xz4 (шестой), страница 2

К
огда напряжение в точке 2 равно лог. 1, конденсатор ток не пропускает и весь ток, текущий через резистор течёт через входной Л.Э. ЖМВ. Если взять R₄ очень большой, то на нём будет большое падение напряжения и в точке 2 напряжение будет меньше напряжения логической единицы. Из-за этого ЖМВ работать не будет 

Когда напряжение в точке 1 меняется (от лог. 1 до лог. 0) конденсатор представляет собой короткое замыкание и выход МВ подключен к R₄. Если R₄ будет маленьким, то ток, текущий через него может превысить максимально допустимый выходной ток Л.Э, стоящего на выходе МВ 

Н
апишем закон изменения напряжения в точке 2 и найдём значения R₄ и С₃

При t = Tиmin / 2, U₂ = U^* 

Возьмём R₄ = 20 кОм  С₃ = 6,67 нФ.

По таблице номиналов (5%) берём R₄ = 20 кОм C₃ = 8,2 нФ.

Ждущий мультивибратор

Рис. 10. Эквивалентная схема замещения (а) и осциллограмма перезарядки врем здающего конденсатора (б)

Длительность квазиравновесного состояния определяет длительность импульса, генерируемого одновибратором, и связана с процессом перезарядки конденсатора C. В момент скачка можно считать, мгновенно, напряжение на выходе ЛЭ D1 изменяется от U⁰ до U¹, что приводит к появлению тока заряда (I_ЗАР) конденсатора по пути: шина +Е_ПИТ – r_{ВЫХ-ЛЭD1} – C –
– резистор – шина нулевого потенциала (показано пунктиром на рис.9, а). Эквивалентная схема замещения для расчета переходного процесса и осциллограммы напряжения на входе ЛЭ D2 представлена на рис.10. В процессе заряда конденсатора C ток через резистор R уменьшается, что ведет к уменьшению напряжения на входе ЛЭ D2. При достижении U_ВХ 2=U* вновь оба ЛЭ вновь оказываются в активной области характеристик. В схеме вновь возникает положительная обратная связь и скачок токов (напряжений). Квазиравновесная стадия завершилась: - импульс сформирован (рис 9, б). Его длительность составляет

,

где , .

При Т=Тиmin=50 мкс, возьмем С₄=428 нФ, тогда R₅=94 Ом

При T=Tиmax=150 мкс и С₄=428 нФ, тогда R₅=284.9 Ом

Следовательно, для обеспечения длительности импульса от Тиmin до Тиmax, нужно варьировать R5 от 94 Ом до 285 Ом

По таблице номиналов (5%) берём R₄ = 20 кОм C₃ = 8,2 нФ.

Усилитель мощности

Рис. 11. Схема усилителя мощности и осциллограммы характерных точек.

Возьмём E_{пит ум} = 10 В,  = 50, r_б = 200 Ом – сопротивление базы транзисторов.

Когда в точке 1 (см. рис. 11) 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. 11 и найдём сопротивления R₈ и R₉. Рассмотрим статический режим работы схемы (рис. 12)

Рис. 12. Статический режим работы усилителя мощности

U₃ = 13В  I_э = I_н = 13 В/ 0.3 кОм = 43.3 мА. I_б = I_э / ( + 1) = 43.3 / 51 = 849 мкА.

Для того, чтобы изменение R₉ 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 R₉ равный двум базовым токам VT2  I₂ = 2*I_б = 2*849 = 1.69 мА.

Тогда ток I₁ будет равен: I₁ = I₂ + I_б = 3* I_б = 3*849 = 2.55 мА_.

U₂ = U₃ + U_бэ = 13 + 0,7 = 13,7 В.

Н

айдём сопротивления R₈ и R₉:

Когда напряжение в точке 1 (см. рис. 11) 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 R₇:

По таблице номиналов (5%) берём: R₇ = 200 Ом, R₈ = 2,4 кОм, R₉ = 6,8 кОм.

Проверим, хватит ли выходного тока Л.Э., втекающего в базу VT1, для обеспечения коллекторного тока этого транзистора, который равен сумме токов, текущего через R₈ 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_R8 + I_{б VT3} = 7,97 + 0,05098 = 8,02 мА.

Тогда базовый ток VT1 будет равен: I_{б VT1} = I_{к VT1} /   8,02 / 50 = 160,4 мкА.

Это минимальный базовый ток VT1, который необходим, чтобы конденсатор успел полностью разрядится за время равное 10 мкс.

Т.к. выходной ток Л.Э. равен 10 мА > 160,4 мкА  за необходимое время конденсатор успеет полностью разрядиться.

Найдем t_ф (см. рис. 11):

t_ф  2,3 * , где  = С_н*(R_н || r_{вых ок});

r_{вых ок} = h_{11 об} + (R₈ || R₉)/(+1);

h_{11 об} = r_э + r_б/(+1)

По условию курсового проекта t_ф = 10 мкс. Получаемая величина в 59,5 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 5В

Рис.13. Стабилизатор напряжения на 5В

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 = 0.5% E_пит. E_пит. = 5В  E_пит= 0.5*5/100=0.025 В.

Нестабильность напряжения питания может быть вызвана двумя причинами: изменением 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 С₅ 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 7 Л.Э., следовательно, ток потребления и изменение тока будут равны:

Тогда С₅ будет равен:

Теперь проверим изменение выходного напряжения вследствие пульсации тока:

Это больше, чем должно быть по условию курсового проекта  конденсатор C₆ надо подобрать таким, чтобы он уменьшил действие пульсации тока и E_пит было не больше, чем требуется.

Е
сли бы не было конденсатора С₆, то I_пит, при заданном E_пит, был бы равен:

Т.к. в нашем случае I_пит = 7,525 мА, то конденсатор C₆ за время разрядки должен обеспечить ток, равный I_C6 = 7,525 – 2, 42 = 5,105 мА.

Время разрядки возьмём равным максимальной длительности генерируемого импульса.

Значит, поставив С₆ равным 61,26 мкФ, мы обеспечим нужное E_пит, при I_пит = 7,525 мА.

Конденсаторы С₇,С₈ и С₉ 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.