Мультивібратор

1. Літературний обзор

2. Аналіз технічного задания.

3. Синтез структурної схемы.

4. Аналіз принципової схеми мультивибратора управління разверткой.

5. Вибір елементної базы.

6. Розрахунок принципової схеми мультивибратора управління розгорненням по постійному току.

7. Розрахунок принципової схеми мультивибратора управління розгорненням по тимчасовому току.

8. Компонування друкованого узла.

1. Розрахунок посадкових мест.

2. Розрахунок на вибропрочность.

9. Розрахунок надійності мультивибратора управління разверткой.

10. Розрахунок теплового режима.

Заключение

.

Список використовуваної литературы.

1. Літературний обзор

Для отримання імпульсів прямокутної форми широко використовуються релаксационные генератори, побудовані з урахуванням підсилювачів з позитивною зворотної зв’язком. Релаксационные генератори, у яких позитивна зворотний створюється з допомогою RC-цепей, називають мультивибраторами. Причому глибина позитивним зворотним зв’язку залишається майже постійної в широкої смузі частот. Якщо позитивний зворотний зв’язок створюється з допомогою імпульсного трансформатора, то такі релаксационные генератори називають блокинг-генераторами.

Мультивибраторы можуть працювати у двох режимах: автоколебательном і ждущем.

У автоколебательном режимі схема має дві квазиустойчивых стану, тривалість кожного у тому числі визначається времязадающей цепью.

У ждущем режимі схема має одну стійке стан, у якому може бути необмежено довго. Під впливом короткого що запускає зовнішнього імпульсу схема стрибком перетворюється на квазиустойчивое стан, а потім самостійно повертається у вихідне стан, формуючи імпульс заданої длительности.

Широкополосность ланцюга зворотний зв’язок є характерною ознакою всіх генераторів імпульсів, причому завжди на частоті w->0 виконується умова Ky1), в останній момент включення напруги харчування. Тоді будь-які шуми у системі, викликані випадковими чинниками, посилюються і крізь ланцюг зворотний зв’язок подаються на вхід підсилювача в фазі, яка відповідає фазою вхідного сигналу, причому величена цього додаткового сигналу більше обурення, що викликало його поява. Відповідно збільшується вихідний напруга, що сприятиме подальшому збільшення вхідного сигналу тощо. у результаті випадково що виник обурення призведе до безперервному наростання вихідного сигналу, яке досягло б нескінченного великого значення, якби це так було можливе. Проте за певному рівні сигналу проявлятися нелинейные властивості електронного підсилювача. Коефіцієнт посилення починає зменшуватися зі збільшенням значення сигналу у системі. За виконання умови Ky=1 амплітуда автоколебаний стабілізується і автогенератор починає давати коливання, мають постійну амплитуду.

Жорсткий режим порушення відрізняється від розглянутої тим, що з ньому до виникнення автоколебаний слід витратити до влаштуванню додатковий зовнішній сигнал, не менший певного значення. Це пов’язане особливостям нелінійності усилительного устрою. У час включення напруги харчування й відсутності автоколебаний Ky1. У цьому виникнуть автоколебания, амплітуда яких наростати і ухвалить закон стаціонарне значення прийме Ky=1.

Мультивибратор управління розгорненням, застосований в осциллографе С1- 67, також належить до класу релаксаційних генераторів, тобто. генераторів, які мають зміна стан окремих приладів відбуваються у результаті процесу регенерации.

2. Аналіз технічного задания.

Розробити мультивибратор управління розгорненням осцилографа С1−67 з такими параметрами.

1. Напруга харчування UП1=±10 У, UП2=+6 В.

2. Максимальне вихідний напруга Um=3 В.

3. Режим роботи: який чекає, автоколебательный.

4. Частота прямування імпульсів в автоколебательном режимі від 2,0 гц до 1,0 МГц.

5. Зміна частоти прямування імпульсів — дискретное.

6. Граничне відхилення амплітуди вихідного напруги ±0,5 В.

7. Амплітуда струму вихідних імпульсів Im>=0,5 mA.

8. Конструкція — друкована плата, встановлена всередині осциллографа.

Прилад повинен нормально працювати у условиях:

1. Робоча температура навколишнього повітря від -30 до +500 С.

