Міністерство освіти і науки України

Харківський гідрометеорологічний технікум

Одеського державного екологічного університету

Розрахунок імпульсного генератора

Пояснювальна записка до курсової роботи

КР.5.04010501.031.002.ПЗ

Курсову роботу виконав

Студент 31 групи

Білий А.В.

Дата «___»________2012р.

Керівник

__________ Фуксман В.Б.

Дата «___»________2012р.

2012

Зміст

Вступ

1.Обґрунтування проекту______________________________________

2.Опис принципу дії мультивібратора___________________________

2.1. Фізичні процеси в мультивібраторі__________________________

2.2.Формування фронту імпульсу_______________________________

2.3.Формування плоскої вершини імпульсу_______________________

2.4.Формування зрізу імпульсу_________________________________

2.5. Формування паузи____________________________________

2.6. Тривалість паузи між імпульсами___________________________

2.7. Основні параметри коливання_______________________________

2.8. Робота симетричного мультивібратора________________________

2.9. Основні параметри формування імпульсу_____________________

3. Розрахунок імпульсного генератора____________________________

4. Загальні параметри__________________________________________

5. Специфікація_______________________________________________

6. Додаток:___________________________________________________

6.1. Схема симетричного мультивібратора_________________________

6.2. Графіки-епюри напруг присутніх у контрольних точках_________

Висновок________________________________________________________

Використана література____________________________________________

Вступ

Для отримання імпульсів в техніці широко використовуються генератори прямокутних імпульсів, які відносяться до класу релаксаційних генераторів. Коливання, які відбуваються повільною зміною стрибкоподібного чергування, називають релаксаційними.

Релаксаційні генератори можуть працювати в автоколивальному та чекаючого режимах, а також у режимах синхронізації та ділення частот.

Генератори в автоколивальному режимі генерують коливання безперервно.

До релаксаційних генераторів, виробляючих електричні коливання, близькі по форми до прямокутній, відносяться мультивібратори.

Мультивібратори уявляють собою релаксаційні генератори, які призначені для формування або перетворення енергії джерела постійного струму, у імпульси прямокутної форми.

Вони складаються з двох електронних ключів які пов’язані між собою сильним позитивним зв’язком. Ми можемо зазначити, що колектор одного ключа через ємність пов’язаний з базою другого ключа, а колектор другого ключа через ємність пов’язаний з базою попереднього, тому такий зв’язок має назву – базо-колекторний. Мультивібратори мають прямі та інверсні виходи. Вони бувають симетричні і не симетричні.

Якщо виконується умова R₁=R₄; R₂=R₃; C₁=C₂ то він симетричний. Якщо хоч одна умова не виконується, то мультивібратор не симетричний.

Симетричний мультивібратор випрацьовує імпульси на вих.1 та вих.2 однакової тривалості, тобто тривалість імпульсу і тривалість паузи дорівнюють одна одній.

Мультивібратори можуть працювати в чотирьох режимах:

1.Автоколивальний – при підключенні мультивібратора

до джерела живлення він постійно випрацьовує прямокутні

імпульси. Тривалість яких і період залежить від:

1.1. Сталої часу розряду конденсатору

1.2. Заряду конденсатору

2 Чекаючий режим – коли мультивібратор працює в цьому режимі, то він випрацьовує тільки прямокутні імпульси. Але це відбувається тільки тоді коли на його вхід поступає дозволяючий, запускаючий або тактовий імпульс.

В такому випадку тривалість імпульсу визначається сталою часу заряду конденсатора.

Період повторення імпульсів – називається періодом запускаючих імпульсів.

3 Режим синхронізації – при цьому режимі мультивібратор працює в автоколивальному режимі. В такому режимі період або частота задається зовнішнім генератором.

4 Режим ділення частоти - в цьому режимі мультивібратор працює в автоколивальному режимі але кількість вхідних імпульсів набагато більша.

Прямокутні імпульси мають широкий спектр частот. Цим визначається назва мультивібратора, що означає – генератор безлічі коливань.

Обґрунтування проекту

Курсова робота призначена для перевірки та узагальнення знань з теми "Генератори імпульсів"

Вибираємо типову схему мультивібратора на транзисторах, структури n-p-n, так як вихідні імпульси позитивні.

