Изъюров Г.И. - Расчет электронных схем, страница 46

Конденсатор С начинает заряжаться с постоянной времени т = ЯС, и напряжение на нем изменяется, стремясь к значению Е+ . Прн (Уе†(У2 = — -= Е„гу выходное напряжение скачком изме- Е»рйг гхг + гхг Р няется, достигая своего отрицательного предела Е, Напряжение (Уг становится отрицательным и удерживает схему в состоянии ограничения, когда (У „= Е,,р. Конденсатор С перезаряжается, а напрюкение на нем стремится к значению Е, . При (Ус = (Уг = Е, у происходит скачок выходного напряжения к положителыюму пределу.

Длительности квазиусгойчивых состояний схемы при Е „= О (точка а заземлена) определяются из формулы (151 При подаче в момент времени гр на вход мультивибратора отрицзтельного импульса, обычно пряъюугольной формы. схема скачком перехолит в квазиустойчивое состояние, лля которого (У г = Е+ . Чтобы исключить влияние источника входного сигнала на работу схемы, применены дифференцируюшая цепь С ~, Е г и лиол Дг.

В момент времени ге диод Дг закрывается н конденсатор С начинает заряжаться с постоянной времени т= ЕС. Напряжение на нем стремится к значению Е,„по экспоненте с той же постоянной времени. Схема удерживается в квазиустойчпвом состоянии до тех пор, пока в момент времени О напряжение !(Ус!=!(У»! не превысит по абсолютному значению напряжение на неинвертирующем входе ! (Уг !. Длительное.гь выходного импульса схемы (Уы + ! Е,,р ! )Е-р! †!(Уг! Отсюда при Е'р ~ (У, после несложных преобразований получим , иге~ ~=»с~ (~ ° — у. О1.»г )Е ! Ухг )Е,,р)Я»/(Е»+Ег) Х Ег) В момент времени г, операционный усилитель снова перехолит в устойчивое состояние, когда (У, = Е+,„ и конденсатор С начинает разряжаться с постоянной времени т = У(С.

Напряжение (Ус стремится по экспоненте к уровню Е'~р. Время восстановления исходного состояния схемы определяется моментом времени гг, когда открывается диод Д,, и напряжение (Ус фиксируется на уровне десятых долей вольт. В соответствии с временными диаграммами рис. 11.9,б время восстановления определяется из формуль» г, = ЕС)п ! (Уг ! + Е»г» агр и Полагая Ег ~ (Угь эту формулу можно упроститгп (11.42) г „, жЕС!и 1+ ~2 и»+иг (П,43! ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ 11.8.

Найти максимальное значение сопротивления резистора Е, при котором схемы мультивибратора (см. рис. 11.7 и 11.8) теряют работоспособность. ИМС выполнены на базе элементов ТТЛ-логики и имеют следующие параметры: пороговое зна- 295 чение отпирания ИМС !Уп „= 1,4 В; Е„= 5 В; (7вь = 0:,7 В; Як = 4 кОм. Решение Логическая микросхема имеет на выходе высокий уровень напряжения только в том случае, если выполняется условие (/вк < (~пор.с».

Учитывая, что (7„=1 Е, 1 = (Ек — (/а,)/(Ек + Е), условие работоспособности схемы можно записать так: 1,„Я < (7„ Отсюда находим максимальное значение сопротивления зистора: к ба пор. ск И.9. Спроектировать автоколебательный мультивибратор (см. рис. 11,7, а) на интегральных микросхемах серии 155 с пороговым напряжением 1,4 В. Напряжение на выхоле схемы в режиме логической елиницы (к', = 2,4 В, в режиме логического нуля (7о = 0,4 В.

Рабочая частота Е = 5 кГц, скважность повторения выходных импульсов Д = 2. Решение Определим длительность импульса выходного напряжения 1ь', т (см. временные лнаграммы рис. 11.7,б): г„= ТЯ = 1/фЕ) = 1/(2 5) = 0,1 мс. Учитывая, что скважность Я =2, длительность паузы гп межлу соседними выходными импульсами (7 „з равна длительности импульса, т. е. выбираем сопротивления резисторов Еь = Ях = Е, руковолствуясь следующими неравенствами; й» )!ь,, й < )! Длямикросхемсерии155нмеемйк ко 02кОм,)1, „= 2кОм.

Принимаем Е = 1,5 кОм, Из формул (11.37) н (1!.38), пользуясь данными предыдущей задачи и учитывая, что (7яь = (/яз = (7я = 1 Я = 1,04 В, найдем емкости конденсаторов: С, = Сз — — С = 0,1 мкФ. 11.10. Пользуясь данными задач 11.8 и 11.9, определить емкость коьшенсатора в схеме ждущего мультивибратора (см. рис. 11.8, а), выполненного на интегральных микросхемах серии !55 н предназначенного для формирования выходного импульса длительностью 70 мкс.

Решение Принимая во внимание неравенства й> йк, Я <Я выбираем величину й = 1,5 кОм. Учитывая, что (7я —— 1,04 В, из формулы (1!.39) найдем — о 0,067 мкФ. пС!и(! ак ('~вк + (~к) пор»" 11.11. Рассчитать автоколебатсльный мультнвибратор на операционном усилителе (см. рнс. 11.9), генерирующий знакопеременные импульсы, амплитуда и частота которых (/ „> 8 В и Е = 10 кГц соответственно. Сопротивление нагрузки Кв = 10 кОм. Решение 1 Выбираем операционный усилитель типа К140УД7, параметры которого удовлетворяют условиям (7.„~ =! Ео ) > 8 В, 2) Е,-+„р) ° 10(2Р) < ! оэп„, где (Уэ„к „, = + 10,5  — максимальное выходное напряжение операционного усилителя в режиме ограничения; )оэ „ = 10 В/мкс — скорость нарастания выходного напряжения; 2) Еп ) ° 10(2Е) — скорость нарастания выходного напряжения на значение 2) Еер( за время 0,1 (Т/2) = 10(2Е).

2. Из Условий Лавок » эь 7 = кьг/(Еь + Ю к 1, Ез » пап ок [151 выбираем сопротивления резисторов: Е = 10 кОм, Ек = =!О кОм, )(ь = 10 Ез = 100 кОм, 3. Определим максимальный выходной ток операционного усилителя в схеме мультивибратора (см. рнс. 11.9). Ток времяза- дающего конденсатора изменяется по мере перезаряла конден- сатора н достигает максимального значения 1с = (! + 7) 1 ЕА УЕ в момент переключения схемы при падении напряжения на резисторе Е, равном (1+ 7)) ЕД 1 Ток цепи смешения через резисторы Еь и Ез !., =1Еер ~/(йь+ йк). Максимальный ток через нагрузку 1п = ) ЕЯ ) /Я„. Максимальный выходной ток операционного усилителя в схеме мультнвибратора (см. рис.

!1.9) не должен превышать максимально допустимого для данного типа ОУ значения 1вьилоп = 5 мА т. е !эьькпак = !спок+ 1см+ 1в = 34 мА < 1впкпоьь. 2сл Если окажется, что !,„,„~ > !, „, о то следует увеличить сопротивлении резисторов К, К„К2 нли использовать другой тип операционного усилителя и сделать снова проверочный расчет. 4. Используя формулу (11.40) н учитывая, что Т, = Т„ при Е = 0 определим емкость конденсатора времязалающей цепи: С= 1 2ЕК!и [1+ (2К /К )3 11.12 Скважность выходных импульсов, генерируемых схемой мультивибратора (см.

рис. 11.9, а), прн Е,м = 0 равна лвум. Как изменится скважность импульсов мультнвнбратора при подключении источника смещения с напргскеннем Е,м = 5 В7 Навесные элементы мультнвнбратара имеют параметры К = = Кг = 10 кОм, К, = 10 Кь С= 27 нФ. Тпп операпноннаго усилггтеля К140УД7. Решение Если Е = 5 В, то мультнвнбратор переключается при следующих уровнях напряжения: + Е+ Кг+Е,Кг 2 Кг+ Кг Е рК2+ ЕомКг 2 Кг+ Кг Длительности квазиустойчивых состояний мультнвпбратора оказываются равными о,-гс~ 'г' ~+ Г' 1е р! — 1(/~ 1 ~е ~4,,'.2~е (4 +г л, 1ео р1кг + е кг 2701п1,15 -270 2,3.0,06 37 мкс, Е„;о+1(/,1 Е„',Кг+2Е'рК2-Еомкг Еоор П2 Е+рК, — Е,мК, =2701п1,4=270 2,3 О,!5 94 мкс.

Период повторения импульсов Т= Т, + Тг = !31 мкс. Скаажность Д Т/Т, = 131/37 ж 3,5. 11.13. Рассчитанный на основании результатов задачи 11.11 мультнвибратор на операционногл усилителе типа К14ОУД7 (см. рис 11.9,а), имеющий навесные элементы с параметрами К = К, = О,! К, = !О кОм, С = 27 нФ, генерирует при Е = 0 298 импульсы частотой 10 кГц и со скважностью два. Как изменятся частота и скваьчность колебаний мультнвибратора, если резистор К зашунтнровать цепью, состоящей из послеловательного соединения пиала Д н резистора К' = К7 (На рис 11.9 цепь показана штриховыми линиями.) Решение Прн положительном уровне ограничения выходного напряжения Е+ р диод закрыт и перезаряд конденсатора С происходит, как обычно, т.

е. с постоянной времени т = КС. Таким образом„ 2Кг ! 104 Тг = КС!и 1 + — — = 4 = 50 мкс. К ) 2 104 Прп отрицательном уровне Е/р диол открыт и перезаряд конденсатора С происходит через параллельно включенные резисторы К и К' с постоянной времени т' = (К' 11 К) С. Поэтому 2К Т, =т'!и 1+ ) = 25 мкс. К,) Период колебаний, частота и схважнасть равны соответственно Т'= Т,+ Т, =75 мкс, Е'= 1/7" =13,4 кГц, Д'= Т/7'2 = = 75!45 = 3. 11.14. Спроектировать ждущий мультивнбратор па операционном усилителе (рис.

11.!0), формирующий отрицательные перепады выходного напряжения длительностью 10 мкс при поступлении на вход схемы коротких отрицательных импульсов с максимальной частотой/;„, = 67 кГц. Падение напряжения на открытом лиоде Дг(/м = 0,6 В. Решение 1. Из условия получения отрицательных перепадов выход- ного напряжения (/, = 21ЕР 1 ллительностью г„=.

10 мкс выбираем операционный усилитель типа К544УД2, параметры которого уловлетворяют условиям (/мм о Оу = 1 Егор) = -~ 10 В > (!,м,/2, 2 1 Е, — +,„р 1 /(0,1 г„) ( Кь,м„оу, где 21Е+р1/(0,1 24) = 0,25 В/мкс — скорость нарастания выход- ного напряжения на величину 21Ег ! за время 0,1 г„; Уа оу = = 20 В/мкс. При выполненин последнего условия можно пре- небречь влиянием инерционности переключения операционного усилителя на длительность выходного перепада напряжения. 2. Выбираем сопротивления резисторов К, К, и Кг, удовлетворяющие неравенствам К *ор ~ К Кг л Кгглог' ?=К/(К!+К!) к1. Учитывая, что К аг = 10 МОм, К,„„от = 90 Ом, выбираем К = = Кг = 10 кОм, К, = 100 кОм. 3.

Определяем максимальный выходной ток операционного усилителя в схеме мультивибратора. Ток цепи инвертируюшего входа 1с меняется по мере перезаряда конденсатора и достигает максимума в момент переключения мультивибратора при (/ „= у ) Е,+р ): 1с м = (1+ у)!Еар)/К- Ток цепи неинвертируюшего вхола 1, (Е+ )/(К!+К ). Максимальный выходной ток операционного усилителя в схеме мультивибратора (при К„- со) 1,„„,„= 1,„+ 1с „ж ге 1,!9 мА не должен превышать предельного значения выходного тока 1,„„„= 5 мА операционного усилителя типа К544УД2. 4. Учитывая, что (Ег ) ~ (/гь определим емкость время- задающего конденсатора С из формулы (11.41): С= " =11 нФ. К(п 1+ Кг Кг 5.

Находим время восстановления исходного состояния схемы, необходимое для обеспечения длительности импульса с„= 10 мкс: — с„= 15 — 10 = 5 мкс. 1 Хвипаг б. Из формулы (11.42) определяем эквивалентное сопротивление, при котором с„= 5 мксг К = 5 кОм. С1п 1+ Кг Кг+ Кг 11,15. Какие изменения следует произвести в схеме ждущего мультивибратора (рис. 11.10), чтобы сформировать на выходе положительный перепад напряжения? Оглвее: для формирования положительных импульсов на выходе схемы следует изменить полярность включения диодов Дг, Дг и осуществить запуск схемы коротким положительным импульсом. ГЛАВА 12 ГЕНЕРАТОРЫ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ в 12.1.