2. Гранична температура від -50 до +650 С.

3. Отн. вогкість повітря до 98% за нормальної температури +350 С.

3. Синтез структурної схемы.

Структурна схема мультивибратора управління разверткой.

Мультивибратор управління розгорненням (рис. 1) є поєднання генератора імпульсів на туннельном диоде з підсилювачем за схемою з загальним эмиттером.

Керований джерело струму дозволяє ставити будь-яке становище робочої крапки над характеристиці тунельного діода, що дозволяє переводити мультивибратор управління розгорненням з стабільного стану в режим самозапуска.

Ланцюг корекції дозволяє змінювати тривалість імпульсів генератора импульсов.

З виходу підсилювача напруги управляючий імпульс надходить на вхід схеми генератора пилообразного напруження і через эмиттерный повторювач на схему формування блокуючого импульса.

4. Аналіз принципової схеми мультивибратора управління разверткой.

Принципова схема мультивибратора управління розгорненням осцилографа С1−67.

Мультивибратор управління розгорненням (мал.2) складається з таких основних каскадов:

— автоколебательного генератора, виконаного на туннельном диоде.

VD3;

— підсилювача напруги на транзисторі VT2;

— эмиттерного повторителя на транзисторі VT3;

— джерела струму на транзисторі VT1.

Автоколебательный генератор зібрано туннельном диоде VD3. Діод включений в ланцюг эмиттера транзистора VT1. Становище робочої крапки над вольт-амперной характеристиці діода вибирається дільниці, де діод має негативне диференціальний опір. Змінне напруга, снимаемое з діода через резистор R7 надходить наступного року каскад мультивибратора — підсилювач напруги, який зібрано на транзисторі VT2, включеного за схемою із загальним эмиттером.

У вихідному стані робоча точка вибирається так на характеристиці тунельного діода VD3, що підсилювач на транзисторі VT2 замкнено. Імпульси позитивної полярності, вступники на базу транзистора VT2 з каналу синхронізації, переводять тунельний діод VD3 на друге стійке стан, у своїй підсилювач на транзисторі VT2 відкривається і потенціал на його колекторі знижується, виробляється негативний управляючий импульс.

Підсилювач має великий коефіцієнт посилення, що визначається співвідношенням значень опорів R10 і R6 і параметром h11 транзистора VT2. З виходу підсилювача напруги сигнал надходить на эмиттерный повторювач, зібраний на транзисторі VT3. Резисторы R8, R9, задають становище робочої точки транзистора на ВАХ, а резистор R11 забезпечує негативний зворотний зв’язок по постійному току, яка стабілізує становище робочої точки.

З виходу мультивибратора управляючий імпульс надходить на вхід схеми генератора пилообразного напруження і через эмиттерный повторювач VT3 на схему формування бланкирующего импульса.

На транзисторі VT1 зібрано джерело струму, який стабілізує становище робочої точки тунельного діода VD3 з його вольт-амперной характеристиці. Величена эмиттерного струму транзистора VT1, отже і становище робочої точки тунельного діода VD3, може змінюватися в залежність від становища движка змінного резистора R2. При переміщенні робочої точки тунельного діода VD3 з однієї дільниці вольт-амперной характеристики, де діод має диференціальний опір негативне, на ділянку з позитивним диференційним опором, мультивибратор переходить з автоколебательного режиму на який чекає. Це дозволяє переводити мультивибратор управління розгорненням з стабільного стану в режим самозапуска.

Конденсатори С2, С3-С5 і резисторы R5, R4 є частото-задающими елементами мультивибратора, конденсатор С1 — блокувальний, запобігає «просочування» високочастотного сигналу в ланцюг харчування. Конденсатор С7, шунтирующий резистор R11, ліквідує негативний зворотний зв’язок по перемінному току.

5. Вибір елементної базы.

У якості активного елемента эмиттерного повторителя VT3 виберемо транзистор малої потужності високої частоти. Напруга харчування эмиттерного повторителя EП=-10 В. Підійде транзистор 1Т308А з провідністю p-n-p типу, який має такі технічні характеристики:

— потужність розсіювання колектора Pkmax=150 mВт;

— гранична частота fгр>90 МГц;

— максимальне напруження коллектор-база Uкбо=20 В;

— гранично дозволене напруга эмиттер-база Uэб=3 В;

— максимальний струм колектора Ikmax=50 mA;

— коефіцієнт передачі струму бази h21=20 … 75;

— ємність коллекторного переходу Ck< 8 пФ;

— опір коллектор-эмиттер як насичення rкэнас1,5•Eп2.

Підійде транзистор 1Т311А, який має такі технічні характеристики:

— потужність розсіювання колектора Pkmax=150 mВт;

— гранична частота fгр>300 МГц;

— максимальне напруження коллектор-база Uкбо=12 В;

— гранично дозволене напруга эмиттер-база Uэб=2 В;

— максимальний струм колектора Ikmax=50 mA;

— коефіцієнт передачі струму бази h21=15 … 80;

— ємність коллекторного переходу Ck< 2,5 пФ;

— опір коллектор-эмиттер як насичення rкэнас1,5 •Еп2=9 У. Цій умові задовольнити транзистор 2Т301Е. Це кремнієвий n-p-n транзистор з такими характеристиками:

— потужність розсіювання колектора Pkmax=150 mВт;

— максимальне напруження коллектор-база Uкбо=30 В;

— гранично дозволене напруга эмиттер-база Uэб=3 В;

— максимальний струм колектора Ikmax=10 mA;

— коефіцієнт передачі струму бази h21=40 … 180;

— опір коллектор-эмиттер як насичення rкэнас5 В.

Як діода VD3 вибирається будь-який выпрямительный діод. Виберемо поширений діод типу Д220 з параметрами:

— постійне пряме напруга при Iпр=50 мАЛО трохи більше 1,5 У при t=25оС і 1,9 У при t=100оС;

— импульсное пряме напруга при Iпримп=50 мАЛО не бол. 3,75 В;

— постійний зворотний струм при Uобр= Uобрmax трохи більше 1,0 мкА;

— выпрямительный струм при t=25оС 50 мА.

6. Розрахунок принципової схеми мультивибратора управління розгорненням по постійному току.

Принципова схема мультивибратора управління розгорненням осцилографа C1−67.

Розрахунок елементів принципової схеми мультивибратора управління розгорненням осцилографа зручно вести за схемою (рис. 3).

Як активного елемента эмиттерного повторителя виберемо транзистор малої потужності, високої частоти. Напруга харчування эмиттерного повторителя виберемо з ум. Eп1>Uвых=1 В, т.а., ЕП1=-10 В.

Підійде транзистор 1Т308А, який має такі характеристики:

— потужність розсіювання колектора Pkmax=150 mВт;

— гранична частота fгр>90 МГц;

— максимальне напруження коллектор-база Uкбо=20 В;

— гранично дозволене напруга эмиттер-база Uэб=3 В;

— максимальний струм колектора Ік мах=50 мА;

— коефіцієнт передачі струму бази h21 э=20.75.

По сімейству вихідних ВАХ виберемо струм спокою колектора Ik max=3 мАЛО. Падіння напруги на опір R11 має становити приблизно 0.1Еп.

[pic].

Резистор R8 забезпечує необхідне напруга усунення робочої точки.

[pic], де [pic].

[pic].

По вхідний ВАХ з довідника определяем.

[pic].

[pic].

Для розрахунку величини опору резистора R9 визначимо напруга харчування підсилювача напруги (VT2) з умови [pic], виберемо Еп=+6 В.

[pic].

Падіння напруги на резисторе R6 має становити приблизно 2 В, тобто. UR6=Iк2R6=2 У, тогда:

[pic].

Виберемо активний елемент підсилювача напруги, тобто. транзистор VT2. Це має бути високочастотний n-p-n транзистор малої потужності з напругою [pic], тут 1.5-коэффициент запаса.

Підійде транзистор 1Т311А, який має такі технічні характеристики:

— потужність розсіювання транзистора Рк мах=150 мВт;

— гранична частота [pic];

— гранично дозволене напруга коллектор-база Uкб0=12 В;

— гранично дозволене напруга эмиттер-база Uэб0=2 В;

— максимальний струм колектора Ік мах=50 мА;

— коефіцієнт передачі струму бази h21=15.80.

По сімейству вихідних ВАХ, які у довіднику, виберемо струм спокою транзистора VT2- Iк2=1.5 мАЛО, при Uкэ=3.7 В.

Враховуючи те, що струм дільника R8, R9 як і протікає через резистор R6. Визначимо величину резистора R6:

[pic].

[pic].

Тунельный діод VD3 вибираємо з умови, що земельна ділянка його ВАХ з негативним диференційним опором може бути лежить у діапазоні напруг, що охоплюватиме робочу точку Uбэ2 транзистора VT2.

Струм бази VT2 составит:

[pic].

По вхідний ВАХ визначаємо [pic].

Підійде тунельний діод 3И306Р. Для «розв'язки» тунельного діода VD3 і транзистора VT2 служить резистор R7. Його розмір вибирається з умови [pic].

Виберемо R7=100 Ом.

Транзистор VT1 джерела струму повинен мати [pic]. Цій умові задовольняє транзистор 2Т301Е, це кремнієвий n-p-n транзистор з коефіцієнтом передачі струму бази h21=40.180; потужність розсіювання колектора Pк мах=150 мВт; максимальний струм колектора Ік мах=10 мАЛО, Uкб0 мах=30 У, Uэб0=3 В.

По сімейству вихідних ВАХ виберемо струм спокою транзистора VT1 Iк1=2 мАЛО, при Uкэ1=4 В.

[pic].

З огляду на, що напруга на диоде VD3=Uбэ2 і падіння напруги на резисторе R7 [pic]— мала величина, имеем:

[pic],.

[pic].

З довідника, по ВАХ тунельного діода, имеем.

[pic], тогда.

[pic].

Пряме напруга відмикання діода VD2 UVD3 на туннельном диоде UпорVD2>UVD3. Цій умові задовольняє кремнієвий діод типу КД503Б чи 2Д503Б з [pic].

Діод VD1 — будь-який кремнієвий малопотужний з прямим током[pic].

Підійде поширений діод типу Д220.

Струм дільника R1, R2 приймаємо рівним [pic].

Напруга з урахуванням транзистора VT1 визначається, как.

[pic].

По вхідний ВАХ транзистора VT1 з довідника находим.

[pic],.

[pic].

За законом Кирхгофа [pic].

Візьмемо струм дільника з запасом: Iд=0.16 мА.

[pic], де струм VD1 визначаємо по ВАХ діода з справочника:

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic], де напруга управління Еупр вибрано рівним 50 В.

[pic].

Потужності, рассеиваемые резисторами, [pic]не перевищать 0.25 Вт. Тому можна застосувати резисторы МЛТ-0.25.

У результаті розрахунку по постійному току були определены:

VT1−2T301E VD1-Д220.

VT2−1T311A VD2−2Д503Б.

VT3−1T308A VD3−3И306Р.

R1=15 кОм МЛТ-0.25.

R2=10 кОм.

R3=220кОм МЛТ-0.25.

R4=270 кОм МЛТ-0.25.

R5=820 Ом МЛТ-0.25.

R6=820 Ом МЛТ-0.25.

R7=100 Ом МЛТ-0.25.

R8=10 кОм МЛТ-0.25.

R9=6.8 кОм МЛТ-0.25.

R10=220 Ом МЛТ-0.25.

R11=330 Ом МЛТ-0.25.

7. Розрахунок принципової схеми мультивибратора управління розгорненням по тимчасовому току.

Через війну розрахунку по перемінному току схеми мультивибратора управління розгорненням (рис.3) визначимо номінали конденсаторов.

Значимість ємності С6 вибираємо з постійної часу (коригуючою ланцюжка R9C6, стала часу цієї цепи.

[pic] .

Тут fв=10 МГц — верхня гранична частота досліджуваного сигналу (з паспорти), 0.707 — рівень, яким визначається смуга пропускания.

Тоді з [pic] знайдемо [pic].

Аналогічно визначаємо ємність С7, з постійної часу R11C7 — цепочки.

[pic], звідси [pic].

Конденсатор Сбл — блокувальний на високої частоті обраний в межах 0.1 мкФ, з умови [pic].

Частота прямування імпульсів мультивибратора (частота розгорнення) визначається постійної часу RC — ланцюга, подключаемой до туннельному диоду VD3. Період розгорнення [pic], де R=R5 +h11 VT1 — сума резистора R5, підключеного до VD3 і вхідного опору h11 транзистора VT1, який підключений послідовно з резистором R5.

Розмір ємності C2 визначає частоту розгорнення осцилографа і задається перемикачем, розташованим на передній панелі осциллографа.

Величина параметра h11VT1 становить величину :

[pic].

R = R5 + h11 = 800 + 26 050 = 26.85 (кОм).

Визначимо мінімальне і забезпечити максимальне значення ємності С2, виходячи з мінімального і максимального періоду развертки.

[pic].

Відповідно до паспортним даним Tp max=0.01 з, Tp min=1 мкс.

[pic].

[pic].

Через війну розрахунку по перемінному току обрані конденсаторы:

Сбл=0.1 мкФ.

С2=43 пФ.

С3=510 пФ.

С4=2200 пФ.

С5=0.1 мкФ.

С6=22 пФ.

С7=430 пФ.

Усі конденсатори обрані типу КМ-5а-Н30. Це керамічні конденсатори, у яких діелектриком служить високочастотна кераміка. Вони характеризуються високими електричними показниками та порівняно невеличкий стоимостью.

Обрана група з ТКЕ-Н30, що означає зміна ємності [pic].

8. Розрахунок друкованого узла.

8.1 Розрахунок посадкових мест.

Друкована плата мультивибратора управління разверткой.

Рис. 4.

Складальний креслення мультивибратора управління разверткой.

Рис. 5.

Для розрахунку числа місць друкованої плати (рис.4) скористаємося наступній формулой:

[pic], де nx — число місць по осі X, ny — число місць по осі Y .

[pic]; [pic], где.

Lx=70 мм — розмір друкованої плати по осі Х,.

Ly=47.5 мм — розмір друкованої плати по осі Y, x=7.5 мм — ширина крайового поля по осі X, tx=5 мм — крок установки по осі X, ty=10 мм — крок установки по осі Y, ly=15 мм — розмір посадкового місця по осі Y, y1=2.5 мм — ширина крайового поля для контактних гнізд, y2=5 мм — ширина крайового поля для з'єднувальних гнезд.

[pic].

[pic].

[pic].

Отже, друкарський плату розміром 70(47.5 можна встановити 36 элементов.

У цьому курсовому проекті на розробленої друкованої платі розміром 70(47.5 розміщено 36 елементів, що він відповідає расчетам.

8.1. Розрахунок на вибропрочность.

Розрахунок власних коливань пластини, що закріплена по чотирьом кутках, зробимо по формуле:

[pic], де а=70 мм — довжина друкованої плати, b=47.5 мм — ширини друкованої плати, n=2 — число кріплень по ширині друкованої плати, m=2 — число кріплень за довжиною друкованої платы,.

[pic].

Розрахунок резонансної частоти пластини (рис.4) зробимо по формуле:

[pic], где.

[pic],.

[pic] - жорсткість пластины,.

Е=30 гПа — модуль Юнга, h=1.5 мм — товщина пластины,.

[pic] - розподілена площею масса,.

[pic] - вагу пластини, g — прискорення вільного падения.

[pic].

[pic] fr=1,57•(204,08+(1/(47,5•10−3)2•(9,1•0,26=6,015 (кГц).

Отже, внаслідок розрахунку отримали тоту власних коливань пластини f=144 гц та резонансну частоту пластини fr=6,015 кГц.

9. Розрахунок надійності мультивибратора управління разверткой.

Основний характеристикою надійності устрою є ймовірність P (t) безвідмовної роботи протягом часу t. Для визначення P (t) зручно використовувати формулу P (t)=exp (-(c (t), де (з — інтенсивність отказов.

[pic] де (і - інтенсивність відмов кожного элемента;

N — число элементов.

Інтенсивність відмов елементів зведені в таблицю: |Найменування елемента |У элементов|Интенсивность відмов, [pic] | |Резистор МЛТ-0,25 |10 |0,73 | |Конденсатор КМ-5а |4 |0,0003 | |Діоди Д220 |1 |0,0007 | | 2Д503Б |1 |0,0007 | | 3И306Р |1 |0,0006 | |Транзистори 2Т301Е |1 |0,51 | | |1 |0,55 | |1Т311А | | | | |1 |0,55 | |1Т308А | | |.

[pic][pic][pic] Середнє час напрацювання відмовитися составит.

[pic] При t=(0,T (ймовірність безвідмовної роботи друкованого вузла: P (t)=exp (-(c•T)=exp (-0,0121•82,64)=0,3679.

[pic].

[pic].

Отже, внаслідок розрахунку отримали частоту власних коливань пластини f=144 гц та резонансну частоту пластини fгр=6.015 кГц.

10. Розрахунок теплового режима.

Комплекс заходів, направлений замінити зниження температури, пов’язані з додатковими матеріальними витратами, у процесі вироблення РЭА необхідно перейматися економічно обгрунтованого рішенню конструкції при прийнятному перепаде температур.

У конструкціях РЭА при нормальних кліматичні умови і природному охолодженні близько 70% тепла відводиться з допомогою конвекції, приблизно 20% - з допомогою випромінювання та 10% - з допомогою теплопроводности.

Теплову навантаження вважають малої якщо вона 0,05 Вт/см2.

Для даної плати потужність рассеиваемая на елементах равна:

(P=0,25•11+ 3•0,15=3,2 Вт, тоді Pуд равно.

Pуд=3,2/3,325•10−3=0,96 Вт/м2=0,96•10−3Вт/см2.

Вычисленная потужність значно менше 0,05 Вт/см2, тому плату можна поміщати в герметичну чи пылезащищенную конструкцию.

Заключение

.

Через війну даного курсового проекту розроблено структурна і принципова схеми мультивибратора управління розгорненням осцилографа С1- 67. Було проведено електричний розрахунок електронної схеми, внаслідок якого визначені номінали резисторів і конденсаторів, і навіть обрані активні елементи — транзистори і диоды.

Було також проведена компонування друкованого вузла мультивибратора управління розгорненням, розраховане число місць на платі. Були визначені частота власних коливань пластини і резонансна частота пластины.

Для наочності розрахунків у роботі наведено малюнки і чертежы — електрична принципова схема, друкована плата і складальний креслення мультивибратора управління розгорненням осцилографа С1−67.

Список використаної литературы.

1. Воробйов Н.І. Проектування електронних пристроїв.- М.: Вищу школу ,.

1989. 2. Усатенко С. Т., Каченюк Т. К. Терехова М. В. Виконання електричних схем по ЕСКД. — М.: Вид. Стандартів, 1989. 3. Напівпровідникові прилади: Діоди, тиристоры, оптоэлектронные приборы:

Справочник/Под ред. М. М. Горюнова. — М.: Энергоиздат, 1982. 4. Напівпровідникові прилади: Транзистори: Справочник/Под ред. Н.Н.

Горюнова .-М.: Энергоиздат, 1985. 5. Гурлев .Д.С. Довідник з питань електронних приладам .- До.: Техніка, 1979. 6. Резисторы: Справочник/Под ред. І.І. Чертверткова. -М.: Энергоиздат,.

1981. 7. Довідник по електричним конденсаторам/Под ред. І.І. Чертверткова,.

В.Ф. Смирнова.-М.: Радіо і зв’язок, 1983. 8. Розробка й конструкторської документації РЭА. Справочник/Под ред. Романычевой Э. Т. -М.: Радіо і зв’язок, 1989. 9. Розрахунок електронних схем/Под ред. Г.І. Изъюровой, Г. В. Корольова, В.А.

Терекова. -М.: Вищу школу, 1987. 10. Гусєв В. Г., Гусєв В.М. Електроніка. -М.: Вищу школу, 1991. 11. Довідник конструктора РЭА: Загальні принципи конструирования/Под ред.

Р.Г. Варламова. -М.:Сов.Радио 1980. -480с., ил. 12. Гелль В. П., Иванов-Есипович М. К. Конструювання і микроминиатюризация радіоелектронної апаратури: Підручник для вузів. — Л.: Энергоатомиздат.

Ленингр. Отд-ние. 1984.-536 з., ил.

———————————- [pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].