Разработка автоматического устройства

Вариант№. 8                                               Контрольная № 2.

ОБЯЗАТЕЛЬНО  ПЕРЕПИСАТЬ ВРУЧНУЮ!!!

Задание1.

Привестиописание принципа действия с временной диаграммой и расчет схемыавтоколебательного мультивибратора транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).

Исходныеданные:

t_и1 = 0,4  мкс ;                           Т=  0,7 мкс  ;

U_{п ф}/U_{з ф} = 0,78 B;           Серия ИС : К531.

Основные параметры :

U⁰_n – пороговоевходное напряжение соответствующее переходу элемента из единичного  состояния в нулевое;

U¹_n – пороговоевходное напряжение соответствующее переходу элемента из состояния нулевого вединичное;

I¹ вх, R¹ вх, = dUвх/diвх, U¹вых, Е¹вых, R¹вых = dUвых/diвых –

входной ток,  дифференциальное  входное сопротивление, входное сопротивление нагруженной схемы,  дифференциальное  выходноесопротивление соответствующие  единичному состоянию ИЛЭ

 I^{( )} вх, R^{( )} вх, U^{( )} вх,E^{( )} вых, R^{( )} вых – входной ток,  дифференциальное  входное сопротивление, входноенапряжение ненагруженной схемы, выходное сопротивление ненагруженной схемы,дифференциальное  выходное сопротивление соответствующие  нулевому состояниюИЛЭ: 

К = dUвых/dU вх – коэффициент  усиления ИЛЭ врежиме усиления.

РЕШЕНИЕ :

 1). Описаниепринцыпа действия.

В составмультивибратора входят: два инвертора на двухвходовых ИЛЭ

И-НЕDD1.1, DD1.2, резисторы R1, R2и конденсаторы C1, C2 времязавдающие цепи (ВЗЦ), защитные(демпфирущие) диоды VD1, VD2.

Приработе мультивибратора в автоколебательном режиме инверторы DD1.1, DD1.2,   поочередно находятся  в единичном  инулевом состояниях. Время прибывания инверторов  в нулевом или единичномсостоянии определяется временем заряда одного из конденсаторов С1 или С2.ЕслиИЛЭ DD1.1 находится в единичном состоянии, а DD1.2 в нулевом (t= 0), то конденсатор С1 заряжентоком, 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 мерезаряда конденсатора С1 входное напряжение U^{(2 )} вхинвертора DD1.2 уменшается по экспотенциальному закону с постоянной τ₁  , стремясь к нулевому  уровню.

Когда напряжение U^{(2 )} вх  достигаетпорогового напряжения U⁽¹⁾ n  ниже которого дальнейшее уменьшение  входного напряжения  приводит к уменьшению выходного напряжения инвертора ТТЛ, в мультивибраторе  развивается регенеративныйпроцесс,  при  котором состояние элементов DD1.1, DD1.2изменяются на противоположные (t = t₁). Скачкообразное уменьшение выходного  напряжения U^{(1 )} вых  ИЛЭ DD1.1 вызывает уменьшениевыходного напряжения U^{(2 )} вх , что приводит к быстромуразряду 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 сдлительностями t_U1  и t_U2  .

2). Расчетустройства.

Определимдлительность выходного импульса :

t_И2 = 0,3 мкс;

Так как  t_И1 ≠ t_И2,  мультивибраторнесиметричен и С1≠ С2.

Выходные  импульсы мультивибратора по форме близки кпрямоугольным.

Отношение амплитуд переднегои заднего фронтов выходного напряжения определяется соотношением:

Где R = R1 длявыходных импульсов ИЛЭ DD1.1, R = R2 для выходных импульсов ИЛЭ DD1.2

Вычислимзначения  резисторов R1, R2:

R = R1 = R2 = 35,455 кОм;

Вычислимзначения  конденсаторов C1,C2:

Из выражений для длительности импульсов  на выходахмультивибратора:

Откуда:

С1= 0,008 пкФ;              С2 = 0,006 пкФ;

Принципиальная схема мультивибратора:

Временная диаграмма:

Задание№  2.

Привестиописание принципа действия с временной диаграммой и расчет схемытранзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).

Исходныеданные:

t_и2 =   мкс;                        

U_{п ф}/U_{з ф} =   В;

РЕШЕНИЕ:

Заторможенногомультивибратора с резисторно-емкостной обратной связью на ИЛЭ И-НЕ ТТЛ получимиз автоколебательного мультивибратора путем исключения, конденсатора С2,резистора  R1 и диода VD2. При этом исключеннаярезистивно-емкостная обратная связь заменяется непосредственной связью выходаИЛЭ DD1.2. В качестве запускающего сигнала используетсяотрицательный перепад потенциалов значений

U_ВХ  = Е_ВЫХ,который подается на свободныйот тригерного включения вход ИЛЭ DD1.1.

Висходном состоянии и ИЛЭ ТТЛ DD1.1DD1.2 находятся в нулевом  и единичном состояниях соответственно . Поддействием запускающего импульса (в момент t = t₁) логическиеэлементы изменяют свои состояния на противоположные , времязадающий конденсаторначинает заряжатся через выход ИЛЭ ТТЛ DD1.2  и резистор R.

Напряжение U_ВХ2на выходе ИЛЭ ТТЛ DD1.2 экспотенциально изменяется от E_max, стремяськ нулю . Формирование рабочего импульса  длительностю t_U заканчивается при U_ВХ2(t_U) = U¹_n , так какдальнейшее уменшение входного напряжения приводит к увеличению выходногонапряжения ИЛЭ ТТЛ DD1.2.

При t > t₁ в мультивибраторе развивается регенеративный процесс, по окончаниикоторого ИЛЭ возвращается в исходное состояние , а напряжение U_ВХ2 уменшаетсяскачком от U_ВХ2  до (U¹_n -Е¹_вых). Далее мультивибратор в два этапа возвращается висходноое состояние . Сначала конденсатор С разряжается через смещенный в прямом направлении диод VD, азатем после запирания диода перезаряжается входным вытекающим током ИЛЭ, DD1.2,а напряжение U_ВХ2 стремится к значению U¹_ВХ.

Дляполучения прямоугольной формы выходных импульсов заторможенного мультивибраторасопротивление времязадающего резистора R должно удовлетворять условию:

Реальные значения найдем из соотношения:

R = 0,532  кОм;

Где :                           -- паралельное соединениерезисторов

         U_D– падение напряжения на открытом диоде VD,равное 0,6 В.

t_B = 0,357 мкс;_.

Длительность импульса:

С =0,44 пкФ.

Чтобымультивибратор успевал востанавливатся период повторения запускающих импульсоввыберем следующим образом:

T > t_И + t_В >0,757 мкс;

Временная диаграмма: