Проектирование мультивибратора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Разработать ждущий мультивибратор (одновибратор) прямоугольного импульса на базе ОУ и транзисторного каскада по исходным данным.

Длительность выходного импульса t_и 10мС = 0,01С

Амплитуда выходного импульса U_вых 5В

Сопротивление нагрузки R_н 0.3Ком = 300Ом

Введение

Мультивибраторы выпускают в виде монолитных интегральных микросхем, выполняют на операционных усилителях, цифровых интегральных схемах, а также на дискретных компонентах; в последнем случае их активными элементами обычно являются транзисторы.

1. Структурная схема

Разработаем электрическую структурную схему исходя из условий задачи.

U_вых - Выходной импульс

U_зап - Запускающий импульс

Рис. 1. Схема электрическая структурная

Структурная схема определяет основные крупные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи. Структурные схемы служат основанием для разработки других, в первую очередь функциональных схем; их также используют при эксплуатации для общего ознакомления с изделием.

Времязадающая RC цепь - обеспечивает необходимую длительность выходного импульса.

Операционный усилитель - генерирует импульс длительностью заданной времязадающей RC цепью, при наличии запускающего импульса.

Усилительный каскад - усиливает по току импульс сгенерированный ОУ.

2. Схема электрическая функциональная

На основе структурной схемы разработаем электрическую функциональную схему.

мультивибратор микросхема транзистор электрический

Рис. 2. Схема электрическая функциональная

Функциональная схема разъясняет физические процессы, протекающие в отдельных функциональных частях изделия или в изделии в целом. Функциональные схемы выполняют до разработки принципиальных схем и служат основанием для их разработки. Функциональные схемы также используют для изучения принципа действия изделий, при их наладке, регулировке, контроле и ремонте.

Цепь положительной обратной связи (ПОС) формирует напряжение положительной обратной связи. Соберем её на активном сопротивлении.

Усилитель соберем на полевых транзисторах с p-n переходом. В таком случае выходной сигнал на нагрузке будет повторять входной сигнал только усиленный по мощности и току. Параллельно транзистору подключим сопротивление для уменьшения входного сопротивления эмиттерного повторителя.

При отсутствии запускающего импульса схема находится в устойчивом состоянии. При появлении запускающего импульса ОУ за счет положительной обратной связи переключается в неустойчивое состояние и находится в нем время, определяемое параметрами линии задержки. Затем ОУ вновь переходит в устойчивое состояние.

3. Схема электрическая принципиальная

На основе электрической функциональной схемы разрабатываем схему электрическую принципиальную, представленную в приложение 1.

Принципиальная схема определяет полный состав электрических элементов изделия и связей между ними и, как правило, дает детальное представление о принципах работы изделия. На принципиальной схеме изображают все электрические элементы, необходимые для осуществления и контроля в изделии заданных электрических процессов, все электрические связи между ними и электрические элементы, которыми заканчиваются входные и выходные цепи.

Приложением к принципиальной схеме является перечень элементов, в котором перечислены все элементы участвующие в работе и отображенные в схеме. Также указаны их номинальные значения. Перечень элементов представлен в приложении 2.

Одновибратором называется генератор импульсов прямоугольной формы с двумя состояниями, одно из которых неустойчивое, а другое - устойчивое.

Исходное состояние - устойчивое, в нем одновибратор может находиться сколь угодно долго, поэтому его называют режимом ожидания, а еще одновибратор называют и ждущим МВ (мультивибратором).

В неустойчивом состояние одновибратор переходит при воздействии внешнего короткого запускающего импульса и находится в этом состоянии в течение длительности импульса t_И, определяющегося параметрами внешних навесных элементов (резисторов и конденсаторов), затем одновибратор вновь переходит в устойчивое состояние.

Основой принципиальной схемы служит конденсатор С, который параллельно подключен к диоду VD1, за счет чего и создается ждущий режим работы.

В исходном состоянии напряжение на выходе ОУ равно - U_ВЫХ, поэтому:

.

А напряжение U_С равно падению напряжения на открытом диоде, т.е. U_С приблизительно равно 0.

При подаче в момент времени t₁ запускающего импульса «+» полярности, ОУ переводится в состояние с U_ВЫХ = U_ВЫХ⁺, в этом случае , а конденсатор С начинает заряжаться через резистор R.

Напряжение U_С асимптотически стремится к величине U_ВЫХ⁺, но при малейшем повышении им напряжения U_R1 схема переходит в устойчивое состояние с напряжением на выходе ОУ U_ВЫХ = - U_ВЫХ^- Под воздействием этого напряжения конденсатор С разряжается до нуля в интервале времени [t_2, t₃], называемым временем восстановления t_В в исходное состояние.

4. Определим тип транзистора для усилительного каскада

Расчет тока протекающего через эмиттер

Расчет напряжения подаваемого на коллектор

Расчет мощности рассеиваемой на коллекторе

Рассчитаем входное и выходное сопротивление усилительного каскада

Выбираем транзистор ГТ308А имеющий следующие параметры (см. табл. 1.):

Таблица 1

Для каскада усиления обычно выбирают исходный режим, рекомендуемый в справочнике

5. Операционный усилитель

Свое название операционный усилитель (ОУ) получил вследствие того, что он может использоваться для выполнения различных математических операций над сигналами. В настоящее время операционным называется усилитель с большим коэффициентом усиления, который охватывают цепью обратной связи, определяющей основные качественные показатели и характер выполняемых усилителем операций.

Условное обозначение ИМС ОУ приведено на рис. 3.

Рис. 3. УГО ИМС ОУ.

ИМС ОУ имеет два входных вывода: инвертирующий, обозначенный на рисунке кружком, и неинвертирующий. Сигнал на выходе ОУ инвертирован по отношению к сигналу, поданному на инвертирующий вход, и не инвертирован по отношению к сигналу, поданному на неинвертирующий вход.

Параметры операционного усилителя

Выбираем операционный усилитель К544УД2:

U_выхм= ± 10В

U_диф= ± 10В

I_выхм= 5мА

R_нагрм= 2000Ом

Микросхема К544УД2 представляет собой операционный дифференциальный усилитель с высоким входным сопротивлением и повышенным быстродействием.

Электрическая схема ИС содержит входной дифференциальный каскад на полевых транзисторах с p-n переходом, промежуточный дифференциальный каскад на p-n-p транзисторах, однотактные согласующие повторители и выходной двухтактный повторитель напряжения. Частотная коррекция осуществляется внутренним интегрирующим конденсатором и резистором. Внутренние элементы частотной коррекции обеспечивают стабильность в различных режимах обратной связи, в том числе при полной отрицательной обратной связи в повторителе напряжения.

Расчет линии обратной связи

R2=R3

R2+R3 ? 10R_{н доп оу}

R2 +R3 ? 20000 Ом

R2=R3 = 10000 Ом

Расчет времязадающей цепи

t_и= 1,1 R1C1

R1=0,1R_{вх оу} = 100000Ом

С1 = 0,01/ (1,1* 100000) = 9,09*10^-8 Ф

Выбор пассивных элементов из стандартных рядов.

R₁ - по ряду Е-24 = 100 кОм

R₂, R₃ - по ряду Е-24 = 10 кОм

С₁ - по ряду Е-24 = 91нФ

Рассчитаем коэффициент деления делителя.

=(10000-R2+R3)/(R2+R3

=(10000-10000+10000)/(20000) = 0.5

Рассчитаем длительность восстановления.

tвос = R1*C1*ln (1+)

tвос = 100000* 0.000000091*ln (1+0,5)= 3,69*10^-3

6. Погрешность выходного импульса

Рассчитаем основную и дополнительную погрешность длительности выходного импульса.

Основная погрешность - это погрешность R и C элементов, находящихся в нормальных условиях эксплуатации. Она возникает из-за не идеальности собственных свойств элементов. Нормальные условия это - условия при которых значения влияющих величин находятся в пределах рабочих областей.

Т = t_и + t_п = 2t_и = 0,4R₁C₁

д _T = 0,4v д²_R1 + д²_C1, где

д_R1 = 0,1 - класс точности резистора

д_C1 = 0,2 - класс точности конденсатора

д _T = 0,4•0,224 = 0,0896

Для конденсатора нормируют дополнительную погрешность на отклонение температуры окружающего воздуха от нормальной.

д _T = 0,4v(ТКС•Дtє)² + (ТКС•Дtє)², где

ТКС = 10^-5 - температурный коэффициент

Дtє - рабочий диапазон элемента R и C

д _T = 0,4v(10^-5•30)² + (10^-5•20)² = 0,4•0,36•10^-3 = 0,14•10^-3 = 0,00014

Список литературы

1. Браммер Ю.А. Импульсные и цифровые устройства: Учеб. Для сред. проф. учеб. заведений - М.: Высш. шк., 2006. - 351 с.:ил.

2. Калашников В.И., Нефедов С.В., Путилин А.Б., Раннев Г.Г., Тарасенко А.П., Сурогина В.А. Информационно-измерительная техника и технологии - ФГУП.: Высш. шк., 2002.

3. Цыкина А.В. Проектирование транзисторных уилителей: Учеб. пособ. для техникумов, М., - 1968

Приложение

Схема электрическая принципиальная

Временные диаграммы

Размещено на Allbest.ru