Расчет автогенераторного мультивибратора на биполярных транзисторах

 

Исходные данные (рис.6.3):

U_вых.m–амплитуда выходных импульсов;

t_и – длительность импульса;

t_ф – длительность фронта;

t_с – длительность среза;

Т–период следования импульсов;

Rн – сопротивление нагрузки;

t_окр^о – температура окружающей среды.

Последовательность расчета:

1. Выберем тип транзистора по следующим параметрам:

f_h21б – граничная частота транзистора в схеме с общей базой;

U_КБмакс– максимальное допустимое напряжение между базой и коллектором;

h_21э– минимальное значение коэффициента усиления по току.

2. По частотным свойствам к транзисторам мультивибратора предъявляются следующее требование:

f_h21б≥ 5(Q – 1)/ t_и,

где Q – скважность импульсов по коэффициенту усиления:

h_21э=(Q – 1)k_нас/ 0, 23;

k_нас – коэффициент насыщения транзистора в схеме мультивибратора.

Для мультивибраторов рекомендуется выбирать k_нас в пределах 2 – 3.

Требование по U_КБмакс : U_КБмакс≥ 2U_ип; U_ип=(1, 1-1, 2) U_вых.m

Рассчитаем сопротивления в цепи коллекторов транзисторов.

Примем R_к1=R_к2=R_к

R_к = kU_вых.m/I_к.нас,

где k – коэффициент запаса (k = 3 – 4), I_к.нас – ток насыщения коллектора транзистора при указанной в исходных данных температуре окружающей среды,

I_к.нас≤ I_ки ,

где I_ки – импульсный ток коллектора транзистора (по справочнику).

3. Рассчитаем сопротивления в базовых цепях транзисторов. Примем R_б1 = R_б2 = R_б,

R_б=h_21эR_к/k_нас.

Проверим условие температурной стабильности схемы:

I_{КБОмакс} = I_КБО2^{(tокр-20)/10}.

Если выполняется условие I_{КБОмакс}R_б/U_ип значительно меньше единицы, то температурным влиянием обратного тока коллектора транзистора на величины t_и и Т можно пренебречь. В противном случае необходимо скорректировать расчет.

Рассчитаем емкости конденсаторов времязадающих цепей:

С_б2=t_и/0, 7R_б; С_б1=(Т – t_и)/0, 7R_б.

Проверим длительности фронта и среза:

t_ф=2τ _α ; τ _α =0, 16/f_h21б; t_с=2, 3 R_кC_б2.

Если полученные значения не превышают заданных, то рассчитанные значения емкостей оставляем.

 

 

Расчет ждущего мультивибратора

 

Исходные данные (рис. 6.5):

U_вых.m– амплитуда выходных импульсов;

t_и – длительность импульса;

t_ф – длительность фронта;

t_с – длительность среза;

Т – период следования импульсов;

R_н – сопротивление нагрузки;

t_окр^о – температура окружающей среды.

Последовательность расчета:

1. Выберем тип транзистора по следующим параметрам:

f_h21б – граничная частота транзистора в схеме с общей базой;

U_КБмакс – максимальное допустимое напряжение между базой и коллектором;

h_21э – минимальное значение коэффициента усиления по току.

2. По частотным свойствам к транзисторам мультивибратора предъявляются следующее требование:

f_h21б≥ 5(Q – 1)/t_и,

где Q – скважность импульсов по коэффициенту усиления;

h_21э=(Q – 1)k_нас/0, 23,

где k_нас – коэффициент насыщения транзистора в схеме ждущего мультивибратора.

Для ждущего мультивибратора рекомендуется выбирать k_нас в пределах 1, 2 – 1, 4.

Требование по U_КБмакс: U_КБмакс≥ 2U_ип; U_ип=(1, 1–1, 2) (U_вых.m+U¹), где U¹–падение напряжения на резисторе R_э в режиме ожидания. Обычно выбирают U¹=(0, 2–0, 3) U_ип.

Рассчитаем сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора VT2:

R_к2=k_зап U_вых.m/I_к2.нас,

где I_к2.нас – ток насыщения коллектора транзистора VT2 при указанной в исходных данных температуре окружающей среды

I_к2.нас≤ I_ки ,

где I_ки–импульсный ток коллектора транзистора (по справочнику); k_зап–коэффициент запаса. Обычно, в целях экономичности работы схемы принимают k_зап=6¸ 8.

3. Рассчитаем сопротивление резистора

R_э=U¹R_к2 h_21э/(h_21э + k_нас)(U_ип – U¹).

4. Рассчитаем сопротивление резистора коллекторной цепи транзистора VT1:

R_к1=(2–3)R_к2.

5. Рассчитаем сопротивления резисторов входного делителя.

R₁=h_21э (R_к1–R_к2)/k_нас;

R₂=h_21э R₁ R_э/(h_21э R_к1–k_нас R₁).

6. Рассчитаем сопротивление резистора и емкость конденсатора времязадающей цепи:

R=h_21эR_к2/k_нас; C=t_и/0, 7R.

7. Проверим длительности t_ф, τ _α и t_с.:

t_ф=t_с=3τ _α τ _α =0, 16/ f_h21б.

Если полученные значения не превышают заданных, то рассчитанные значения емкостей оставляем.

8. Рассчитаем время восстановления, то есть время заряда емкости С после окончания обратного переброса:

t_в=4 R_к1 С; t_п = Т – t_в.

Если t_в значительно меньше t_п, то схема будет возвращаться в исходное состояние задолго до прихода следующего управляющего импульса.

9. Рассчитаем емкость разделительного конденсатора

С_р= Т/6 (R₁+R_и)

где R_и–сопротивление источника входного сигнала (принять R_и=1 кОм).

 

 

Расчет триггера Шмитта

Исходные данные (рис. 16.14):

U_вых.m–амплитуда выходных импульсов;

t_и – длительность импульса;

Рис. 16.14

t_ф–длительность фронта;

t_с–длительность среза;

Т–период следования импульсов;

R_н–сопротивление нагрузки;

t_окр–температура окружающей среды.

Последовательность расчета:

1. Выберем тип транзистора по следующим параметрам:

f_h21б – граничная частота транзистора в схеме с общей базой;

U_КБмакс–максимальное допустимое напряжение между базой и коллектором;

h_21э–минимальное значение коэффициента усиления по току.

По частотным свойствам к транзисторам триггера Шмитта предъявляются следующее требование:

f_h21б≥ f_вх/0, 7,

по коэффициенту усиления: h_21э=(Q–1)К_нас/0, 23; k_нас–коэффициент насыщения транзистора в схеме триггера Шмитта.

Для триггера Шмитта рекомендуется выбирать k_нас в пределах 1, 2 – 1, 4.

Требование по U_КБмакс: U_КБмакс≥ 2U_ип; U_ип=(1, 1–1, 2) U_вых.m+U¹,

где U¹–падение напряжения на резисторе R_э при открытом транзисторе VT2. Обычно выбирают U¹=1, 5¸ 3, 0 В.

Рассчитаем сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора VT2:

R_к2=k_зап U_вых.m/I_к2.нас,

где I_к2.нас–ток насыщения коллектора транзистора VT2 при указанной в исходных данных температуре окружающей среды,

I_к.нас≤ I_ки ;

k_зап–коэффициент запаса. Обычно, в целях экономичности работы схемы принимают k_зап=6¸ 8.

3. Рассчитаем сопротивление резистора

R_э= U¹ R_к2 h_21э/(h_21э+k_нас)(U_ип–U¹).

4. Рассчитаем сопротивление резистора коллекторной цепи транзистора VT1:

R_к1=(2–3)R_к2.

5. Рассчитаем сопротивления резисторов входного делителя:

R₂=U_ип R_э/(R_э+R_к1) I_{КБОмакс}; I_{КБОмакс}=I_КБО 2^{(tокр - 20)/10};

R₁=h_21эR₂R_к2/ (h_21эR_э+R₂).

