Разработка автоматического устройства

Вариант №. 8 Контрольная № 2.

ОБЯЗАТЕЛЬНО ПЕРЕПИСАТЬ ВРУЧНУЮ!!!

 

Задание 1.

Привести описание принципа действия с временной диаграммой и расчет схемы автоколебательного мультивибратора транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).

Исходные данные:

t_и1= 0,4 мкс ; Т = 0,7 мкс ;

U_{п ф}/U_{з ф} = 0,78 B; Серия ИС : К531.

Основные параметры :

U⁰_n– пороговое входное напряжение соответствующее переходу элемента из единичного состояния в нулевое;

U¹_n– пороговое входное напряжение соответствующее переходу элемента из состояния нулевого в единичное;

I¹ вх, R¹ вх, = dUвх/diвх, U¹вых , Е¹вых, R¹вых = dUвых/diвых –

входной ток, дифференциальное входное сопротивление, входное сопротивление нагруженной схемы, дифференциальное выходное сопротивление соответствующие единичному состоянию ИЛЭ

 I^{( )} вх, R^{( )} вх, U^{( )} вх, E^{( )} вых, R^{( )} вых – входной ток, дифференциальное входное сопротивление, входное напряжение ненагруженной схемы, выходное сопротивление ненагруженной схемы, дифференциальное выходное сопротивление соответствующие нулевому состоянию ИЛЭ:

К = dUвых/dU вх – коэффициент усиления ИЛЭ врежиме усиления.

РЕШЕНИЕ :

 1). Описание принцыпа действия.

В состав мультивибратора входят: два инвертора на двухвходовых ИЛЭ

И-НЕ DD1.1, DD1.2, резисторы R1, R2 и конденсаторы C1, C2 времязавдающие цепи (ВЗЦ), защитные (демпфирущие) диоды VD1, VD2.

При работе мультивибратора в автоколебательном режиме инверторы DD1.1, DD1.2, поочередно находятся в единичном и нулевом состояниях. Время прибывания 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. К как диод VD1 при этом закрыт, то ток, протекающий через него , как и входной ток ИЛЭ DD1.2, пренебрежимо мал и не оказывает существенного влияния на процесс заряда конденсатора . По мере заряда конденсатора С1 входное напряжение U^{(2 )} вх инвертора DD1.2 уменшается по экспотенциальному закону с постоянной τ₁ , стремясь  к нулевомууровню.

Когда напряжениеU^{(2 )} вх достигает порогового напряжения U⁽¹⁾ n ниже которого дальнейшее уменьшение входного напряжения приводит к уменьшению выходного напряжения инвертора ТТЛ, в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, при котором состояние элементов DD1.1, DD1.2 изменяются на противоположные (t = t₁). Скачкообразное уменьшение выходного напряжения U^{(1 )} вых ИЛЭ DD1.1 вызывает уменьшение выходного напряжения U^{(2 )} вх , что приводит к быстрому разряду конденсатора С2 с постоянной времени τ₂ в противоположной ветви мультивибратора (t = t₂).

При периодически повторяющихся процессах , на выходах ИЛЭ DD1.1, DD1.2 формируются два изменяющихся в противофазе импульсных напряжения с длительностями t_U1 и t_U2 .

2). Расчет устройства.

Определим длительность выходного импульса :

t_И2 = 0,3 мкс;

Так как t_И1 ≠ t_И2, мультивибратор несиметричен и С1≠ С2.

 

Выходные импульсы мультивибратора по форме близки к прямоугольным.

Отношение амплитуд переднего и заднего фронтов выходного напряжения определяется соотношением:

 

Где R = R1 для выходных импульсов ИЛЭ DD1.1, R = R2 для выходных импульсов ИЛЭ DD1.2

 

Вычислим значения резисторов R1, R2:

R = R1 = R2 = 35,455 кОм;

 

Вычислим значения конденсаторов C1, C2:

Из выражений для длительности импульсов на выходах мультивибратора:

Откуда:

С1 = 0,008 пкФ; С2 = 0,006 пкФ;

Принципиальная схема мультивибратора:

Временная диаграмма:

Задание № 2.

Привести описание принципа действия с временной диаграммой и расчет схемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).

Исходные данные:

t_и2 =  мкс;

U_{п ф}/U_{з ф} = В;

РЕШЕНИЕ:

Заторможенного мультивибратора с резисторно-емкостной обратной связью на ИЛЭ И-НЕ ТТЛ получим из автоколебательного мультивибратора путем исключения, конденсатора С2, резистора R1 и диода VD2. При этом исключенная резистивно-емкостная обратная связь заменяется непосредственной связью выхода ИЛЭ DD1.2. В качестве запускающего сигнала используется отрицательный перепад потенциалов значений

U_ВХ = Е_ВЫХ, который подается на свободный от тригерного включения вход ИЛЭ DD1.1.

 

В исходном состоянии и ИЛЭ ТТЛ DD1.1 DD1.2 находятся в нулевом и единичном состояниях соответственно . Под действием запускающего импульса (в момент t = t₁) логические элементы изменяют свои состояния на противоположные , времязадающий конденсатор начинает заряжатся через выход ИЛЭ ТТЛ DD1.2 и резистор R.

Напряжение U_ВХ2 на выходе ИЛЭ ТТЛ DD1.2 экспотенциально изменяется от E_max, стремясь к нулю . Формирование рабочего импульса  длительностю t_U заканчивается при U_ВХ2(t_U) = U¹_n , так как дальнейшее уменшение входного напряжения приводит к увеличению выходного напряжения ИЛЭ ТТЛ DD1.2.

При t > t₁ в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, по окончании которого ИЛЭ возвращается в исходное состояние , а напряжение U_ВХ2 уменшается скачком от U_ВХ2 до (U¹_n -Е¹_вых). Далее мультивибратор в два этапа возвращается в исходноое состояние . Сначала конденсатор С разряжается через смещенный в прямом направлении диод VD, а затем после запирания диода перезаряжается входным вытекающим током ИЛЭ, DD1.2, а напряжение U_ВХ2 стремится к значению U¹_ВХ.

Для получения прямоугольной формы выходных импульсов заторможенного мультивибратора сопротивление времязадающего резистора R должно удовлетворять условию:

Реальные значения найдем из соотношения:

R = 0,532 кОм;

 

Время востановления мултивибратора :  
Где : -- паралельное соединение резисторов

U_D – падение напряжения на открытом диоде VD, равное 0,6 В.

 

t_B = 0,357 мкс;_.

Длительность импульса:

С = 0,44 пкФ.

Чтобы мультивибратор успевал востанавливатся период повторения запускающих импульсов выберем следующим образом:

 

T > t_И + t_В > 0,757 мкс;

Временная диаграмма: