Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Системи управління і автоматики
Кафедра:
Автоматика і телемеханіка
Інформація про роботу
Рік:
1999
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Елементи дискретних пристроїв автоматики
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
ДОСЛІДЖЕННЯ ТРАНЗИСТОРНОГО МУЛЬТИВІБРАТОРА
ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи ?7
з курсу
"ЕЛЕМЕНТИ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ"
для студентів спеціальності 7.0914.02
"Комп’ютеризовані системи управління і автоматики"
усіх форм навчання
Затверджено
на засіданні кафедри
"Автоматика і телемеханіка"
Протокол ? 1 від 3.09.1998 р.
Львів 1999
Дослідження транзисторного мультивібратора. Інструкція до лабораторної роботи ?7 з курсу "Елементи дискретних пристроїв автоматики" для студентів спеціальності “Комп’ютеризовані системи управління і автоматики” усіх форм навчання / Укл. В.Б.Дудикевич, В.М.Максимович, О.С.Вітер. - Львів: ДУЛП, 1999. - 12 с.
Укладачі: В.Б.Дудикевич, докт. техн. наук, проф., В.М.Максимович, канд. техн. наук, доц., О.С.Вітер, ст. викл.
Відповідальний за випуск: І.М.Ковела, к.т.н., доц.
Рецензенти: З.Р.Мичуда , З.М.Стрілецький кандидати техн. наук, доценти
1. МЕТА РОБОТИ
Метою роботи є ознайомлення з принципом роботи транзисторного мультивібратора, експериментальна перевірка розрахункових співвідношень, дослідження впливу елементів схеми на основні її параметри.
2. ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП
Мультивібратор - релаксаційний генератор, регенеративний процес в якому відбувається шляхом використання двох підсилювачів із взаємним міжкаскадним додатним звязком. Мультивібратори широко використовуються як генератори прямокутних імпульсів відносно великої тривалості (більше ніж декілька десятків мікросекунд).
Найбільш поширеним є мультивібратор з колекторно-базовими ємнісними звязками (рис. 1). На транзисторах VT1 і VT2 реалізовані підсилюючі каскади, ємності C1 і C2 є хронуючими.
У двокаскадних регенера-тивних схемах при виконанні умови самозбудження виникають стрибки. Ці стрибки полягають в почерговому запиранні одного і відпиранні другого транзистора. Стрибкоподібні зміни стану транзисторів, що в схемі виконують роль електронних ключів, називають перекиданням схеми. Після кожного перекидання в схемі установлюється квазістійкий стан рівноваги протягом якого відбувається розряд одного і заряд іншого хронуючого конденсатора.
Розгляд фізичних процесів у схемі почнемо з моменту, коли після чергового перекидання транзистор VT1 запирається, а транзистор VT2 відкривається (епюри, що ілюструють роботу схеми зображені на рис. 2).
Конденсатор C2, заряджений у попередньому циклі роботи, перезаряджається по колу: корпус - емітер-колектор транзистора T2 - C2 - Rб1 - (-)Eк. При цьому спад напруги на опорі Rб1 за рахунок струму перезаряду перевищує значення Eк і результуючий додатний потенціал на базі транзистора VT1 утримує цей транзистор в запертому стані. Конденсатор C1 на цьому етапі заряджається по колу корпус - емітер-база транзистора VT2 - C1 - Rк1 - (-)Eк.
Для нормальної роботи мультивібратора необхідно, щоб процес заряду відбувався швидше ніж процес перезаряду. Після закінчення процесу заряду транзистор VT2 утримується у відкритому стані за рахунок протікання струму по колу корпус - емітер-база транзистора VT2 - Rб2 - (-)Eк. Струм бази можна визначити за формулою:
, (1)
тому що Rб2 » rвх2.
Щоб отримати імпульс хорошої форми і стабільної амплітуди, відкритий транзистор повинен знаходитись в режимі насичення. Для цього необхідно виконати умову:
. (2)
З виразу (2) виходить, що
. (3)
Очевидно, така ж умова повинна бути виконана і для транзистора VT1, який буде відкритим в наступному циклі роботи. Отже
. (4)
Однак насичення також негативно впливає на роботу мультивібратора. Чим більший коефіцієнт насичення, тим триваліший процес розсмоктування носіїв і, відповідно, тим повільніше відбувається процес перекидання схеми. Тому s звичайно вибирають 1,2 1,5.
