基于multisim聲波測(cè)井儀仿真設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)-在線瀏覽
2025-01-26 00:33本頁(yè)面
【正文】 的要求較高。究其原因，原來(lái)1609補(bǔ)償聲波測(cè)井儀的發(fā)射電路存在缺陷，即原電路中的CMOS場(chǎng)效應(yīng)管之一易于被擊穿而損壞，有些油田拒絕使用CMOS場(chǎng)效應(yīng)管，改用可控硅代替CMOS場(chǎng)效應(yīng)管作發(fā)射開關(guān)。阿拉斯加公司發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，改用CMOS場(chǎng)效應(yīng)管做發(fā)射開關(guān)。在節(jié)約能源的同時(shí)，徹底消除了可控硅的誤導(dǎo)現(xiàn)象，提高了測(cè)井成功率。本實(shí)驗(yàn)將采用更先進(jìn)的VMOS管作為發(fā)射開關(guān)，通過(guò)深入分析測(cè)井儀發(fā)射電路的工作原理及其存在的缺陷，嘗試新的可行的電路組合，調(diào)試成功后，用計(jì)算機(jī)軟件制作電路板模型，并制成電路板，然后將其連接至測(cè)井儀工作電路中，檢驗(yàn)其效能。如此，本次創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)就具有了重要的意義。 MOS管的工作原理 MOS管作為開關(guān)電路在數(shù)字電路或系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，它的作用對(duì)應(yīng)于有觸點(diǎn)開關(guān)的“斷開”或“閉合”，但在速度和可靠性方面比機(jī)械開關(guān)優(yōu)越得多。VI＝VGS，VO＝VDS，VT為其開啟電壓。圖211 MOS管開關(guān)電路及其輸出特性曲線（b）MOS管開關(guān)電路（a）N溝道MOS管的輸出特性曲線（a） （b） 當(dāng)VI＜VT時(shí)，MOS管處于截至狀態(tài)，iD＝0，輸出電壓VO＝VDD。 當(dāng)VI＞VT時(shí)，并且比較大，使得VDS＞VGSVT時(shí)，MOS管工作在飽和區(qū)。從特性曲線的可變電阻區(qū)可以看到，當(dāng)VGS一定時(shí)，d、s之間可近似等效為線性電阻。此時(shí)MOS管可以看成一個(gè)受VGS控制的可變電阻。因而，MOS管相當(dāng)于一個(gè)由VGS控制的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，當(dāng)輸入為低電平時(shí)，MOS管截至，相當(dāng)于開關(guān)“斷開”，輸出為高電平。 CMOS反相器的工作原理P溝道CMOS和N溝道CMOS構(gòu)成了CMOS反相器。兩只MOS管的柵極連在一起作為輸入端；它們的漏極連在一起作為輸出端。為了電路能正常工作，要求電源電壓VDD大于兩只MOS管的開啟電壓的絕對(duì)值之和，即VDD＞（VTN＋∣VTP∣）。當(dāng)VI處于邏輯0時(shí)，相應(yīng)的電壓近似為0V；而當(dāng)VI處于邏輯1時(shí)，相應(yīng)的電壓近似為VDD。TP為負(fù)載，其輸出特性曲線如圖222所示。 當(dāng)輸入為高電平VI＝VDD時(shí)，根據(jù)電路圖可知VGSN＝VDD，而VSGP＝0。在工作管TN的輸出特性曲線VGSN＝VDD上，疊加一條負(fù)載線，它是負(fù)載管TP在圖222(b)中VSGP＝0時(shí)的曲線。兩條曲線的交點(diǎn)即是工作點(diǎn)。這時(shí)TP管工作在截至區(qū)，TN管工作在可變電阻區(qū)，輸出電壓VOL＝VOL≈0（典型值＜10mV），而通過(guò)兩管的電流接近于零。 當(dāng)輸入為低電平VI＝0，即VGSN＝0，而VSGP＝VDD時(shí)，其圖解分析如圖223（b）圖223 CMOS反相器圖解分析（a）（b） （b）輸入低電平時(shí)的工作情況（a）輸入高電平時(shí)的工作情況 所示。負(fù)載曲線是負(fù)載管TP在圖222中VSGP＝VDD時(shí)的曲線?？梢娚鲜鰞煞N極限情況下的功耗都很低?；綜MOS反相器近似于一個(gè)理想的邏輯單元，其輸出電壓接近于零或+VDD，而功耗幾乎為零。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號(hào)產(chǎn)生與變換電路。一般雙極性型產(chǎn)品型號(hào)的最后三位數(shù)都是555。其主要參數(shù)見下頁(yè)表231。(b) CMOS型7555的主要性能參數(shù)參數(shù)名稱符號(hào)單位參數(shù)電源電壓VCCV3~18電源電流ICCμA60閾值電壓VTHVVDD觸發(fā)電壓VTRVVDD輸出低電平VV輸出高電平VV最大輸出電流IOMAXmA≤200最高振蕩頻率fMAXKHz≥500時(shí)間誤差△tnS 圖232 555定時(shí)器邏輯 符號(hào)和引腳圖231 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)本實(shí)驗(yàn)采用CMOS型7555定時(shí)器，其內(nèi)部電路框圖及邏輯符號(hào)和管腳排列分別如圖231和圖232所示。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字電路中常用于規(guī)整信號(hào)的脈沖寬度（TW）：將脈寬不一致的信號(hào)輸入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后，可輸出脈寬一致的脈沖信號(hào)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器采用電阻、電容組成RC定時(shí)電路，用于調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的脈沖寬度TW。觸發(fā)：在Vi端輸入低電平信號(hào)，555定時(shí)器的端為低電平，電路被“低觸發(fā)”，Q端輸出高電平信號(hào)，同時(shí)，放電管T截止，定時(shí)電容器C經(jīng)（R+RW）充電，VC逐漸升高。在暫穩(wěn)態(tài)中，如果Vi恢復(fù)為高電平（VTR=1），但VC充電尚未達(dá)到VCC時(shí)（VTH=0），555定時(shí)器工作在保持狀態(tài)，VO為高電平，T截止，電容器繼續(xù)充電。高電平脈沖的脈寬TW：當(dāng)VO輸出高電平時(shí)，放電管T截止，電容器開始充電，在電容器上的電壓VCC這段時(shí)間，VO一直是高電平。脈沖寬度計(jì)算公式：Tw≈(R+RW)C（2）多諧振蕩器圖234所示為自激多諧振蕩器電路和波形圖。電路采用電阻、電容組成RC定時(shí)電路，用于設(shè)定脈沖的周期和寬度。脈沖寬度計(jì)算公式：TP1≈ R2 C振蕩周期計(jì)算公式：T≈ (R1+2R2) C圖234 多諧振蕩器電路和波形圖分析方法與單穩(wěn)態(tài)電路相似，但電容器C的充電電阻是R1 +R2 ，放電電阻是R2 。 整流電路基本原理實(shí)驗(yàn)中采用單相橋式整流電路。圖241 單相橋式整流電路圖實(shí)驗(yàn)所用電路圖241中使用的220V交流電壓波形如圖242中V2。VL進(jìn)行傅立葉展開可得其平均值為直流電流為因二極管D
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