Тема. Дослідження автоколивальних та ждучих мультивібраторів на біполярних транзисторах


НазваТема. Дослідження автоколивальних та ждучих мультивібраторів на біполярних транзисторах
Дата13.04.2013
Розмір91.5 Kb.
ТипДокументи
bibl.com.ua > Історія > Документи
12 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №8
Тема. Дослідження автоколивальних та ждучих мультивібраторів на біполярних транзисторах.
Мета роботи: вивчення принципів, методів розрахунку і особливостей настроювання автоколивальних та ждучих мультивібраторів, набуття навичок реалізації їх на дискретних елементах, навичок конструювання та дослідження їх в реальних умовах.
Теоретичні відомості

Ждучі мультивібратори, котрі також називають одновібраторами - це пристрої, здатні почергово знаходитися в двох станах: довготривалому стійкому стані і короткочасному /квазистійкому/ стані. Для переведення з стійкого стану в квазистійкий на вхід схеми треба подати зовнішній запускаючий імпульс, після якого вона формує одне перемикання, а потім самостійно повертається в початковий стан, гальмується.

Якщо використовувати тільки момент закінчення квазистійкого стану, який може мати регульовану довжину, то довжина вихідного імпульсу визначить затримку вихідного сигналу по відношенню до фронту вхідного імпульсу і одновібратор працюватиме як схема регульованої затримки сигналу.

Одновібратори широко використовуються в пристроях автоматики та системах управління різноманітних модифікацій. Вони можуть бути реалізовані на дискретних елементах, логічних мікросхемах або операційних підсилювачах. Схеми на дискретних елементах використовуються в нестандартній апаратурі систем автоматичного регулювання і контролю процесів виробництва, в перетворювальній техніці, ядерній фізиці, де необхідні підвищені значення напруги та струму. В якості активних елементів в таких системах частіше всього використовуються біполярні транзистори, але також можуть використовуватись і польові та одноперехідні транзистори, діодні та тріодні тиристори.

Схеми на логічних елементах найбільш широко використовуються в різного роду цифровій апаратурі в силу своєї простоти, універсальності живлення (як правило, джерело +5В використовується для живлення всього пристрою) та зручності роботи з іншими інтегральними елементами. В деяких серіях логічних елементів одновібратори є у вигляді спеціальних мікросхем - наприклад, К1533АГ1. Схеми на операційних підсилювачах в основному використовуються в аналого-цифрових пристроях. Вони більш стабільні в роботі, але складніші за схемою, вимагають двох різнополярних джерел живлення, та мають на виході двохполярний сигнал.

Одновібратори на біполярних транзисторах. Найбільш відомі дві основні схеми одновібраторів цього типу: з колекторно-базовими зв’язками, та з емітерним зв’язком (рис.12.1,а, б).






Рисунок 12.1(а) – Одновібратор з колекторно-базовими зв’язками

Рисунок 12.1(б) – Одновібратор з емітерним зв’язком

В схемі рис.12.1,а транзистор VT1 в початковому стані закритий позитивною напругою +Езт а транзистор VT1 відкритий і насичений струмом бази з резистора R. При дії короткого вхідного позитивного імпульсу в колектор транзистора VT1 (рис.12.1,а) в схемі відбувається регенеративний процес, в результаті якого транзистор VT2 закривається, а транзистор VТ1 відкривається. Такий стан схеми квазистійкий і визначається часом перезаряду конденсатора С через відкритий VT1 сталою часу =RC.

При цьому позитивна напруга на базі транзистора VT2 зменшується по експоненті з тією ж сталою часу, намагаючись досягти значення (-Ек — ІкоR). В момент часу t2 напруга Uб2. досягає нульового значення, транзистор VT2 відкривається, знову виникає регенеративний процес, в результаті якого після заряджання конденсатора С зі сталою часу =Rк1 C схема повертається в початковий стан.