Підставляючи це значення коефіцієнта насичення у формули (3) і (4), отримуємо
. (5)
При перезарядці конденсатора C2 напруга на базі транзистора VT1 зменшується. Коли вона спаде до 0, транзистор VT1 почне відпиратися, а напруга на його колекторі збільшуватися. Це збільшення напруги через конденсатор C1 передається на базу транзистора VT2, який почне запиратися. При цьому напруга на колекторі другого транзистора почне зменшуватися; зменшення цієї напруги через конденсатор C2 передається на базу транзистора VT1, що сприяє його відпиранню. Таким чином, відбувається лавиноподібний процес перекидання схеми, в результаті якого раніше відкритий транзистор VT2 запирається, а закритий транзистор VT1 відкривається.
Для того, щоб в схемі відбувався процес перекидання, необхідно виконувати умову самозбудження. Фазова умова в такій двокаскадній схемі, як було показано вище, виконується, а амплітудна умова виконується, якщо добуток коефіцієнта підсилення каскадів за напругою К1 і К2 більший від одиниці.
Оскільки опір резисторів Rб1 і Rб2 значно більший ніж вхідні опори транзисторів, то коефіцієнти підсилення каскадів можуть бути визначені за формулами:
, (6)
. (7)
Відповідно амплітудна умова самозбудження мультивібраторів визначається нерівністю:
. (8)
За рахунок ускладнення схеми мультивібратора можуть бути значно покращені його технічні характеристики: зменшена тривалість фронту, збільшена стабільність, полегшене самозбудження тощо.
Розглянемо схеми, що дозволяють зменшити тривалість зрізу імпульсу на колекторі. На рис. 3 зображена схема мультивібратора з відсікаючими діодами.
У цій схемі після запирання транзистора запирається підключений до його колектора діод і зарядження хронуючого конденсатора відбувається через резистор Rз. Оскільки заряд конденсатора через колекторний резистор не проходить, то зріз напруги на колекторі визначається в основному інерційністю транзистора і крутизна зрізу тому значно вища.
Суттєвим недоліком варіанта схеми, що розглядається, є менша, ніж в основної схеми, максимальна шпаруватість імпульсів. Дійсно, при відпиранні транзистора діод, що підключений до його колектора, також відпирається і резистори Rк і Rз стають з’єднаними паралельно, тому для отримання такого ж режиму, як і в основній схемі опори цих резисторів мають бути достатньо великими. Звичайно вибирають Rк=Rз. У цьому випадку опір зарядного резистора є в два рази більшим опору колекторного резистора основної схеми, відповідно в два рази збільшується тривалість процесу заряду і в два рази зменшується максимальна шпаруватість.
На рис. 4 зображена схема з фіксуючими діодами. Напруга фіксації Eф менша (за абсолютною величиною) ніж колекторна напруга.
При зарядженні хронуючого конденсатора напруга на колекторі по експоненті зменшується, прямуючи до величини -Eк. Як тільки ця напруга досягне величини -Eф, фіксуючий діод відкривається і фіксує потенціал на колекторі. Тривалість фронту можна визначити за формулою
. (9)
Чим менша напруга джерела Eф, тим менша тривалість зрізу, однак при цьому зменшується також амплітуда вихідного імпульсу, яка, як видно з часових діаграм, практично дорівнює значенню напруги джерела фіксуючої напруги Eф. Якщо вибрати Eф= Eк, то отримаємо
. (10)
При такому значенні Eф відбувається чотирикратне зменшення тривалості фронту порівняно із схемою без фіксації.
Максимальна шпаруватість збільшується в стільки разів, в скільки зменшується тривалість зрізу. При Eф=0,5 Eк можливо отримати шпаруватість близько 15 30.
Застосування фіксуючих діодів підвищує також стабільність амплітуди імпульсу, тому що при відпиранні діода на колекторі фіксується потенціал Eф, який практично не залежить від струму Ік0.
РОЗРАХУНОК МУЛЬТИВІБРАТОРА
Розрахунок симетричного мультивібратора здійснюється згідно з таким технічним завданням:
а) амплітуда імпульсу Um;
б) період повторення імпульсів Tі;
в) діапазон температур Tmin - Tmax 0C;
г) тривалість фронту tф.
1. Вибір напруги джерела Eк.
Коефіцієнт використання колекторної напруги в транзисторних ключах близький до одиниці. Тому вибираємо
. (11)
2. Вибір транзистора.
При виборі транзистора повинні виконуватися такі умови:
а) для забезпечення надійності роботи схеми необхідно виконати умову
, (12)
б) для забезпечення тривалості фронту параметри транзистора повинні відповідати умові
, (13)
де f - гранична частота підсилення транзистора для схеми із спільною базою.
