3.3. Расчет параметров

1.Частота, Гц: F = 8*10⁴ Гц

2.Скважность: 2

3.Длительность фронтов, мкс, не более: 0,1

4.Амплитуда, В, не менее: 5

В качестве генератора тактовых импульсов выбираем автоколебательный мультивибратор. Модель симметричного мультивибратора, выполненная в Multisim выглядит следующим образом:

Рис. 19 - Схема автоколебательного мультивибратора

Рис. 20 - Временная диаграмма автоколебательного мультивибратора

Выбор транзистора производится из условий:

U_{кб max} ≥ Е_к

F_h21э ≥ 0,5*f_max

Данным условиям удовлетворяет огромное количество транзисторов, в частности, имеющийся в бесплатных библиотеках Multisim распространенный прибор типа 2N2923.

Параметры транзистора 2N2923:

Максимальная рассеиваемая мощность (Р_к) : 0,5 Вт

Максимально допустимое напряжение коллектор-база (U_кб): 75 В

Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер (U_кэ): 40 В

Максимально допустимое напряжение эмиттер-база (U_эб ): 6 В

Максимальный постоянный ток коллектора (Iк макс): 0,8 А

Предельная температура PN-перехода (Т): 175⁰С

Граничная частота коэффициента передачи тока (f_t): 300 МГц

Ёмкость коллекторного перехода (Ск): 8 пФ

Статический коэффициент передачи тока (h_21э): 100

Согласно исходным данным, частота есть величина, обратная периоду, отсюда период колебаний равен:

T_ТИ = = 1/(8*10⁴) = 1,25 мкс

Скважность - это величина, равная отношению периода к длительности импульса:

S =

Отсюда, найдя длительность импульса с учетом скважности,

t_имп= = 1,25*10^-5/5 = 0.25 мкс

Найдем длительность паузы:

t_п = T_ТИ – t_имп = 1,25 c - 0,25 c = 1 мкс

3.4. Описание работы генератора тактовых импульсов

Мультивибратор – генератор прямоугольных импульсов релаксационного типа с резистивно-емкостными положительными обратными связями, использующий замкнутый в кольцо положительной обратной связи двухкаскадный усилитель.

При работе мультивибратора в режиме автоколебаний вырабатываются периодически повторяющиеся импульсы прямоугольной формы. Частота генерируемых импульсов определяется параметрами времязадающей цепи, свойствами схемы и режимом ее питания. На частоту автоколебаний оказывает также влияние подключаемая нагрузка.

Автоколебательный мультивибратор имеет 2 стабильных состояния.

Состояние 1: VT1 закрыт, VT2 открыт и насыщен, С1 быстро заряжается базовым токов VT2 через R1 и VT2, после чего при полностью заряженном С1 через R1 не течет тока, напряжение на С1 равно току базы VT2 * R2, а на коллекторе VT1 – питанию.

Состояние 2: С2 начинает медленно перезаряжаться через открытый VT2 и R3. Отрицательное напряжение на нем уменьшается, а напряжение на базе VT1 – будет расти, пока через довольно длительное время не достигнет положительного значения. Это приведет к началу открытия VT1, появлению коллекторного тока через R1 и VT1 и падению напряжения на коллекторе VT1 (падение на R1).

Выбираем и рассчитываем номиналы элементов схемы мультивибратора.

Сопротивления в цепях коллекторов транзисторов:

E/Iк макс < Rк < E/(10…20 Iк0)

Е – напряжение источника питания

Rк – сопротивление нагрузки в цепи коллектора

Iк0 – обратный ток коллектора.

С учетом невысокой частоты генерации и необходимости получения относительно крутых фронтов, согласно вышеуказанному условию выбираем Rк = 750…1000 Ом. Стандартный номинал ряда Е24 – 750 Ом. Применяем резистор серии MF0207 Vishay.

Сопротивления в базовых цепях транзисторов выбираются по критерию:

Rб < Rк * h21эмин

Rб < 750 *100 = 75 кОм.

С учетом значения частоты генерации более 100кГц и для снижения влияния паразитных ёмкостей транзисторов, выбираем сопротивления базовых резисторов в районе 15…30кОм. Стандартный номинал – 24кОм

Для сокращения ассортимента деталей используем резисторы MF0207 Vishay

Поскольку нам требуется тактовый сигнал со скважностью не равной 2 (длительность импульса и паузы различны), то сам мультивибратор будет несимметричным, номиналы времязадающих конденсаторов можно рассчитать по формуле:

С1 = tи /(0.7*Rб1)

С2 = tп /(0.7 * Rб2)

Рассчитываем величины ёмкостей конденсаторов и выбираем максимально близкие стандартные номиналы:

С1 = 1,25 мкс /(0.7*24кОм) ≈ 51пФ

С1 = 1 мкс /(0.7*24кОм) ≈ 240пФ

Для повышения температурной стабильности генерируемого сигнала используем конденсаторы температурной группы NP0 типа К10-57 или пленочные конденсаторы с полипропиленовым диэлектриком серии MKP2 Wima.

В реальных устройствах стабильность тактовой частоты, генерируемой двухтранзисторным мультивибратором весьма низкая, и такие генераторы не используют для тактирования АЦП, т.к. в результате получатся слишком большие динамические погрешности преобразования. Обычно тактовые генераторы для АЦП выполняются на основе генерирующих цепей с положительной обратной связью и стабилизацией частоты с помощью высокодобротных пьезоэлектрических кристаллов кварца (т.н. кварцевые генераторы).