Общие сведения. Принцип действия. Методика расчёта.

Принцип действия.

Автоматическое устройство 3 после включения должно сформировать питающие схемы напряжение и под управлением запускающего импульса сгенерировать последовательность прямоугольных импульсов в заданными параметрами. Количество импульсов задается параметром К счетчика. Результат работы устройства может быть выведен на схему индикации или на какое-либо исполнительное устройство через шину данных BD.

Устройство работает следующим образом. При включении автоматического устройства напряжение сети ~220 B подается на силовой понижающий трансформатор 5, выпрямляется выпрямителем 6, сглаживается фильтром 7 и подает на вход стабилизатора мультивибратора 8 и стабилизатора напряжения для питания всех цифровых микросхем устройства (блок 13). Напряжение питания подается на все блоки схемы, кроме мультивибратора. Запускающий импульс переводит RS-триггер управления 2 в нулевое состояние и гасит суммирующий двоичный счетчик 10 сигналом R и запускает заторможенный мультивибратор 1. Выходной сигнал RS-триггера открывает электронный ключ 3 на выходе которого появляется выходное напряжение равное нулю. Это напряжение с помощью устройства сопряжения 4 формирует сигнал включения стабилизатора мультивибратора 8. Автоколебательный мультивибратор 9 начинает генерировать последовательность прямоугольных импульсов с заданными параметрами, которые подсчитываются суммирующим двоичным счетчиком 10. Двоичный код счетчика анализируется комбинационной схемой КС1 (блок 11), и как только этот код станет равным заданному числу К, вырабатывается единичный управляющий сигнал, который переключает RS-триггер в нулевое состояние. При этом ключ закрывается, устройство сопряжения 4 формирует напряжение +2В, которое отключает стабилизатор напряжения 8 и мультивибратор, счетчик фиксируется в последнем состоянии, а результат счета через комбинационную схему КС2 (блок 12) выводятся на шину данных BD. В таком состоянии автоматическое устройство будет находиться до прихода следующего запускающего импульса.

U _о.выпр. - номинальное выпрямленное напряжение выпрямителя (входное напряжение стабилизатора);

I _{о.max.выпр.}- максимальный ток выпрямителя;max

I _{о.min.выпр.}- минимальный ток выпрямителя;

a _min- относительное отклонение напряжения в сторону понижения;

a _max - относительное отклонение напряжения в сторону повышения;

K _п.выпр- коэффициент пульсации напряжения на выходе выпрямителя;

K _п.ф. - коэффициент пульсации напряжения на выходе сглаживающего фильтра должен быть в 10 раз меньше.

1.Заторможенный мультивибратор с резистивно-емкостной обратной связью на элементах. И - НЕ

Расчёт заторможенного мультивибратора.

Произведём расчёт заторможенного мультивибратора на ИЛЭ И - НЕ серии К155(стандартной).

Основные параметры серии К155:

Параметры		Параметры
I1ВХ, mА	- 0,8	R1ВХ, кОм
I0ВХ, mА		R0ВХ, кОм	Ґ
E ,В	4,2	R , Ом
E ,В		R , Ом
U , В не менее U ,В не более	2,4 0,4	K, не менее UВХ MAX, В	5,5
U ,В	1,5	UВХ MIN, В	- 0,4
U ,В	0,5	I MAX, mА
U ,В		f MAX, МГц
		PПОТ, мВт, не более

Проверяем условие:

R < R¹_ВХ*[(I ¹_ВХ * R¹_ВХ / U⁰_П)-1]^-1=666,7(Ом) (1.1)

Uпф/Uзф= R=752,38(Ом)

R не удовлетворяет условию (1.1)

Берем U_пф/U_зф=0,76 Ю R=633,33(Ом)

Из шкалы номинальных значений берём R=620(Ом)

Найдём ёмкость конденсатора С:

t_U2 = (R + R )*С * ln

С = =

= =

=1,626*10 (Ф)

Выбираем С =1,5*10^-9 (Ф)

Рассчитаем время восстановления мультивибратора:

t_B (R || R )* С* ln [ 10 + ] =

=(1,613*10 +5*10 )*1,5*10 *ln[10+ ] =

=1,383*10 (c)

Общая характеристика:

Резистор: R = 620 Ом, тип МЛТ,

номинальная мощность Р =.........Вт,

предельное напряжение -.........В

Конденсатор: С = 1,5 пФ, тип.......,

предельное напряжение -.........В.

