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= 0,4мкс ; 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 τ1 , стремяськ нулевомууровню.
Когда напряжениеU(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 τ2 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 :
|