Симетричний мультивібратор називається тоді, коли виконуються умови R₁ = R₄; R₂ = R₄; C₁ = C₂.

Нами отримане завдання, розрахувати генератор імпульсів з заданими параметрами. Нам відомо що для реалізації цього завдання можна використати: мультивібратор, блокінг-генератор, тригер, фантастрон.

Генератори імпульсів можуть працювати в автоколивальному режимі, режимі синхронізації і режим очікування.

В автоколивальному режимі мультивібратор працює як генератор з самозбудженням, в режимі синхронізації на мультивібратор діє ззовні синхронізуюча напруга, частота якої визначає частоту імпульсів, ну а в режимі очікування мультивібратор працює як генератор із зовнішнім збудженням.

Інколи виділяють ще режим поділу частоти при якому, на вхід схеми, працюючої в автоколивальному режимі подають імпульси частотою fc котра в n – разів вище частоти генератора fг, коефіцієнт поділу частоти тоді дорівнює: n=fc\fг

Усі ці генератори відносяться до релаксаційного типу, так як вони формують на своєму виході імпульси близькі до прямокутних.

Блокінг-генератор застосовують в основному коли необхідно отримати імпульси з дуже маленькою тривалістю.

Фантастрони застосовують коли необхідно отримати імпульси з дуже довгою тривалістю.

Мультивібратор формує імпульси форма яких близька до прямокутної, як відомо, прямокутні імпульси мають достатньо широкий частотно-енергетичний спектр, тобто ці імпульси складаються з багатьох гармонічних коливань.

Я обрала схему мультивібратора, так як тривалість імпульсів на виході обчислюється десятками мікросекунд, можливості саме мультивібратора дозволяють реалізувати поставлене завдання.

Також нам відомо, що скважність вихідних імпульсів не дуже велика, саме тому нам підходе схема мультивібратора.

Опис принципу дії мультивібратора

Робота мультивібратора заснована на наступних положеннях.

Прямокутні імпульси формуються на колекторі транзистора:

плоска частина епюри – коли транзистор зачинений і його колектор має відносно високий потенціал:

паузи між імпульсами – коли транзистор насичений і потенціал колектора малий.

Тривалість вказаних станів транзистора визначається напругами на конденсаторах схеми, які періодично заряджаються і розряджаються.

Круті фронти імпульсу забезпечені лавиноподібним переходом транзистора з одного стану в інший за рахунок позитивного зворотнього зв’язку і підсилювальних властивостей транзисторів в схемі. Їх сумісна дія призводить до того, що кожний подальший приріст потенціалу на електроді транзистора співпадає по знаку з попереднім приростом і перевищує його по значенню.

Мультивібратор, який ми розглядаємо, є двокаскадним підсилювачем, побудованим на транзисторних ключах-інверторах.

Позитивний зворотній зв’язок є в схемі за рахунок того, що вихід одного ключа сполучений з входом іншого. Якщо потенціал бази транзистора T₁ стане більш негативним, то потенціал колектора VT₂ (і бази VT₁)- менш негативним.

Так до первинного приросту потенціалу додається приріст того ж знаку, що поступає в початкову крапку по петлі зворотного зв’язку. Ланцюг позитивного зворотнього зв’язку замикається і нормально працює коли обидва транзистори відчинені і працюють у підсилюючому режимі.

2.1. Фізичні процеси в мультивібраторі.

Початок розгляду роботи мультивібратора почнемо з моменту, коли транзистор розряджається VT₂ – насичений, конденсатор C₂ - розряджається і напруга на ньому наближується до нулю.

Напругою на C₂ транзистор VT₁ – зачинений, оскільки ліва обкладка C₂ безпосередньо сполучена з базою VT₁, а права приєднана до емітера VT₁ через насичений транзистор VT₂ .

2.2. Формування фронту імпульсу.

Коли напруга на конденсаторі C₂, котрий розряджається, стане рівним нулю, транзистор VT₁ відчиняється. При одночасно відчинених транзисторах замикається ланцюг позитивного зворотнього зв’язку – в схемі створюється умова для лавиноподібного процесу. Відмикання транзистора VT₁ приводить до зменшення негативного потенціалу колектора.

Оскільки напруга на конденсаторі C₁ не може змінюватися миттєво, то цей позитивний стрибок напруги цілком прикладається між базою і емітером VT₂, що викликає зменшення струму в його ланцюзі.

Оскільки кожний наступний стрибок напруги на базі більше попереднього, то описаний процес наростає лавиноподібно і через невеликий час, який розраховується частками мікросекунд, транзистор VT₂ виявляється зачиненим. З цієї миті ланцюг позитивного зворотного зв’язку обривається і лавиноподібний процес припиняється. Відчинений транзистор VT₁ опиняється в режимі насичення.

Під час лавиноподібного процесу напруга на конденсаторі C₂ не встигає змінитися. Тільки після замикання транзистора VT₂ цей конденсатор починає заряджатися струмом джерела живлення. За рахунок цього напруга на колекторі VT₂ поступово наближається до встановленого значення. Коли конденсатор C₂ – заряджатиметься, напруга на колекторі прийме значення напруги приблизно дорівнює E.

2.3. Формування плоскої вершини імпульсу.

До моменту часу t₁конденсатор C₁, приєднаний до колектора зачиненого раніше транзистора VT₁, був заряджений до напруги приблизно рівного E. Після насичення транзистора VT₁ напруга на цьому конденсаторі виявляється прикладеною між базою і емітером транзистора VT₂ і утримує його зачиненим. При цьому напруга залишається незмінною – на колекторі VT₂ формується плоска вершина імпульсу.

При насиченні транзистора VT₁ конденсатор C₁ – розряджається. Коли напруга на ньому виявиться близька до нуля, транзистор VT₂ відчиняється і в схемі знов створюється умова для лавиноподібного процесу.

2.4. Формування зрізу імпульсу.

Лавиноподібний процес, що почався, протікає аналогічно, але напруга на колекторі VT₁ по абсолютному значенню збільшується, а напруга на колекторі VT₂ зменшується. В результаті транзистор VT₁ – зачиняється, а транзистор VT₂ – насичується, на колекторі формується зріз імпульсу.

2.5. Формування паузи.

Через насичений транзистор VT₂ відбувається розрядка конденсатора C₂. Поки напруга не наблизиться до нуля, транзистор VT₁ – зачинений, а транзистор VT₂ – насичений. Після відчинення VT₁ почнеться формування чергового імпульсу на колекторі VT₂.

2.6. Тривалість паузи між імпульсами.

Вказаний стан ( транзистор VT₁ – замкнутий, транзистор VT₂ – насичений, конденсатор C₂ – розряджається ) співпадає з тим станом, з якого був початий розгляд роботи мультивібратора.

В інтервалі часу разом з розрядкою конденсатора C₂ відбувається зарядка конденсатора C₁. Аналогічно раніше заряджався C₂ конденсатор, коли транзистор VT₁ був насичений, а транзистор VT₂ – зачинений.

При розгляданні роботи мультивібратора виходить:

транзистор VT₁ – насичений – розряджається конденсатор C₁,

транзистор VT₂ – зачинений;

транзистор VT₂ – насичений – розряджається конденсатор C₂, транзистор VT₁ зачинений.

Таким чином, формування імпульсів на колекторі VT₂ відповідає паузі між імпульсами на колекторі VT₁ і навпаки, позитивний потенціал на базі VT₂, що зменшується, відповідає приблизно нульовому потенціалу на базі VT₁ і навпаки.

Помітимо, якби розрядка конденсатора не обривалася через лавиноподібне замикання транзистора VT₁, то конденсатор перезарядиться, тобто напруга змінила полярність і експоненціально досягла значення E.

Особливістю розглянутих процесів є також позитивний викид транзистора, що на базі коли транзистор відчиняється. Так, при відчиненні транзистора VT₂, він обумовлений передачею через конденсатор C₁ негативного перепаду з колектора зачинення транзистора VT₁, а відчинення транзистора VT₁ – передачею через конденсатор C₂ негативного перепаду з колектора транзистора VT₂, що закрився.