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 τ1 , 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 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 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: