Электрический расчет схемы генератора прямоугольных импульсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание на курсовую работу

1. Исходные данные:

транзистор КТ104Б; Eк=15 В; Tи=10, 100, 1000, 10000 мкс; tи=5, 50, 500, 5000 мкс; tф?0,5 мкс; ?t=-25 ? +40 °C.

Структура АМ-ЖМ. Полярность положительная.

2. Содержание пояснительной записки:

ѕ Краткие теоретические сведения;

ѕ Принципиальная схема;

ѕ Электрический расчет.

3. Графический материал:

ѕ Принципиальная схема;

ѕ Перечень элементов;

ѕ Временные диаграммы.



Введение

Русское слово генератор произошло от латинского generator, которое переводится как родитель, производитель. Под генератором понимается устройство, преобразующее энергию источника постоянного напряжения в энергию колебаний самой разнообразной формы. Таким образом, генераторами являются устройства, создающие колебания электрической энергии в нагрузке.

В системах управления и телемеханики эти колебания используются для переноса аналоговой информации (амплитудная модуляция); для задания последовательности работы цифровых элементов; для выработки импульсных серий (кодов), передаваемых по каналам связи; для наладки и испытания узлов электронной аппаратуры и т.д.

В зависимости от условий возникновения колебаний различают автоколебательные и ждущие мультивибраторы. В автоколебательных мультивибраторах колебания, однажды возникнув, потом поддерживаются самим устройством как угодно долго (до снятия напряжения питания). В ждущих мультивибраторах вырабатывается колебание после прихода разрешающего или запускающего сигнала. По форме колебания различают генераторы гармонические (синусоидальные) и импульсные (прямоугольные, пилообразные, колоколообразные и т.п.).

В системах управления и телемеханики наиболее типичной является частота колебаний от единиц герц до сотен килогерц (иногда мегагерц), поэтому основными элементами, из которых строят генераторы, являются резисторы, конденсаторы (значительно реже и на высоких частотах катушки индуктивности), активные элементы (усилители, компараторы и т.п.).

В данной курсовой работе рассмотрен генератор прямоугольных импульсов, представляющий собой структуру:

ѕ автоколебательный мультивибратор,

ѕ ждущий мультивибратор.

Краткие теоретические сведения

Генераторы прямоугольных импульсов - устройства, которые формируют импульсы, близкие по форме к прямоугольным. Все генераторы прямоугольных импульсов представляют собой двухкаскадные регенеративные схемы. Выход первого каскада соединен с входом второго, а выход второго - с входом первого. Таким образом, в генераторах прямоугольных импульсов введена 100% положительная обратная связь.

К генераторам прямоугольных импульсов относятся мультивибраторы, которые могут работать в трех режимах: автоколебательном, синхронизации и ждущем. Автоколебательный режим и режим синхронизации близки между собой, так как в обоих случаях мультивибратор работает как генератор с самовозбуждением. Отличительной особенностью режима синхронизации является воздействие на мультивибратор синхронизирующего направление. В результате этого частота колебаний мультивибратора изменяется и становится равной или кратной частоте синхронизирующего направления.

Автоколебательные мультивибраторы выполняют функции задающих генераторов, делителей частоты следования импульсов и т.п. Наиболее простой и распространенной схемой является схема мультивибратора с коллекторно-базовыми емкостными связями. Такой мультивибратор представляет собой два усилительных каскада, выход каждого из которых соединен с входом другого. Если все элементы такого мультивибратора попарно равны, то мультивибратор называется симметричным. Поскольку мультивибратор является двухкаскадной регенеративной схемой, охваченной положительной обратной связью по переменному току, то при выполнении условия самовозбуждения в нем возникают скачки. Эти скачки состоят в быстром поочередном запирании одного и отпирании другого транзисторов, т.е. транзисторы работают в режиме ключей. После каждого опрокидывания в схеме устанавливается квазиустойчивое состояние равновесия, в течение которого происходит разряд одного и заряд другого хронирующих конденсаторов.

В ждущем режиме мультивибратор вырабатывает импульсы только тогда, когда на вход его поступают запускающие импульсы. Ждущие мультивибраторы используются как формирователи импульсов заданной амплитуды и длительности, а также в устройствах плавной регулируемой временной задержки импульсов.

Наиболее простой и распространенной является схема мультивибратора с эмиттерной связью. В ней выход первого каскада соединен через конденсатор с входом второго усилительного каскада - связь по переменному току. Выход второго каскада соединен с входом первого через сопротивления эмиттера и делителя - связь по постоянному току. Поэтому мультивибратор имеет одно устойчивое состояние равновесия, обусловленное связью по постоянному току, и второе состояние квазиустойчивого равновесия, обусловленное связью по переменному току. В первом состоянии мультивибратор может находиться сколь угодно долго. Для срабатывания схемы на нее подается запускающий импульс, который переводит схему во второе состояние равновесия. Второе опрокидывание схемы, которое приводит мультивибратор в исходное состояние, происходит в результате релаксационного процесса в самой схеме.



1. Электрический расчет схемы

Известно, что транзистор КТ104Б имеет следующие характеристики:

UКБО=15 В; fа=5 МГц; IК0=1мкА; CК=50 пФ; IКдоп=50мА; в=60.

Зададим диапазон изменения окружающей температуры ?t = 65?C.

По условию структура заданного генератора прямоугольных импульсов состоит из двух частей:

ѕ автоколебательный мультивибратор;

ѕ ждущий мультивибратор.

Рассчитаем последовательно эти две составляющие заданного генератора.

