Исходные данные. Задание на выполнение расчета импульсного устройства на биполярных

Задание на выполнение расчета импульсного устройства на биполярных

Транзисторах

1. Произвести расчёт импульсного устройства в соответствии с номером

варианта задания по типовой методике.

2. Выбрать по справочнику элементы схемы со стандартными номинальными

параметрами и занести в таблицу типовой формы.

3. Оформить отчет по РГР в соответствии с существующими требованиями.

Исходные данные

Таблица 3.1

Продолжение табл. 3.1

Окончание табл. 3.1

Примечание: в таблице указаны следующие типы импульсных устройств:

1) несимметричный мультивибратор;

2) ждущий мультивибратор;

3) триггер Шмитта.

3.3. Расчет типовых импульсных устройств

3.3.1. Расчет автогенераторного мультивибратора на биполярных транзисторах

(рис. 3.1)

Исходные данные:
U_вых.m – амплитуда выходных импульсов;

t_и – длительность импульса;

t_ф – длительность фронта;

t_с – длительность среза;

Т – период следования импульсов;

R_н – сопротивление нагрузки;

t_окр^о – температура окружающей среды.

Рис. 3.1. Автогенераторный мультивибратор на биполярных транзисторах

Последовательность расчета автогенераторного мультивибратора на биполярных транзисторах:

1. Выбрать тип транзистора по следующим параметрам:

f_h21б – граничная частота транзистора в схеме с общей базой;

U_КБмакс – максимальное допустимое напряжение между базой и коллектором;

h_21э – минимальное значение коэффициента усиления по току.

По частотным свойствам к транзисторам мультивибратора предъявляются следующее требование

f_h21б ≥ 5(Q - 1)/ t_и,

где Q – скважность импульсов.

По коэффициенту усиления: h_21э = (Q - 1)К_нас/ 0,23

К_нас – коэффициент насыщения транзистора в схеме мультивибратора.

Для мультивибраторов рекомендуется выбирать К_нас в пределах 2…3

Требование по U_КБмакс : U_КБмакс ≥ 2U_ип; U_ип = (1,1 - 1,2) U_вых.m.

2. Рассчитать сопротивления в цепи коллекторов транзисторов.

Принять R_к1 = R_к2 = R_к.

R_к = К U_вых.m / I_к.нас

где К – коэффициент запаса (К = 3…4)

I_к.нас – ток насыщения коллектора транзистора при указанной в исходных

данных температуре окружающей среды;

I_к.нас ≤ I_ки ;

I_ки – импульсный ток коллектора транзистора.

3. Рассчитать сопротивления в базовых цепях транзисторов. Примем R_б1 = R_б2 = R_б

R_б = h_21э R_к / К_нас

4. Проверить условие температурной стабильности схемы

I_{КБОмакс} = I_КБО 2^{(tокр-20)/10}

Если выполняется условие I_{КБОмакс} R_б / U_ип – значительно меньше единицы, то температурным влиянием обратного тока коллектора транзистора на величины t_и и Т можно пренебречь. В противном случае необходимо скорректировать расчет.

5. Рассчитать емкости конденсаторов времязадающих цепей.

С_б2 = t_и / 0,7R_б; С_б1 = (Т - t_и) / 0,7R_б.

6. Проверить длительности фронта и среза

t_ф = 2τ_α; τ_α = 0,16/ f_h21б; t_с = 2,3 R_кC_б2.

Если полученные значения не превышают заданных, то рассчитанные значения емкостей оставить.

3.3.2. Расчет ждущего мультивибратора (рис.3.2.)

Исходные данные: U_вых.m; t_и; t_ф; t_с; Т; R_н; t_окр^о.

Рис. 3.2. Ждущий мультивибратор на биполярных транзисторах

Рекомендуемая последовательность расчета ждущего мультивибратора:

1. Выбрать тип транзистора по следующим параметрам:

f_h21б – граничная частота транзистора в схеме с общей базой;

U_КБмакс – максимальное допустимое напряжение между базой и коллектором;

h_21э – минимальное значение коэффициента усиления по току.

По частотным свойствам к транзисторам мультивибратора предъявляются следующее требование

f_h21б ≥ 5(Q - 1)/ t_и

где Q – скважность импульсов

по коэффициенту усиления: h_21э = (Q - 1)К_нас/ 0,23

К_нас – коэффициент насыщения транзистора в схеме ждущего мультивибратора.

Для ждущего мультивибратора рекомендуется выбирать К_нас в пределах 1,2 – 1,4

Требование по U_КБмакс : U_КБмакс ≥ 2U_ип; U_ип = (1,1 - 1,2) (U_вых.m + U¹)

Где U¹ – падение напряжения на резисторе R_э в режиме ожидания

Обычно выбирают U¹ = (0,2…0,3) U_ип

2. Рассчитать сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора VT2.

R_к2 = К_зап U_вых.m / I_к2.нас,

I_к2.нас – ток насыщения коллектора транзистора VT2 при указанной в исходных данных температуре окружающей среды

I_к2.нас ≤ I_ки

I_ки – импульсный ток коллектора транзистора

К_зап – коэффициент запаса. Обычно, в целях экономичности работы схемы принимают К_зап = 6…8.

3. Рассчитать сопротивление резистора R_э.

R_э = U¹ R_к2 h_21э / (h_21э + К_нас)(U_ип – U¹)

4. Рассчитать сопротивление резистора коллекторной цепи транзистора VT1.

R_к1 = (2…3)R_к2

5. Рассчитать сопротивления резисторов входного делителя.

R₁ = h_21э (R_к1 – R_к2) / К_нас,

R₂ = h_21э •R₁ •Rэ / (h_21э •R_к1 – К_нас •R₁).

6. Рассчитать сопротивление резистора и емкость конденсатора времязадающей цепи.

R = h_21э R_к2 / К_нас; C = t_и / 0,7R.

7. Проверить длительности t_ф и t_с.

t_ф = t_с = 3τ_α τ_α = 0,16/ f_h21б.

Если полученные значения не превышают заданных, то рассчитанные значения емкостей оставляем.

8. Рассчитать время восстановления, т.е. время заряда емкости С после окончания обратного переброса:

t_в = 4 R_к1 С; t_п = Т – t_в.

Если t_в значительно меньше t_п, то схема будет возвращаться в исходное состояние задолго до прихода следующего управляющего импульса.

9. Рассчитать емкость разделительного конденсатора

С_р = Т / 6 (R₁ + R_и)

R_и – сопротивление источника входного сигнала (принять R_и = 1 кОм)

3.3.3. Расчет триггера Шмита (рис. 3.3.):

Исходные данные: U_вых.m; t_и; t_ф; t_с; Т; R_н; t_окр^о.

Рис. 13. Триггер Шмитта на биполярных транзисторах

Последовательность расчета:

1. Выбрать тип транзистора по следующим параметрам:

f_h21б – граничная частота транзистора в схеме с общей базой;

U_КБмакс – максимальное допустимое напряжение между базой и коллектором;

h_21э – минимальное значение коэффициента усиления по току.

По частотным свойствам к транзисторам триггера Шмитта предъявляются следующие требования:

– по частоте: f_h21б ≥ f_вх / 0,7;

– по коэффициенту усиления: h_21э = (Q - 1)К_нас/ 0,23;

К_нас – коэффициент насыщения транзистора в схеме триггера Шмитта.

Для триггера Шмитта рекомендуется выбирать К_нас в пределах 1,2…1,4.

Требование по U_КБмакс : U_КБмакс ≥ 2U_ип; U_ип = (1,1…1,2) U_вых.m + U¹,

где U¹ – падение напряжения на резисторе R_э при открытом транзисторе VT2.

Обычно выбирают U¹ = 1,5…3,0 В.

2. Рассчитать сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора VT2

R_к2 = К_зап U_вых.m / I_к2.нас,

где I_к2.нас – ток насыщения коллектора транзистора VT2 при указанной в исходных данных температуре окружающей среды.

I_к.нас ≤ I_ки ,

К_зап – коэффициент запаса. Обычно, в целях экономичности работы схемы принимают К_зап = 6…8.

3. Рассчитать сопротивление резистора R_э.

R_э = U¹ R_к2 h_21э / (h_21э + К_нас)(U_ип – U¹).

4. Рассчитать сопротивление резистора коллекторной цепи транзистора VT1.

R_к1 = (2…3)R_к2.

5. Рассчитать сопротивления резисторов входного делителя

R₂ = Uип R_э / (R_э + R_к1) I_{КБОмакс}; I_{КБОмакс} = I_КБО 2^{(tокр - 20)/10};

R₁ = h_21э R₂ R_к2 / (h_21э R_э + R₂).

6. Рассчитать сопротивления резисторов выходного делителя транзистора VT1.

R₄ = h_21э U_ип R_э R_к1 / (U_ип R_к2 +h_21э R_к1 (R_э + R_к2) I_{КБОмакс}),

R₃ = h_21э R₄ R_к1 / (R₄ +h_21э R_э ).

7. Рассчитать емкость форсирующего конденсатора

С = t_ф (R₃ + R_к1) / 2,3 R₃ R_к1.

Рассчитать емкость разделительного конденсатора.

С_р = Т / 6 (R₁ + R_и),

R_и – сопротивление источника входного сигнала (принять R_и = 1 кОм)

8. Проверить длительности t_ф и t_с.

t_ф = t_с = 2τ_α; τ_α = 1/ (2π f_h21б).

Если получим значения, меньше заданных, то принимаем расчетные.

9. Рассчитать амплитуду выходных импульсов U_вых.m = U_ип R_к2 / (R_э + R_к2).

Список литературы

1. Бочаров Л.Н., Расчет электронных устройств на транзисторах./Л.Н.Бочаров [и др.].

– М.: Энергия, 1978. – 288 с., ил.

2. Изъюрова Г.И., Расчет электронных схем./Г.И.Изъюрова[и др.]. – М.: Высшая

школа, 1987. – 335с., ил.

3. Справочная книга радиолюбителя-конструктора /под ред. Н. И. Чистякова. –

М.: Радио и связь, 1990. – 624 с., ил.