Основна частина

2. 1 Завдання №1

Навести опис принципу дії з часовою діаграмою і розрахунок схеми автоколивального мультивібратора на ІЛЕ транзисторно-транзисторної логіки (ТТЛ).

2.1.1 Вхідні дані

, нс	Т, нс	Uп.ф. /U з.ф.	Серія ІС
9	19	0,92	КР1531

2.1.2 Схема макету

Схема до першого завдання являє собою автоколивальний мультивібратор з перехресними резистивно-емнісними зворотними зв'язками на ІЛЕ І-НЕ ТТЛ. Він складається з двох інверторів на двовхідних ІЛЕ І-НЕ DD1.1, DD1.2, двох резисторів та , конденсаторів ­ та захисних діодів VD1 і VD2.

Діоди VD1 і VD2 захищають входи ІЛЕ від дії великих вхідних напруг негативної полярності, але при використанні мікросхем серії К155 та КР1531 необхідності у використанні діодів немає.

При роботі мультивібратора в автоколивальному режимі інвертори DD1.1 та DD1.2 по черзі знаходяться в стані логічної одиниці та логічного нуля. Час перебування інверторів в цих станах визначається часом заряджання одного з конденсаторів . Якщо, наприклад, логічний елемент DD1.1 знаходиться в стані логічної одиниці, а DD1.2 — логічного нуля (t =0), то конденсатор заряджений струмом, який протікає через вихід DD1.1 та резистор . Цей струм, як і вхідний струм логічного елементу DD1.2, малий та не впливає на процес зарядження конденсатора. В міру заряджання конденсатора , вхідна напруга інвертора DD1.2 зменшується за експоненційним законом із сталою часу , прямуючи до нульового рівня. Коли напруга досягне порогової напруги , нижче за яку подальше зниження вхідної напруги призводить до зменшення вихідної напруги інвертора, в мультивібраторі розвивається лавинний процес, при якому стан виходів логічних елементів DD1.1 та DD1.2 змінюється на протилежний (t = ). Стрибкоподібне зменшення вихідної напруги викликає зменшення вхідної напруги, що призводить до швидкого розрядження конденсатора , а потім до його перезаряджання струмом, який витікає з інвертора DD1.2 через резистор . Вихідна напруга при цьому зростає до значення , що визначається моментом закінчення процесу заряджання конденсатора із сталою часу в протилежній гілці мультивібратора (t = ).

Описані вище процеси періодично повторюються, і на виходах ІЛЕ DD1.1 i DD1.2 формуються дві імпульсні напруги тривалістю та , що змінюються в протифазi.

2.1.3 Розрахунок схеми

Оскільки протягом всього часу заряджання конденсатора () i перезаряджання конденсатора () вихід ІЛЕ DD1.2(DD1.1) повинен знаходитися в стані логічної одиниці, напруга на його виході неповинна перевищувати граничного рівня , отже, опір резистора повинен бути малим. Необхідно обчислити мінімальне і максимальне значення резисторів і .

Для знаходження максимального значення резистора використовують нижче наведену нерівність:

За певних умов мультивібратор може перейти у так званий жорсткий режим збудження, коли після вмикання джерела напруги живлення виходи обох інверторів опиняться в стані логічної одиниці. Для запобігання такому режиму, необхідно виконати умову:

Отже значення резистора повинно лежати у межах:

Підставивши розраховані дані отримуємо вираз:

Тепер знайдемо значення нашого резистора. Для цього ми використаємо відношення амплітуд переднього і заднього фронтів вихідної напруги.

для вихідних імпульсів ІЛЕ DD1.1, а для вихідних імпульсів ІЛЕ DD1.2. Так як, наші логічні елементи однакові то і значення обох резисторів буде однакове. Розрахуємо значення резистора:

Перевіримо мультивібратор на симетричність. Для цього знайдемо . Знайти його можна із виразу:

Отже , і мультивібратор симетричний : .

Значення ємностей можна виразити з формули для і :

Так як мультивібратор симетричний то можна розрахувати лише одну формулу.