1.1 Расчет автоколебательного мультивибратора

1.1.1 Выбор напряжения источника EК

Напряжение источника EК задано, тогда уточняем амплитуду импульсов мультивибратора. Транзисторы в мультивибраторе работают в режиме насыщенных ключей. Следовательно, коэффициент использования коллекторного напряжения в транзисторных ключах близок к единице. Таким образом:

(1.1)

(1.2)

1.1.2 Выбор транзистора

Транзистор задан, поэтому уточняем длительность фронта:



, (=5 МГц) (2.1)

(2.2)

Для обеспечения надежности работы схемы необходимо проверить условие:

(2.3)

1.1.3 Расчет сопротивления резистора RК

Величину сопротивления следует определять из выражения для tФ:

(3.1)

С другой стороны для достаточной температурной стабильности амплитуды выходных импульсов необходимо выполнить условие:

(3.2)

где IКmax - значение обратного тока коллектора при максимальной температуре, определяете для германиевых транзисторов выражением:

(3.3)

(3.4)

(3.5)

(3.6)

Уменьшения величины сопротивления ограничивается максимально допустимым током коллектора.

В режиме насыщения:

(3.7)

(3.8)

Забор малого сопротивления RК увеличивает мощность, потребляемую схемой от источника. Учитывая все эти соображения, сопротивление RК обычно выбирают в диапазоне 1 ? 3 кОм.

Выберем по ГОСТ 28884-90(ряд Е24) ,.

1.1.4 Расчет сопротивления резистора RБ

Сопротивление в цепи базы и сопротивление в цепи коллектора RК связаны соотношением:

(4.1)

Учитывая зависимость коэффициента в oт температуры вt = в20оС (1 - б?t), найдём

(4.2)

Подставив численные значения и учитывая коэффициент насыщения S=1,5, получили

(4.3)

(4.4)

Выберем по ГОСТ 28884-90 (ряд Е24) .

1.1.5 Расчет хронирующего конденсатора

Для расчета емкости хронирующего конденсатора можно воспользоваться приближенным выражением , а , тогда

(5.1)

автоколебательный мультивибратор ждущий транзистор

(5.2)



1. Для ,

2. Для ,

3. Для ,

4. Для ,

Выберем по ГОСТ 28884-90(ряд Е24) С1=0,16 (нФ), С2=1,6 (нФ), С3=16 (нФ), С4=27(нФ)

1.2 Расчет ждущего мультивибратора

1.2.1 Выбор напряжения источника питания EК

Уточняется амплитуда импульсов ждущего мультивибратора:

(1.1)

и

(1.2)

Выбираем .

1.2.2 Выбор транзистора

Тип транзистора задан, следует лишь проверить выполнение условий:



UКБ0 ? 2EК = 2•15 = 30 (В) (2.1)

(2.2)

1.2.3 Расчет сопротивлений резисторов

Рассчитаем сопротивления резисторов , и :

Прежде всего, следует задаться током коллектора транзистора VТ4 в режиме насыщения. Этот ток должен быть меньше максимально допустимого тока

IКдоп = 50 мА.

Выберем :

(3.1)

Выберем по ГОСТ 28884-90(ряд Е24) .

(3.2)

Выберем по ГОСТ 28884-90(ряд Е24)

обычно выбирается из соотношения

(3.3)



Выберем , тогда исходя из плавного изменения длительности импульса, выберем по ГОСТ 28884-90(ряд Е24).

1.2.4 Расчет сопротивления резистора базы

Сопротивление резистора базы определяется по формуле

(4.1)

Выберем по ГОСТ 28884-90(ряд Е24)

Проверяем стабильность длительности импульса:

(4.2)

Следовательно, при расчете длительности импульса членом можно пренебречь.

1.2.5 Расчет делителя

Сопротивление резистора R1 определяется из неравенства, которое должно сохраняться в диапазоне температур, в том числе и при минимальной температуре, когда коэффициент усиления падает:

(5.1)

Выбираем по ГОСТ 28884-90(ряд Е24) R1(R5)= 13 (кОм).



(5.2)

Выбираем по ГОСТ 28884-90(ряд Е24) R2(R6 )= 2,7 (кОм).

Проверяется условие запирания транзистора VT3:

(5.3)

Следовательно, данное условие выполняется.

1.2.6 Расчет емкости хронирующего конденсатора

Величина емкости хронирующего конденсатора определяется по заданной длительности импульса :

(6.1)

(6.1)

(6.1)

(6.1)

Выберем по ГОСТ 28884-90(ряд Е24) ,,, .

1.2.7 Проверка условия восстановления схемы

(7.1)

(7.2)

Следовательно , что удовлетворяет условию.

1.2.8 Расчет мощности резисторов

Рассчитаем мощности резисторов с учетом скважности импульсов

(8.1)

(8.2)

(8.3)

(8.4)

(8.5)

Мощности сопротивлений делителя рассчитываем при запертом :



(8.6)

(8.7)

(8.8)

(8.9)

(Вт) (8.10)

Мощности сопротивлений R9, R10 рассчитываемые при открытом и насыщенном :

(мА) (8.11)

rкенR9, поэтому его не учитываем

(мВт) (8.12)

(8.13)

Учитывая необходимые 25% запаса по мощности и исходя из соображений максимальной унификации схемы, выбираем: все постоянные резисторы типа , , , , , конденсаторы типа К10-17Б-М47, К73-9, ФМ-110, переключатели ПТ8-7-3-П.

Заключение

В ходе курсовой работы был выполнен электрический расчет схемы генератора прямоугольных импульсов, представляющего собой структуру: автоколебательный мультивибратор, ждущий мультивибратор.

Разработана принципиальная схема данного устройства, начерчены временные диаграммы, иллюстрирующие работу в режиме максимального значения Ти , tи1 и tи2 .

Размещено на Allbest.ru