При розрахунку одновібратора з колекторно-базовими зв'язками задаються:

  • амплітуда вихідного імпульсу Umax;

  • тривалість імпульсу tu;

  • тривалість позитивного фронту tф;

  • період слідування;

  • опір Rн навантаження;

  • ємність Сн навантаження.


Обчислювання параметрів елементів схеми проводять у послідовності:

а) напругу джерела живлення Ек визначають за заданою амплітудою вихідних імпульсів Umax з умови:
Ek=(1,1….1,4) Umax; (12.1)
б) транзистор вибирають за колекторною напругою, струмом колектора та швидкодією:

  1. для забезпечення надійної роботи допустимі колекторна напруга і струм :


Uкб>=1,5 Eк, Ікдоп>=2Iкн; (12.2)


  1. для одержання заданої тривалості позитивного фронту імпульсу

(12.3)

причому транзистор вибирається за більшим значенням граничної частоти коефіцієнта передачі fa;

в) опір резисторів Rk1=Rk2=Rk обчислюють з співвідношення



при цьому перевіряють умову температурної нестабільності амплітуди вихідного імпульсу Rk<=0.05Umax/Ik0max та умову виключення впливу навантаження на роботу схеми Rk<=(0,1...0,2)RH
,
де Iko20 - тепловий струм колекторного переходу при 20 0 С

Амплітуда вихідної напруги
,



де =1,5...2,0 – ступінь насичення транзистора.
Для масових транзисторів рекомендується співвідношення ;

г) ємність часозадаючого конденсатора С визначається з співвідношення:



де ;
д) напруга джерела Езм=(0,15…0,25)Ек;

е) опір резисторів R2 i R1 визначається, з умови:

;

;

ж) ємність прискорювального конденсатора



и) час відновлення схеми при цьому необхідно брати до уваги, що відновлення має закінчитися до приходу наступного вхідного імпульсу, тобто T-tu>tb;

к) тривалість негативного фронту імпульсу колекторної напруги транзистора VT1 дорівнює:

;

л) тривалість позитивних фронтів імпульсів обох транзисторів

;

м) діод VD вибирають з малою прямою напругою Uпр і ;

н) амплітуда вхідного запускального імпульсу


де Rвн - внутрішній опір джерела сигналу і вхідний опір. Ємність визначається за формулою:



Недоліком схеми одновібратора з колекторно-базовими зв’язками є вплив опору навантаження на процеси перемикання схеми і велика тривалість фронту колекторної напруги Uk2 при закриванні транзистора VT2, яка визначається зарядом конденсатора С1. Ці недоліки відсутні в схемі ждучого мультивібратора з емітерним зв’язком.

Ждучий мультивібратор з емітерним зв’язком. Робота схеми в стійкому та квазистійкому стані забезпечується різними значеннями напруги емітера Ue, яка визначається емітерним струмом транзистора VT1 або VT2. Емітерний струм VТ1 менший за струм емітера VT2 внаслідок різних опорів Rk1 і Rk2.

Задані параметри одновібратора з емітерним зв'язком аналогічні схемі з колекторно-базовими зв'язками, а методика розрахунку дещо відрізняється.

1. Вибір джерела живлення Еk та типу транзистора визначають за методикою розрахунку одновібратора з колекторно-базовими зв’язками.

2. Опір резистора Rk1 вибирають з вимоги надійного відкривання та закривання транзистора VТ1 рівнями напруги Uе1 та Uе2, різниця між якими вибирається не менше 1.5...2 В.

Для створення такого перепаду емітерний струм транзистора VT2 має бути у кілька разів більшим за емітерний струм транзистора VT1 тому Rk1 вибирають з співвідношення:

,

.

3. Ємність часозадаючого конденсатора

.
де -
4. Опір резисторів подільника R1 і R2 визначається з вимоги закривання транзистора VT1 в стійкому стані та вимоги насичення транзистора VT1 у квазистійкому стані:


5. Час відновлення схеми При цьому повинна виконуватись умова .

6. Тривалість фронтів імпульсу колекторного навантаження транзистора VT2


де Сн і Сk - ємність навантаження та колекторного переходу відповідно.

