Навигация
Общие сведения. Принцип действия. Методика
26551
знак
0
таблиц
0
изображений
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 UВХ2 инвертора DD1.2 уменьшается по экспоненциальному закону с постоянной времени t 1 , стремясь к нулевому уровню. Когда напряжение UВХ2 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 UВЫХ1 вызывает уменьшение входного напряжения UВХ2, что приводит к быстрому разряду конденсатора C1, а затем к его перезаряду вытекающим током DD1.2 через резистор R1. Входное напряжение UВХ2 при этом возрастает до значения UВХ(t), определяемого моментом окончания процесса заряда конденсатора C2 с постоянной времени t 2 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 UВХ2(UВХ1) 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 < R1ВХ *[( I1ВХ * R1ВХ / 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 > R1ВХ * [( I1ВХ*R1ВХ / 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 + R1ВЫХ)* С1*ln
t(R2 + R1ВЫХ)* С2* ln
Выходные импульсы рассматриваемого мультивибратора по форме близки к прямоугольным. Отношение амплитуд переднего и заднего фронтов выходного напряжения определяется соотношением:
UПФ / UЗФ = R / (R + R)
где R = R1 для ИЛЭ DD1.1., R = R2 для ИЛЭ DD1.2.
Скважность генерируемых импульсов:
Q = 1 + tU2 / tU1
Если t =t ,то C=C.
Расчёт автоколебательного мультивибратора.
Произведем расчёт автоколебательного мультивибратора на ИЛЭ И - НЕ серии К155:
Проверяем условия :
R < R1ВХ*[(I 1ВХ * R1ВХ / U)-1] = 230,47(Ом)
R > R1ВХ*[(I 1ВХ * R1ВХ / 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*10Ф.
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.
Iдоп=100 мА
IмкА (при 20)
f МГц
C пФ
B=55
Выбор источника коллекторного питания. Значение источника E выбирают по заданной амплитуде U выходного напряжения
E=(1,11,2)*U=(1,11,2)*5=5,56 (B),
При этом должно выполнятся неравенство
EUдоп=20 (В),
Выбираем E =5,7 B.
Коллекторный ток насыщения. Величина тока I ограничена с двух сторон
20*IIIдоп,
где I -обратный ток коллекторного перехода при t;
Iдоп=допустимый ток коллектора в статическом режиме (в состоянии длительного включения).
Можно рекомендовать
I=0,8*Iдоп=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
| _ S | _ R | Q | _ Q |
| Н | В | В | Н |
| В | Н | Н | В |
| Н | Н | В | В |
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= t0, 1зд р max+ t1, 0зд р max.
Минимальная длительность цикла работы одиночного триггера
tmin= 3 t0, 1зд р+2 t1, 0зд р.
Установка 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 Uвх и Uвых — номинальные напряжения на входе и выходе стабилизатора; D Uвх и D Uвых — 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,
Rвых = D Uвых/D Iн
Чем меньше Rвых 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 = UвыхIн/ UвхIвх
Относительная нестабильность входного напряжения d u, характеризующая допустимое относительное отклонение стабилизированного напряжения.
Расчет стабилизатора постоянного напряжения:
Rд = Uвых/1,5мА=5/0,0015=3333,3
Uоп min = 2В
Iд min=1,5 мА
h219=140
R2=1*10-4
R1= Rд - R2= 3332,99
Похожие работы
... начальная сила пружины: б) уточняется сила пружины конечная: Расхождение расчётных сил и с исходными не должно быть более ± 5 ÷ ±10 %. 16 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ 16.1 Общие положения При проектировании ДУ необходимо учитывать ряд требований: 1 ДУ должно обеспечивать заданную коммутационную отключающую и включающую способность аппарата при заданных условиях ...
... более подробные) сведения могут быть получены из встроенной подсказки системы (вызывается клавишей <F1> или через меню ПОМОЩЬ). Какие программы сквозного проектирования радиотехнических устройств вы знаете? Одними из важных средств современной организации труда являются системы автоматизированного проектирования (САПР), ориентированные на подготовку чертежей, составление спецификаций, ...
... элементов на кристалле и трассировки связей. 1. Ввод проекта Основные методы и приемы работы с САПР ISE рассмотрим на примере простейшей схемы D –триггера. Использование простейшей схемы позволяет отвлечься от особенностей самой схемы и сосредоточиться только на самом процессе проектирования. Создание нового проекта инициируется последовательным выбором пунктов меню File Þ New ...
... техпроцесса, который в дальнейшем используется для выбора технологического оборудования автоматической линии, необходимо исключить термическую обработку и все последующие операции. В соответствие с указанными рекомендациями и наложенными ограничениями разработан маршрутный техпроцесс по производству штока. 1.3 Выбор режимов резания и расчет технологической производительности Выбор режимов ...
0 комментариев