6. Рассчитаем сопротивления резисторов выходного делителя транзистора VT1:

R₄=h_21эU_ипR_эR_к1/(U_ипR_к2+h_21эR_к1(R_э+R_к2) I_{КБОмакс});

R₃=h_21эR₄R_к1/(R₄+h_21эRэ).

7. Рассчитаем емкость форсирующего конденсатора

С=t_ф(R₃+R_к1)/2, 3R₃R_к1.

Рассчитаем емкость разделительного конденсатора

С_р=Т/6 (R₁+R_и),

где R_и–сопротивление источника входного сигнала (принять R_и=1 кОм).

8. Проверим длительности t_ф, τ _α и t_с:

t_ф=t_с=2τ _α τ _α =1/2π f_h21б

Если получим значения меньше заданных, то принимаем расчетные.

Рис. 16.15

9. Рассчитаем амплитуду выходных импульсов

U_вых.m=U_ипR_к2/(R_э+R_к2).

 

 

Примеры минимизации, записи функции и реализации

 

Пример 1 (рис. 16.15). Нанесения контуров можно понимать так, что края карты не являются границами. Говорят, что карта Карно представляет собой “бублик”. Она может быть соединена по левому и правому краю, образуя цилиндр, а затем по верхнему и нижнему краю, образуя ”бублик”. Для нашего примера

f = x3.

Реализация представлена на рис.16.15.

Рис. 16.16

Пример 2 (рис. 16.16). Логическая функция имеет вид

f=x1 + x2 = x1x2.

Рис. 16.17

Реализация – рис. 16.17. Реализация после применения закона Моргана – рис.16.18.

Рис. 16.18

Рис. 16.19

Пример 3. Рассмотрим типовую функцию, которая называется “Сумматор по модулю 2” или “Исключающее ИЛИ”. Таблица истинности для неё имеет вид (для двух входов), представленный на рис. 16.19. Обозначение функции “Исключающее ИЛИ”:

f=x1 Å x2.

Рис. 16.20

Карта Карно для этой функции показана на рис. 16.20. Она показывает, что нельзя организовать контур с несколькими единицами, т.е. минимизация невозможна и логическую функцию можно записать только в ДСНФ

.

Обращаем внимание, что

.

Реализация представлена на рис. 16.21. Требуется 2 корпуса.

Пример 4. Вид карты Карно для четырёх входных переменных показан на рис.16.22.

Рис. 16.21

Рис. 16.22

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Учебный материал, приведенный в настоящем пособии, предназначен для углубления теоретических знаний студентов. Он знакомит с практическими расчетами наиболее распространенных элементов информационной электроники. Успешное изучение сложных систем управления, устройств автоматики, телемеханики и релейной защиты на основе дискретных схем, микросхем и микропроцессоров невозможно без знания их элементной базы. Практические расчеты усилителей, инверторов, ключей, триггеров, генераторов на основе аналоговых и дискретных элементов помогут закрепить и углубить знания основ электроники, расширить технический кругозор, дадут возможность пользоваться специальной и справочной литературой.

Важным средством усвоения теоретических знаний является математическое (компьютерное) моделирование. Причем в соответствии с концепцией непрерывного использования персональных компьютеров в течение всего периода обучения приведенные в пособии примеры моделирования схем информационной электроники помогут успешному освоению курса " Организация ЭВМ и систем”. Поскольку все общетехнические и специальные дисциплины опираются на базовую подготовку студентов в области микроэлектроники и схемотехники, то освоение материала, изложенного в пособии, определит широкое внедрение ПК во все виды учебных занятий, в том числе курсовое и дипломное проектирование.

⇐ Предыдущая19202122232425262728Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Ключ на КМОП – транзисторах с индуцированным каналом
2. Ключи на биполярных транзисторах
3. Общие сведения о транзисторах
4. Особенности устройств цифровых интегральных схем на биполярных транзисторах.
5. Транзистор. Назначение, схемы и принцип работы биполярных транзисторов.
6. Электронные ключи на биполярных транзисторах