Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э.Баумана)

ФАКУЛЬТЕТ Информатика и системы управления (ИУ)

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

НА ТЕМУ: Расчёт несимметричного мультивибратора на биполярных транзисторах p-n-p-типа

Студент М. Панов

Руководитель Б. А. Пугачёв

2015 г.



АННОТАЦИЯ

В данной работе представлены описание схемы и временных диаграмм, расчетные методики мультивибратора на биполярных транзисторах p-n-p-типа. Схема электрическая принципиальная представлена в приложении.

В качестве биполярных p-n-p транзисторов использовались транзисторы 2N1707.

Рассчитанный мультивибратор, удовлетворяет следующим условиям:

· период следования выходных импульсов T = 45 мкс

· длительность выходных импульсов =11 мкс

· длительность фронта ? 1,2 мкс

· длительность среза ?2,1 мкс

· амплитуда выходных импульсов - 11 В

· Сопротивление нагрузки = 2200 Ом

Для этого были рассчитаны следующие параметры элементов схемы:

В процессе проведения расчетов так же были получены временные диаграммы работы несимметричного мультивибратора.



Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ МУЛЬТИВИБРАТОРА НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

РАСЧЁТ МУЛЬТИВИБРАТОРА

МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ MULTISIM

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ



ВВЕДЕНИЕ

Электронная вычислительная техника - сравнительно молодое научно-техническое направление, но она оказывает самое революционизирующее воздействие на все области науки и техники, на все стороны жизни общества. Характерно постоянное развитие элементной базы ЭВМ. Элементная база развивается очень быстро; появляются новые типы логических схем, модифицируются существующие.

Существует множество различных электронных устройств: логические элементы, регистры, сумматоры, дешифраторы, мультиплексоры, счетчики, делители частоты, триггеры, генераторы и др.

Генераторы преобразуют энергию источника питания в энергию периодических или квазипериодических электрических колебаний. Основное назначение генераторов в электронике - это формирование импульсов начальной установки и синхронизации, управляющих сигналов различной формы и длительности.

Все многообразие генераторов можно подразделить на следующие типы:

- генераторы прямоугольных импульсов;

- генераторы линейно-изменяющегося напряжения (ЛИН);

- генераторы ступенчато-изменяющегося напряжения;

- генераторы синусоидальных колебаний

Типичные формы прямоугольных колебаний показаны на рис.1



Рис.1. Типичные формы прямоугольных колебаний

Генераторы прямоугольных импульсов, имеющие в петле обратной связи элементы, накапливающие энергию, называются мультивибраторами.

Мультивибраторы подразделяются на две группы:

· автоколебательные мультивибраторы

· ждущие мультивибраторы или одновибраторы

Основное различие между этими мультивибраторами заключается в том, что автоколебательные мультивибраторы формируют импульсную последовательность при подаче напряжения питания на схему, так как они имеют две цепи обратной связи с накопителями энергии, а ждущие мультивибраторы формируют одиночный импульс с заданными параметрами по внешнему запуску, так как одна петля обратной связи не имеет накопителя энергии. Одновибратор - что-то среднее между мультивибратором и триггером.

Различают мягкий и жесткий режимы возбуждения мультивибраторов. При мягком режиме любые изменения напряжения в цепи обратной связи в момент включения питания приводят к возникновению режима генераций; при жестком режиме генерация возникает, когда напряжение в цепи обратной связи достигает определенного порога.

Мультивибраторы подразделяются на перезапускаемые и неперезапускаемые. В первом случае при подаче импульса запуска генерация выходных сигналов начинается заново с исходного состояния. Перезапуски позволяют неограниченно увеличивать длительность выходного импульса независимо от параметров схемы мультивибратора. Неперезапускаемые мультивибраторы не реагируют на внешние импульсы запуска.



ОПИСАНИЕ СХЕМЫ МУЛЬТИВИБРАТОРА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Мультивибраторы на БТ наиболее часто выполняются по симметричной схеме с коллекторно-базовыми связями (см. рис 2). Симметричность означает идентичность симметрично расположенных элементов: резисторов , и конденсатора ; параметры транзисторов одинаковы. Мультивибратор состоит из двух усилительных каскадов с ОЭ, выходное напряжение каждого из которых подается на вход последнего. В схеме приведённого мультивибратора использованы транзисторы p-n-p типа.

При подсоединении схемы к источнику питания оба транзистора открыты и обуславливают коллекторные токи. Их рабочие точки находятся в активной области, поскольку на базы через резисторы , подаётся отрицательное смещение. Однако такое состояние схемы неустойчивое. Из-за наличия в схеме ПОС выполняется условие и двухкаскадный усилитель самовозбуждается. Начинается процесс регенерации -- быстрое увеличение тока одного транзистора и уменьшение тока другого транзистора.

Наиболее распространённая схема мультивибратора на p-n-pанзисторах показана на рисунке 2.

Рис. 2. Схема мультивибратора на БТ p-n-pтипа



Пусть в результате любого случайного изменения напряжений на базах или коллекторах несколько уменьшается ток транзистора . При этом коллектор транзистора получит отрицательное приращение потенциала . Поскольку напряжение на конденсаторе не может мгновенно измениться, это приращение прикладывается к базе транзистора , открывая его. Потенциал на базе отрицательный, ток возрос, потери на резисторе возросли, получит приращение и будет приложено на ( ), т.е. ток уменьшиться, а ток возрастёт. Этот процесс протекает лавинообразно и заканчивается тем, что транзистор входит в режим насыщения, а транзистор в режим отсечки.

Схема переходит в одно из своих временно устойчивых состояний равновесия (квазиустойчивое состояние). Время нахождения схемы в квазиустойчивом состоянии определяется процессами перезарядки ёмкостей.

Пусть транзистор заперт, а транзистор открыт - первое временно устойчивое состояние. Конденсатор заряжен, цепь заряда: ЭБ₂ , , , и на “-”. Т.к заперт, то . В предыдущем цикле былоткрыт и напряжение на нём было . По мере заряжения ёмкости ток уменьшается, потери на уменьшаются и .

В момент времени (предыдущий цикл) транзистор насыщен, а транзистор - в отсечке. Ёмкость была заряжена до . Начиная с момента времени ёмкость начнёт разряжаться. Цепь разряда: “ ”, , , и на “-” .



Рис. 3 Временные диаграммы мультивибратора на БТ

несимметричный мультивибратор биполярный транзистор

Напряжение за счёт открытого транзистора приложено между Б и Э транзистора (“ ” на Б, а “-” на Э).

После перезаряда конденсатора, если бы мы схему оставили в включённом режиме, то напряжение на меняется в . Потенциал , транзистор открывается. Транзистор закрывается и начинается лавинный процесс перехода транзисторов из одного состояния в другое. В результате этого процесса транзистор открыт, а транзистор закрыт - наступает второе временно устойчивое состояние.

Начинается заряд конденсатора по цепи “ ”, БЭ , , , и на “-” . Напряжение достигает нуля, т.е. больше . После переходный процесс повторяется.

Таким образом, переходя периодически из одного временно устойчивого состояния равновесия в другое, мультивибратор формирует выходное напряжение, снимаемое с коллектора любого из транзисторов, почти прямоугольной формы.



РАСЧЁТ МУЛЬТИВИБРАТОРА

1) Выбор транзистора.

Транзистор выбирается по предельной частоте , максимально допустимому напряжению и статическому коэффициенту передачи по току . Скважность определяем из соотношения:

Q = 1 +0.23 ,

Откуда определяем, что коэффициент усиления по току должен быть равен:

h21э = Kнас,

Наименование прибора:	2SJ108.
Максимальная рассеиваемая мощность (Pс):	200 мВт
Предельно допустимое напряжение сток-исток (Uси):	10 В
Предельно допустимое напряжение затвор-исток (Uзи):	0
Максимально допустимый постоянный ток стока (Iс):	20 мА
Входная емкость С11и:	105 пФ
Проходная С12и:	32 пФ

Для проверки соотношения нам требуется рассчитать среднее значение напряжения отсечки и входного сопротивления:

Находим крутизну S по истоко-затворной характеристики:



Для расчета принимается . Это значение удовлетворительно согласуется с усредненными выходными характеристиками 2SJ108. Проверяем отношение:

Среднее значение входного сопротивления

2) Проверяем мощность, рассеиваемую в стоковой цепи открытого транзистора:



Амплитуда выходного импульса

Принимаем и рассчитываем

3) Вычисляем емкость большего из конденсаторов . Она должна быть такой, чтобы за время он успевал зарядиться. Поэтому или =

4) Сопротивление резистора

Полученное значение сопротивлений резисторов



Полученное значение сопротивлений резисторов удовлетворяет двум условиям: оно значительно меньше входного сопротивления транзистора( и значительно больше сопротивления открытого p-n перехода.

Первое условие важно с точки зрения малого влияния входного споротивления транзистора на период следования импульсов, а второе - для обеспечения на затворе (относительно истока) напряжения открытого транзистора, близкого к нулю.

5. Емкость конденсатора

6. Длительность среза импульса

7. Условие самовозбуждения

8. Длительность фронта импульса

где,

МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ MULTISIM

Используя полученные параметры, построим мультивибратор и смоделируем его работы в программе Multisim. Схема мультивибратора представлена на рисунке 4.

Для улучшения условий генерации, резисторы и подключим по схеме нулевого напряжения на затворе.



Временные диаграммы работы несимметричного мультивибратора

1) Последовательность выходных импульсов

2) Период следования выходных импульсов



· период следования выходных импульсов T = 1032 мкс; (Погрешность на период 6,32%)

3) Длительность фронта

· длительность фронта 1 = 100 нс?0,73мкс;

4) Длительность среза



· длительность среза ?17 мкс; (из-за погрешности).



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данной работы была рассчитана схема мультивибратора на биполярных транзисторах p-n-p типа с заданными характеристиками:

· период следования выходных импульсов T = 45мкс

· длительность выходных импульсов =11мкс

· длительность фронта ? 1.2мкс

· длительность среза ?2.1мкс

· амплитуда выходных импульсов - 11 В

Приведены функциональные и принципиальные схемы, а так же временные диаграммы сигналов, проведено моделирование схемы в системе MULTISIM.

Моделирование подтвердило проведённые вычисления, результаты полученные в результате эксперимента согласуются с поставленными условиями и теоретически рассчитанными характеристиками.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Бочаров Л.Н., Жебряков С.К. Расчет электронных устройств на транзисторах (1978)

2. Четвертаков И.И. Резисторы (справочник), М.: Энергоиздат, 1981.

3. Аксенов А. И., Нефедов А. В. Отечественные полупроводниковые приборы (справочное пособие), М.: Солон-Р, 2000.

4. Грабовски Б. Справочник по электронике / Богдан Грабовски ; Пер. с фр. Хаванов А. В. - 2-е изд., испр. -М.: ДМК Пресс, 2009. - 416 с.

5. Ушаков В.Н., Долженко О.В. Электроника: от элементов до устройств. -- М.: Радио и связь, 1993.--352 с.

6. Кабардин О.Ф. - "Транзисторная электроника" (Москва, 1972г.)

7. Важенина З.П. - "Импульсные генераторы на полупроводниковых приборах" (Москва, 1977г.)



ПРИЛОЖЕНИЕ

СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ

Размещено на Allbest.ru