27

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

2. Анализ технического задания

3. Синтез структурной схемы

1. Анализ принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой

2. Выбор элементной базы

3. Расчет принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой по постоянному току

1. Расчет принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой по временному току

2. Компоновка печатного узла

   1. Расчет посадочных мест

   2. Расчет на вибропрочность

3. Расчет надежности мультивибратора управления разверткой

4. Расчет теплового режима

Заключение

Список используемой литературы

1. Литературный обзор

Для получения импульсов прямоугольной формы широко используются релаксационные генераторы, построенные на основе усилителей с положительной обратной связью. Релаксационные генераторы, в которых положительная обратная связь создается с помощью RC-цепей, называют мультивибраторами. Причем глубина положительной обратной связи остается почти постоянной в широкой полосе частот. Если положительная обратная связь создается с помощью импульсного трансформатора, то такие релаксационные генераторы называют блокинг-генераторами.

Мультивибраторы могут работать в двух режимах: автоколебательном и ждущем.

В автоколебательном режиме схема имеет два квазиустойчивых состояния, длительность каждого из которых определяется времязадающей цепью.

В ждущем режиме схема имеет одно устойчивое состояние, в котором может находиться неограниченно долго. Под действием короткого запускающего внешнего импульса схема скачком переходит в квазиустойчивое состояние, а затем самостоятельно возвращается в исходное состояние, формируя импульс заданной длительности.

Широкополосность цепи обратной связи является характерным признаком всех генераторов импульсов, причем во всех случаях на частоте w->0 выполняется условие K_y<1. В противном случае устройство превратится в триггер. Это условие свидетельствует о наличии накопителя энергии, уменьшающего петлевое усиление на низких или инфранизких частотах до уровня, при котором невозможно появление устойчивого состояния.

Различают «мягкий» и «жесткий» режимы возбуждения генераторов. При мягком режиме петлевое усиление больше единицы (|K_y|>1), в момент включения напряжения питания. Тогда любые шумы в системе, вызванные случайными факторами, усиливаются и через цепь обратной связи подаются на вход усилителя в фазе, совпадающей с фазой входного сигнала, причем величена этого дополнительного сигнала больше того возмущения, которое вызвало его появление. Соответственно увеличивается выходное напряжение, что приведет к дальнейшему увеличению входного сигнала и т.д. в итоге случайно возникшее возмущение приведет к непрерывному нарастанию выходного сигнала, которое достигло бы бесконечного большого значения, если бы это было возможно. Однако при определенном уровне сигнала начинают проявляться нелинейные свойства электронного усилителя. Коэффициент усиления начинает уменьшаться с увеличением значения сигнала в системе. При выполнении условия K_y=1 амплитуда автоколебаний стабилизируется и автогенератор начинает давать колебания, имеющие постоянную амплитуду.

Жесткий режим возбуждения отличается от рассмотренного тем, что при нем для возникновения автоколебаний необходимо приложить к устройству дополнительный внешний сигнал, не меньший определенного значения. Это связанно с особенностями нелинейности усилительного устройства. В момент включения напряжения питания и отсутствия автоколебаний K_y<1. Поэтому они сами собой возникнуть не могут. Коэффициент усиления К зависит от амплитуды выходного сигнала. Поэтому если на вход усилителя подать дополнительный электрический сигнал, то при определенном его значении начнет выполнятся условие K_y>1. При этом возникнут автоколебания, амплитуда которых будет нарастать и примет стационарное значение примет K_y=1.

Мультивибратор управления разверткой, примененный в осциллографе С1-67, также относится к классу релаксационных генераторов, т.е. генераторов, у которых изменение состояния отдельных приборов происходят в результате процесса регенерации.

2. Анализ технического задания

Разработать мультивибратор управления разверткой осциллографа С1-67 со следующими параметрами.

1. Напряжение питания U_П1=±10 В, U_П2=+6 В.

2. Максимальное выходное напряжение U_m=3 В.

3. Режим работы: ждущий, автоколебательный.

4. Частота следования импульсов в автоколебательном режиме от 2,0 Гц до 1,0 МГц.

5. Изменение частоты следования импульсов – дискретное.

6. Предельное отклонение амплитуды выходного напряжения ±0,5 В.

7. Амплитуда тока выходных импульсов I_m>=0,5 mA.

8. Конструкция – печатная плата, установленная внутри осциллографа.

Прибор должен нормально работать в условиях:

1. Рабочая температура окружающего воздуха от –30 до +50⁰ С.

2. Предельная температура от –50 до +65⁰ С.

3. Отн. влажность воздуха до 98% при температуре +35⁰ С.

3. Синтез структурной схемы

Структурная схема мультивибратора управления разверткой

Мультивибратор управления разверткой (рис. 1) представляет собой сочетание генератора импульсов на туннельном диоде с усилителем по схеме с общим эмиттером.

Управляемый источник тока позволяет задавать любое положение рабочей точки на характеристике туннельного диода, что позволяет переводить мультивибратор управления разверткой из стабильного состояния в режим самозапуска.

Цепь коррекции позволяет изменять длительность импульсов генератора импульсов.

С выхода усилителя напряжения управляющий импульс поступает на вход схемы генератора пилообразного напряжения и через эмиттерный повторитель на схему формирования блокирующего импульса.

4. Анализ принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой

П
ринципиальная схема мультивибратора управления разверткой осциллографа С1-67

Мультивибратор управления разверткой (рис.2) состоит из следующих основных каскадов:

• автоколебательного генератора, выполненного на туннельном диоде VD3;

• усилителя напряжения на транзисторе VT2;

• эмиттерного повторителя на транзисторе VT3;

• источника тока на транзисторе VT1.

Автоколебательный генератор собран туннельном диоде VD3. Диод включен в цепь эмиттера транзистора VT1. Положение рабочей точки на вольт-амперной характеристике диода выбирается на участке, где диод имеет отрицательное дифференциальное сопротивление. Переменное напряжение, снимаемое с диода через резистор R7 поступает на следующий каскад мультивибратора – усилитель напряжения, который собран на транзисторе VT2, включенного по схеме с общим эмиттером.

В исходном состоянии рабочая точка выбирается так на характеристике туннельного диода VD3, что усилитель на транзисторе VT2 заперт. Импульсы положительной полярности, поступающие на базу транзистора VT2 из канала синхронизации, переводят туннельный диод VD3 во второе устойчивое состояние, при этом усилитель на транзисторе VT2 открывается и потенциал на его коллекторе понижается, вырабатывается отрицательный управляющий импульс.

Усилитель имеет большой коэффициент усиления, который определяется соотношением значений сопротивлений R10 и R6 и параметром h₁₁ транзистора VT2. С выхода усилителя напряжения сигнал поступает на эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе VT3. Резисторы R8, R9, задают положение рабочей точки транзистора на ВАХ, а резистор R11 обеспечивает отрицательную обратную связь по постоянному току, которая стабилизирует положение рабочей точки.

С выхода мультивибратора управляющий импульс поступает на вход схемы генератора пилообразного напряжения и через эмиттерный повторитель VT3 на схему формирования бланкирующего импульса.

На транзисторе VT1 собран источник тока, который стабилизирует положение рабочей точки туннельного диода VD3 на его вольт-амперной характеристике. Величена эмиттерного тока транзистора VT1, а следовательно и положение рабочей точки туннельного диода VD3, может изменяться в зависимости от положения движка переменного резистора R2. При перемещении рабочей точки туннельного диода VD3 с участка вольт-амперной характеристики, где диод имеет дифференциальное сопротивление отрицательное, на участок с положительным дифференциальным сопротивлением, мультивибратор переходит из автоколебательного режима в ждущий. Это позволяет переводить мультивибратор управления разверткой из стабильного состояния в режим самозапуска.

Конденсаторы С2, С3-С5 и резисторы R5, R4 являются частото-задающими элементами мультивибратора, конденсатор С1 – блокировочный, предотвращает «просачивание» высокочастотного сигнала в цепь питания. Конденсатор С7, шунтирующий резистор R11, ликвидирует отрицательную обратную связь по переменному току.

5. Выбор элементной базы

В качества активного элемента эмиттерного повторителя VT3 выберем транзистор малой мощности высокой частоты. Напряжение питания эмиттерного повторителя E_П=-10В. Подойдет транзистор 1Т308А с проводимостью p-n-p типа, который имеет следующие технические характеристики:

• мощность рассеяния коллектора P_kmax=150 mВт;

• граничная частота f_гр>90 МГц;

• предельное напряжение коллектор-база U_кбо=20 В;

• предельно допустимое напряжение эмиттер-база U_эб=3 В;

• максимальный ток коллектора I_kmax=50 mA;

• коэффициент передачи тока базы h₂₁=20 ... 75;

• емкость коллекторного перехода C_k< 8 пФ;

• сопротивление коллектор-эмиттер в режиме насыщения r_кэнас<30 Ом.

