Изучение и расчёт генератора тактовых импульсов

                  

2.1. Цель работы

 

    2.1.1. Изучить схему и принцип действия мультивибратора с коллекторно-базовыми конденсаторами.

    2.1.2.Получить навыки расчета импульсных схем на примере схе­мы автоколебательного мультивибратора.

2.2. Содержание расчетного задания

2.2.1. Выполнить расчет схемы мультивибратора. Варианты исходных параметров для расчета приведены в таблице 2.1 и указываются преподавателем.

    2.2.2.Выполнить расчет ключевого режима работы транзисторов,
указанных в таблице П.1.приложения. Необходимые, для расчета, параметры транзисторов приведены в [5] в таблице П.1.

 

2.3. Методические указания

 

2.3.1. Ключевой режим работы транзистора.

Основой сложных импульсных схем являются транзисторные ключи. Транзистор­ным ключом называют схему, основное назначение которой состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки с помощью управляющих вход­ных сигналов. Качество транзисторного ключа определяется минимальным падением напряжения на нем в замкнутом состоянии, когда транзистор открыт до насыщения, мини­мальным током в разомкнутом состоянии, когда транзистор полностью закрыт, и скоростью перехода из од­ного состояния в другое.

    Мощность, рассеиваемая транзистором в режиме отсечки, рассчитывается по формуле:  

Р_отс = Е_к×I_кбо,                                                (2.1)

где I_кбо- обратный ток с коллектора на базу, I_кбо- взять из паспортных данных своего транзистора; Е_к = Е_пит - приведены для всех вариантов в таблице 2.1.

                       

Мощность, рассеиваемая транзистором в режиме насыщения,

Р_нас = I_кн×U_кэн,                                         (2.2)

 где U_КЭН - падение напряжения на транзисторе в режиме насы­щения; I_кн- ток коллектора в режиме насыщения,                       

                                         (2.3)

 

Средняя мощность, рассеиваемая транзистором за время прямого и обратного переключений,

 

,                                        (2.4)

 

Мощность, рассеиваемая транзистором в режиме насыщения,

Р_нас = I_кн×U_кэн,                                          (2.5)

 

Таблица 2.1.

Параметры элементов схемы мультивибратора                                                                        

Номер варианта	Значения параметров					Напряжение
	Сб1, мкФ	Сб2, мкФ	Rб1, кОм	Rб2, кОм	Rк, кОм	Епит, В
1	0,022	0,022	132	132	8,2	10
2	0,022	0,022	82	182	8,2	20
3	0,033	0,033	51	51	6,8	24
4	0,047	0,047	51	51	6,8	24
5	0,047	0,047	150	150	6,8	12
6	0,01	0,01	51	51	6,8	12
7	0,05	0,05	150	100	7,5	15
8	0,5	0,5	68	68	7,5	10
9	0,022	0,022	132	132	8,2	10
10	0,022	0,022	68	68	8,2	12
11	0,022	0,022	100	100	8,2	10
12	0,022	0,022	51	51	8,2	12
13	0,022	0,022	82	82	8,2	15
14	0,022	0,022	82	51	8,2	15
15	0,01	0,01	82	132	8,2	10
16	0,01	0,01	100	100	8,2	10
17	0,01	0,01	82	82	8,2	20
18	0,01	0,01	68	68	8,2	10
19	0,07	0,022	132	132	8,2	20
20	0,07	0,022	100	100	8,2	15
21	0,07	0,022	82	82	8,2	15
22	0,07	0,022	68	68	8,2	12
23	0,07	0,022	51	51	8,2	10
24	0,05	0,05	51	51	8,2	10
25	0,5	0,5	51	51	8,2	20
26	0,068	0,01	100	100	6,8	12
27	0,015	0,015	68	68	7,5	12
28	0,01	0,01	132	132	8,2	10
29	0,05	0,05	51	51	6,8	12
30	0,05	0,05	68	68	7,5	12
31	0,05	0,05	132	132	8,2	15
32	0,05	0,05	100	100	7,5	10
33	0,022	0,047	82	132	8,2	12
34	0,033	0,022	51	132	8,2	10
35	0,05	0,05	51	100	7,5	15
36	0,05	0,1	100	100	8,2	12
37	0,05	0,05	82	51	7,5	10
38	0,05	0,033	82	82	7,5	12
39	0,01	0,01	51	132	7,5	15
40	0,01	0,05	51	82	7,5	10
41	0,01	0,01	100	51	8,2	12
42	0,01	0,01	51	182	8,2	12
43	0,05	0,05	82	51	8,2	24
44	0,01	0,05	132	132	8,2	24
45	0,01	0,047	51	51	8,2	24
46	0.01	0.047	82	132	7.5	10

где U_КЭН - падение напряжения на транзисторе в режиме насы­щения; I_кн- ток коллектора в режиме насыщения,                       

                                         (2.6)

 

Средняя мощность, рассеиваемая транзистором за время прямого и обратного переключений,

 

,                                        (2.7)

 

где Т - период колебаний, рассчитываемый по уравнению: Т = t_и1+ t_и2;t_Ф - длительность фронта (длительность обоих фронтов считаем одинаковой).

Длительности t_и1 и t_и2 рассчитываются через исходные параметры мультивибратора, приведенные в таблице 2.1, по формуле:

t_и = 0,7 · C_б·R_б.                                          (2.8)

Длительность фронта у импульсов мультивибратора можно рассчитать через параметры схемы С_б и R_к, приведенные в таблице 2.1, по формуле:

t_ф= 2,3 С_б·R_к .                                     (2.9)

    Полная мощность, рассеиваемая в ключе:

    ,                                (2.10)

где t_отс, t_нас- время нахождения транзистора в состоянии отсечки или насыщения (соответствуют t_и1 и t_и2, приведенным в уравнении (2.8)).

