Разработка автоматического устройства
Разработка автоматического устройства
Вариант №. 8 Контрольная № 2.
ОБЯЗАТЕЛЬНО ПЕРЕПИСАТЬ ВРУЧНУЮ!!!
Задание 1.
Привести описание принципа действия с временной диаграммой и расчет
схемы автоколебательного мультивибратора транзисторно-транзисторной логики
(ТТЛ).
Исходные данные: tи1 = 0,4 мкс ; Т = 0,7 мкс ;
Uп ф/Uз ф = 0,78 B; Серия ИС : К531.
Основные параметры :
U0n – пороговое входное напряжение соответствующее переходу элемента из
единичного состояния в нулевое;
U1n – пороговое входное напряжение соответствующее переходу элемента из
состояния нулевого в единичное;
I1 вх, R1 вх, = dUвх/diвх, U1вых , Е1вых, R1вых = dUвых/diвых –
входной ток, дифференциальное входное сопротивление, входное
сопротивление нагруженной схемы, дифференциальное выходное сопротивление
соответствующие единичному состоянию ИЛЭ
I( ) вх, R( ) вх, U( ) вх, E( ) вых, R( ) вых – входной ток,
дифференциальное входное сопротивление, входное напряжение ненагруженной
схемы, выходное сопротивление ненагруженной схемы, дифференциальное
выходное сопротивление соответствующие нулевому состоянию ИЛЭ:
К = dUвых/dU вх – коэффициент усиления ИЛЭ врежиме усиления.
РЕШЕНИЕ :
1). Описание принцыпа действия.
В состав мультивибратора входят: два инвертора на двухвходовых ИЛЭ
И-НЕ DD1.1, DD1.2, резисторы R1, R2 и конденсаторы C1, C2
времязавдающие цепи (ВЗЦ), защитные (демпфирущие) диоды VD1, VD2.
При работе мультивибратора в автоколебательном режиме инверторы DD1.1,
DD1.2, поочередно находятся в единичном и нулевом состояниях. Время
прибывания 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. К как диод VD1
при этом закрыт, то ток, протекающий через него , как и входной ток ИЛЭ
DD1.2, пренебрежимо мал и не оказывает существенного влияния на процесс
заряда конденсатора . По мере заряда конденсатора С1 входное напряжение U(2
) вх инвертора DD1.2 уменшается по экспотенциальному закону с постоянной ?1
, стремясь к нулевому уровню.
Когда напряжение U(2 ) вх достигает порогового напряжения U(1) n ниже
которого дальнейшее уменьшение входного напряжения приводит к уменьшению
выходного напряжения инвертора ТТЛ, в мультивибраторе развивается
регенеративный процесс, при котором состояние элементов DD1.1, DD1.2
изменяются на противоположные (t = t1). Скачкообразное уменьшение выходного напряжения U(1 ) вых ИЛЭ DD1.1 вызывает уменьшение выходного напряжения
U(2 ) вх , что приводит к быстрому разряду конденсатора С2 с постоянной
времени ?2 в противоположной ветви мультивибратора (t = t2).
При периодически повторяющихся процессах , на выходах ИЛЭ DD1.1, DD1.2
формируются два изменяющихся в противофазе импульсных напряжения с
длительностями tU1 и tU2 .
2). Расчет устройства.
Определим длительность выходного импульса :
tИ2 = 0,3 мкс;
Так как tИ1 ? tИ2, мультивибратор несиметричен и С1? С2.
Выходные импульсы мультивибратора по форме близки к прямоугольным.
Отношение амплитуд переднего и заднего фронтов выходного напряжения
определяется соотношением:
Где R = R1 для выходных импульсов ИЛЭ DD1.1, R = R2 для выходных импульсов
ИЛЭ DD1.2
Вычислим значения резисторов R1, R2:
R = R1 = R2 = 35,455 кОм;
Вычислим значения конденсаторов C1, C2:
Из выражений для длительности импульсов на выходах мультивибратора:
Откуда:
С1 = 0,008 пкФ; С2 = 0,006 пкФ;
Принципиальная схема мультивибратора:
Временная диаграмма:
Задание № 2.
Привести описание принципа действия с временной диаграммой и расчет схемы
транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).
Исходные данные:
tи2 = мкс;
Uп ф/Uз ф = В;
РЕШЕНИЕ:
Заторможенного мультивибратора с резисторно-емкостной обратной связью на
ИЛЭ И-НЕ ТТЛ получим из автоколебательного мультивибратора путем
исключения, конденсатора С2, резистора R1 и диода VD2. При этом
исключенная резистивно-емкостная обратная связь заменяется непосредственной
связью выхода ИЛЭ DD1.2. В качестве запускающего сигнала используется
отрицательный перепад потенциалов значений
UВХ = ЕВЫХ, который подается на свободный от тригерного включения вход ИЛЭ
DD1.1.
В исходном состоянии и ИЛЭ ТТЛ DD1.1 DD1.2 находятся в нулевом и единичном
состояниях соответственно . Под действием запускающего импульса (в момент t
= t1) логические элементы изменяют свои состояния на противоположные ,
времязадающий конденсатор начинает заряжатся через выход ИЛЭ ТТЛ DD1.2 и
резистор R.
Напряжение UВХ2 на выходе ИЛЭ ТТЛ DD1.2 экспотенциально изменяется от Emax,
стремясь к нулю . Формирование рабочего импульса длительностю tU
заканчивается при UВХ2(tU) = U1n , так как дальнейшее уменшение входного
напряжения приводит к увеличению выходного напряжения ИЛЭ ТТЛ DD1.2.
При t > t1 в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, по
окончании которого ИЛЭ возвращается в исходное состояние , а напряжение
UВХ2 уменшается скачком от UВХ2 до (U1n -Е1вых). Далее мультивибратор в
два этапа возвращается в исходноое состояние . Сначала конденсатор С
разряжается через смещенный в прямом направлении диод VD, а затем после
запирания диода перезаряжается входным вытекающим током ИЛЭ, DD1.2, а
напряжение UВХ2 стремится к значению U1ВХ.
Для получения прямоугольной формы выходных импульсов заторможенного
мультивибратора сопротивление времязадающего резистора R должно
удовлетворять условию:
Реальные значения найдем из соотношения:
R = 0,532 кОм;
Время востановления мултивибратора :
Где : -- паралельное соединение резисторов
UD – падение напряжения на открытом диоде VD, равное 0,6 В.
tB = 0,357 мкс;.
Длительность импульса:
С = 0,44 пкФ.
Чтобы мультивибратор успевал востанавливатся период повторения запускающих
импульсов выберем следующим образом:
T > tИ + tВ > 0,757 мкс;
Временная диаграмма:
-----------------------
[pic]
(
)
1
.
.
+
’
ВХ
Ф
З
Ф
П
R
R
R
U
U
[pic]
[pic]
[pic]
R2
R1
C2
C1
VD2
VD1
DD1.2
DD1.1
&
&
UВЫХ1
UВЫХ2
tU2
tU1
U1ВХ
UВХ(tU)
t
0
UВХ2
ЕMAX
-UD
0
UВЫХ1
UЗ.Ф
UП.Ф
U1ВХ
U1n
t2
t1
t
UВХ
R
C
VD
DD1.2
DD1.1
&
&
UВЫХ2
UВЫХ1
[pic]
(
)
1
.
.
+
’
ВХ
Ф
З
Ф
П
R
R
R
U
U
;
1
1
;
1
1
.
.
1
1
.
.
1
1
1
1
.
.
-
?
?
?
?
?
?
?
?
’
?
-
?
?
?
?
?
?
?
?
’
+
’
+
’
?
?
?
?
?
?
?
?
?
-
-
-
Ф
З
Ф
П
ВХ
Ф
З
Ф
П
ВХ
ВХ
ВХ
Ф
З
Ф
П
U
U
R
R
U
U
R
R
R
R
R
R
R
U
U
(
)
1
.
.
+
’
ВХ
Ф
З
Ф
П
R
R
R
U
U
[pic]
[pic]
[pic]
tВ
tU
UП.Ф
UЗ.Ф
Т
U1n
-UD
ЕMAX
UВХ2
UВЫХ1
UВХ
ЕВЫХ
U1ВХ
t1
t2
t3
t
t
t
0
0
0
[pic]