Автор работы: Пользователь скрыл имя, 25 Сентября 2013 в 06:35, контрольная работа
Задание №5 Разработать ждущий мультивибратор (одновибратор) прямоугольного импульса на базе ОУ и транзисторного каскада по исходным данным.
Длительность выходного импульса tи 10мС = 0,01С
Амплитуда выходного импульса Uвых 5В
Сопротивление нагрузки Rн 0.3Ком = 300Ом
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕСРСИТЕТ
Контрольная работа
по предмету:
Электроника
МОСКВА2008г.
Задание №5
Разработать ждущий мультивибратор (одновибратор) прямоугольного импульса на базе ОУ и транзисторного каскада по исходным данным.
Длительность выходного импульса tи 10мС = 0,01С
Амплитуда выходного импульса Uвых 5В
Сопротивление нагрузки Rн 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.
Разработаем электрическую структурную схему исходя из условий задачи.
Uвых – Выходной импульс
Uзап - 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.
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.
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 tИ, 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 – UВЫХ, поэтому:
.
А напряжение UС равно падению напряжения на открытом диоде, т.е. UС приблизительно равно 0.
При подаче в момент времени t1 запускающего импульса «+» полярности, ОУ переводится в состояние с UВЫХ = UВЫХ+, в этом случае , а конденсатор С начинает заряжаться через резистор R.
Напряжение UС асимптотически стремится к величине UВЫХ+, но при малейшем повышении им напряжения UR1 схема переходит в устойчивое состояние с напряжением на выходе ОУ UВЫХ = - UВЫХ-. Под воздействием этого напряжения конденсатор С разряжается до нуля в интервале времени [t2 , t3 ], называемым временем восстановления tВ в исходное состояние.
4. Определим тип транзистора для усилительного каскада
Рассчитаем входное и выходное сопротивление усилительного каскада
Выбираем транзистор ГТ308А имеющий следующие параметры (см. табл. 1.):
Таблица 1
Параметр |
Обозначение |
Значение |
Максимально допустимый постоянный ток коллектора |
Ik max, мА |
0,05 |
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер |
Uкэ, В |
20 |
Допустимая рассеиваемая мощность коллектора |
Рк , Вт |
0,15 |
Коэффициент передачи |
h21, Ом |
50…120 |
Коэффициент передачи |
h11, Ом |
500 |
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.
5.1. Параметры операционного усилителя.
Выбираем операционный усилитель К544УД2:
Uвыхм= ± 10В
Uдиф= ± 10В
Iвыхм= 5мА
Rнагрм= 2000Ом
Микросхема К544УД2 представляет собой операционный дифференциальный усилитель с высоким входным сопротивлением и повышенным быстродействием.
Электрическая
схема ИС содержит входной
дифференциальный каскад на
Расчет линии обратной связи
R2=R3
R2+R3 ≈ 10Rн доп оу
R2 +R3 ≈ 20000 Ом
R2=R3 = 10000 Ом
Расчет времязадающей цепи
tи= 1,1 R1C1
R1=0,1Rвх 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.
a=(10000-R2+R3)/(R2+R3
a=(10000-10000+10000)/(20000) = 0.5
Рассчитаем длительность восстановления.
tвос = R1*C1*ln(1+a)
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 = tи + tп = 2tи = 0,4R1C1
δ T = 0,4√ δ2R1 + δ2C1, где
δR1 = 0,1 – класс точности резистора
δC1 = 0,2 – класс точности конденсатора
δ T = 0,4∙0,224 = 0,0896
Для конденсатора нормируют дополнительную погрешность на отклонение температуры окружающего воздуха от нормальной.
δ T = 0,4√(ТКС∙Δtº)2 + (ТКС∙Δtº)2, где
ТКС = 10-5 – температурный коэффициент
Δtº - рабочий диапазон элемента R и C
δ T = 0,4√(10-5∙30)2 + (10-5∙20)2 = 0,4∙0,36∙10-3 = 0,14∙10-3 = 0,00014
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Учеб. пособ. для техникумов, М., – 1968
Схема электрическая принци
Схема электрическая прнцпиальная
Временные диаграммы