122609 (716961), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Найдём ёмкость конденсатора С:

t_U2 = (R + R )*С * ln

С = =

= =

=1,626*10 (Ф)

Выбираем С =1,5*10^-9 (Ф)

Рассчитаем время восстановления мультивибратора:

t_B (R || R )* С* ln [ 10 + ] =

=(1,613*10 +5*10 )*1,5*10 *ln[10+ ] =

=1,383*10 (c)

Общая характеристика:

Резистор: R = 620 Ом, тип МЛТ,

номинальная мощность Р =.........Вт,

предельное напряжение -.........В

Конденсатор: С = 1,5 пФ, тип.......,

предельное напряжение -.........В.

2.Автоколебательный мультивибратор на базе

ИЛЭ И -НЕ.

2.1. Общие сведения. Принцип действия. Методика

расчёта.

Автоколебательный мультивибратор (далее АМ) генерирует последовательность прямоугольных импульсов с заданной длительностью, амплитудой и частотой повторения.

Рассмотрим методику проектирования АМ с перекрёстными резисторно - ёмкостными обратными связями на элементах И – НЕ. В состав мультивибратора входят: два инвертора на двухвходовых ИЛЭ И - НЕ DD1.1 и DD1.2, резисторы R₁ и R₂, конденсаторы C₁ и C (рис.2.1).

При использовании m - входовых ИЛЭ И - НЕ ТТЛ (m -1) незадействованных входов подключается к источнику питающего напряжения через резистор 1 кОм или объединяются все m входов (при m 3), т.к. объединение входов при m > 3 приводит к снижению входных сопротивлений элементов (в m раз). При заземлении хотя бы одного из входов ИЛЭ будет постоянно находиться в единичном состоянии.

При работе мультивибратора в автоколебательном режиме инверторы DD1.1 и DD1.2 поочерёдно находятся в единичном и нулевом состояниях. Время пребывания инверторов в нулевом или единичном состоянии определяется временем заряда одного из конденсаторов С₁ или С₂. Если ИЛЭ DD1.1 находится в единичном состоянии, а DD1.2 в нулевом (t =0), то конденсатор С₁ заряжен током, протекающим через выход ИЛЭ DD1.1 и резистор R₁. Этот ток, как и входной ток ИЛЭ DD1.2,пренебрежимо мал и не оказывает существенного влияния на процесс заряда конденсатора. По мере заряда конденсатора C₁, входное напряжение U_ВХ2 инвертора DD1.2 уменьшается по экспоненциальному закону с постоянной времени t₁ , стремясь к нулевому уровню. Когда напряжение U_ВХ2 достигнет порогового напряжения U , ниже которого дальнейшее уменьшение входного напряжения приводит к уменьшению выходного напряжения инвертора ТТЛ, в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, при котором состояния элементов DD1.1 и DD1.2 изменяются на противоположные (t = t₁₎. Скачкообразное уменьшение выходного напряжения U_ВЫХ1 вызывает уменьшение входного напряжения U_ВХ2, что приводит к быстрому разряду конденсатора C₁, а затем к его перезаряду вытекающим током DD1.2 через резистор R₁. Входное напряжение U_ВХ2 при этом возрастает до значения U_ВХ(t ), определяемого моментом окончания процесса заряда конденсатора C₂ с постоянной времени t₂ в противоположной ветви мультивибратора (t= =t₂).

Таким образом, процессы периодически повторяются, и на выходах ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 формируется два изменяющихся в противофазе импульсных напряжения с длительностями t _U1 и t _U2.

Так как на протяжении всего времени заряда конденсатора С₂ (С₁) и перезаряда конденсатора С₁(С₂) ИЛЭ DD1.2 (DD1.1) должен находится в единичном состоянии, его входное напряжение U_ВХ2(U_ВХ1) не должно превышать порогового уровня U _, следовательно, сопротивление времязадающего резистора R₁ (R₂) должно быть достаточно малым. При этом необходимо вычислить минимальное и максимальное значение резисторов R₁ и R₂.

Максимально допустимое значение резистора вычисляется по следующему неравенству:

R < R¹_ВХ *[( I¹_ВХ * R¹_ВХ / U ) - 1] ^{- 1} (2.1)

Если при выборе сопротивления навесных резисторов R₁ и R₂ ограничиваться выражением (2.1), то при определённых условиях в мультивибраторе может наступить жёсткий режим возбуждения, когда после включения источника питающего напряжения оба инвертора оказываются в единичном состоянии. Для устранения такого режима необходимо выполнить условие:

R > R¹_ВХ * [( I¹_ВХ*R¹_ВХ / U - 1] ^{- 1} (2.2)

При выполнении (2.2) рабочие точки обоих ИЛЭ оказываются на динамических участках передаточных характеристик и, следовательно, даже небольшое различие в коэффициентах усиления К приводит к одному из двух квазиустойчивых состояний, когда на выходе одного ИЛЭ устанавливается высокий уровень выходного напряжения, а на выходе другого — низкий. Самовозбуждение мультивибратора в этом случае будет мягким.

Длительности импульсов на выходе мультивибратора можно определить по следующим выражениям:

t (R₁ + R¹_ВЫХ)*С₁*ln

t (R₂ + R¹_ВЫХ)* С₂* ln

Выходные импульсы рассматриваемого мультивибратора по форме близки к прямоугольным. Отношение амплитуд переднего и заднего фронтов выходного напряжения определяется соотношением:

U_ПФ / U_ЗФ = R / (R + R )

где R = R₁ для ИЛЭ DD1.1., R = R₂ для ИЛЭ DD1.2.

Скважность генерируемых импульсов:

Q = 1 + t_U2 / t_U1

Если t =t ,то C =C .

Расчёт автоколебательного мультивибратора.

Произведем расчёт автоколебательного мультивибратора на ИЛЭ И - НЕ серии К155:

Проверяем условия :

R < R¹_ВХ*[(I ¹_ВХ * R¹_ВХ / U )-1] = 230,47(Ом)

R > R¹_ВХ*[(I ¹_ВХ * R¹_ВХ / U )-1]^-1 = 666,67(Ом)

Uпф/Uзф= 0,79= R / (R + 200)

R - 0,79*R = 0,79*200

R = 752,38 (Ом)

Условия выполняются.

Выбираем из шкалы номинальных значений R = 750 Oм.

Рассчитаем ёмкость конденсаторов.

Т.к. t =T - t =12-6=6=t ,то мультивибратор симметричный, и C =C

C = =

= =6,76*10 (Ф)

Выбираем из шкалы номинальных значений

C = C = 6,8*10 Ф.

3.Электронный ключ на транзисторе.

3.1.Общие сведения. Принцип действия.

Электронный ключ –основной функциональный узел дискретной схемотехники для переключения токов или потенциалов на нагрузке. []

В импульсных устройствах очень часто требуется коммутировать (включать и выключать) электрические цепи. Эта операция выполняется бесконтактным способом с помощью транзисторных ключей.

Ключевые схемы используются для построения генераторов и формирователей импульсов , а также различных логических схем цифровой вычислительной техники. Ключ выполняет элементарную операцию инверсии логической переменной и называется инвертором.

В статическом режиме ключ находится в состоянии “включено” (ключ замкнут), либо в состоянии “выключено” (ключ разомкнут). Переключение ключа из одного состояния в другое происходит под воздействием входных управляющих сигналов : импульсов или уровней напряжения. Простейшие ключевые схемы имеют один управляющий вход и один выход.

Основу ключа составляет транзистор в дискретном или интегральном исполнении.

В зависимости от состояния ключ шунтирует внешнюю нагрузку большим или малым выходным сопротивлением. В этом и заключается коммутация цепи, производимая транзисторным ключом.

Основными параметрами ключа являются :

--быстродействие, определяемое максимально возможным числом переключений в секунду ; для интегральных ключевых схем оно составляет миллионы коммутаций ;

--длительность фронтов выходных сигналов ;

--внутренние сопротивления в открытом и закрытом состоянии ;

--потребляемая мощность ;

--помехоустойчивость, равная уровню помехи на входе, вызывающей ложное переключение ;

--стабильность пороговых уровней, при которых происходит переключение ;

--надежность работы в реальных условиях старения радиодеталей, изменения источников питания и т.д.

В ключевых схемах в общем случае используются все основные схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), с общим коллектором (ОК), ключ-“звезда”, с общим эмиттером (ОЭ). Наибольшее применение получили транзисторные ключи по схеме с ОЭ.

Статические характеристики.

Поведение ключа в статическом режиме определяется выходными I и входными I характеристиками транзистора по схеме с ОЭ.

На выходных характеристиках выделяются три области, которые определяют режим отсечки коллекторного тока, активный режим и режим насыщения ключевой схемы.

Область отсечки определяется точками пересечения линии нагрузки R с самой нижней кривой семейства выходных характеристик с параметром I = - I . Этой области соответствует режим отсечки, при котором:

--транзистор закрыт, т.к. оба его перехода смещены в обратном направлении

U >0, U <0

--напряжение U = - E +I *R - E

--ток коллектора минимален и определяется обратным (тепловым) током коллекторного перехода I =I

--ток базы I = - I ,а ток эмиттера I =0

--сопротивление транзистора постоянному току наибольшее

R = 100 кОм.

Активная область расположена между нижней кривой коллекторного тока и линией насыщения. Этой области соответствует активный нормальный режим, при котором эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный -- в обратном:

U <0,U >0

Ток коллектора I =B*I +(B+1)I =B*I +I ; I =(B+1)I .

Где B – коэффициент усиления базового тока в схеме с ОЭ.

Область насыщения определяется точками пересечения линии нагрузки с линией насыщения. Этой области соответствует режим насыщения. При котором:

--транзистор открыт, т.к. оба его перехода смещены в прямом направлении

U <0,U <0

--напряжение U и U насыщенного транзистора составляет доли вольта

--максимальный ток транзистора (ток насыщения) I , практически не зависит от параметров транзистора

I = (3.1)

--сопротивление транзистора постоянному току минимально (десятки ом)

r =

Коллекторный ток насыщения достигается при граничном токе базы I = = . (3.2)

Глубина или степень насыщения транзистора определяется коэффициентом насыщения S

S= .

3.2.Расчёт транзисторного ключа.

Расчёт ключей производится с целью обеспечения статического и динамического режимов, при которых в заданном диапазоне происходит надёжное включение и выключение транзистора с требуемым быстродействием.

Выбор типа транзистора. Тип транзистора выбирается исходя из заданного быстродействия, необходимой амплитуды выходного напряжения, температурного диапазона работы.

Выбираем тип транзистора КТ315А.

I доп=100 мА

I мкА (при 20 )

f МГц

C пФ

B=55

Выбор источника коллекторного питания. Значение источника E выбирают по заданной амплитуде U выходного напряжения

E =(1,1 1,2)*U =(1,1 1,2)*5=5,5 6 (B),

При этом должно выполнятся неравенство

E U доп=20 (В),

Выбираем E =5,7 B.

Коллекторный ток насыщения. Величина тока I ограничена с двух сторон

20*I I I доп,

где I -обратный ток коллекторного перехода при t ;

I доп=допустимый ток коллектора в статическом режиме (в состоянии длительного включения).

Можно рекомендовать

I =0,8*I доп=0,8*100*10 =80*10 (А) (3.3)

Определение коллекторного сопротивления. Величина коллекторного сопротивления находится из (3.1),(3.3):

R = = =71,25 (Ом)

Выбираем R =75 Ом.

Обратный ток коллекторного перехода определяется при максимальной температуре t по формуле

I =I (20 ) *2 ,

Где I (20 )-обратный ток коллекторного перехода при 20 .

Сопротивление резистора R выбирается из условия получения режима отсечки закрытого транзистора при максимальной температуре.

R = =9735 (Ом)

Выбираем R =9,1 (кОм)

Ток базы I . Базовый ток ,при котором транзистор заходит в режим насыщения, вычисляется по формуле (3.2) с учётом, что коэффициент усиления B=B

I = (мА)

Сопротивление резистора R .Для заданной амплитуды входного управляющего сигнала U =E величина сопротивления R рассчитывается по формуле

R =

Значение коэффициента насыщения S при заданной длительности t находим из формулы

S= ,где величина t определяется из формулы

t =t ,

t -cреднее время жизни неосновных носителей (дырок) в базе

t = (с)

t =8,9*10 +55*75*(7+10)*10 (с)

S=

R = (кОм)

Выбираем R

Величина ускоряющей ёмкости C. В транзисторном ключе с ускоряющей ёмкостью C величина ёмкости находится из равенства

C= (пФ)

4.Триггер

Триггер-это запоминающий элемент с двумя устойчивыми состояниями, изменяющихся под воздействием входных сигналов. Как элемент ЭВМ, триггер предназначен для хранения бита информации, т.е. “0” или “1”.

Выбираем D-триггер К155ТМ2.

Триггером типа D наз. синхронный запоминающий элемент с двумя устойчивыми состояниями и одним информационным

D-входом.

Рассмотрим работу D-триггера на основе RS-триггера.Закон его функционирования приведен в таблице переходов

Триггер устанавливается в состояние лог. "1" при одновременной подаче напряжения низкого уровня на входы эл-тов D2.1, D2.3 независимо от уровня напряжения на счетном входе С. При напряжении низкого уровня на счетном входе установка триггера в состояние лог. “0” может быть произведена при подаче напряжения низкого уровня на вход элемента D2.1, при напряжении высокого уровня на счетном входе — при подаче напряжения низкого уровня на вход эл-та D2.3. Поэтому при построении суммирующего счетчика, импульсы первого подают на шестые элементы, а при построении вычитающего счетчика — на 4-ые элементы.

Установка триггера в состояние лог.”1” при напряжении низкого уровня на счетном входе осуществляется подачей напряжения низкого уровня на вход элемента D1.1, при напряжении высокого уровня на счетном входе и входах "установка 0" (R1, R2) — подачей напряжения низкого уровня на вход элемента D2.2

При одновременной подаче напряжения низкого уровня на входы элементов D1.1 и D2.2 установка в состояние “1” осуществляется независимо от уровня напряжения на счетном входе. Поэтому при записи в счетчик произвольного кода и при установке реверсивных счетчиков в состояние “0” следует подавать импульсы установки на оба входа установки 1 (S1, S2) одновременно или раздельно в зависимости от рода работы.

При напряжении высокого уровня на счетном входе триггер находится в одном из двух устойчивых состояний, а при напряжении низкого уровня — в промежуточном состоянии (основной триггер, элементы D1.1 и D2.1 в предыдущем состоянии, на входах элементов D1.2 и D2.2 напряжение высокого уровня).

Минимальная длительность импульсов установки триггера

t_{и уст min}= t^{0, 1}_{зд р max}+ t^{1, 0}_{зд р max}.

Минимальная длительность цикла работы одиночного триггера

t_min= 3 t^{0, 1}_{зд р}+2 t^{1, 0}_{зд р}.

У становка в “0” схем выполненных на триггерах JK и D серий ИС ТТЛ, осуществляется отрицательным импульсом, подаваемым на вход R. Запись кода ведется в 2 такта: сначала установка в “0”, затем запись “1” в соответствующий разряд.

При выполнении схем на ИС типа ТВ1 и использовании предварительной установки 1 и 0 на вход синхронизации необходимо подавать напряжение низкого уровня.

5.Счетчик

Счётчиком наз. типовой функциональный узел ЭВМ, предназначенный для счета входных импульсов. Счётчик относится к классу накапливающих схем и представляет собой цепочку T-триггеров, образующих память автомата с заданным числом устойчивых состояний. Разрядность счётчика равна числу счётных триггеров.Каждый входной импульс изменяет состояние счётчика,которое сохраняется до поступления следующего считываемого сигнала. Логические значения выходов счётчика Q отображают результат счёта в прмнятой системе счисления.

