Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Принципиальная схема и временные диаграммы ждугцего мультивибратора на операционном усилителе приведены на рис. 11.10. В исходном состоянии, когда (1„=0, выходное напряжение операционного усилителя равно положительному предельному значению Е+„. Диод открыт, напряжение на кон- Я' денсаторе С и соответствен- „~гЬ но на инвертирующем входе усилителя составляет десятые доли вольт. Напряже- ние на неинвертируюШем г и=и Яг входе определяется делите- 4 ~Г + лем (Ег — Ег): Аг Яг + ФЮ + ЕЬ Е+ г — й +Е мяу. 1 г Яг Пг Это напряжение удерживает усилитель в таком режиме, Рис.
1110 когда У „=Е+р. Прн подаче в момент времени ро на вход ь2ультивибратора ицательного импульса, обычно прямоугольной формы, схеа скачком перехолит в квазиустойчнвое состояние, для кото- гГ = Е,', Чтобы исключить влияние источника входного сигнала на работу схемы, применены лифференцирующая цепь Ср К, р и диод Д2. В момент времени го диод Дз закрывается н конденсатор С начинает заряжаться с постоянной времени т = КС.
Напряжение на нем стремится к значению Е- по экспоненте с той же постоянной времени. О Р Схема улерживается в квазиустойчивом состоянии ло тех пор, пока в момент времени г, напряжение ~ ~1с)= ! Н, ~ не превысит по абсолютному значению напряжение на неинверти- РУЮЩЕМ ВХОДЕ ~ Уз !. длительность выходного импульса схемы с = КС 1п — Пы + ~ Е~— =КС1" ф — ~ ~Н;~ Отсюда при Е+р 'л СО~ после несложных преобразований получим ! Ео)р! К2М2 + Кг) К,~ В момент времени г, операционный усилитель снова переходит в устойчивое состояние, когда Г, = Е+„, и конденсатор С начинает разряжаться с постоянной времени т = КС. Напряжение сРс стремится по экспоненте к уровню Е+, Время восстановления исходного состояния схемы определяется моментом времени 22, когда открывается диод Д„ и напряжение Нс фиксируется на уровне десятых долей вольт.
В соответствии с временными диаграммами рис. 11.9,б время восстановлениа определяется из формулы 1 П2 ! + Еоор = КС!п — — —— ООООО Е+ ОГр ж Полагая Е,ь лр Уоь эту формулу можно упростить: (11.43) г мКС1п 1+— ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ 11.8. Найти максимальное значение сопротивления резистора К, „, при котором схемы мультнвибратора (см. рис. 11 7 и 11.8) теряют работоспособность. ИМС выполнены на базе элементов ТТЛ-логики и имеют следующие параметры: пороговое зна- чение отпирания ИМС П„= 1,4 В; Е, = 5 В; (7а, — — 0,7 В; Кз — — 4 кОм.
Решение Логическая микросхема имеет на вьпюде высокий уровень напряжения только в том случае, если выполняется условие Пм < (7иовм. Учитывая, что Г е 1мК, 1 = (ń— о г,)ЯК, + К), условие работоспособности схемы можно записать так: 1,„К < (У Отсюда находим максимальное значение сопротивления зистора: Ек ~бэ пор;и 11.9. Спроектировать автоколебательный мультивибратор (см. рис. 11.7, а) на интегральных микросхемах серии 155 с пороговым напряжением 1,4 В.
Напряжение на выходе схемы в режиме логической единицы,б' = 2,4 В, в режиме логического нуля Пс,„= 9,4 В. Рабочая частота Г'= 5 кГп, скважносп повторениа выходных импульсов Д = 2. Решение Определим длительность импульса выходного напряжения 11 „з (см. временнйе диаграммы рис. 11.7, 6): („= ТЯ = 1/(Щ= 1/(2 ° 5) = 0,1 мс. Учитывая, что скважность Я =2, длительность паузы 1„ между соседними выходными импульсами П,, равна длительности импульса, т.
е, выбираем сопротивлении резисторов К~ = Кз — — К, руководствуясь следующими неравенствами: Къ К', К<К Длямнкросхемсерии 155 имеем~~ - 0,2 кОм, К = 2 кОм. Принимаем К = 1,5 кОм. Из формул (11.37) и (11.38), пользуясь данными предыдущей задачи и учитывая, что ~Ух~ = Пкз — — 17а = 1мК = 1,04 В, найдем емкости конденсаторов: С, = Сз = С = 0,1 мкФ', 11.10. Пользуясь данными задач 11.8 и 11.9, определить емкость конденсатора в схеме ядущего мультнвибратора (см. рис. 11.8, а), выполненного на интегральных микросхемах серии 155 и предназначенного для формирования выходного импульса длительностью 70 мкс. Решение 1(ринвмая во внимание неравенства Я л п~ , й < й выбираем величину Е = 1,5 кОм.
Учитывая, что Уя = 1,04 В, из формулы (11,39) найдем — — — ---- — = 0067 мкФ О= „б1д((/~ 11~ 4.-Ц„)/ф . =0»0б7""'Р. 11.11. Рассчитать авгоколебательный мультивибратор на операционном усилителе (см. рис. 11.9), генерирующий знакопеременные импульсы, амплитуда и частота которых (/„,„> 8 В н Г = 10 кГц соответственно. Сопротивление нагрузки й„= 10 кОм. Решение 1, Выбираем операционный усилитель типа К140УД7, параметры которого удовлетворяют условиям (/вмхвак = ! Еогр ! > 8 В, 2 ! ЕЯр ! 10(2Г) < 1;, где 11 = + 10,5  — максимальное выходное напряжение операционного усилителя в режиме ограничения; Уп„ = 10 В/мкс — скорость нарастания выходного напряжения; 2!Е+ ! ° 10(2Г) — скорость нарастания выходного напряжения на значение 2!Е* ! за время 0,1(Т/2) = 10(2Г).
2. Изусловии Е хоу=в. Е. у =Ез/(йз+Ея) «1 Ех»йющ~оу (153 выбираем сопротивления резисторов: Е = 10 кОм, йз = = 10 кОм, Ез = 10 йз =- 100 кОм. 3. Определим максимальный выходной ток операционного усилитела в схеме мультивибратора (см. рис, 11.9).
Ток времяза- дающего конденсатора изменяется по мере перезаряда конден- сатора и достигает максимального значения 1с = (1 + 7) ! Ейр ! /Е в момент переключения схемы при падении напряжения на резисторе Е, равном (1+ 7)!ЕД !. Ток цепи смещения через резисторы Иг и Яз 1 = ! ЕЯ ! /(Е„+ Ея). Максимальный ток через нагрузку 1„= ! Ефа!/Е„. Максимальный выходной ток операционного усилителя в схеме мультивибратора (см.
рнс. 11.9) не должен превышать максимально допустимого для дашгого типа Оу значения т'аьв.хм=5 МЛ, т.е. 1,„„~,„=1с~+1 +1„=3,4 мА <1~я . Если окажется, что 1 „> 1, то следует увеличить сопротивления резисторов К, К„К, нлн использовать другой тип операционного усилителя и сделать снова проверочный расчет. 4. Используя формулу (11.40) и учитывая, что Т, = Тп при Е, = 0 определим емкость конденсатора времязадающей цепи: ! 2ЕК)п ~1 +(2КЫК И 27 11Л2. Скважность выходных импульсов, генерируемых схемой мультивибратора (см. рис. 11.9, а), при Е = 0 равна двум. Как изменится скважность импульсов мультивибратора при подключении источника смещении с напряжением Е, = 5 В? Навесные элементы мультивибратора имеют параметры К = К, = 1О кОм, К, = 10 К„С = 27 нФ.
Тип операционного усилителя К140УД7. Решение Если Е,„= 5 В, то мультнвибратор переключается при следующих уровнях напряжения: ~<- ЕогрКз + Е К1 Кз+Кз ЕтрКз + ЕаяКз (Г Кз + Кз Длительности квазиустойчивых состояний мультивибратора оказываются равными т,-ис. ~Я ~+и: ! Е~~р) ) ~2 ! )Е )Кз+2)Е, )Кз+ Е К )Е, )Кз+Е Кз = 270 1п 1,15 ю 270 ° 2,3 ° 0,06 ~ 37 мкс, Т =КС1п "'+ ' =КС)п "' '+ р+ — р Е+ Кр — Е, Кз = 270 1п 1,4 = 270 ° 2,3 ° 0,15 ж 94 мкс. Период повторения импульсов Т= Т, +.Тз = 131 мкс. Скважность (7 = Т(Т, = 131/37 ж 3,5. 11.13. Рассчитанный на основании результатов задачи 11.11 мультивибратор на операционном усилителе типа К140УД7 (см.
рис. 11.9„а), имеющий навесные элементы с параметрами К=Кз=0,1К,=10 кОм, С=27 нФ, генерирует при Е =0 импульсы частотой 1О кГц и со скважностью два. Как изменятся частота и скважность колебаний мультнвибратора, если резистор К зашунтировать цепью, состоящей из последовательного соединения диола Д и резистора К' = К? (На рис. 11.9 цепь показана штриховыми линиями.) Решение При положительном уровне ограничения выходного напряжения Е+„диод закрыт н перезаряд конденсатора С происходит, как обычно, т. е. с постоянной времени т = КС. Таким образом, 2Кз 1 10~ Тт =КС1п 1+ — ~)= — я= 50 мкс.
К, / 2.10 При отрицательном уровне Е„, диод открыт и перезаряд конденсатора С происходит через параллельно включенные резисторы К н К' с постоянной времени т' = (К' 1 К) С. Поэтому Тг = т'1и 1+ — ~ = 25 мкс. 2Кт '1 К,/ Период колебаний, частота и скважность равны соответственно 7" = Тт+ 7; = 75 мкс, Е'=- 1/Т = 13,4 кГп, Д'=- Т/'Г, = = 75Д5 = 3. 11Л4, Спроектировать ждущий мультивибратор на операционном усилителе (рис. 11.10), 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 диоде ДЯм = О,б В. Решение 1. Из условия получения отрицательных перепадов выход- ного напряжения У, = 2 ~ Е-" ) длительностью г„= 10 мкс выбираем операционный усилитель типа К544УД2, параметры которого удовлетворяют условиям о,=(Е* ~=+ГО В>П „/2, 2 ~ Е+ ! /(0„1 г„) ~ $'п, ог, где 2! Е,"— ~/(0,1 г„) =- 0,25 В/мкс — скорость нарастания выход- ного напРЯжениЯ на величинУ 2 ~ Е+ — ~ за вРемЯ 0,1 Гя»' уп, аот = = 20 В/мкс. При выполнении последнего условия можно пре- небречь влиянием инерционности переключения операционного усилителя на длительность вьподного перепада напряжения. 2. Выбираем сопротивления резисторов К, Е~ н Ез, удовлет- ворянядие неравенствам Емоу ~ Е Ех я йвихоу у Е2/(~$ + Ез) ~ 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
