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

طراحی و ساخت فانکشن ژنراتور

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 ـ به عنوان آخرین آزمون دورة کارشناسی دانشجو ـ می تواند در جمع بندی بخشی ( و نه تمام ) مطالب مطالعه شده در دورة چهار سالة 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 نحوة بکار‌گیری مطالب تئوری در بخش های عملی توسط دانشجو را تحقق بخشد و شاید دانشجو را بیش از پیش به بعد عملی رشتة خود علاقه مند سازد

 

با تشکر از زحمات استاد گرامی جناب آقای دکتر فتاح که در طول دورة کارشناسی و انجام پروژه های عملی همواره یاریگر دانشجویان بوده و هستند. و در طی این پروژه با رهنمودهای ارزندة خود ما را یاری کرده و ایرادها و کاستی‌های کار را نادیده

 

 

آرشیلا تقیان – آرش ایزدی

 

 

 

نام دانشجویان: آرشیلا تقیان ـ آرش ایزدی

 

عنوان پروژه: طراحی و ساخت فانکشن ژنراتور

 

مقطع تحصیلی: کارشناسی

 

استاد راهنما: آقای دکتر فتاح

 

گرایش: الکترونیک

 

دانشکده: مهندسی برق و کامپیوتر

 

دانشگاه: شهید بهشتی

 

تاریخ: فروردین 84

 

 

 

چکیده :

 

گزارشی که پیش روی دارید ؛ گزارش پروژة کارشناسی با موضوع طراحی و ساخت فانکشن ژنراتور است . که به منظور استفادة عملی از مطالب تئوری و نحوة 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 پایة 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 ـ Offset ـ آستابل ـ انتگرال‌گیر میلر

 

 

فهرست مطالب

 

 

 

عنوان صفحه

 

 

چکیده ................................................................................................................. 4

 

کلمات کلیدی.......................................................................................................... 4

 

 

مقدمه ................................................................................................................. 6

 

 

 

فصل اول – فرم نهایی مدار با استفاده از آی سی های پایه و قطعات آنالوگ

 

1-1- مدار تولید موج مربعی با فرکانس و duty cycle متغیر ودامنة ثابت .................................... 15

 

1-2- مدار مبدل موج مربعی به مثلثی .......................................................................... 20

 

1-3- مدار مبدل موج مثلثی به سینوسی ......................................................................... 23

 

1-4- بخش تغییرات دامنه .......................................................................................... 25

 

 

 

فصل دوم – فرم نهایی با استفاده از آی سیMAX038 و قطعات آنالوگ

 

2-1- مشخصات آی سی ............................................................................................ 27

 

2-2- فرم نهایی و مقادیر قطعات اصلی .............................................................................. 31

 

 

 

نتیجه گیری .....................................................................................................

 

پیوست‌ها.........................................................................................................

 

پیوست 1: اطلاعات فنی Max038....................................................................

 

پیوست 2: اطلاعات فنی تایمر LM555...........................................................

 

پیوست 3: اطلاعات فنی آی‌سی 7414HC.......................................................

 

پیوست 4: اطلاعات فنی آی‌سی CA3140.......................................................

 

 

فهرست منابع ...........................................................................................................

 

Abstract...........................................................................................................

 

Keywords........................................................................................................

 

 

فهرست اشکال

 

 

فصل اول...........................................................................................................

 

شکل 1-1: طرح مدار با آپ آمپ‌ها و ترانزیستورها.................................................................

 

شکل 1-2: طرح بلوک دیاگرامی مدار.................................................................................

 

شکل 1-3: مدار آستابل با 555.......................................................................................

 

شکل 1-4: مدار برای بدست آوردن خروج مثلثی...................................................................

 

شکل 1-5: مدار برای بدست آوردن خروجی سینوسی..............................................................

 

شکل 1-6: خروجی بخش مبدل مثلثی به سینوسی....................................................................

 

شکل 1-7: بلوک دیاگرام بخش‌های اصلی مدار........................................................................

 

شکل 1-8: بلوک دیاگرام تولید موج مربعی...........................................................................

 

شکل 1-9: مقادیر ارائه شده برای مدار آستابل با 555...............................................................

 

شکل 1-10: مقادیر ارائه شده برای مبدل مربعی به مثلثی............................................................

 

شکل 1-11: مقادیر ارائه شده برای مبدل مثلثی به سینوسی..........................................................

 

شکل 1-12: خروجی سینوسی ......................................................................................

 

شکل 1-13: مدار بخش تغییرات دامنه.................................................................................

 

شکل 1-14: شکل نهایی مدار ........................................................................................

 

 

 

فصل دوم..........................................................................................................

 

شکل 2-1: فرم آی‌سی و پایه‌ها.......................................................................................

 

شکل 2-2: نمودار بلوکی عملیاتی آی‌سی 8038......................................................................

 

شکل 2-3: فرم کلی مدار مولد شکل موج 8038...................................................................

 

شکل 2-4: خروجی‌های آی‌سی Max038..........................................................................

 

شکل 2-5: شمای داخلی آی‌سی و المان‌های مورد نیاز ...............................................................

 

شکل 2-6: شکل نمونه برای تولید موج سینوسی ....................................................................

 

 

 

 

مقدمه :

 

 

 

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

 

با مطالعة مدارهای پایه و شیوة 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 کارخانة 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 بوسیلة 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 گانة 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 .

 

 

 

1) طرح ارائه شده با آپ امپ ها و ترانزیستورها :

 

 

 

 

 

شکل (1-1)

 

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 نحوة کارکرد آن ابتدا فرض می کنیم ، در لحظة اول آپ امپ شمارة 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 U_m – به ورودی پایة مثبت آپ امپ 2 می شود .

 

آپ امپ 2 به عنوان یک بافر عمل کرده و ولتاژ V_m 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 دامنة 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 رابطة باید بتوانیم R₁ و R₂را که تنها متغییرهای مفید هستند تغییر دهیم .

 

با بدست آوردن رابطة 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 :