Задание. (Наименование дисциплины)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

……………………………………

(Наименование дисциплины)

на тему

…………………………………………………………

…………………………………………………………

Пояснительная записка

Студент группы…………………………………………………………………. (Код) (Подпись, дата) (Фамилия И. О.)

Руководитель……………………………………………………………………... (Уч. степень, звание) (Подпись, дата) (Фамилия И. О.)

Нормоконтролёр ………………………………………………………………...

(Уч. степень, звание) (Подпись, дата) (Фамилия И. О.)

Рыбинск 2012

Содержание

Задание. 3

1 Исследование автоколебательного мульвибратора на транзисторах. 5

1.1 Физические процессы, происходящие в мультивибраторе. 5

1.2 Проверка надёжности работы схемы и расчёт длительности фронта. 6

1.3 Расчёт сопротивления резистора R_К. 8

1.4 Расчёт сопротивления резистора R_Б 9

1.5 Расчёт хронирующего конденсатора. 10

2 Исследование ждущего мультивибратора на транзисторах. 11

2.1 Физические процессы, происходящие в ждущем мультивибраторе. 11

2.2 Уточнение амплитуды импульсов ждущего мультивибратора. 13

2.3 Расчёт сопротивлений резисторов R_К1, R_К2, R_Э. 14

2.4 Расчёт делителя R₁ и R₂ 15

2.5 Расчёт сопротивления резистора базы R_Б 15

2.6 Расчёт ёмкости хронирующего конденсатора. 16

2.7 Проверка условия восстановления схемы.. 17

Заключение. 18

Список использованной литературы.. 20

Приложение А.. 21

Приложение Б. 22

Приложение В.. 23

Задание

1. Исходные данные:

- транзистор КТ301Б;

- ;

- ;

- ;

- ;

- /

Структура АМ-ДЦ-ЖМ. Полярность положительная.

2. Содержание пояснительной записки:

- краткие теоретические сведения;

- принципиальная схема;

- электрический расчёт.

3. Графический материал:

- принципиальная схема;

- перечень элементов;

- временные диаграммы.

Введение

Генераторы прямоугольных импульсов, имеющие в петле обратной связи элементы, накапливающие энергию, называются мультивибраторами.

Мультивибраторы подразделяются на две группы:

- автоколебательные мультивибраторы;

- ждущие мультивибраторы или одновибраторы.

Основное различие между этими мультивибраторами заключается в том, что автоколебательные мультивибраторы формируют импульсную последовательность при подаче напряжения питания на схему, так как они имеют две цепи обратной связи с накопителями энергии, а ждущие мультивибраторы формируют одиночный импульс с заданными параметрами по внешнему запуску, так как одна петля обратной связи не имеет накопителя энергии. Одновибратор – что-то среднее между мультивибратором и триггером.

Различают мягкий и жесткий режимы возбуждения мультивибраторов. При мягком режиме любые изменения напряжения в цепи обратной связи в момент включения питания приводят к возникновению режима генераций; при жестком режиме генерация возникает, когда напряжение в цепи обратной связи достигает определенного порога.

Мультивибраторы подразделяются на перезапускаемые и неперезапускаемые. В первом случае при подаче импульса запуска генерация выходных сигналов начинается заново с исходного состояния. Перезапуски позволяют неограниченно увеличивать длительность выходного импульса независимо от параметров схемы мультивибратора. Неперезапускаемые мультивибраторы не реагируют на внешние импульсы запуска

1 Исследование автоколебательного мульвибратора на транзисторах

1.1 Физические процессы, происходящие в мультивибраторе

Поскольку мультивибратор является двухкаскадной регенеративной схемой, охваченной положительной обратной связью по переменному току, то при выполнении условия самовозбуждения в ней возникает скачки. Эти скачки состоят в поочередном быстром затирании одного и отпирании другого транзистора. Скачкообразное изменение состояний транзисторов, которые в схеме играют роль электронных ключей, часто называет опрокидыванием схемы. После каждого опрокидывания в схеме устанавливается квазиустойчивое состояние равновесия, в течение которого происходит разряд одного и заряд другого хронирующего конденсатора.

Рассмотрение физических процессов в схеме начнем с момента, когда после очередного опрокидывания транзистор V₁ оказался запертым, а транзистор V₂ открытым (эпюры, иллюстрирующие работу схемы, изображены в приложении В).

Конденсатор C₂, заряженный в предыдущем цикле работы, перезаряжается по цепи корпус-эмиттер-коллектор транзистора V₂ – C₂ – R_Б1 – (–) E_К. При этом падения напряжения на сопротивлении R_Б1 за счет тока перезаряда превышает величину E_К и результирующий положительный потенциал на базе транзистора V₁ удерживает этот транзистор в запертом состоянии. Конденсатор C₁ на этом этапе заряжается по цепи корпус-эмиттер-база транзистора V₂ – C₁ – R_К1 – (–) E_К.

Для нормальной работы мультивибратора необходимо, чтобы процесс заряда конденсатора протекал быстрее, чем процесс перезаряда. После окончания процесса заряда V₂ удерживается в открытом состоянии за счет протекания тока по цепи корпус-эмиттер-база транзистора V₂ – R_Б1 – (–)E_К.

Чтобы получить импульс хорошей формы и стабильности амплитуды, открытый транзистор должен находиться в режиме насыщения.

Однако насыщение оказывает и вредное влияние на работу мультивибратора. Чем больше коэффициент насыщения, тем длительней процесс рассасывания носителей и, следовательно, тем медленнее осуществляется процесс опрокидывания схемы.

При перезаряде конденсатора C₂ напряжение на базе транзистора уменьшается. Когда оно упадет до куля, транзистор V₁ начнет отпираться и напряжение на его коллекторе станет возрастать. Это возрастание напряжения через конденсатор C₁ передается на базу транзистора V₂, который начнет запираться. При этом напряжение на коллекторе транзистора V₂ начнет уменьшаться, уменьшение напряжения через конденсатор C₂ передается на базу транзистора V₁, что содействует его отпиранию. Таким образом, происходит лавинообразный процесс опрокидывания схемы, в результате которого ранее открытый транзистор V₂ запирается, а закрытый транзистор V₁ открывается.

Как следует из рассмотрения физических процессов, длительность квазиустойчивых состояний (и соответственно длительность генерируемых импульсов) определяется временем разряда хронирующих конденсаторов.

Разряд хронирующих конденсаторов происходит по экспоненте.

Начальное значение экспоненты на базе транзистора определяется напряжением, до которого зарядился конденсатор. Хронирующий конденсатор заряжается практически до напряжения источника питания.

Отпирание транзистора определяет момент прерывания процесса.

1.2 Проверка надёжности работы схемы и расчёт длительности фронта

Известно, что транзистор ГТ322Б имеет следующие параметры:

.

Транзисторы в мультивибраторе работает в режиме насыщенных ключей. Коэффициент использования коллекторного напряжения в транзисторных ключах близок к единице. Поэтому следует выбирать напряжение источника E_К:

, (1.1)

где U_m1 — амплитуда импульса.

Из формулы (1.1) найдём амплитуду импульса U_m1:

(1.2)

Подставив значения E_К = 15 В и в формулу (1.2), найдём амплитуду импульса U_m1:

Для обеспечения надёжности работы схемы необходимо выполнить условие значения напряжения коллектор-база U_КБ:

(1.3)

где Е_К — напряжение источника.

Подставив значения E_К = 15 В и U_КБ = 30 В в формулу (1.3), проверим условие:

Условие верно, поэтому схема будет работать надёжно.

Длительность фронта t_Ф находится по формуле:

, (1.4)

где — амплитуда импульса.

Подставив значения = 20 МГц в формулу (1.4), найдём длительность фронта t_Ф:

1.3 Расчёт сопротивления резистора R_К

Величину сопротивления R_К следует определять из выражения для t_Ф:

(1.5)

где m — некоторый коэффициент, зависящий от коэффициента насыщения S;

С_К — ёмкость коллекторного перехода.

Подставив значения m = 1, 5 и С_К = в формулу (1.5), и, используя значения формулы (1.4) найдём величину сопротивления R_К:

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

(1.6)

где — значение обратного тока коллектора при максимальной температуре, определяется для кремниевых транзисторов выражением:

(1.7)

Используя формулы (1.6) и (1.7), найдём сопротивлене R_К:

Уменьшение величины сопротивления ограничивается максимально допустимым током коллектора. В режиме насыщения:

,

откуда:

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

Выберем по ГОСТ R_К = 1, 5 кОм.

1.4 Расчёт сопротивления резистора R_Б

Сопротивление в цепи базы R_Б и сопротивление в цепи коллектора R_К связаны соотношением:

, (1.8)

где β — коэффициент передачи по току;

S — коэффициент насыщения.

Учитывая зависимость коэффициента β oт температуры β _t = β ₂₀^о_С (1 – α ∆ t), найдём:

, , ,

подставив численные значения и учитывая коэффициент насыщения S = 1, 5, получим:

Выберем по ГОСТ R_Б = 16 кОм.

1.5 Расчёт хронирующего конденсатора

Для расчета ёмкости хронирующего конденсатора можно воспользоваться приближённым выражением

,

откуда:

Выберем по ГОСТ C = 47 нФ.

2 Исследование ждущего мультивибратора на транзисторах