Счётчики разделяют на простые ( суммирующие и вычитающие ) и реверсивные.

В нашем устройстве используем двоично - десятичный четырёхразрядный синхронный реверсивный счётчик К155ИЕ7.

Этот счётчик имеет три основных режима :

параллельная асинхронная загрузка двоично - десятичного кода по входу DI ;

режим суммирования ;

режим вычитания .

В двух последних режимах счетные импульсы подают на различные входы : при вычитании на вход CD .

Выходы переноса в указанных режимах также разные : PU - при суммировании , PD - при вычитании .

Функциональные возможности счётчика демонстрируют временные диаграммы ( рис. ) ,где показан пример предварительной записи двоично - десятичного кода числа 7.

Соответственно на временной диаграмме импульс переполнения PU появляется между состояниями счётчика отвечающими числами “ 15 ” и “ 0 ”. Аналогично импульс PD формируется в паузе между “ 0 ” и “ 15 ”.

Схема каскадного объединения счётчика показано на рис . .

Схема и УГО счётчика К155ИЕ7 приведена на рис . .

Стабилизированный источник питания

Основными частями стабилизированного источника питания являются : силового трансформатора, схемы выпрямления, сглаживающего фильтра. Силовой трансформатор служит для повышения или понижения напряжения сети до необходимой величины. Схема выпрямления состоит из одного или нескольких вентилей, обладающих односторонней проводимостью тока и выполняющих основную функцию выпрямителя – преобразование переменного тока в постоянный. Сглаживающий фильтр предназначен для уменьшения пульсаций выпрямленного тока. Стабилизатор постоянного напряжения предназначен для поддержания автоматически с требуемой точностью постоянное напряжение при нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в обусловленных пределах.

Выбираем двухполупериодную схему выпрямителя со средней точкой.

Задаемся вспомогательными коэффициентами B =и D=.

Амплитуда обратного напряжения на вентиле U = =

4. Стабилизатора постоянного напряжения.

В выпрямителях величина постоянной составляющей может изменяться при колебаниях напряжения сети и при изменениях тока нагрузки. Для получения необходимой величины постоянного напряжения на сопротивлении нагрузки применяют стабилизаторы напряжения.

Стабилизатором постоянного напряжения называют устройство, поддерживающее автоматически и с требуемой точностью постоянное напряжение на нагрузке при изменении дестабилизирующих факторов в заданных пределах.

Основными параметрами стабилизатора являются:

Коэффициент стабилизации, представляющий собой отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора (при изменении тока нагрузки).

Где U_вх и U_вых — номинальные напряжения на входе и выходе стабилизатора; DU_вх и DU_вых — абсолютные изменения напряжений на входе и выходе стабилизатора.

Коэффициент стабилизации служит основным критерием для выбора схемы стабилизатора и оценки её параметров.

Выходное сопротивление, характеризующее изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки и неизменном входном напряжении,

R_вых = DU_вых/DI_н

Чем меньше R_вых тем лучше при этом уменьшается общее внутреннее сопротивление блока питания, что приводит к уменьшению падения напряжения на нём и способствует повышению устойчивости работы многокаскадных схем, питающихся от общего источника.

Коэффициент полезного действия, равный отношению мощности к нагрузке и номинальной входной мощности:

h = U_выхI_н/ U_вхI_вх

Относительная нестабильность входного напряжения d_u, характеризующая допустимое относительное отклонение стабилизированного напряжения.

Расчет стабилизатора постоянного напряжения:

R_д = U_вых/1,5мА=5/0,0015=3333,3

U_{оп min} = 2В

I_{д min}=1,5 мА

h₂₁₉=140

R₂=1*10^-4

R₁= R_д - R₂= 3332,9996

Характеристики

Список файлов реферата