7.2.2. Расчет принципиальной схемы генератора

7.2.2.1. Расчет задающего генератора

Схема ГИ на ОУ представлена на рис. 7.2. Расчет схемы начинается с выбора ОУ из условия  = .

Выбираем ОУ типа К14ОУД8. Параметры ОУ представлены в табл. 7.3.

Далее производят проверку ОУ по быстродействию. Определяется время переключения tПЕР =  = 10 мкс. Поскольку после ограничителя останется только одна "полуволна" сигнала, длительность фронта импульса с выхода ЗГ определится как tФ.ЗГ = tПЕР / 2 = 5 мкс, что меньше tФ.ДОПi, т.е. схема на данном ОУ может быть реализована.

Таблица 7.3 Параметры ОУ К14ОУД8

Наименование параметра

Значение

параметра

Напряжение питания ЕПИТ, В

Максимальное выходное напряжение UВЫХmax, В

Скорость нарастания выходного напряжения , В/мкс

Минимальное сопротивление нагрузки RHmin, кОм

Допустимое дифференциальное напряжение U0ДОП , В

Выходное сопротивление RВЫХ.ОУ, не более, Ом

Входное сопротивление RВХ.ОУ, не менее, МОм

Ток потребления IПОТ, мА

±15

10

2

2

6

150

10

5

Определяются параметры цепи положительной обратной связи. Выбирается коэффициент передачи цепи ПОС c из условия обеспечения безаварийной работы ОУ. При работе схемы максимальное дифференциальное напряжение достигается в момент переключения и составляет U0max = 2cUВЫХmax. Оно не должно превышать допустимого, т.е.  Принимаем c = 0,2. Далее выбирается одно из сопротивлений, например, R1 = 10 кОм. Величина R1 должна быть много меньше RВХ.ОУ (как минимум на два порядка) для того, чтобы входные токи ОУ не влияли на работу схемы. Второе сопротивление цепи ПОС определяется из выражения для c и составляет R2 = 40 кОм. Сумма сопротивлений R1 и R2 должна быть больше RHmin, чтобы подключение цепи ПОС к выходу ОУ не вызвало выхода его из строя. При выбранных сопротивлениях оба условия, накладываемые на величины сопротивлений цепи ПОС, выполняются, в противном случае необходимо выбрать большее R1 и повторить расчет R2.

Рассчитывается времязадающая цепь R-С. Длительность формируемого импульса зависит от постоянной времени цепи перезаряда конденсатора t = RC, уровней выходного напряжения и коэффициента передачи цепи ПОС и определяется по формуле

Задается емкость конденсатора С = 2,2 мкФ (из ряда предпочтительных значений по ГОСТ 28884 – 90). Диапазон возможных значений емкости очень широк, важно, чтобы конденсатор был неполярным, т.к. полярность напряжения на нем при работе схемы меняется.

По формуле (7.1) для tИmin определяется Rmin = 11,2 кОм, для tИmax определяется Rmax = 22,4 кОм. Диапазон изменения R соответствует условию

Rmin < R << RВХ.ОУ                                                     (7.2)

в противном случае нужно изменить емкость конденсатора и повторить расчет.

Обычно переменные резисторы выполняются с возможностью регулировки сопротивления от нулевого значения. Для ограничения tИmin и предотвращения выхода ОУ из строя при выводе движка потенциометра на "0" (ток в цепи ничем не ограничивается, выход ОУ оказывается закороченным) цепь перезаряда выполняется из двух последовател
ьно включенных сопротивлений – постоянного 10 кОм и переменного 15 кОм (из ряда предпочтительных значений по ГОСТ 28884-90).

При больших диапазонах изменения tИ не всегда удается обеспечить выполнение условия (7.2). В этом случае применяют несколько конденсаторов разной емкости, подключаемых к входу ОУ через механический переключатель. При этом весь диапазон изменения tИ разбивается на поддиапазоны, регулировку внутри поддиапазона осуществляют изменением сопротивления R, а переход к другому поддиапазону – переключением конденсатора.

После расчета сопротивлений схемы производится проверка ОУ по допустимому выходному току. Для безаварийной работы ОУ необходимо выполнение условия

IПОС + IOOC + IH < IВЫХ.ДОП,

где  = 0,2 мА – ток цепи положительной обратной связи; IOOC – ток цепи отрицательной обратной связи – времязадающей цепи, его величина при работе схемы меняется. Максимальное значение тока достигается в момент переключения при минимальном сопротивлении, т.е.

Определяется допустимый выходной ток ОУ.

Сумма токов обратных связей должна быть меньше IВЫХ.ДОП. Далее определяется допустимый ток нагрузки ЗГ

IН.ДОП = IВЫХ.ДОПIПОСIOOC max = 3,6 мА,

по которому определяется минимально допустимое сопротивление нагрузки ЗГ

Этот параметр используется при расчете следующих блоков.

При построении генератора, формирующего несимметричную последовательность импульсов (Q ¹ 2), цепь перезаряда конденсатора выполняют, как показано на рис. 7.3. Изображена часть схемы, включаемая вместо сопротивления R схемы (см. рис. 7.1).

Из-за наличия диодов при формировании той или иной стадии сигнала ток перезаряда протекает по цепям с различными постоянными времени, что позволяет получить сигнал с tИ ¹ tП . Расчет сопротивлений производят по формуле (7.1), исходя из необходимых длительностей соответствующих стадий. Диоды выбирают из условий:

UОБР.ДОП > (1 + c)UВЫХmax; IПР.ДОП > IOOCmax

(здесь ток IOOCmax определяется для каждой из цепей). Кроме этого, диоды должны удовлетворять условию

RОБР >> Rmax,

где RОБР – сопротивление диода при обратном включении, Rmax – наибольшее сопротивление в цепи, включенной параллельно той, для которой выбирается диод. Проверку ОУ по допустимому выходному току производят по максимальному из токов IOOC max.

7.2.2.2. Расчет ограничителя

Ограничитель должен ограничивать положительную "полуволну" сигнала с выхода ЗГ. Выбираем последовательный диодный ограничитель сверху с нулевым порогом ограничения.

Исходными данными для расчета ограничителя являются: положительное входное напряжение = 10 В, отрицательное входное напряжение = -10 В, сопротивле­ние нагрузки RОБР = 4 кОм (взятое примерно с полуторным запасом RН.ДОП задающего генератора).

Расчет начинают с выбора диода из условий: допустимое обратное напряжение UОБР.ДОП >; допустимый прямой ток  Выбираем диод Д2В с параметрами: UОБР.ДОП = 30 В; IПР.ДОП = 16 мА: СД = 15 пФ.

Далее по вольтамперной характеристике (ВАХ) определяются средние омические сопротивления диода при обратном RОБР и прямом rПР включениях.

Так как обратная ветвь ВАХ выходит практически из начала координат и имеет малую нелинейность, среднее RОБР определяют по одной точке характеристики RОБР = UОБР / IОБР, где UОБР и IОБР – координаты точки на обратной ветви ВАХ. При UОБР = 10 В, IОБР = 40 мкА, тогда RОБР = 250 кОм.

Для определени