Преобразователь частота-напряжение на основе интегратора

Московский государственный  институт электроники и математики

(технический университет)

Кафедра ИКТ

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по теме 
«Преобразователь частота-напряжение на основе интегратора»

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студентка группы С-64

Невская С.Ю.

«__» ________ 2009 г.

 

Проверил:

Сафонов С.Н.

«__» ________ 2009г.

 

 

 

 

 

Москва – 2009

Аннотация

 

В данной курсовой работе разработан преобразователь частота-напряжение. Разработана принципиальная схема, выбрана элементная база, произведен расчет.

Содержание:

 

          

 

4. Список использованной литературы ................................................................................8

Приложение:

                 Принципиальная схема 9

      Перечень элементов........................................................................................10

 

 

 

 

 

Задание на курсовую работу

 

      I. Наименование разрабатываемого устройства

 

Преобразователь частота-напряжение на основе интегратора.

 

      II. Параметры устройства:

 

Диапазон входных  частот, кГц                                                                       1..20

Диапазон выходных напряжений, В 1..5

Входное сопротивление, кОм, не менее 20

Сопротивление нагрузки, Ом 600

Амплитуда пульсации  на выходе, мВ, не более 10

 

  1. Анализ технического задания

Разрабатываемое устройство - преобразователь частота-напряжение на основе интегратора. Устройство должно реагировать на изменения входной частоты и менять в зависимости от этого выходное напряжение. Устройством, реагирующим на изменения частоты, является интегратор, который и будет обеспечивать зависимость частоты и напряжения на выходе схемы.

2. Разработка функциональной схемы  и принцип действия

2.1. Назначение

В данной курсовой работе спроектировано устройство, предназначенное для преобразования изменения частоты в изменение напряжения.

2.2. Состав

Устройство состоит  из одновибратора, интегратора, стабилитрона, нескольких конденсаторов и резисторов

2.3. Принцип действия

 

На вход одновибратора, собранного на половине микросхемы К561АГ1, с различной частотой подается ряд импульсов. При этом на его прямом выходе генерируются импульсы постоянной длительности, определяемой параметрами первой времязадающей цепочки.

На вход интегратора, собранного на половине микросхемы К140УД20, поступает  напряжение, ограниченное с помощью промежуточного сопротивления и стабилитрона. Интегрирование происходит за время, определяемое параметрами второй времязадающей цепочки.

В итоге на выходе схемы мы получаем преобразование частоты в напряжение.

   3. Разработка принципиальной схемы

3.1. Выбор элементной базы

Единственным критерием подбора элементов является обеспечение заданных параметров работы устройства.  В соответствии с этим была выбрана следующая элементная база:

- Одновибратор на основе  микросхемы К561АГ1

- Интегратор на основе  микросхемы К140УД20

- Стабилитрон КC210Б2

- Конденсаторы с отрицательным  TKE

- Pезисторы с положительным  TKE

3.2. Расчет параметров схемы

 

По условию необходимо обеспечить входную частоту от fmin=1 до fmax=20 кГц. Следовательно, Tmax=1/fmin=1 мс; Tmin=1/fmax=0,05 мс.

 

Для обеспечения длительности импульса Tи=0,04 мс и при условии емкости первой времязадающей цепочки С1=5,5 нФ, рассчитаем входное сопротивление. Воспользуемся формулой Tи=0,7*R1*C1:

R1=Tи/(0,7*C1)=0,04*10^-3/(0,7*8*10^3)=10 кОм

 

При подаче напряжения питания +15 В на выходе одновибратора также получим амплитуду напряжения, соответствующую 15 В.

Стабилитрон ограничивает напряжение до 10 В при Iст=5 мА. Следовательно, необходимо выбрать R2=1 кОм.

 

Для того, чтобы интегратор работал корректно при максимальных частотах, необходимо обеспечить Tинт>=10*Tи=0,4 мс

Tинт=R3*C2

При С2=10 нФ

R3=Tинт/С2=100 кОм

 

 

 

 

 

 

 

 

Напряжение на выходе:

1) fmin:

Uвых =-[1/(R3*С2)]*Uвх*Tи=-(1/Tинт)*Uвх*Tи=-[1/(0,4*10^-3)]*20*0,04*10^-3=2 В

2) fmax:

Uвых ==-[1/(R3*С2)]*Uвх*Tи=-(1/Tинт)*Uвх*Tи = 10 В

 

 

 

Амплитуда пульсации:

 

При fmin:

k=Tи/Tmax=0,04*10^-3/(1*10^-3)=0,1

Uср= Uвх*k=2*0,01=0,02 В

Апульс= (Uвых-Uср)/2=(2-0,02)/2=1,98/2=0,94 В

 

При fmax:

k=Tи/Tmin=0,04*10^-3/(0,5*10^-3)=0,8

Uср= Uвх*k=10*0,8=8 В

Апульс= (Uвых-Uср)/2=(10-8)/2=2/2=1 В

 

 

 

Список использованной литературы

1. Г. И. Пухальский, Т. Я. Новосельцева «Проектирование дискретный устройств на интегральных микросхемах» М.: «Радио и связь», 1990
2. У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», М.: «МИР», 1982
3. Хоровиц, Хилл «Искусство схемотехники»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы 3, 5, 8, 11, 12, 13, 14, 15 микросхемы D1 и выводы 3, 4, 5, 6, 7, 9 микросхемы D2 подключить к цепи 0 В

Вывод 16 микросхемы D1 и вывод 13 микросхемы D2 – выводы питания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Элем.	Наименование	кол	Примечание
R1	Резистор	1	10 кОм
R2	Резистор	1	1 кОм
R3	Резистор	1	100 кОм
C1	Конденсатор	1	5,5 нФ
C2	Конденсатор	1	10 нФ
D	Стабилизатор	1	10 В