.2. Коэффициент усиления номинальный K0.
|
К0 = Uвых max /Uвх min , |
(2) |
где К0 – номинальный коэффициент усиления;
Uвых max – максимальное выходное напряжение, В;
Uвх min – минимальная амплитуда входного импульса, В.
Uвых max = 80 В – значение рассчитано в п.4.2.1.;
Uвх min = 0,01 В – берем из ТЗ;
К0 = 8000.
4.2.3. Допустимые искажения tф.
|
tф < 0,1tи min , |
(3) |
где tф – длительность фронта, мкс;
tи min – минимальная длительность входного импульса, мкс.
tи min = 0,3 мкс – берем из ТЗ;
tф < 0,03 мкс.
4.2.4. Верхняя граничная частота fв.
|
fв > 0,35/tн , |
(4) |
где fв – верхняя граничная частота УВО, МГц;
tн – время нарастания ПХ, мкс.
tн = tф = 0,03 мкс – значение рассчитано в п. 4.2.3.;
fв > 11,67 МГц.
Примечание. Расчет нижней граничной частоты fн не проводился, т.к. по проектируемой схемотехнике УВО связь между каскадами – гальваническая, а все каскады являются усилителями постоянного тока.
4.2.5. Параметры нагрузки УВО Rн и Сн.
Rн = Rвх ЭЛТ – входное сопротивление ЭЛТ;
Rн = 1000 кОм – задали самостоятельно, т.к. нагрузка – емкостная.
|
Сн = Свз + 2Спл , |
(5) |
где Сн – емкость нагрузки УВО, пФ;
Свз – емкость взаимосвязи пластин ЭЛТ;
Спл – емкость пластин ЭЛТ.
Свз = 4 пФ;
Спл = 4 пФ – значения берем из документации на ЭЛТ;
Сн = 12 пФ.
4.2.6. Входные параметры УВО Rвх и Свх.
Rвх < 1000 кОм – берем из ТЗ;
Свх < 20 пФ – берем из ТЗ.
4.2.7. Рабочий диапазон температур окружающей среды:
Берем значения из ТЗ:
tср min = 10 ºC – минимальная температура окружающей среды;
tср max = 35 ºC – максимальная температура окружающей среды.
4.3. Распределение параметров УВО по каскадам.
Проектирование и расчет будут проводиться последовательно для каждого из звеньев УВО. Поэтому, необходимо знать технические требования для каждого из каскадов в отдельности. Получим их, исходя из технических требований к УВО, рассчитанных в п.4.2.
4.3.1. Коэффициенты усиления каскадов.
КУ многокаскадного усилителя определяется произведением коэффициентов каждого из каскадов в отдельности. Поэтому, в данном случае он рассчитывается по формуле:
|
Кобщ = КВХКПУКЛЗКФИКОК , |
(6) |
где Кобщ – КУ номинальный УВО;
КВХ – КУ входного каскада;
КПУ – КУ предварительного усилителя;
КЛЗ – КУ линии задержки;
КФИ – КУ фазоинверсного каскада;
КОК – КУ оконечного каскада.
КУ оконечного каскада выбрали наибольшим, исходя из требования, что на его входе должен быть малый сигнал, значение которого приняли равным 1,2 В. Коэффициенты усиления последующих каскадов выбирали исходя из прогнозируемой схемотехники и условия обеспечения заданного КУ всего усилителя.
Рассчитанные КУ для каждого из каскадов приведены в табл. 4.1. наряду с выходными напряжениями и другими техническими требованиями. Отметим, что общий КУ, рассчитанный по формуле (6) составляет: Кобщ = 8147, что с небольшим запасом превышает значение, рассчитанное в п. 4.2.2. Превышение вызвано тем, что при вычислениях округления проводили в большую сторону.
4.3.2. Допустимые искажения.
Верхняя граничная частоты многокаскадного усилителя определяется выражением:
|
fвобщ = , |
(7) |
где fвобщ – верхняя граничная частота всего УВО, МГц;
fвi – верхняя граничная частота i-го каскада, МГц.
Искажения определяются подкоренным выражением в формуле (7). Наибольшие искажения вносят оконечный каскад – 60% и предварительный усилитель – 30%. Фазоинверсный каскад вносит примерно 5% искажений. Оставшиеся распределим поровну между входным каскадом и линией задержки.
Отметим, что ПУ будет двухкаскадным, исходя из большого коэффициента усиления и прогнозируемой схемотехники. Поэтому искажения, вносимые им, распределим поровну между его каскадами.
Длительность фронта, определяемая временем нарастания ПХ, рассчитывалась по формуле (4). Верхняя граничная частота и длительность фронта для каждого из каскадов представлены в табл. 4.1.
Таблица 4.1
|
|
Вход. каскад |
ПУ |
ЛЗ |
ФИ |
ОК |
УВО |
|
|
К1 |
К2 |
||||||
|
Uвых, В |
0,009375 |
0,06 |
0,6 |
0,3 |
1,2 |
80 |
80 |
|
K0 |
0,95 |
6,4 |
10 |
0,5 |
4 |
67 |
8000 |
|
fв, МГц, не менее |
73,8 |
30,2 |
30,2 |
73,8 |
52,2 |
15,07 |
11,67 |
|
tф, нс, не более |
5 |
12 |
12 |
5 |
7 |
23 |
30 |
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.