Курсач Карета- ТТЛ (Типовые расчёты - тип логики ТТЛ), страница 2

Рис9 (а, б)

ЖМВ запускается перепадом напряжения в точке 2 (см рис 9а) от U¹ до U⁰. Этот запускающий импульс приходит с выхода ДЦ1. При этом конденсатор начинает заряжаться и когда напряжение в точке 1 достигнет значения U^* оба Л.Э. окажутся в области активных характеристик, в схеме возникнет глубокая положительная обратная связь, приводящая к скачку токов и напряжений (см рис 9б). Произойдёт «опрокидование» ЖМВ и снова наступит ждущий режим. Длительность времени Tи характеризуется временем заряда конденсатора. Т.к. в момент заряда конденсатора в точке 1 логический нуль, то конденсатор будет заряжаться не только током текущим через резистор, но и входным током Л.Э. D1.4. Начертим эквивалентную схему заряда конденсатора и найдём время Tи (обозначим R_общ = R₉ + R₁₀):

При t = Tи U₁ = U^* 

Найдём ограничения на R_общ:

В состоянии логического нуля в точке 1 входной ток Л.Э. D3.2 и ток, текущий через резистор R_общ текут через выходное сопротивление Л.Э. D3.1. Если взять R_общ очень маленьким, то ток может превысить максимально допустимый 

В
состоянии логической единицы в точке 1 ток через С₅ не течёт и весь ток, текущий через R_общ втекает в Л.Э. D3.2. Если взять R_общ очень большим, то на нём будет большое падение напряжение и в точке 1 напряжение будет меньше, чем логическая единица 

Возьмём R_общ = 330 Ом,  С₅, при котором Tи = Ти min будет равен 231 нФ.

Тогда R_общ при котором Ти = Ти max и С₇ = 231 нФ будет равен 1,914 кОм.

R₉ = 330 Ом, R₁₀ = 1,914 – 0.33 = 1,584 кОм.

По таблице номиналов (5%) берём С₇ = нФ, R₉ = 330 Ом, R₁₀ = кОм

Усилитель мощности .

Рис 12 (а, б)

Возьмём E_{пит ум} = 20 В,  = 50, r_б = 200 Ом – сопротивление базы транзисторов.

К огда в точке 1 (см рис 12а) напряжение логического нуля транзистор VT1 закрыт (т.к. напряжение между базой и эмиттером меньше чем 0.7 В). Потенциал базы VT3 больше, чем эмиттера  VT3 тоже закрыт. Конденсатор C_н заряжается через открытый транзистор VT2. Перечертим схему, приведённую на рис 12 и найдём сопротивления R₁₃ и R₁₄: рассмотрим статический режим работы схемы (рис 13)

U₃ = 20В  I_э = I_н = 20 В/ 3 кОм = 6,7 мА.

I_б = I_э / ( + 1) = 6,7 / 51 = 131 мкА.

Для того, чтобы изменение R₁₄ заметно влияло на изменение базового тока VT2 (а значит и на изменение амплитуды выходного сигнала) надо, чтобы ток, текущий через него был порядка тока базы VT2.

Возьмём ток, текущий через R₁₄ равный двум базовым токам VT2  I₂ = 2*I_б = 2*131 = 262 мкА.

Рис 13

Тогда ток I₁ будет равен: I₁ = I₂ + I_б = 3* I_б = 3*131 = 393 мкА_.

U₂ = U₃ + U_бэ = 20 + 0,7 = 20,7 В.

Найдём сопротивления R₁₃ и R₁₄: R13 =(U2-Eпит ум)/I1 R13=1,8кОм

R14 =U2/I2 R13=76,1кОм

Когда напряжение в точке 1 (см рис 12а) равно напряжения логической единицы VT1 и VT3 открываются, а VT2 закрывается и конденсатор разряжается через открытый VT3.

Напряжение в точке 1 равно 2,4 В, при этом ток, текущий в базу VT1 будет равен 10 мА.

Н айдём величину R₁₂:

По таблице номиналов (5%) берём: R₁₂ = 160 Ом, R₁₃ = кОм, R₁₄ = кОм.

Проверим, хватит ли выходного тока Л.Э., втекающего в базу VT1, для обеспечения коллекторного тока этого транзистора, который равен сумме токов, текущего через R₁₃ и базового тока VT3. Базовый ток VT3 определяет эмиттерный ток VT3, а следовательно и ток разрядки конденсатора C_н. Если базовый ток VT1 будет недостаточный для обеспечения нужного коллекторного тока, то конденсатор будет разряжаться дольше и время фронта будет больше, чем нужно по условию курсового проекта.

Ток разрядки конденсатора равен: Icн =Сн * ( dUн / dt )=300 * 20 / 0,6 =10 мА

Базовый ток VT3 равен: Iбvt3 = Icн / ( B+1) = 10 / 51 = 0,2 мА

Транзистор VT1 в насыщении  U_{кэ нас VT1} 0,3 В.

IR13 = (Eпит ум – 0,3) / R13 = 10,9 мА

Коллекторный ток VT1 будет равен: I_{к VT1} = I_R13 + I_{б VT3} = 10,9 + 0,2 = 11,1 мА.

Тогда базовый ток VT1 будет равен: I_{б VT1} = I_{к VT1} /   11,1 / 50 = 0,22 мА.

Это минимальный базовый ток VT1, который необходим, чтобы конденсатор успел полностью разрядится за время равное 0,6 мкс.

Т.к. выходной ток Л.Э. равен 10 мА > 0,22 мА  за необходимое время конденсатор успеет полностью разрядиться.

Найдем t_ф (см рис 12б):

t_ф  2,3 * , где  = С_н*(R_н || r_{вых ок}); r_{вых ок} = h_{11 об} + (R₁₃ || R₁₄)/(+1); h_{11 об} = r_э + r_б/(+1)

r_э =0,025 / 6,7 =3,7 Ом h_{11 об} = 7,7 Ом r_{вых ок} = 42 Ом t_ф = 2,3*300*(3*0,042)/3,042

t_ф = 0,029 мкС

По условию курсового проекта t_ф = 0,6 мкс. Получаемая величина в 20 раз меньше, следовательно, данный усилитель в состоянии обеспечить нужные фронты.

На выходе усилителя (между точками 3 и 4 ) ставим инвертор( D2.4 ), чтобы обеспечить нужную полярность.

Стабилизатор напряжения 1.

Рис 16

Стабилизатор собран на микросхеме КР142ЕН5А. Эта микросхема представляет собой компенсационный стабилизатор напряжения с фиксированным выходным напряжением с защитой от перегрузки по току и перегрева.

С
правочные данные по КР142ЕН5А:

По условию курсового проекта стабилизатор должен обеспечить стабильность напряжения питания E_пит = 0.3% E_пит. E_пит. = 5В  E_пит= 0.3*5/100=0.015 В.

Нестабильность напряжения питания может быть вызвано двумя причинами: измемением напряжения на входе стабилизатора (U_вх = U_вх  20% ) и пульсацией тока, связанной с переключением логических элементов из одного логического состояния в другое.

Н
апряжение аРа на входе стабилизатора возьмём равным 10 В. Т.к. напряжение в сети может меняться на 20%, то напряжение на входе стабилизатора будет меняться от 8 до 12 В. Конденсатор С₉ должен обеспечить сглаживание пульсации напряжения на входе

где t = 10 мс (полупериод сетевого напряжения), U_вх = 12-8 = 4В, I_пит – ток нагрузки.

Ток нагрузки равен сумме токов, которые потребляют логические элементы.

Когда на входах Л.Э. уровень логической единицы ток, потребляющийся от источника питания равен I¹_пит = 3,15 мА, а когда на входах Л.Э. уровень логического нуля, то Л.Э. потребляет ток, равный I⁰_пит = 1 мА

Т
.о. средний ток, который потребляет Л.Э, равен:

а изменение тока, при переключении Л.Э. из одного состояния в другое будет равен:

В

генераторе использовано 12 Л.Э., следовательно, ток потребления и изменение тока будут равны:

Т
огда С₉ будет равен:

Т
еперь проверим изменение выходного напряжения вследствие пульсации тока:

Это больше, чем должно быть по условию курсового проекта  конденсатор C₁₀ надо подобрать таким, чтобы он уменьшил действие пульсации тока и E_пит было не больше, чем требуется.

Е
сли бы не было конденсатора С₁₀, то I_пит, при заданном E_пит, был бы равен:

Т.к. в нашем случае I_пит = 12,9 мА, то конденсатор C₁₀ за время разрядки должен обеспечить ток, равный I_C10 = 12,9 – 2, 49 = 10,41 мА. Время разрядки возьмём равным максимальной длительности генерируемого импульса.

Значит, поставив С₁₀ равным 63 мкФ, мы обеспечим нужное E_пит, при I_пит = 12,9 мА.

Конденсаторы С₁₁,С₁₂ и С₁₃ берём равными 10 нФ. Они припаиваются непосредственно к 7 и 14 выводу микросхем К155ЛА3 для предотвращения распространения пульсации в шинах питания генератора, вызванной переключением Л.Э. из одного логического состояния в другое.

По таблице номиналов(5%) берём:

Конденсатор С₉ на напряжение 25 В, а С₁₀ – на 10 В.

Стабилизатор напряжения 2.

Рис 17

В
этом стабилизаторе используется микросхема КР142ЕН9А. Корпус у неё такой же, как и КР142ЕН5А, а параметры следующие:

Этот стабилизатор используется для питания усилителей мощности УМ1 и УМ2. Найдём ток, который они потребляют:

К
огда на выходе генератора 15 В, то ток, который потребляют усилители равен:

К
огда же на выходе генератора 0 В, то ток, потребляемый усилителями будет равен:

Т
.о. средний ток, потребляемый усилителями равен:

А пульсация тока будет равна:

Также как и в предыдущем стабилизаторе нестабильность выходного напряжения может быть вызвано двумя причинами: нестабильность входного напряжения (U_вх = U_вх  20% ) и пульсация тока при изменении выходного напряжения генератора от 0 до 15В и наоборот.

Для уменьшения влияния этих факторов поставлены конденсаторы C₁₄ и С_15.

Возьмём напряжение на входе стабилизатора равным 30 В. Тогда из-за изменения напряжения в сети, входное напряжение будет меняться от 24 до 36 В.

Н
айдём величину конденсатора С₁₄ :

Теперь найдём конденсатор C₁₅, но сначала проверим изменение выходного напряжения в
следствие пульсации тока:

По условию E_пит = 0,3 % E_пит = 0,3 * 20 / 100 = 0,06 В, а без C₁₅ E_пит = 0,099 В


I_{пит УМ} , которое может обеспечить стабилизатор без C₁₅ равен:

Т.к. в нашем случае I_{пит УМ} = 2,687 мА, то конденсатор C₁₅ за время разрядки должен обеспечить ток, равный I_C15 = 2,687 – 1,635 = 1,052 мА. Время разрядки возьмём равным максимальной длительности генерируемого импульса.

Значит, поставив С₁₅ равным 1,6 мкФ, мы обеспечим нужное E_{пит УМ}, при