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

Вальская П. В.

«__» ________ 2008 г.

 

Проверил:

Сафонов С.Н.

«__» ________ 2008г.

 

 

 

 

 

Москва – 2008

Аннотация

 

В данной курсовой работе разработан преобразователь частота-напряжение, с учетом заданных параметров. 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..10

Диапазон выходных напряжений, В 1..10

Входное сопротивление, кОм, не менее 10

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

2.2. Состав

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

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 результате на выходе схемы мы получаем преобразование частоты в напряжение.

   3. Разработка принципиальной  схемы

3.1. Выбор элементной базы

Особых требований к  надежности, точности и быстродействию схемы не предъявляется, поэтому  единственным критерием подбора элементов является обеспечение заданных параметров работы устройства.  В соответствии с этим была выбрана следующая элементная база:

- Одновибратор на основе  микросхемы К156АГ1

- 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=10 кГц. Следовательно, Tmax=1/fmin=1 мс; Tmin=1/fmax=0,1 мс.

 

Для обеспечения длительности импульса Tи=0,0998 мс и при условии входного сопротивления R2=20 кОм, рассчитаем ёмкость первой времязадающей цепочки. Воспользуемся формулой Tи=0,7*R1*C1:

С1=Tи/(0,7*R1)=0,098*10^-3/(0,7*20*10^3)=7,5 нФ

 

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=0,998 мс

Tинт=R3*C2

При R3=100 кОм, С2=Tинт/R3=9,98 нФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Напряжение на выходе:

fmin:

Uвых =-[1/(R3*С2)]*Uвх*Tи=-(1/Tинт)*Uвх*Tи=-[1/(0,998*10^-3)]*10*0,0998*10^-3=1 В

fmax:

Uвых =10 В

 

 

 

Амплитуда пульсации:

 

При fmin:

k=Tи/Tmax=0,0998*10^-3/(1*10^-3)=0,0998

Uср= Uвх*k=10*0,0998=0,998 В

Апульс= (Uвых-Uср)/2=(1-0,998)/2=0,002/2=0,001 В

 

При fmax:

k=Tи/Tmin=0,0998*10^-3/(0,1*10^-3)=0,998

Uср= Uвх*k=10*0,998=9,98 В

Апульс= (Uвых-Uср)/2=(10-9,98)/2=0,02/2=0,01 В

 

 

 

Список использованной литературы

1. Г. И. Пухальский, Т. Я. Новосельцева «Проектирование дискретный устройств на интегральных микросхемах» М.: «Радио и связь», 1990
2. Л. Фолкенберри «Применение полупродниковых операционных усилителей и линейных ИС», М.: «МИР», 1985
3. 3.    У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», М.: «МИР», 1982

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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