8. Амплітуда вихідних імпульсів

Параметри елементів схеми запуску аналогічні схемі одновібратора з колекторно-базовими зв’язками.

Регулювання тривалості вихідних імпульсів в схемах одновібраторів (рис.12.1а,б) можна досягти як зміною параметрів R і С часозадаючого ланцюга, так і ввімкненням резистора R до регульованого джерела напруги. В останньому випадку регулюється напруга до якої намагається перезаряджатися конденсатор С, в квазистійкому стані, а значить змінюється і момент досягнення напруги на конденсаторі нульового значення.

Автоколивальні мультивібратори. Автоколивальні генератори прямокутних імпульсів (мультивібратори) - це пристрої, здатні почергово знаходитися в двох тимчасово стійких (квазистійких) станах, в кожен із яких вони переходять автоматично за рахунок перехідних процесів, що відбуваються в схемі. Як і одновібратори, мультивібратори МВ можна реалізувати на дискретних елементах, логічних, інтегральних схемах та операційних підсилювачах.

Схеми на дискретних елементах широко використовують в цифровій апаратурі широкого призначення в складі стандартних комплексів інтегральних елементів.

МВ на ОП в більшості своїй знаходять призначення в вимірювальній апаратурі, спеціальних пристроях.

М
ультивібратори на біполярних транзисторах. Типова схема симетричного автоколивального мультивібратора цього виду приведена на рис.12.2.
Рисунок 12.2 – Схема симетричного мультивібратора
Як і в схемі 0В з колекторно-базовими зв’язками, тривалість квазистійкого стану визначається часом перезаряду конденсатора, увімкненого через відкритий транзистор до входу закритого, від напруги Ек до нульової напруги. Цей момент визначає лавиноподібний перехід МВ у новий квазистійкий стан, коли відкритий та закритий транзистори міняють свої стани на протилежні і вступає в дію другий часозадаючий ланцюг, визначаючий тривалість другого квазистійкого стану. За цей час конденсатор першого часозадаючого ланцюга відновлює свій заряд.

При розрахунку автоколивального мультивібратора задаються:

- амплітуда вихідного імпульсу Umax ;

- період коливань T ;

- шпаруватість Q ;

- тривалість позитивного фронту tф.
Обчислювання параметрів елементів ведуть в такій послідовності.

1. Визначають напругу джерела живлення Ек за заданою амплітудою вхідних імпульсів Umax при умові Ек=(1,1…1,4)Umax.

2. Транзистор вибирають за колекторною напругою і струмом колектора та швидкодією:

- для забезпечення надійності роботи необхідна колекторна напруга і струм ;

- для забезпечення необхідної частоти роботи

3. Для виключення впливу навантаження на роботу схеми опори резисторів Rk1=Rk2=Rk вибирають при умові Rk<=(0,1…0,2)Rн. Якщо Rн= то максимальний опір резистора Rн вибирають при умові ІкоmaxRk<k. Мінімальний опір резистора обмежено співвідношенням



4. Перевіряють амплітуду вихідного імпульса, яка дорівнює:



Якщо вона менше заданої, збільшують Ек.

5. Значення базових опорів вибирають при умові забезпечення насичення (=1,5..2) транзистора в квазистійкому стані



6. Для симетричного мультивібратора значення ємностей С1=С2=С визначають за формулою





7. Для несиметричного МВ ємності конденсаторів С1 і С2 розраховують підставляючи замість часу Т/2 відповідно тривалості імпульсів ti1,ti2 :



8. Тривалість позитивного та негативного фронтів імпульсу відповідно дорівнюють

.
Регулювання тривалості вихідних імпульсів можна досягнути як зміною параметрів С і Rб, так і вмиканням резисторів Rб до регульованого джерела напруги — Eзм. Слід пам’ятати що при зміні параметрів Rб і С тільки одного плеча МВ змінюються його частота та шпаруватість, а при зміні Езм змінюється тільки частота.
Порядок виконання роботи

1. Запустіть Electronics Workbench.

2. Підготуйте новий файл для роботи. Для цього необхідно виконати такі операції з меню: File/New і File/Save as. При виконанні операції Save as буде необхідно вказати ім'я файлу і каталог, у якому буде зберігатися схема.

3
. Зібрати схему ждучого мультивібратора, приведеного на рис.12.3, де Rk1=30кОм, Rk2=2,4кОм, R1=24к0м, R2=5,6кОм, Re=820Ом, Rb=56к0м, Cр=30пФ; С=15 нФ.
Рисунок 12.3 – Схема ждучого мультивібратора
4. Зібрати схему, приведену на рис.12.4. Rk1=Rk2=Rk=2.4кОм, Rb1=Rb1=Rb=30к0м, C1=C2=C=6,8пФ.

Р
исунок 12.4 – Схема симетричного мультивібратора
5. Коли схема зібрана і готова до запуску, натисніть кнопку вмикання живлення на панелі інструментів. У випадку серйозної помилки в схемі (замикання елементу живлення накоротко, відсутність нульового потенціалу в схемі) буде видано попередження.

6. Зробіть аналіз схеми, використовуючи інструменти індикації. Виклик термінала здійснюється подвійним натисканням клавіші миші на елементі. У випадку потреби можна скористатися кнопкою Pause.

7. При необхідності зробіть доступні аналізи в розділі меню Analysis.

8. Занесіть пояснення щодо створення схем у звіт.

9. Зробіть висновки.

Контрольні запитання
1. З яких виходів ОВ на дискретних елементах краще знімати напругу?

2. Які засоби зміни тривалості вихідних імпульсів можна застосувати в схемах ОВ?

3. Яку роль грає вхідний подільник у схемі ОВ з емітерним зв’язком?

4. Поясніть фізичні принципи зміни частоти та шпаруватості генерованих імпульсів всіх розглянутих схем МВ.

5. Показати ланцюги заряду та розряду хронувальних конденсаторів в схемі автоколивального МВ.

6. Зрівняти характеристики схем ОВ с колекторно-базовими і емітерними зв’язками.




Схожі:

Тема. Дослідження автоколивальних та ждучих мультивібраторів на операційних підсилювачах
Мета роботи: вивчення принципів, методів розрахунку і особливостей настроювання автоколивальних та ждучих мультивібраторів, набуття...
Тема. Дослідження біполярних транзисторів за допомогою програмного...
Мета роботи: вивчення принципу дії та властивостей, дослідження характеристик, ознайомлення з основними параметрами та використанням...
Тема Сутність педагогічного дослідження
На практиці, як правило, дослідник використовує як теоретичні, так і емпіричні методи дослідження. Таке дослідження прийнято називати...
Практическая работа №3 Тема: Изучение усилителей на биполярных транзисторах
...
Тема. Дослідження зворотних зв’язків (ЗЗ) в підсилювачах
Мета роботи: дослідження впливу негативного ЗЗ на характеристики і параметри підсилювачів
Тема. Дослідження тиристорів за допомогою програмного комплексу Electronics Workbench
Мета роботи: вивчення принципу дії та властивостей, дослідження характеристик, ознайомлення з основними параметрами та використанням...
Урок з елементами дослідження Мета
Тема: «Драма-казка «Микита Кожум’яка» Олександра Олеся» (урок з елементами дослідження)
Тема. Дослідження підсилювальних каскадів за допомогою програмного...
Мета роботи: вивчення принципу дії та властивостей, дослідження характеристик підсилювальних каскадів
ЦІЛЬ: Отримати навички розрахунку вузлів ЕОМ ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ ЗАСОБИ
...
Тема. Дослідження польових транзисторів за допомогою програмного комплексу Electronics Workbench
Мета роботи: вивчення принципу дії та властивостей, дослідження характеристик, ознайомлення з основними параметрами та використанням...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання


При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
Головна сторінка