Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» |
Школа: Инженерная школа энергетики (ИШЭ)
Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
Подразделение: Отделение электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)
Электроника 2.1
ИДЗ №2 " Расчет мультивибратора"
Вариант 11
Выполнил студент гр. (Дата, подпись) (Ф.И.О.)
Проверил: к.т.н., доцент Чернышев Игорь Александрович
(Степень, звание, должность) (Дата, подпись) (Ф.И.О.)
Томск 2025 г
Цель: выполнить расчет мультивибратора на операционном усилителе, т.е. выбрать сопротивления и емкость по стандартным параметрам. Собрать схему в программе Electronics Workbench 5 или Multisim и провести ее исследования, построив диаграммы напряжений на входах и выходах.
Решение задания № 2
Рассчитать
параметры симметричного на операционном
усилителе с заданной рабочей частотой
и сопротивлением мультивибратора
нагрузки
.
Для
расчета принимаем:
Гц и
Схема симметричного мультивибратора и диаграммы напряжений, поясняющие его работу, изображены на рис. 1 и 2.
Рисунок 1 – Схема симметричного мультивибратора. |
Рисунок 2 – Диаграммы напряжений.
|
Для расчетов выбираем операционный усилитель типа К140УД6, который имеет следующие основные параметры:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Найдем
коэффициент передачи делителя напряжения,
составленного из резисторов
и
по выражению
|
(1) |
где
– дифференциальное допустимое напряжение,
В.
Подставив в (1) численные значения параметров, получим
Коэффициент передачи делителя напряжения можно определить как
|
(2) |
Из (2) найдем отношение сопротивлений и
Подставляя
значение
,
получим
Частота выходного сигнала мультивибратора определяется по уравнению
|
(3) |
где
– постоянная времени цепи заряда
конденсатора
(рис. 1)., с.
Из
(3) найдем
:
Подставив численные значения параметров, получим
Зная
,
определим
, приняв значение конденсатора
мкФ.
Тогда
Подставив данные, получим
Из
стандартного ряда значений Е24 выбираем
.
Определим мощность и тип резистора по (4), предварительно определив ток, протекающий через сопротивление :
Подставив численные значения параметров, получим
В соответствии с (4)
Тогда
тип резистора
– МЛТ – 0,025 – 13 кОм
5%.
Из
условия ограничения выходного тока
мультивибратора на допустимом уровне
определим сумму сопротивлений
и
:
|
(5) |
Откуда
Подставив значения параметров, получим
Для
уменьшения протекающих токов увеличим
сумму сопротивлений
в
10 раз.
Значения сопротивлений и можно найти из системы уравнений
|
(6) |
Решив
систему уравнений (5), получим, что
Ом;
Ом. С учетом ряда Е24 принимаем
кОм и
кОм.
Найдем мощность резисторов и , предварительно определив ток, протекающий через делитель напряжения и :
Тогда в соответствии с (4) мощность резистора
Мощность резистора
С учетом найденных значений выбираем резисторы: типа МЛТ – 0,5 – 51 кОм 5%, типа МЛТ – 1 – 62 кОм 5%.
Проверим правильность найденных параметров. Для этого аналитически определим максимальный ток и выходную частоту генератора и при помощи программы Multisim построим модель симметричного мультивибратора.
В соответствии с выражением (3)
Подставим в выражение (7) численные значения:
Видно, что отличие найденной частоты от заданной частоты мультивибратора составляет 0,832 %. Это меньше 5%, что является приемлемым на практике.
Подставляя численные значения сопротивлений и коэффициента в (5), вычисляем выходной ток операционного усилителя
Полученное значение выходного тока меньше 2,5 мА, поэтому найденные параметры удовлетворяют условиям задания.
На рис. 3 представлена схема имитационной модели симметричного мультивибратора, а на рис. 4 – диаграммы напряжений.
Рисунок 3 – Модель симметричного мультивибратора в программной среде Multisim
Рисунок 4 – Диаграммы выходного и емкостного напряжений мультивибратора.
Частоту выходного сигнала определяем, как
Видно, что отличие частоты, полученной экспериментально, от заданной частоты мультивибратора составляет 1,783 %. Это меньше 5%, что является приемлемым на практике.
Вывод: в ходе работы было проведено экспериментальное и теоретическое исследование работы мультивибратора на операционном усилителе.
В соответствии с требованиями, номиналы резисторов и емкости конденсатора были выбраны из стандартных рядов, что подтверждает практическую реализуемость схемы. На полученных диаграммах были обозначены:
Выходное напряжение
:
Прямоугольный сигнал, переключающийся
между уровнями насыщения.Напряжение на конденсаторе
:
Пилообразный сигнал, демонстрирующий
экспоненциальный процесс заряда и
разряда конденсатора между пороговыми
напряжениями.
Была
вычислена относительная погрешность
расчета теоретической и экспериментальной
частот. Полученные значения
,
что говорит о правильности расчетов
элементов схемы.
