Розрахунок елементів ОМВ

3.3 Розрахунок елементів ОМВ

 

Схема очікувального мультивібратора зображена на рисунку 5.

Рисунок 5 – Схема ОМВ електрична принципова

Оскільки тривалість імпульсів для такого мультивібратора:

, (48)

а отже тривалість імпульсу вихідного сигналу залежить від опорів R₄ R₅ один з яких досліджуваний. Можливі межі тривалості розрахуємо після того, як будуть обрані всі елементи.

 напруга насичення ОП на виході 20В

Оскільки даний каскад повинен лише змінювати тривалість імпульсів, а не підсилювати сигнал по напрузі, то виберемо номінали елементів так, щоб коефіцієнт підсилення по напрузі даного каскаду

, (49)

Оскільки , то , (50)

, (51)

Задавшись =1кОм, 100кОм, , знаючи межі, в яких змінюється опір проведемо розрахунок ємності конденсатора. Оскільки значення опорів змінюються в досить великих межах, то ємність конденсатора розрахуємо для кожного під діапазонну окремо.

Для першого:

(Ом), (52)

, (53)

  (Ф).

Для другого:

(Ом), (54)

, (55)

(Ф).

Для третього:

 (Ом), (56)

, (57)

 (Ф).

Оберемо стандартний номінал змінного конденсатора та змінного опору:

Вибираємо  КМ6М47-220нФ-220пФ ,20%

Вибираємо  СП3-13-1,6МОм, Р=0,125Вт, 1%

При чому перемикання опору та конденсатора повинно відбуватися одночасно та у встановлені значення. Можна також використати три опори та три конденсатори, які перемикаються за допомогою ключа.

Проведемо розрахунок меж тривалості вихідних імпульсів в залежності від меж опору для одного діапазону, оскільки діапазони рівні:

, (58)

, (59)

Отже тривалість імпульсів в залежності від змінного опору лежатиме у межах: 1,16мс...1,25мс.

3.4 Розрахунок елементів мультивібратора

 

Схема автоколивального мультивібратора зображена на рисунку 6.

 

Рисунок 6 – Схема АМВ електрична принципова

Розрахуємо опір.

Вхідні данні:

Частота перетворень f_max= 20 (кГц).

Визначимо напругу живлення за заданою амплітудою вихідних імпульсів:

=(1,2…1,4), (60)

=24 (В).

Оскільки період імпульсу , а за умовою частота перетворень f= 20кГц, задавшись ємністю конденсатора С₁=1000пФ розрахуємо значення резистора R₁:

, (61)

6(кОм).

Вибираємо R₁ С2-23-36 кОм, Р=0,125Вт,

А також конденсатор:

Вибираємо С₁ КМ6М47-1000пФ ,20%

Проведемо розрахунок опорів R₂ R₃ :

Оскільки на виході операційного підсилювача необхідно забезпечити рівень напруги 10 В, то коефіцієнт підсилення , а отже R₂=R₃, то задамося:

Вибираємо R₃ С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%

R₂ С2-23-1кОм, Р=0,125Вт, 1%

 

3.5 Похибка вимірювання

Після розрахунку зовнішніх елементів необхідно враховувати неідеальність ОП. При цьому , , . кОм, Ом, R₅=100...10000Ом , R₄=12кОм

Реальний коефіцієнт підсилення реального ОП можна визначити за формулою:

, (62)

 .

Визначимо відносну похибку:

, (63)

 .

Тобто значення реальної похибки не перевищує значення допустимої похибки, яка є однією із умов завдання:. Отже, можна зробити висновок, що задана в умові точність витримана.

4. Моделювання мультивібратора

Для перевірки правильності роботи схеми проведемо моделювання одного в вузлів. Для моделювання оберемо очікуючий мультивібратор, який виступає у ролі перетворювача опору у тривалість імпульсів. Підставимо всі обрані у процесі розрахунків номінали елементів та знімемо частотні характеристики на виході вузла. З частотою 10кГц на вхід мультивібратора подаємо сигнал за допомогою генератора імпульсів. Вихідний сигнал зображений на рисунку 8, оскільки досить малий інтервал зміни опорів, а отже і тривалості імпульсів. Демонструємо тривалість лише при t=-40 C.

Моделювання очікуючого мультивібратора зображено на рисунку 7.

Рисунок 7 - Очікуючий мультивібратор

Зобразимо частотні характеристики мультивібратора на рисунку 8.

Рисунок 8 – Частотні характеристики мультивібратора

В результаті проведення моделювання очікуваного мультивібратора, який ми використовували в якості перетворювача опору в тривалість імпульсу, отримали коливання прямокутної форми, які виникають в приладі за рахунок додатнього зворотнього зв’язку через активні електронні елементи: транзистор, операційний підсилювач, логічний елемент.

Основними параметрами прямокутних імпульсів є: частота(тривалість), амплітуда, що в нашому випадку відповідають ТЗ і дорівнює 25кГц, амплітуда на виході 20В на опорі 4В.

Література

1. Харовіц П. Н. Мистецтво схемотехніки .- М.: "Мир", 1986, т.2. – 55 с.

2.Гурин Е.И. Ноніусний вимірник тимчасових інтервалів з обчислюваним коефіцієнтом інтерполяції. –М.:Прилади і техніка експерименту, 1998.– 215с.

3. Мерзляков С.И., Стрекаловский О.В., Цурин И.П. 4-канальний субнаносекундний перетворювач час-код НО-251М.- М.: Прилади і техніка експерименту, 1995. – 106 с.

4. Глушковский М.Е. Швидкодійні амплітудні аналізатори в сучасній ядерній фізиці і техніці. – М.: Енергоатоміздат, 1986. - 253с.

5. Пасинків В.В., Чиркин Л.К. Напівпровідникові прилади. – М.: Вища школа, 1987. – 432 с.

6. Довідник. Вживання інтегральних мікросхем в електронній обчислювальній техніці.- М.: "Радіо і зв'язок",1987. – 400 с.

7. Наумов Ю.Е. Інтегральні схеми -.М.: Сов.радио, 1970. –112 с.

8. Аналогові і цифрові інтегральні схеми / Під редакцією С.В.Якубовського. - М.:Сов.радио, 1979. - 479 с.

9. Преснухин Л.Н. Воробьев Н.В. Шишкевич А.А. Розрахунок елементів цифрових пристроїв.- М.: Высшая школа, 1982. - 496 с.

10. Степененко И.П. Основи мікроелектроніки. -М .: Сов. Радіо, 1980. - 456 с.

11. Алексенко А.Г, Шогурин И.И. Мікросхематехника.- М.: "Радіо і зв'язок", 1982.- 296 с.

12. Мансуров В.М, Горячев В.Н. Мікромініатюрні схеми цифрових пристроїв.- М.: Сов. Радіо, 1979. – 212 с.