3. Розрахунок резистора Rк.
Вибираючи резистор Rк користуються такими умовами:
а) для забезпечення необхідної тривалості фронту вихідного імпульсу
, (14)
де Cк - колекторна ємність транзистора; m - деякий коефіцієнт, що залежить від коефіцієнта насичення s і враховує залежність ємності Cк від колекторної напруги. Для значень коефіцієнта насичення s=1,2 - 3, що часто зустрічаються на практиці, можна приблизно прийняти m = 1,5;
б) для забезпечення температурної стабільності амплітуди вихідного імпульсу необхідне виконання умови:
; (15)
в) зменшення величини опору обмежується максимально допустимим струмом колектора в імпульсному режимі Iкдоп:
. (16)
Вибір малого значення опору Rк збільшує потужність, що споживається схемою від джерела. Враховуючи усі ці міркування, значення опору Rк звичайно вибирають в діапазоні (1 3) кОм.
4. Розрахунок резистора Rб.
Розрахунок значення резистора Rб проводять виходячи з умови насичення відкритого транзистора, при мінімальному значенні min в заданому температурному діапазоні
. (17)
Значення min вибирається з довідника або розраховується за наближеною формулою
, (18)
де t - значення коефіцієнта підсилення при температурі t; - значення коефіцієнта підсилення при температурі +200С; a - коефіцієнт пропорційності, який дорівнює 0,005 0,01 1/град.
5. Розрахунок хронуючої ємності.
. (19)
6. Визначення тривалості зрізу імпульсу напруги на колекторі.
. (20)
7. Уточнення тривалості фронту імпульсу напруги на колекторі.
Уточнення проводиться після розрахунку Rк і вибору транзистора:
. (21)
3. ЗМІСТ РОБОТИ
1. За завданням викладача розрахувати схему мультивібратора з колекторно-базовими ємнісними зв’язками. За даними розрахунку зібрати схему і перевірити експериментально збіжність отриманих параметрів (періоду коливань, тривалості імпульсу, вихідної напруги, тривалості фронту) з заданими.
Зарисувати з екрану осцилографа осцилограми колекторних та базових напруг.
2. Дослідити залежність тривалості імпульсу від значення ємності для декількох її значень.
3. Зняти залежність частоти коливань від значення опорів базових резисторів.
4. Визначити залежність частоти вихідних імпульсів від значення напруги базового зміщення.
5. Ввести в схему коректуючі діоди, зберігаючи незмінним попереднє значення частоти коливань, що генеруються.
Зарисувати осцилограми напруг на колекторах та базах транзисторів, а також на катодах коректуючих діодів. Пояснити вплив діодів.
4. ВКАЗІВКИ ДО ЗВІТУ
Звіт повинен містити:
1. Принципові схеми пристроїв, що досліджувались.
2. Результати експериментальних досліджень, зведені в таблиці і зображені у вигляді графіків.
3. Епюри напруг.
4. Порівняння теоретичних і експериментальних результатів, аналіз причин можливих розбіжностей, висновки.
5. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1. У чому полягає принцип роботи мультивібратора з колекторно-базовими ємнісними зв’язками?
2. Як використовуються мультивібратори?
3. Як можна зменшити тривалість зрізу на колекторі транзисторів мультивібратора?
4. Який принцип роботи схеми мультивібратора із фіксуючими діодами?
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства. Учебник для вузов. М., Связь, 1973.
2. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч. 1. Электронные устройства информационной автоматики: Учебник/ Под общ. ред. А.А.Краснопрошеной.-К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989.
3. Мандзій Б.А., Желяк Р.І. Основи аналогової мікросхемотехніки. Посібник для студентів радіотехнічних спеціальностей вузів України/ Під редакцією д.т.н. проф. Мандзія Б.А.-Львів, “Тезаурус”, 1993.
Навчальне видання
ДОСЛІДЖЕННЯ ТРАНЗИСТОРНОГО МУЛЬТИВІБРАТОРА
ІНСТРУКЦІЯ
до лабораторної роботи ?7
з курсу
"ЕЛЕМЕНТИ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ"
для студентів спеціальності 7.0914.02
"Комп’ютеризовані системи управління і автоматики"
усіх форм навчання
Укладачі: Валерій Богданович Дудикевич Володимир Миколайович Максимович Олександр Сергійович Вітер
Редактор О.Губарева
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора