Проектування загальмованого мультивібратора

ЗАДАНИЕ.

ВАРІАНТ № 6 (16).

ПРОЕКТУВАННЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО.

УСТРОЮ № 1.

Спроектувати з урахуванням інтегральних логічних елементів (далі ИЛЭ) серії К155 загальмований мультивибратор, автоколебательный мультивибратор, електронний ключ з урахуванням високочастотного транзистора, вибрати управляючий тригер серії К155 і двоїчний лічильник на триггерах, комбінаційні схеми з урахуванням ИЛЭ серії К155.

|Автоколебательный |Загальмований |Лічильник | |мультивибратор |мультивибратор | | |TU2, |UПФ/UЗФ |Т | tU2 |UПФ/UЗФ |K | |мкс. | | |мкс. | |кіл — у імпульсів| | 6 | 0.79 |12 |1 |0.79 |60 |.

| | |Електронний ключ на транзисторі | | | | | | | | |t[pic], |U[pic], |E[pic]000|t, |t[pic], |C[pic] | |не менее|В |00[pic][p|град. |мкс. |ключа | | | |ic] |max | |пФ | |мкс. | |У | | | | | | | | | | | |384 |5 |1,5 |60 |3 |10 |.

tU1 — тривалість вихідних імпульсів мультивибратора.

UПФ — напруга переднього фронту импульса._.

UЗФ — напруга заднього фронту імпульсу. tU2 — тривалість вихідного імпульсу загальмованого мультивибратора.

До — коефіцієнт пересчёта счётчика. t[pic]—-длительность імпульсу не вдома ключа.

U[pic]— амплітуда вихідного импульса.

E[pic] — напруга базового усунення. t град max—-максимальная температура довкілля. t[pic]—-фронт вихідного импульса.

C[pic]—-ёмкость навантаження ключа. Uо.выпр. — номінальне выпрямленное напруга випрямляча (вхідний напруга стабілізатора); Iо.max.выпр.- максимальний струм выпрямителя;max Iо.min.выпр.- мінімальний струм випрямляча; aminвідносне відхилення напруги у бік зниження; amaxвідносне відхилення напруги у бік підвищення; Kп. выпркоефіцієнт пульсації напруги не вдома випрямляча; Kп.ф. — коефіцієнт пульсації напруги не вдома сглаживающего фільтра мав відбутися о 10 раз меньше.

[pic].

У структурну схему входять такі функціональні блоки: 1- загальмований мультивибратор ЗМ; 2- RS-триггер; 3- електронний ключ на біполярному транзисторі; 4- схема поєднання ключа зі схемою включення стабілізатора постійної напруги; 5- знижуючий трансформатор; 6- ректифікатор; 7- сглаживающий фільтр; 8- стабілізатор компенсаційного типу для харчування автоколебательного мультивибратора; 9- автоколебательный мультивибратор на інтегральних логічних элементах.

(ИЛЭ); 10- двоїчний суммирующий лічильник; 11- комбінаційна схема КС1, визначальна скільки імпульсів повинен підрахувати двоїчний лічильник; 12- комбінаційна схема КС2, управляюча передачею вмісту лічильника на вихідну шину даних BD; 13- стабілізатор компенсаційного типу для харчування інших цифрових схем устрою. Принцип дії .

Автоматичне пристрій 3 після включення мусить сформулювати котрі живлять схеми напруга й під керівництвом що запускає імпульсу згенерувати послідовність прямокутних імпульсів в заданими параметрами. Кількість імпульсів задається параметром До лічильника. Результат роботи устрою то, можливо виведений на схему індикації чи якесь виконавче пристрій через шину даних BD.

Пристрій працює так. При включенні автоматичного устрою напруга мережі ~220 B подається на силовий знижуючий трансформатор 5, випростується выпрямителем 6, згладжується фільтром 7 і подає на вхід стабілізатора мультивибратора 8 і стабілізатора напруги для харчування всіх цифрових мікросхем устрою (блок 13). Напруга харчування подається попри всі блоки схеми, крім мультивибратора. Що Запускає імпульс переводить RS-триггер управління 2 в нульовий стан і гасить суммирующий двоїчний лічильник 10 сигналом R і запускає загальмований мультивибратор 1. Вихідний сигнал RS-триггера відкриває електронний ключ 3 не вдома якого з’являється вихідний напруга однакову нулю. Це напруга з допомогою устрою поєднання 4 формує сигнал включення стабілізатора мультивибратора 8. Автоколебательный мультивибратор 9 починає генерувати послідовність прямокутних імпульсів з заданими параметрами, які підраховуються суммирующим двоичным лічильником 10. Двоїчний код лічильника аналізується комбінаційної схемою КС1 (блок 11), і тільки цей код стане рівним заданому числу До, виробляється одиничний управляючий сигнал, який переключає RS-триггер в нульовий стан. У цьому ключ закривається, пристрій поєднання 4 формує напруга +2 В, яке відключає стабілізатор напруги 8 і мультивибратор, лічильник фіксується у тому стані, а результат рахунки через комбінаційну схему КС2 (блок 12) виводяться на шину даних BD. У стані автоматичне пристрій перебуватиме до приходу наступного що запускає імпульсу. Uо.выпр. — номінальне выпрямленное напруга випрямляча (вхідний напруга стабілізатора); Iо.max.выпр.- максимальний струм выпрямителя;max Iо.min.выпр.- мінімальний струм випрямляча; aminвідносне відхилення напруги у бік зниження; amaxвідносне відхилення напруги у бік підвищення; Kп. выпркоефіцієнт пульсації напруги не вдома випрямляча; Kп.ф. — коефіцієнт пульсації напруги не вдома сглаживающего фільтра мав відбутися о 10 раз меньше.

1.Заторможенный мультивибратор з резистивно-емкостной зворотної зв’язком на елементах. І - НЕ.

1.1 Загальні відомості. Принцип дії. Методика расчёта.

Мультивибратор — це — простий релаксационный генератор прямокутних імпульсів, яких не пред’являють жорстких вимог щодо параметрами. Використовується позитивний зворотний зв’язок. Є дві виду порушення: жорсткий і м’яке. При жорсткого — обидва плеча в однаковому стані (немає генерации).

Загальмований мультивибратор (далі, як ЗМ) призначений для формування прямокутного імпульсу із заданої амплітудою і тривалістю у відповідь один що запускає импульс.

ЗМ можна одержувати з відповідних автоколебательных мультивибраторов (далі, як ГАМ) шляхом заміни однієї з гілок резистивноемкостной зворотний зв’язок ланцюгом запуска.

Тривалість імпульсу запуску, з одного боку, мусить бути достатньої для перемикання ИЛЭ, тобто. більше сумарною затримки їх перемикання (t01зд чи t10 зд). З іншого боку, тривалості формованого імпульсу tU. Інакше мультивибратор під час дії що запускає імпульсу буде зацікавлений у неопределённом состоянии.

ЗМ з резистивно-емкостной зворотної зв’язком на ИЛЭ И-НЕ ТТЛ виходить з ГАМ (рис. 1.1) шляхом винятку, наприклад, конденсатора С2, резистора R2 і діода VD2. У цьому резистивно-емкостная зворотний замінюється безпосередньої зв’язком виходу ИЛЭ DD1.2 одним із входів ИЛЭ DD1.2. Які Запускають імпульси негативною полярності з амплітудою Uвх «Eвых, подається вільний від триггерного включення вхід ИЛЭ DD1.1. У вихідному стані ИЛЭ DD1.1 і DD1.2 перебувають у нульовому і єдиному станах відповідно. Під впливом що запускає імпульсу (t=t[pic]) логічних елементів змінюють статки на протилежні, времязадающий конденсатор починає заряджатися через вихід ИЛЭ DD1.1 і резистор R.

Напруга Uвх2 не вдома ИЛЭ DD1.2 у своїй експоненціально змінюється від Emax, прагнучи нулю. Формування робочого імпульсу тривалістю tU закінчується при Uвх2 (tU)=U1n (t=t[pic]), оскільки подальше зменшення вхідного напруги призводить до збільшення вихідного напруги ИЛЭ DD1.2. При t > t2 в мультивибраторе розвивається регенеративный процес, після закінчення якого ИЛЭ повертається у вихідне стан, а напруга Uвх2 зменшується стрибком від U1[pic]n до (U1n — E1вых). Далі мультивибратор удвічі етапу повертається у вихідне стан. Спочатку конденсатор З розряджається через усунутий у напрямку діод VD, та був, після замикання діода, конденсатор перезаряжается вхідним що випливають струмом Iвх ИЛЭ DD1.2, а напруга Uвх2 йти до значенням U[pic]. Якщо знехтувати часом розряду З через діод VD, то tB[pic] (R || R[pic])*[pic]С* ln [ 10 + [pic][pic]].

Тривалість імпульсу дорівнює: tU2 = (R + R[pic])*С * ln[pic][pic].

Якщо період запускающих імпульсів Т > tU + tB, то мультивибратор встигне восстановиться.

Для отримання майже прямокутної форми вихідних імпульсів загальмованого мультивибратора при Т >= tU + t B опір времязадающего резистора R вибирається таким образом:

R < R1вх *[(I1вх * R1вх / U0n) — 1][pic].

1.2 Розрахунок загальмованого мультивибратора.

Произведём розрахунок загальмованого мультивибратора на ИЛЭ І - НЕ серії К155(стандартной).

Основні параметри серії К155: | Параметри | | Параметри | | |I1ВХ, mА | - 0,8 |R1ВХ, кОм | 10 | |I0ВХ, mА | 0 |R0ВХ, кОм | Ґ | |E[pic], У | 4,2 |R[pic], Ом | 200 | |E[pic], У | 0 |R[pic], Ом | 0 | |U[pic], Не | 2,4 |K, щонайменше | 8 | |менш | |UВХ MAX, У |5,5 | |U[pic], Не |0,4 | | | |більш | | | | |U[pic], У | 1,5 |UВХ MIN, У | - 0,4 | |U[pic], У | 0,5 |I[pic] MAX, mА | 10 | |U[pic], У | 1 |f MAX, МГц | 10 | | | |PПОТ, мВт, трохи більше | |.

Перевіряємо условие:

R < R1ВХ*[(I 1ВХ * R1ВХ / U0П)-1]-1=666,7(Ом) (1.1).

Uпф/Uзф=[pic][pic]R=752,38(Ом).

R не задовольняє умові (1.1).

Беремо Uпф/Uзф=0,76 Ю R=633,33(Ом).

З шкали номінальних значень беремо R=620(Ом).

Знайдемо ёмкость конденсатора З: tU2 = (R + R[pic])*С * ln[pic][pic] [pic].

С = [pic][pic]=.

=[pic] =.

=1,626*10[pic](Ф)[pic].

Вибираємо З =1,5*10−9 (Ф).

Розрахуємо часів відновленої мультивибратора: tB[pic] (R || R[pic])*[pic]С* ln [ 10 + [pic][pic]] =.

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

=1,383*10[pic]©.

Загальна характеристика:

Резистор: R = 620 Ом, тип МЛТ, номінальна потужність Р =…Вт, максимальне напруження -…В.

Конденсатор: З = 1,5 пФ, тип…, максимальне напруження -…В.

2. Автоколебательный мультивибратор на базе.

ИЛЭ ІНЕ.

2.1. Загальні відомості. Принцип дії. Методика расчёта.

Автоколебательный мультивибратор (далі ГАМ) генерує послідовність прямокутних імпульсів із заданої тривалістю, амплітудою і частотою повторения.

Розглянемо методику проектування ГАМ з перекрёстными резисторно — ёмкостными зворотними зв’язками на елементах І - НЕ. До складу мультивибратора входять: два инвертора на двухвходовых ИЛЭ І - НЕ DD1.1 і DD1.2, резисторы R1 і R2, конденсатори C1 і C[pic] (рис. 2.1).

З використанням m — входовых ИЛЭ І - НЕ ТТЛ (m -1) незадіяних входів підключається до джерела яке живить напруги через резистор 1 кОм чи об'єднуються все m входів (при m [pic] 3), т.к. об'єднання входів при m > 3 призводить до зниження вхідних опорів елементів (в m раз). При заземлении хоча самого з входів ИЛЭ буде бути в одиничному состоянии.

Працюючи мультивибратора в автоколебательном режимі інвертори DD1.1 і DD1.2 по черзі перебувають у одиничному і нульовому станах. Час перебування інверторів в нульовий одиничному стані визначається часом заряду однієї з конденсаторів С1 чи С2. Якщо ИЛЭ DD1.1 перебуває поодинці стані, а DD1.2 в нульовому (t =0), то конденсатор С1 заряджений струмом, протекающим через вихід ИЛЭ DD1.1 і резистор R1. Цей струм, як і вхідний струм ИЛЭ DD1.2,пренебрежимо малий, і не надає істотно на процес заряду конденсатора. Принаймні заряду конденсатора C1, вхідний напруга UВХ2 инвертора DD1.2 зменшується по експонентному закону з постійної часу t1, прагнучи до нульового рівня. Коли напруга UВХ2 досягне порогового напруги U[pic], нижче якого подальше зменшення вхідного напруги приводить до зменшення вихідного напруги инвертора ТТЛ, в мультивибраторе розвивається регенеративный процес, у якому стану елементів DD1.1 і DD1.2 змінюються на протилежні (t = t1). Стрибкоподібне зменшення вихідного напруги UВЫХ1 викликає зменшення вхідного напруги UВХ2, що зумовлює швидкому розряду конденсатора C1, та був для її перезаряду що випливають струмом DD1.2 через резистор R1. Вхідний напруга UВХ2 натомість зростає до значення UВХ (t[pic]), що визначається моментом закінчення процесу заряду конденсатора C2 з постійної часу t2 на протилежному галузі мультивибратора (t= =t2).

Отже, процеси періодично повторюються, і виходах ИЛЭ DD1.1 і DD1.2 формується два змінюються в протифазі імпульсних напруженості із длительностями t U1 і t U2.

Оскільки протязі всієї заряду конденсатора С2 (С1) і перезаряда конденсатора С1(С2) ИЛЭ DD1.2 (DD1.1) повинен перебуває у одиничному стані, його вхідний напруга UВХ2(UВХ1) на повинен перевищувати порогового рівня U[pic], отже, опір времязадающего резистора R1 (R2) має вистачити малим. У цьому необхідно обчислити мінімальне і забезпечити максимальне значення резисторів R1 і R2.

Максимально дозволене значення резистора обчислюється з такого неравенству:

R < R1ВХ *[(I1ВХ * R1ВХ / U[pic]) — 1] - 1 (2.1).

Якщо за виборі опору навісних резисторів R1 і R2 обмежуватися вираженням (2.1), то, при певних умовах перетворюється на мультивибраторе може настати жорсткий режим порушення, коли відразу після включення джерела яке живить напруги обидва инвертора опиняються у одиничному стані. Для усунення такого режиму необхідні условие:

R > R1ВХ * [(I1ВХ*R1ВХ / U[pic]- 1] - 1 (2.2).

За виконання (2.2) робочі точки обох ИЛЭ виявляються на динамічних ділянках передатних характеристик і, отже, навіть невеличке розбіжність у коефіцієнти посилення До призводить до одного з цих двох квазиустойчивых станів, коли не вдома одного ИЛЭ встановлюється високий рівень вихідного напруги, але в виході іншого — низький. Самозбудження мультивибратора у разі буде мягким.

Тривалості імпульсів не вдома мультивибратора можна визначити по наступним выражениям:

t[pic] [pic](R1 + R1ВЫХ)*С1*ln [pic].

t[pic][pic](R2 + R1ВЫХ)* С2* ln [pic].

Вихідні імпульси аналізованого мультивибратора формою близькі до прямокутним. Ставлення амплітуд переднього і заднього фронтів вихідного напруги визначається соотношением:

UПФ / UЗФ = R / (R + R[pic]) де R = R1 для ИЛЭ DD1.1., R = R2 для ИЛЭ DD1.2.

Шпаруватість генерируемых импульсов:

Q = 1 + tU2 / tU1.

Якщо t[pic] =t[pic], то C[pic]=C[pic].

2. Розрахунок автоколебательного мультивибратора.

Зробимо розрахунок автоколебательного мультивибратора на ИЛЭ І - НЕ серії К155:

Перевіряємо умови :

R < R1ВХ*[(I 1ВХ * R1ВХ / U[pic])-1] [pic]= 230,47(Ом).

R > R1ВХ*[(I 1ВХ * R1ВХ / U[pic])-1]-1 = 666,67(Ом).

Uпф/Uзф=[pic] [pic] 0,79= R / (R + 200).

R — 0,79*R = 0,79*200.

R = 752,38 (Ом).

Умови выполняются.

Вибираємо з шкали номінальних значень R = 750 Oм.

Розрахуємо ёмкость конденсаторов.

Т.к. t[pic] =T — t[pic]=12−6=6=t[pic], то мультивибратор симетричний, і З [pic]=C[pic][pic].

C[pic]=[pic] =.

=[pic] =6,76*10[pic](Ф).

Вибираємо з шкали номінальних значений.

C[pic] = C[pic]= 6,8*10[pic]Ф.

3. Електронний ключ на транзисторе.

3.1. Загальні відомості. Принцип действия.

Електронний ключ -основний функціональний вузол дискретної схемотехники для перемикання струмів чи потенціалів на навантаженні. [].

У імпульсних пристроях часто-густо потрібно коммутировать (включатиме й вимикати) електричні ланцюга. Ця операція виконується безконтактним методом з допомогою транзисторних ключей.

Ключові схеми йдуть на побудови генераторів і формирователей імпульсів, і навіть різних логічних схем цифровий обчислювальної техніки. Ключ виконує елементарну операцію інверсії логічного перемінної і називається инвертором.

У статичному режимі міститься у стані «включено» (ключ замкнутий), або у стані «виключене» (ключ розімкнений). Перемикання ключа вже з стану до іншого відбувається під впливом вхідних управляючих сигналів: імпульсів чи рівнів напруги. Найпростіші ключові схеми мають один управляючий вхід і тільки выход.

Основу ключа становить транзистор в дискретному чи інтегральному исполнении.

Залежно стану ключ шунтирует зовнішню навантаження більшим чи малим вихідним опором. У цьому полягає комутація ланцюга, вироблена транзисторным ключом.

Основними параметрами ключа є :

—швидкодія, обумовлений максимально можливим числом переключень в секунду; для інтегральних ключових схем вона становить мільйони комутацій ;

—тривалість фронтів вихідних сигналів ;

—внутрішні опору у відкритому і закритому стані ;

—споживана потужність ;

—стійкість перед перешкодами, рівна рівню перешкоди на вході, викликає хибне переключення ;

—стабільність граничних рівнів, у яких відбувається переключення ;

—надійність роботи у реальних умов старіння радіодеталей, зміни джерел харчування і т.д.

У ключових схемах у випадку використовують усі основні схеми включення транзисторів: із загальною базою (ПРО), із загальним колектором (ОК), ключ-«звезда», із загальним эмиттером (ОЕ). Найбільше застосування отримали транзисторні ключі за схемою з ОЭ.

Статичні характеристики.

Поведінка ключа в статичному режимі визначається вихідними I[pic] і вхідними I[pic] характеристиками транзистора за схемою з ОЭ.

На вихідних характеристиках виділяються три області, які визначають режим відсічення коллекторного струму, активний режим і режим насичення ключовою схемы.

Область відсічення визначається точками перетину лінії навантаження R[pic] із дуже нижньої кривою сімейства вихідних характеристик з параметром I[pic]= - I[pic]. Цією області відповідає режим відсічення, при котором:

—транзистор закритий, т.к. обидва його переходу зміщено у протилежному направлении.

U[pic]>0, U[pic].