Автоколебательный мультивибратор на базе

ИЛЭ И -НЕ.

Общие сведения. Принцип действия. Методика

Расчёта.

Автоколебательный мультивибратор (далее АМ) генерирует последовательность прямоугольных импульсов с заданной длительностью, амплитудой и частотой повторения.

Рассмотрим методику проектирования АМ с перекрёстными резисторно - ёмкостными обратными связями на элементах И – НЕ. В состав мультивибратора входят: два инвертора на двухвходовых ИЛЭ И - НЕ DD1.1 и DD1.2, резисторы R₁ и R₂, конденсаторы C₁ и C (рис.2.1).

При использовании m - входовых ИЛЭ И - НЕ ТТЛ (m -1) незадействованных входов подключается к источнику питающего напряжения через резистор 1 кОм или объединяются все m входов (при m 3), т.к. объединение входов при m > 3 приводит к снижению входных сопротивлений элементов (в m раз). При заземлении хотя бы одного из входов ИЛЭ будет постоянно находиться в единичном состоянии.

При работе мультивибратора в автоколебательном режиме инверторы DD1.1 и DD1.2 поочерёдно находятся в единичном и нулевом состояниях. Время пребывания инверторов в нулевом или единичном состоянии определяется временем заряда одного из конденсаторов С₁ или С₂. Если ИЛЭ DD1.1 находится в единичном состоянии, а DD1.2 в нулевом (t =0), то конденсатор С₁ заряжен током, протекающим через выход ИЛЭ DD1.1 и резистор R₁. Этот ток, как и входной ток ИЛЭ DD1.2,пренебрежимо мал и не оказывает существенного влияния на процесс заряда конденсатора. По мере заряда конденсатора C₁, входное напряжение U_ВХ2 инвертора DD1.2 уменьшается по экспоненциальному закону с постоянной времени t₁ , стремясь к нулевому уровню. Когда напряжение U_ВХ2 достигнет порогового напряжения U , ниже которого дальнейшее уменьшение входного напряжения приводит к уменьшению выходного напряжения инвертора ТТЛ, в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, при котором состояния элементов DD1.1 и DD1.2 изменяются на противоположные (t = t₁₎. Скачкообразное уменьшение выходного напряжения U_ВЫХ1 вызывает уменьшение входного напряжения U_ВХ2, что приводит к быстрому разряду конденсатора C₁, а затем к его перезаряду вытекающим током DD1.2 через резистор R₁. Входное напряжение U_ВХ2 при этом возрастает до значения U_ВХ(t ), определяемого моментом окончания процесса заряда конденсатора C₂ с постоянной времени t₂ в противоположной ветви мультивибратора (t= =t₂).

Таким образом, процессы периодически повторяются, и на выходах ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 формируется два изменяющихся в противофазе импульсных напряжения с длительностями t _U1 и t _U2.

Так как на протяжении всего времени заряда конденсатора С₂ (С₁) и перезаряда конденсатора С₁(С₂) ИЛЭ DD1.2 (DD1.1) должен находится в единичном состоянии, его входное напряжение U_ВХ2(U_ВХ1) не должно превышать порогового уровня U _, следовательно, сопротивление времязадающего резистора R₁ (R₂) должно быть достаточно малым. При этом необходимо вычислить минимальное и максимальное значение резисторов R₁ и R₂.

Максимально допустимое значение резистора вычисляется по следующему неравенству:

R < R¹_ВХ *[(I¹_ВХ * R¹_ВХ / U ) - 1] ^{- 1} (2.1)

Если при выборе сопротивления навесных резисторов R₁ и R₂ ограничиваться выражением (2.1), то при определённых условиях в мультивибраторе может наступить жёсткий режим возбуждения, когда после включения источника питающего напряжения оба инвертора оказываются в единичном состоянии. Для устранения такого режима необходимо выполнить условие:

R > R¹_ВХ * [(I¹_ВХ*R¹_ВХ / U - 1] ^{- 1} (2.2)

При выполнении (2.2) рабочие точки обоих ИЛЭ оказываются на динамических участках передаточных характеристик и, следовательно, даже небольшое различие в коэффициентах усиления К приводит к одному из двух квазиустойчивых состояний, когда на выходе одного ИЛЭ устанавливается высокий уровень выходного напряжения, а на выходе другого — низкий. Самовозбуждение мультивибратора в этом случае будет мягким.

Длительности импульсов на выходе мультивибратора можно определить по следующим выражениям:

t (R₁ + R¹_ВЫХ)*С₁*ln

t (R₂ + R¹_ВЫХ)* С₂* ln

Выходные импульсы рассматриваемого мультивибратора по форме близки к прямоугольным. Отношение амплитуд переднего и заднего фронтов выходного напряжения определяется соотношением:

U_ПФ / U_ЗФ = R / (R + R )

где R = R₁ для ИЛЭ DD1.1., R = R₂ для ИЛЭ DD1.2.

Скважность генерируемых импульсов:

Q = 1 + t_U2 / t_U1

Если t =t ,то C =C .

Статические характеристики.

Поведение ключа в статическом режиме определяется выходными I и входными I характеристиками транзистора по схеме с ОЭ.

На выходных характеристиках выделяются три области, которые определяют режим отсечки коллекторного тока, активный режим и режим насыщения ключевой схемы.

Область отсечки определяется точками пересечения линии нагрузки R с самой нижней кривой семейства выходных характеристик с параметром I = - I . Этой области соответствует режим отсечки, при котором:

--транзистор закрыт, т.к. оба его перехода смещены в обратном направлении

U >0, U <0

--напряжение U = - E +I *R - E

--ток коллектора минимален и определяется обратным (тепловым) током коллекторного перехода I =I

--ток базы I = - I ,а ток эмиттера I =0

--сопротивление транзистора постоянному току наибольшее

R = 100 кОм.

Активная область расположена между нижней кривой коллекторного тока и линией насыщения. Этой области соответствует активный нормальный режим, при котором эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный -- в обратном:

U <0,U >0

Ток коллектора I =B*I +(B+1)I =B*I +I ; I =(B+1)I .

Где B – коэффициент усиления базового тока в схеме с ОЭ.

Область насыщения определяется точками пересечения линии нагрузки с линией насыщения. Этой области соответствует режим насыщения. При котором:

--транзистор открыт, т.к. оба его перехода смещены в прямом направлении

U <0,U <0

--напряжение U и U насыщенного транзистора составляет доли вольта

--максимальный ток транзистора (ток насыщения) I , практически не зависит от параметров транзистора

I = (3.1)

--сопротивление транзистора постоянному току минимально (десятки ом)

r =

Коллекторный ток насыщения достигается при граничном токе базы I = = . (3.2)

Глубина или степень насыщения транзистора определяется коэффициентом насыщения S

S= .

Триггер

Триггер -это запоминающий элемент с двумя устойчивыми состояниями, изменяющихся под воздействием входных сигналов. Как элемент ЭВМ, триггер предназначен для хранения бита информации, т.е. “0” или “1”.

Выбираем D-триггер К155ТМ2.

Триггером типа D наз. синхронный запоминающий элемент с двумя устойчивыми состояниями и одним информационным

D-входом.

Рассмотрим работу D-триггера на основе RS-триггера.Закон его функционирования приведен в таблице переходов

Триггер устанавливается в состояние лог. "1" при одновременной подаче напряжения низкого уровня на входы эл-тов D2.1, D2.3 независимо от уровня напряжения на счетном входе С. При напряжении низкого уровня на счетном входе установка триггера в состояние лог. “0” может быть произведена при подаче напряжения низкого уровня на вход элемента D2.1, при напряжении высокого уровня на счетном входе — при подаче напряжения низкого уровня на вход эл-та D2.3. Поэтому при построении суммирующего счетчика, импульсы первого подают на шестые элементы, а при построении вычитающего счетчика — на 4-ые элементы.

Установка триггера в состояние лог.”1” при напряжении низкого уровня на счетном входе осуществляется подачей напряжения низкого уровня на вход элемента D1.1, при напряжении высокого уровня на счетном входе и входах "установка 0" (R1, R2) — подачей напряжения низкого уровня на вход элемента D2.2

При одновременной подаче напряжения низкого уровня на входы элементов D1.1 и D2.2 установка в состояние “1” осуществляется независимо от уровня напряжения на счетном входе. Поэтому при записи в счетчик произвольного кода и при установке реверсивных счетчиков в состояние “0” следует подавать импульсы установки на оба входа установки 1 (S1, S2) одновременно или раздельно в зависимости от рода работы.

При напряжении высокого уровня на счетном входе триггер находится в одном из двух устойчивых состояний, а при напряжении низкого уровня — в промежуточном состоянии (основной триггер, элементы D1.1 и D2.1 в предыдущем состоянии, на входах элементов D1.2 и D2.2 напряжение высокого уровня).

Минимальная длительность импульсов установки триггера

t_{и уст min}= t^{0, 1}_{зд р max}+ t^{1, 0}_{зд р max}.

Минимальная длительность цикла работы одиночного триггера

t_min= 3 t^{0, 1}_{зд р}+2 t^{1, 0}_{зд р}.

Установка в “0” схем выполненных на триггерах JK и D серий ИС ТТЛ, осуществляется отрицательным импульсом, подаваемым на вход R. Запись кода ведется в 2 такта: сначала установка в “0”, затем запись “1” в соответствующий разряд.

При выполнении схем на ИС типа ТВ1 и использовании предварительной установки 1 и 0 на вход синхронизации необходимо подавать напряжение низкого уровня.

Счетчик

Счётчиком наз. типовой функциональный узел ЭВМ, предназначенный для счета входных импульсов. Счётчик относится к классу накапливающих схем и представляет собой цепочку T-триггеров, образующих память автомата с заданным числом устойчивых состояний. Разрядность счётчика равна числу счётных триггеров.Каждый входной импульс изменяет состояние счётчика,которое сохраняется до поступления следующего считываемого сигнала. Логические значения выходов счётчика Q отображают результат счёта в прмнятой системе счисления.

Счётчики разделяют на простые (суммирующие и вычитающие) и реверсивные.

В нашем устройстве используем двоично - десятичный четырёхразрядный синхронный реверсивный счётчик К155ИЕ7.

Этот счётчик имеет три основных режима:

параллельная асинхронная загрузка двоично - десятичного кода по входу DI;

режим суммирования;

режим вычитания.

В двух последних режимах счетные импульсы подают на различные входы: при вычитании на вход CD.

Выходы переноса в указанных режимах также разные: PU - при суммировании, PD - при вычитании.

Функциональные возможности счётчика демонстрируют временные диаграммы (рис.),где показан пример предварительной записи двоично - десятичного кода числа 7.

Соответственно на временной диаграмме импульс переполнения PU появляется между состояниями счётчика отвечающими числами “ 15 ” и “ 0 ”. Аналогично импульс PD формируется в паузе между “ 0 ” и “ 15 ”.

Схема каскадного объединения счётчика показано на рис..

Схема и УГО счётчика К155ИЕ7 приведена на рис..

Принцип действия.

Автоматическое устройство 3 после включения должно сформировать питающие схемы напряжение и под управлением запускающего импульса сгенерировать последовательность прямоугольных импульсов в заданными параметрами. Количество импульсов задается параметром К счетчика. Результат работы устройства может быть выведен на схему индикации или на какое-либо исполнительное устройство через шину данных BD.

Устройство работает следующим образом. При включении автоматического устройства напряжение сети ~220 B подается на силовой понижающий трансформатор 5, выпрямляется выпрямителем 6, сглаживается фильтром 7 и подает на вход стабилизатора мультивибратора 8 и стабилизатора напряжения для питания всех цифровых микросхем устройства (блок 13). Напряжение питания подается на все блоки схемы, кроме мультивибратора. Запускающий импульс переводит RS-триггер управления 2 в нулевое состояние и гасит суммирующий двоичный счетчик 10 сигналом R и запускает заторможенный мультивибратор 1. Выходной сигнал RS-триггера открывает электронный ключ 3 на выходе которого появляется выходное напряжение равное нулю. Это напряжение с помощью устройства сопряжения 4 формирует сигнал включения стабилизатора мультивибратора 8. Автоколебательный мультивибратор 9 начинает генерировать последовательность прямоугольных импульсов с заданными параметрами, которые подсчитываются суммирующим двоичным счетчиком 10. Двоичный код счетчика анализируется комбинационной схемой КС1 (блок 11), и как только этот код станет равным заданному числу К, вырабатывается единичный управляющий сигнал, который переключает RS-триггер в нулевое состояние. При этом ключ закрывается, устройство сопряжения 4 формирует напряжение +2В, которое отключает стабилизатор напряжения 8 и мультивибратор, счетчик фиксируется в последнем состоянии, а результат счета через комбинационную схему КС2 (блок 12) выводятся на шину данных BD. В таком состоянии автоматическое устройство будет находиться до прихода следующего запускающего импульса.

U _о.выпр. - номинальное выпрямленное напряжение выпрямителя (входное напряжение стабилизатора);

I _{о.max.выпр.}- максимальный ток выпрямителя;max

I _{о.min.выпр.}- минимальный ток выпрямителя;

a _min- относительное отклонение напряжения в сторону понижения;

a _max - относительное отклонение напряжения в сторону повышения;

K _п.выпр- коэффициент пульсации напряжения на выходе выпрямителя;

K _п.ф. - коэффициент пульсации напряжения на выходе сглаживающего фильтра должен быть в 10 раз меньше.

1.Заторможенный мультивибратор с резистивно-емкостной обратной связью на элементах. И - НЕ

Общие сведения. Принцип действия. Методика расчёта.

Мультивибратор — это простой релаксационный генератор прямоугольных импульсов, к которым не предъявляют жёстких требований по параметрам. Используется положительная обратная связь. Есть два вида возбуждения: жёсткое и мягкое. При жёстком — оба плеча в одинаковом состоянии (нет генерации).

Заторможенный мультивибратор (далее, как ЗМ) предназначен для формирования прямоугольного импульса с заданной амплитудой и длительностью в ответ на один запускающий импульс.

ЗМ можно получать из соответствующих автоколебательныхмультивибраторов (далее, как АМ) путем замены одной из ветвей резистивно-емкостной обратной связи цепью запуска.

Длительность импульса запуска, с одной стороны, должна быть достаточной для переключения ИЛЭ, т.е. больше суммарной задержки их переключения (t⁰¹_зд или t¹⁰ _зд). С другой стороны, длительности формируемого импульса t_U. В противном случае мультивибратор во время действия запускающего импульса будет в неопределённом состоянии.

ЗМ с резистивно-емкостной обратной связью на ИЛЭ И-НЕ ТТЛ получается из АМ (рис.1.1) путём исключения, например, конденсатора С₂, резистора R₂ и диода VD₂. При этом резистивно-емкостная обратная связь заменяется непосредственной связью выхода ИЛЭ DD1.2 с одним из входов ИЛЭ DD1.2. Запускающие импульсы отрицательной полярности с амплитудой U_вх ”E_вых, подаётся на свободный от триггерного включения вход ИЛЭ DD1.1. В исходном состоянии ИЛЭ DD1.1 и DD1.2 находятся в нулевом и едином состояниях соответственно. Под действием запускающего импульса (t=t ) логических элементов изменяют свои состояния на противоположные, времязадающий конденсатор начинает заряжаться через выход ИЛЭ DD1.1 и резистор R.

Напряжение U_вх2 на выходе ИЛЭ DD1.2 при этом экспоненциально изменяется от E_max, стремясь к нулю. Формирование рабочего импульса длительностью t_U заканчивается при U_вх2 (t_U)=U¹_n (t=t ), так как дальнейшее уменьшение входного напряжения приводит к увеличению выходного напряжения ИЛЭ DD1.2. При t > t₂ в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, по окончании которого ИЛЭ возвращается в исходное состояние, а напряжение U_вх2 уменьшается скачком от U¹ _n до (U¹_n - E¹_вых). Далее мультивибратор в два этапа возвращается в исходное состояние. Сначала конденсатор С разряжается через смещенный в прямом направлении диод VD, а затем, после запирания диода, конденсатор перезаряжается входным вытекающим током I_вх ИЛЭ DD1.2, а напряжение U_вх2 стремиться к значению U ^. Если пренебречь временем разряда С через диод VD, то

t_B (R || R )* С* ln [ 10 + ].

Длительность импульса равна:

t_U2 = (R + R )*С * ln

Если период запускающих импульсов Т > t_U + t_B, то мультивибратор успеет восстановиться.

Для получения почти прямоугольной формы выходных импульсов заторможенного мультивибратора при Т >= t_U + t _B сопротивление времязадающего резистора R выбирается таким образом:

R < R¹_вх *[(I¹_вх * R¹_вх / U⁰_n) - 1]

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: