پایان نامه طراحی و ساخت فانکشن ژنراتور

پروژه دوره کارشناسی

رشته مهندسی برق الکترونیک

پیشگفتار :

گسترش صنعت الکترونیک در کشور و نیاز به نیروهای متخصص برای پیشبرد هر چه بهتر این صنعت لزوم  آشنایی دانشجویان این رشته با کاربرد های علمی وفنی را ایجاب می کند .

 کمبود کارکردهای عملی و تئوریک بودن اکثر دروس و مطالب دانشگاهی ، باعث تک بعدی شدن دانشجویان و ایجاد مشکلاتی در استفاده از مطالب خوانده شده برای پیشرفته کردن صنعت کشور شده است .

همانطوریکه تا امروز  در کشورما و بسیاری از کشورهای در حال پیشرفت دیده شده ، فقط تحقیقات و یا تعمیرات برای پیشرفته شدن یک کشور کافی نیست و در کنار تمام این فعالیت ها نیاز به بخش ها و افرادی برای تبدیل تحقیقات انجام شده به کارکردهای  عملی احساس می شود و این بخش ها به عنوان پلی برای اتصال دو بخش تحقیقات و تعمیرات شمرده می‌شوند .

در این  راستا پروژه  کارشناسی به عنوان آخرین آزمون  دوره کارشناسی دانشجو می تواند در جمع بندی بخشی ( و نه تمام ) مطالب مطالعه شده در دوره چهار ساله کارشناسی مفید واقع شود .

بنابراین ارائه پروژه های عملی از طرف اساتید دانشگاهی و کمک به دانشجویان در انجام این پروژه ها ؛ می تواند این جمع بندی  نهایی از مطالب و نحوه بکار‌گیری  مطالب تئوری در بخش های عملی توسط دانشجو را تحقق بخشد و شاید دانشجو را بیش از پیش به بعد عملی رشته خود علاقه مند سازد.

چکیده :

گزارشی که پیش روی دارید ؛ گزارش پروژه کارشناسی با موضوع طراحی و ساخت فانکشن ژنراتور است . که به منظور استفاده عملی از مطالب تئوری و نحوه ارتقاء دستگاههای آزمایشگاهی استفاده شده ، انتخاب شده است . این طراحی و ساخت به دو فرم کلی و کاملاً متفاوت- یکی از این دو فرم تکنولوژی استفاده شده درآی سی Max038  را به کار گرفته- انجام گرفته است .

ولی به دلیل محدودیت بازار  ایران  ، و موجود نبودن این آی سی در بازار ، طرح دومی بکمک گرفتن از قطعات پایه مورد استفاده در این آی سی صورت گرفته است .

ولی متأسفانه استفاده از قطعات جداگانه در مدار باعث پایین آمدن ماکزیمم فرکانس ، در خروجی امواج شده است.

کلمات کلیدی: Duty Cycle Offset آستابل انتگرال‌گیر میلر

مقدمه :

برای طراحی مدار فانکشن ژنراتور از مطالعه کتابهای تکنیک پالس و مرور شیوه تولید امواج مختلف شروع کردیم .

با مطالعه مدارهای پایه و شیوه   تولید و کنترلی امواج مختلف به دنبال ساده‌تر  کردن بخش های مختلف و یا استفاده از تکنولوژیهای مختلف برای بالا بردن سطح فرکانس امواج کاهش اعوجاج موجود در امواج خروجی ؛ با استفاده از جستجو  در سایت های مختلف الکترونیک و محصولات کارخانه های مختلف ؛ تصمیم به استفاده از آی سی Max038  - تولید کارخانه ماکسیم – گرفتیم  که در میان آی سی های موجود دارای بالاترین فرکانس و کمترین اعوجاج بود ویژگیهایی خاص داشت که در بخش دوم این  فصل به طراحی مدار و بررسی این ویژگیها پرداخته شده است .

به دلیل عملی  نبودن این مدار – موجود نبودن آی سی مربوط – سعی در طراحی مدار با استفاده از مدارهای پایه داشتیم که ساخت مدارنهایی با توجه به این طرح صورت گرفته است .

بنابراین به دلیل ساخت علمی این مدار بوسیله فرم ساخت ، قطعات پایه ؛ این فرم در فصل اول و فرم ساخت با آی سی در فصل دوم بررسی خواهد شد .

مقدمات تولید امواج با استفاده از دو طرح مختلف :

دو طرحی که در ادامه بررسی می شوند ؛  می توانند به طور جداگانه در تولید امواج سه گانه سینوسی ، مثلثی و مربعی به کار گرفته شوند . توضیحات ارائه شده در این دو طرح ، فقط به منظور آشنایی با مطالب پایه و مرور روشهای تولید  موج است و در طرح نهایی مدار پروژه از قوانین بنیادی تولید این امواج استفاده شده است .

طرح ارائه شده با آپ امپ ها و ترانزیستورها 

(تصاویر و نمودار در فایل اصلی موجود است)

مدار ما از سه بخش تقویت کننده، بافر و انتگرال گیر که با شماره های    1 ,2 , 3   مشخص شده اند تشکیل شده است . برای تحلیل مدار ودرک نحوه کارکرد آن ابتدا فرض  می کنیم ،  در لحظه اول آپ امپ شماره 1 در حالت اشباع مثبت باشد . با در نظر گرفتن حالت اشباع مثبت آپ امپ 1  ؛ خروجی آن در مقدار تقریبی +Vcc خواهد بود که این باعث روشن شدن ترانزیستورپایینی و هدایت ولتاژ Um – به ورودی پایه مثبت آپ امپ 2 می شود .

آپ امپ 2 به عنوان یک بافر عمل کرده و ولتاژ Vm را به خروجی خود می برد  باعث ایجاد  جریان I1 در مقاومت R شده و شروع به شارژ خازن می  کند .

شارژ خازن تا جایی ادامه  می یابد که ولتاژ خروجی ما با مقدار ولتاژ  برابر شود با رسیدن Vo به این مقدار آپ امپ 1 به حالت اشباع منفی رفته و ترانزیستور روشن به عوض خواهد شد ( ترانزیستور بالایی روشن شده ) و ولتاژ ایجاد شده باعث دشارژ خازن می شود و این امر تا جایی که ولتاژ خروجی به Vcc برسد ادامه پیدا می کند .

شارژ  و دشارژ خازن باعث ایجاد موج مثلثی با دامنه ثابت بین  می شود که به دلیل ثابت بودن  جریان I1 و خطی بودن آن ؛ موج کاملاً مثلثی لست .

با توجه به توضیحات داده شده می بینیم که مدار در دو مقدار  کار می کند که این دو مقدار در خروجی های مختلف متفاوت است . بناراین در خروجی آپ امپ 1 و یا ورودی و خروجی آپ امپ 2 بسته به دامنه موج مورد نظر ؛ موج مربعی خواهیم داشت ، تا بحال توانسته ایم با این مدار دوموج مربعی و مثلثی را بدست آوریم .

برای بدست آوردن موج سینوسی ؛با بافر کردن ، خروجی مثلثی آن را به یک مدار مبدل مثلثی به سینوسی می دهیم تا موج مثلثی بدست آوریم .

این مدار برای تولید موج ثابت ؛ مناسب است  ، برای تغییرات دامنه با توجه به رابطه  باید بتوانیم R1 و R2 را که تنها متغییرهای مفید هستند تغییر دهیم .

با بدست آوردن رابطه فرکانس مدار با مقاومت ها و ولتاژ های موجود :  می بینیم که با تغییر مقاومت های R1 وR2 فرکانس ما نیز متغیر بوده و فرکانس با تغییرات دامنه تغییر خواهد کرد.

البته می توان به نسبت تغییرات  را طوری انتخاب کرد که اثر تغییرات R1 وR2 از بین  برود ولی جواب آخر ما مقدار دقیق نبوده و شکل موج ها واضح نخواهند بود . بنابراین با توجه به این ضعف مدار از طراحی به این شکل صرفنظر کرده و به طراحی مدار به فرم زیر پرداختیم .

(2 طراح ارائه شده با استفاده از آی سی 555 :

طرح بلوک دیاگرامی :

طرح فوق ، طرح بلوک دیاگرامی مدار طراحی شده با استفاده از تایمر 555 را که برای تشکیل پالس مربعی به کار گرفته شده است نشان می هد . که هر یک از بخش های مختلف بلوک  دیاگرام در ادامه به صورت مداری بررسی خواهد شد و در گزارش بعدی مدار با مقادیر دقیق قطعات ارائه می شود .

خروجی آستابل با 555 پالس مربعی با فرکانس و duty cyele  متغیر ولی دامنه ثابت خواهد بود که برای تغییرات دامنه پس از ساختن تمام مدار بخش تقسیم مقاومتی برای کوچک و بزرگ کردن دامنه در نظر خواهیم گرفت که در صورت استفاده از دکمه تغییرات دامنه با سوئیچ کردن و اتصال این بخش به مدار تغییرات در خروجی ؛ مدار ما تکمیل می شود .

با توجه به مدار فوق و با توجه به مدارات داخلی تایمر 555 ؛ کارکرد مدار از طریق شارژ C5صورت می گیرد.

با تغییرات پتانسیومتر می توانیم duty cycle مدار را تغییر دهیم و با استفاده از مقاومت R1 و یا خازن C5 می توانیم تغییرات کوچکی در فرکانس مدار ایجاد کنیم.

و با استفاده از4 خازن موازی استفاده شده  در مدار ، می توانیم بازه فرکانس  رابا توجه به مقادیر انتخاب شده برای خازن ها تغییر دهیم .

با اتصال خروجی این مدار – که از پایه 3 این آی سی گرفته می شود – به ورودی یک انتگرالگیر ، خروجی مثلثی بدست خواهیم آورد :

با توجه به ثابت بودن ولتاژ  اهمی به جریان بدست آمده از طریق آن  (I1) ،در حالت شارژ و دشارژ خازن ثابت است بنابراین موج مثلثی به دست آمده شیب ثابت خواهد داشت .

با استفاده از دو مدار گذشته ؛ پالس های مربعی و مثلثی را بدست آوریم و حال می توانیم با کمک گرفتن از مدار زیر و پالس مثلثی می توانیم پالس سینوسی بدست آوریم .

فرض می کنیم  با اعمال پالس مثلثی به مدار و با توجه به فرض ؛ مدار را تحلیل می کنیم .

با افزایش ولتاژ  و رسیدن آن به ولتاژ  دیود 1 قطع شده و باعث می شود که مقاومت  از مدار حذف شود و این باعث تغییر شیب دامنه خروجی می شود؛ این روند همین طور ادامه پیدا می کند تا جاییکه مقدار  به  برسد ، شکل زیر نتیجه این عملیات را نشان می دهد .

برای بدست آوردن موج سینوسی با شکل موج قابل قبول ؛ سه ترکیب دیودی کافیست ولی با افزایش این دیودها دقت مدار افزایش پیدا می کند .

با توجه به مطالب گفته شده در بخش 1-1 ؛ به کار طراحی مدار از طراحی بلوک دیاگرامی – برای سادگی بررسی مدار –شروع می کنیم .

با توجه به بلوک دیاگرام ارائه شده در زیر می بینیم که کار طراحی از تولید موج مربعی شروع شده و با تبدیل آن به مثلثی و سپس سینوسی ادامه پیدا می‌کند .

تمام این امواج ، موجهایی با فرکانس متغییر و دامنه ثابت هستند که خروجی هر سه به یک مدار تغییر دامنه وارد می شود 

Abstract

With the development of communication and Electronic devices, an extensive growth has been made in the need of with better accuracy, such as function Generators.

The purpose of this project is, first, acquainting with function Generator theory and how to made sines afterward, design and circuit implementation of practical one.

Key words:

Duty cycle - Astable - offset - Miller Antegrator