I, мА u, в 4 8 12 0,6 1,2 1,8 0

Рисунок 17 – ВАХ светодиода

Задача 6. Рассчитать входное напряжение U_вх биполярного транзистора КТ315Г, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ), обеспечивающего получение выходного напряжения U_вых= U_n/2. Исходные данные к задаче: U_n=30 В, R_К=750 Ом. Задачу необходимо решить графо-аналитическим методом по входным и выходным характеристикам транзистора, осуществить моделирование работы схемы в среде Multisim.

Пример решения

Схема включения транзистора представлена на рисунке 18, а.

Необходимо обеспечит выходное напряжение Входные и выходные характеристики транзистора приведены на рисунке 18, б, в).

Так как характеристики биполярного транзистора являются нелинейными, то воспользуемся графо-аналитическим методом расчёта.

Для этого на выходных характеристиках транзистора проведём нагрузочную прямую, определяемую уравнением Она пройдёт через точки(,

Для выходного напряжения найдём точку пересечения одной из выходных характеристик с нагрузочной прямой для– точка А (рисунок 18, в). Данная точка А соответствует току коллектора транзистораи току базы

а) б)

в)

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

I_Б, мА

56,3^о

Б

0,3 0,5 0,7 0,9

U_БЭ,В

Рисунок 18 – Схема цепи, содержащей биполярный транзистор (а) и его входная (б) и выходная (в) характеристики.

На входной характеристике транзистора (рисунок 18, б) отметим точку Б, соответствующую току базы Через эту точку под углом к оси тока равнымпроведём прямую до пересечения с осью напряжений, гдеM_i, M_U – масштаб по оси тока и напряжения соответственно. Полученная точка пересечения и даст искомое входное напряжение.

Для рассматриваемого случая:

Получаем

Модель схемы включения биполярного транзистора КТ315Г в среде Multisim приведена на рисунке 19. Результаты моделирования: U_вх=0,8 В, U_вых=13,98 В, I_б=0,15м А, I_к=21 мА.

Рисунок 19 – Модель схемы включения биполярного транзистора КТ315Г для обеспечения заданного выходного напряжения

Задача 7. Выполнить расчёт и выбор элементы схемы включения полевого транзистора 2N3972 с управляющим p-n переходом с общим истоком (ОИ) по постоянному току при работе в режиме класса А при напряжении источника питания Е_С=20 В. Необходимо по аналитическим зависимостям определить сопротивление автоматического смещения R_И, сопротивление в цепи стока R_С и цепи затвора R_З, осуществить моделирование работы схемы в среде Multisim.

Пример решения

Транзистор 2N3972 имеет канал n-типа и работает при U_С > 0 и U_ЗИ ≤ 0. Такой режим может быть обеспечен одним источником питания с применением так называемого «автоматического смещения». Схема имеет вид, показанный на рисунке 20.

Параметры транзистора: напряжение отсечки транзистора U_отс = 0,5 В, максимальный ток стока I_{С макс} = 30 мА.

Аналитическая зависимость имеет вид:

Рисунок 20 – Схема включения полевого транзистора с ОИ

Откуда

Пусть ток стока в рабочей точке вдвое меньше максимального тока I_Смакс, т.е. I_С = 30/2 = 15 мА. Тогда

Найдем сопротивление автоматического смещения. Так как I_З << I_С, напряжение затвор-исток равно падению напряжения на R_И, поэтому

Ближайший номинал из стандартного ряда Е24 равен 10 Ом.

Сопротивление резистора R_З выбираем из условия

, приняв

Отсюда получаем

Выбираем из ряда номиналов резистор с сопротивлением 100 кОм.

Сопротивление резистора R_С находим из уравнения токов и напряжений в схеме:

Считаем, что усилитель работает в режиме класса А, и принимаем

Решаем уравнение относительно R_С:

Выбираем ближайший из ряда Е24 номинал R_C = 680 кОм.

Модель схемы включения полевого транзистора в среде Multisim приведена на рисунке 21. Результаты моделирования: I_з=0,015 мкА, U_зи=-0,147 В, I_c=15 мА, U_си=9,753 В.

Рисунок 21 – Модель схемы включения полевого транзистора для обеспечения заданного выходного напряжения

Задача 8. Разработать схему электронного ключа на биполярном транзисторе КТ908А. Исходные данные к задаче: . Необходимо графоаналитически определить сопротивление управления в цепи базыR_У, осуществить моделирование её работы схемы в среде Multisim, определить длительность фронта t_ф и среза импульса t_С выходного напряжения.

Пример решения

Схема электронного ключа приведена на рисунке 22.

а) б)

U_КЭ,В

Рисунок 22 – Схема электронного ключа (а) и выходные характеристики биполярного транзистора (б).

Параметры транзистора КТ908А (аналог 2N3879): статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером - ; постоянное напряжение между выводами эмиттера и базы при заданном обратном токе коллектора, равным нулю -; постоянный обратный ток коллектора -сопротивление цепи базы.

На выходных характеристиках транзистора проведём нагрузочную прямую. Она пройдёт через точки

Определим параметры входной цепи транзистора (сопротивление ), обеспечивающие его включенное состояние в режиме насыщения, по уравнению:

–коэффициент насыщения. Определяет превышение базового тока насыщения транзистора над его граничным значением . Принимаетсяравным= 1,5…2,0.

–ток коллектора насыщения. Из графика (рисунок 22, б)

Подставляя соответствующие значения в уравнение (2), получим:

Выбираем из стандартного ряда Е24.

Определяем параметры входной цепи, обеспечивающие режим запирания транзистора (режим отсечки).

Для обеспечения режима глубокой отсечки сопротивление должно удовлетворять неравенству:

Окончательно выбираем

Модель электронного ключа в среде Multisim приведена на рисунке 23.

t_ф

t_с

Рисунок 23 – Модель схемы электронного ключа и временные диаграммы работы

В результате моделирования определяем: время фронта t_ф=0,8 мкc, время среза t_c=0,5 мкc.

Задача 9. Разработать схему устройства на логических элементах серии К561, работа которого описывается выражением . Осуществить моделирование работы схемы при комбинации логических сигналов на входах

Х₁, Х₂, Х₃, Х₄, Х₅, Х₆, Х₇, Х₈=0,0,0,1,0,1,1,0.

Пример решения

Сигналы Х₁, Х₂, Х₃ логически умножаются и инвертируются. Это делается с помощью логического элемента 3И-НЕ с выходом У₁. Сигналы Х₄, Х₅, Х₅ логически суммируются и инвертируются. Это делается с помощью логического элемента 3ИЛИ-НЕ с выходом У₂. Проинвертированный с помощью элемента НЕ сигнал Х₇ логически перемножается с Х₈. Это возможно осуществить логическим элементом 2И с выходом У₃. Над выходными сигналами У₁ и У₂ выполняется операция исключающее ИЛИ с выходом У₄ и результат логически складывается с У₃ элементом 2ИЛИ.

Реализуем устройство на логических элементах DD1 К561ЛА9 (3 элемента 3И-НЕ), DD2 К561ЛП2 (4 элемента исключающее ИЛИ), DD3 К561ЛЕ10 (3 элемента 3ИЛИ-НЕ), DD4 К561ЛН2 (6 элементов НЕ) (приложение Г).

Операцию реализуем в виде(двойное отрицание):(элементDD4.1), (элемент DD1.2), (элемент DD4.2). Логическую операцию реализуем в виде(элементыDD3.2 и DD4.1).

Разработанная схема приведена на рисунке 24.

X7

X8

Рисунок 24 – Схема устройства на логических элементах

Определим значение логической функции при заданных значениях входных переменных:

;

;

;

;

.

Производим построение модели устройства на логических элементах (рисунок 25):

- задаем источник сигнала U=15 В (сигнал логической 1). Значения входных переменных формируем с помощью ключей 1..8;

- выбираем логические элементы из библиотеки элементов;

- на выходы логических элементов подключаем логические пробники;

- запускаем моделирование работы схемы (рисунок 10).

Полученная логическая функция Y =1 и промежуточные функции Y₁=1, Y₂=0, Y₃=0, Y₄=1 соответствуют расчётным.

Рисунок 25 – Модель схемы устройства на логических элементах

Задача 10. Разработать функциональную схему на логических элементах 2И-НЕ триггера, условное обозначение которого имеет вид, показанный на рисунке 26. Составить таблицу состояний и временные диаграммы. Осуществить моделирование работы триггера в среде Multisim на элементах серии К555 (74LS).

Рисунок 26 – Асинхронный RS–триггер

Пример решения

Схема триггера на логических элементах 2И–НЕ, соответствующая приведенному условному обозначению, представлена на рисунке 27. Здесь же приведена таблица состояний триггера, где - текущее состояние, - предшествующее состояние, Х - запрещённое состояние.

Триггер обеспечивает хранение информации при состоянии входов

= 1, R = 0. Запрещённое состояние – при = 0, R = 1.

0	0	1	0
0	1	Х	Х
1	0
1	1	0	1

Рисунок 27 – Схема асинхронного RS–триггера на логических элементах 2И–НЕ и таблица состояний

Временные диаграммы работы триггера приведены на рисунке 28.

Рисунок 28 – Временные диаграммы работы триггера

Модель асинхронного RS–триггера на элементах серии 74LS (аналог К555) приведена на рисунке 29.

Рисунок 29 – Временные диаграммы работы триггера асинхронного RS–триггера на элементах 2И-НЕ