Частота колебаний мультивибратора равна:

              ,                                          (2.11)

где Т - период колебаний.

3. Расчёт стабилизатора напряжения

                              

3.1. Цель работы.

3.1.1. Изучить влияние элементов схемы на режим ра­боты стабилизаторов.

3.1.2. Научиться производить расчет стабилизаторов с использовани­ем параметров транзисторов и микросхем.

3.2. Содержание расчетного задания

3.2.1. Выполнить расчет компенсационного стабилизатора напряжения (рис.3.1) с использованием параметров транзисторов и параметров операционных усилителей, взятых из справочников [7,8].

Для расчёта стабилизатора, в соответствии с номером варианта, необходимы Е_пит и ток нагрузки. Е_пит берётся равным напряжению питания генератора тактовых импульсов. Значения Е_пит приведены в таблице 2.1. Ток нагрузки стабилизатора определяется током, потребляемым элементами схемы счётчика импульсов на микросхемах ТТЛ. Расчёт суммарного тока микросхем счётчика, выполняется в соответствии с требованиями пункта 1.1.4, в разделе 1, по данным микросхем разработанной электрической принципиальной схемы. Диапазон темпера­туры окружающей среды в пределах 25—50°С.

Входные и выходные характеристики транзистора, выбранного по данным расчета, нужно взять в методических указаниях [5] и справочнике [7].

3.3. Методические указания

В большинстве силовых электрических сетей, напряжение поддерживается с точностью не выше ±5 %. Для обеспечения заданной стабильности питающего напряжения применяют стабилизаторы напряжения.

Необходимо отметить, что низкое значение КПД (0,5-0,7) компенсационного стабилизатора, обусловленное потерей мощности на регулирующем элементе, является его основным недостатком. Несмотря на указанный недостаток в настоящее время стабилизаторы такого типа широко применяются в уст­ройствах электропитания.

Типовая схема стабилизатора с последовательным включе­нием регулирующего элемента приведена на рис.3.1.

Стабилизатор состоит из регулирующего транзистора VТ1, усилителя постоянного тока VТ2,R1, источника опорного напря­жения VД, R2 и делителя напряжения R3,R4,R5.

При изменении входного напряжения U_вх, например, при увеличе­нии в первый момент, начинает увеличиваться выходное напряжение

U_вых, что приводит к увеличению напряжения на ниж­нем плече делителя. Напряжение U_д сравнивается с опорным напряжением стабилитрона VД.

Увеличение напряжения приводит к увеличению отрицательного потенциала на базе транзистора VТ2 и, следовательно, увеличению тока коллектора тран­зистора VТ2, что уменьшает отрицательный потенциал на базе транзистора VТ1 относительно эмиттера. Ток базы транзистора VТ1 уменьшается, что приводит к его запиранию и увеличению падения напряже­ния на переходе коллектор-эмиттер транзистора. Напря­жение на выходе стабилизатора уменьшается до первоначального зна­чения с определенной сте­пенью точности.

Рис. 3.1. Схема транзисторного стабили­затора с последовательным включением ре­гулирующего элемента.

При изменении тока нагрузки, например уве­личении, выходное напря­жение в первый момент начинает уменьшаться за счет увеличения падения напряжения на переходе коллектор - эмиттер ре­гулирующего транзисто­ра VТ1. Это вызовет умень­шение напряжения на нижнем плече делителя. Уменьшаются отрицательный потенци­ал базы транзистора VТ2 и его базовый и коллекторный токи. Ток базы транзистора VТ1 увеличивается, что приводит к умень­шению напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзис­тора VТ1. Выходное напряжение увеличивается до первоначаль­ного значения.

Регулировка выходного напряжения в схеме осуществляет­ся потенциометром R4.

Коэффициент стабилизации стабилизатора

Kст = Ку α (r_к + R1) U_вых /U_обр,                                      (3.1)

где К_у - коэффициент усиления усилителя постоянного тока; r_к-сопротивление коллектора транзистора VТ2 в схеме с об­щим эмиттером; α- коэффициент передачи делителя; α = R3/(R4+ R5).

Подобные стабилизаторы имеют К_ст≤500-700. Для повышения коэффициента стабилиза­ции необходимо применять более сложные схемы компенсаци­онных стабилизаторов напряжения. Широко применяют схемы с операционными усилителями обеспечивающие большой К_ст (рис 3.2.).

Следует иметь в виду, что стабилизатор напряжения не толь­ко уменьшает нестабильность, но и сглаживает пульсации вы­прямленного тока приблизительно в К_ст раз.

При необходимости стабилизировать большие токи и для повышения коэффициента стабилизации компенсационного стабилизатора в качестве регулирующего элемента используют со­ставной транзисторVТ1. Использование составного транзистора увели­чивает коэффициент стабилизации на величину коэффициента уси­ления по току дополнительного транзистора.

                   

                                                            12

Рис. 3.2. Схема транзисторного стабили­затора с ОУ и последовательным включением ре­гулирующего элемента.

Коэффициент стабилизации компенсационных последовательных стабилизаторов достигает нескольких тысяч и зависит от коэффи­циента усиления усилителя ОУ.

Выходное сопротивление компенсационных стабилизаторов име­ет значение порядка нескольких Ом и даже долей Ом. Пример расчета стабилизатора напряжения приведён в [6].

ПРИЛОЖЕНИЯ

                                                                                                  Таблица П. 1.

---

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1008; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!