Контрольная работа по "Электронике"

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  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.

 

 

 

 

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.

 

 

2. 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 [t₂ , 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

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:

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.

 

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 = t_и + t_п = 2t_и = 0,4R₁C₁

δ _T = 0,4√ δ²_R1 +  δ²_C1, где

δ_R1 = 0,1  – класс точности резистора

δ_C1  = 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

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема электрическая  принци

Схема электрическая прнцпиальная

 

 

Временные диаграммы