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]