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]
|