Активный элемент усилителя напряжения, т.е. транзистор VT2, должен быть высокочастотным n-p-n транзистором малой мощности с напряжением U_кэ>1,5•E_п2.

Подойдет транзистор 1Т311А, который имеет следующие технические характеристики:

• мощность рассеяния коллектора P_kmax=150 mВт;

• граничная частота f_гр>300 МГц;

• предельное напряжение коллектор-база U_кбо=12 В;

• предельно допустимое напряжение эмиттер-база U_эб=2 В;

• максимальный ток коллектора I_kmax=50 mA;

• коэффициент передачи тока базы h₂₁=15 ... 80;

• емкость коллекторного перехода C_k< 2,5 пФ;

• сопротивление коллектор-эмиттер в режиме насыщения r_кэнас<20 Ом.

Транзистор VT1 источник тока должен иметь напряжение коллектор-эмиттер U_кэ1>1,5 •Е_п2=9 В. Этому условию удовлетворить транзистор 2Т301Е. Это кремниевый n-p-n транзистор со следующими характеристиками:

• мощность рассеяния коллектора P_kmax=150 mВт;

• предельное напряжение коллектор-база U_кбо=30 В;

• предельно допустимое напряжение эмиттер-база U_эб=3 В;

• максимальный ток коллектора I_kmax=10 mA;

• коэффициент передачи тока базы h₂₁=40 ... 180;

• сопротивление коллектор-эмиттер в режиме насыщения r_кэнас<300 Ом.

Туннельный диод VD3выбран из условия, что участок его ВАХ с отрицательным дифференциальным сопротивлением должен быть расположен в диапазоне напряжений, охватывающим рабочую точку U_бэ2 транзистора VT2.

Выбран туннельный диод 3Н306Р с параметрами:

• пиковый ток 4,5 ... 5,5 мА;

• напряжение пика не более 0.78 мА;

• напряжение раствора 0,85 ... 1,15 В;

• максимально допустимый постоянный прямой ток 1,2 мА.

Прямое напряжение отпирания диода VD2 U_порVD2 должно быть больше напряжения U_VD3 на туннельном диоде VD3. Этому условию удовлетворяет кремниевый диод типа 2Д503Б с параметрами:

• постоянное прямое напряжение при I_пр=10 мА не более 1,2 В;

• импульсное прямое напряжение при I_примп=50 мА не более 3,5 В;

• обратный ток при U_обр=30 В не более 10 мкА;

• прямое пороговое напряжение U_пр.пор>5 В.

В качестве диода VD3 выбирается любой выпрямительный диод. Выберем распространенный диод типа Д220 с параметрами:

• постоянное прямое напряжение при I_пр=50 мА не более 1,5 В при t=25^оС и 1,9 В при t=100^оС;

• импульсное прямое напряжение при I_примп=50 мА не бол. 3,75 В;

• постоянный обратный ток при U_обр= U_обрmax не более 1,0 мкА;

• выпрямительный ток при t=25^оС 50 мА.

6. Расчет принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой по постоянному току

П
ринципиальная схема мультивибратора управления разверткой осциллографа C1-67

Расчет элементов принципиальной схемы мультивибратора управления разверткой осциллографа удобно вести по схеме (рис. 3).

В качестве активного элемента эмиттерного повторителя выберем транзистор малой мощности, высокой частоты. Напряжение питания эмиттерного повторителя выберем из усл. E_п1>U_вых=1В, т.о., Е_П1=-10 В.

Подойдет транзистор 1Т308А, который имеет следующие характеристики:

• мощность рассеяния коллектора P_kmax=150 mВт;

• граничная частота f_гр>90 МГц;

• предельное напряжение коллектор-база U_кбо=20 В;

• предельно допустимое напряжение эмиттер-база U_эб=3 В;

• максимальный ток коллектора I_{к мах}=50 мА;

• коэффициент передачи тока базы h_{21 э}=20..75.

По семейству выходных ВАХ выберем ток покоя коллектора I_{k max}=3 мА. Падение напряжения на сопротивлении R11 должно составлять примерно 0.1Е_п.