КурсачКоретников - ТТЛ (Типовые расчёты - тип логики ТТЛ), страница 2

Ограничения на R₇:

К
огда напряжение в точке 2 равно лог. 1, конденсатор ток не пропускает и весь ток, текущий через резистор течёт через входной Л.Э. ЖМВ1. Если взять R₇ очень большой, то на нём будет большое падение напряжения и в точке 2 напряжение будет меньше напряжения логической единицы. Из-за этого ЖМВ1 работать небудет 

Когда же напряжение в точке 1 меняется от лог. 1 до лог. 0 конденсатор представляет собой короткое замыкание и выход ЦЗ1 подключен к R₇. Если R₇ будет маленьким, то ток, текущий через него может превысить максимально допустимый выходной ток Л.Э,

с
тоящего на выходе ЦЗ1 

Н
апишем закон изменения напряжения в точке 2 и найдём значения R₇ и С₅

При t = Tи min / 2 U₂ = U^* 

Возьмём R₇ = 20 кОм  С₅ = 2,875 нФ.

По таблице номиналов (5%) берём C₅ = 3 нФ.

Ждущий мультивибратор 1.

Рис9 (а, б)

ЖДМ1 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 положительно обратная связь, приводящая к скачку токов и напряжений (см рис 9б). Произойдёт «опрокидование» ЖМВ1 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 текущем через резистор, но и входным током Л.Э. D1.4. Начертим эквивалентную схему заряда конденсатора и найдём время Tи (обозначим R_общ = R₉ + R₁₀):

П ри 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 404 нФ.

Тогда R_общ при котором Ти = Ти max и С₇ = 404 нФ будет равен 33 кОм.

R₉ = 330 Ом, R₁₀ = 33 – 0.33 = 32.67 кОм.

По таблице номиналов (5%) берём С₇ = 62 нФ, R₉ = 330 Ом, R₁₀ = 33 кОм

Усилитель мощности.

Рис 12 (а, б)

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

Когда 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)

U ₃ = 15В  I_э = I_н = 15 В/ 2 кОм = 7,5 мА.

I_б = I_э / ( + 1) = 7,5 / 51 = 147 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*147 = 294 мкА. Тогда ток I₁ будет равен: I₁ = I₂ + I_б = 3* I_б = 3*147 = 441 мкА_.

U₂ = U₃ + U_бэ = 15 + 0,7 = 15,7 В.

Рис 13

Н

айдём сопротивления R₁₃ и R₁₄:

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.

Найдём величину R₁₂:

По таблице номиналов (5%) берём: R₁₂ = 160 Ом, R₁₃ = 10 кОм, R₁₄ = 56 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.

Т
ок разрядки конденсатора равен:

Базовый ток VT3 равен:

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

Коллекторный ток VT1 будет равен: I_{к VT1} = I_R13 + I_{б VT3} = 1,97 + 0,059 = 2,029 мА.

Тогда базовый ток VT1 будет равен: I_{б VT1} = I_{к VT1} /   2,029 / 50 = 40,6 мкА.

Это минимальный базовый ток VT1, который необходим, чтобы конденсатор успел полностью разрядится за время равное 15 мкс.

Т.к. выходной ток Л.Э. равен 10 мА > 40,6 мкА  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)

По условию курсового проекта t_ф = 3,5 мкс. Получаемая величина в 42 раз меньше, следовательно, данный усилитель в состоянии обеспечить нужные фронты.

При расчёте УМ мы пренебрегали инерционностью всех транзисторов, т.к. ёмкости p-n переходов и _ транзисторов пренебрежимо малы по сравнению с емкостями нагрузок и временем фронтов соответственно.

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(Xung dong co mach dap) 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 347 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.

П
о таблице номиналов(5%) берём:

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

Список литературы.