Типовые расчёты - тип логики КМОП (КП)

Посмотреть архив целиком

Содержание:



ЗАДАНИЕ на КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 2

Блок-схема ГПИ 3

РАСЧЁТ МУЛЬТИВИБРАТОРА 4

РАСЧЁТ ЖДУЩЕГО МУЛЬТИВИБРАТОРА 6

РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ 8

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ 11

ДИФЕРЕНЦИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ 12

ТАБЛИЦА СПЕЦИФИКАЦИЙ 14

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА 15

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 16



























ЗАДАНИЕ на КУРСОВОЙ ПРОЕКТ



Генератор прямоугольных импульсов




Спроектировать генератор прямоугольных импульсов, обеспечивающий в нагрузке (Rн, Сн) амплитуду рабочих импульсов, регулируемую в пределах от 0 до Uвых_mах. Длительность импульсов должна регулироваться и находиться в пределах от Tи_min до Tи_max. Период следования импульсов регулируется и находится в пределах от Tmin до Tmax. Обеспечить длительность переднего и заднего фронтов импульса не более заданной величины tф. Форма напряжения рабочего импульса и его амплитуда могут быть согласованы с консультантом.

Генератор, за исключением усилителя мощности (УМ), выполняется с использованием стандартных логических элементов (ЛЭ) ТТЛ либо КМОП (однотипных для всей системы), либо таймеров (формирователей) на основе ЛЭ ТТЛ (Т-ТТЛ) или на основе ЛЭ КМОП (Т-КМОП). Типы логических элементов могут быть согласованы с консультантом.

Рассчитать стабилизатор напряжения, обеспечивающий питание генератора импульсов. Использовать интегральные стабилизаторы напряжения (СН). Нестабильность ыходного напряжения стабилизатора должна быть не хуже +-Delta_Eпит при нестабильности напряжения сети +- 20%.




Данные:


Uвыхm = 3 В

Полярность импульса «-»

Tиmin = 500 мкс

Tиmax/Tumin = 20

tф/ Tumin = 0,05

Rн = 0.2 кОм

Сн = 500 пф

Tmin/ Tumax = 15

Tmax/ Tmin = 5

Тип логики КМОП

Епит=1%

Tиmax=10 мс

tф=25 мкс

Tmin=150 мс

Tmах=750 мс

Блок-схема ГПИ




Каждое устройство выполняет следующие функции:

  • Мультивибратор (МВ) генерирует прямоугольные импульсы с регулируемым периодом следования для запуска ждущего мультивибратора

  • Дифференцирующая цепочка (ДЦ) служит для укорачивания длительности импульса, необходимого для осуществления запуска ЖМВ.

  • Ждущий мультивибратор (ЖМВ) формирует прямоугольный импульс с заданной длительностью

  • Усилитель мощности формирует импульс с заданной амплитудой.

























Автогенератор в настоящей работе будет выполнен на трёх микросхемах КМОП серии К561ЛА7.


РАСЧЁТ МУЛЬТИВИБРАТОРА

R1

R2



C1

DD1.1

DD1.2

DD1.3







Генератор импульсов собран на трёх логических элементах И-НЕ с одним времязадающим конденсатором С1.


Рассчитаем значение сопротивления R1.


При R2=0 ток через R1 не должен превышать половины тока выхода DD1.3 (ток разделяется на R1 и укорачивающую цепь).


Напряжение питания: Е=15 В


Для данной микросхемы максимальный выходной ток: Iвыхmax=0.35*10-3 А


Ток через сопротивление R1 равен:

Зная ток через R1 и напряжение питания, мы можем найти минимальное значение сопротивления R1:


R1=84,5 кОм

Рассчитаем значения конденсатора С1.


Зная, что найдем С1:



Найдем значение сопротивления R2:

Для этого найдем максимальное сопротивление цепи.


Зная, что найдем Rmax:


Rmax=422,5 кОм


Тогда R2=340 кОм

















РАСЧЁТ ЖДУЩЕГО МУЛЬТИВИБРАТОРА

DD1.4

DD1.5


С4

R4

R5

VD1







Генератор импульсов собран на логических элементах И-НЕ с одним времязадающим конденсатором С4.


Найдем значение сопротивления R4


Зная ток через R4 и напряжение питания, мы можем найти минимальное значение сопротивления R4:


R4=42,7 кОм


Рассчитаем значения конденсатора С4.


Зная, что , где Ud=0,7 В найдем С4:



Найдем значение сопротивления R5


Для этого найдем максимальное сопротивление цепи.


Зная, что найдем Rmax:

Rmax=856 кОм

Тогда Rmax


R5=816 кОм

































РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ



Возьмём Eпит ум = 15 В, = 50, rб = 200 Ом – сопротивление базы транзисторов.


Когда в точке 1 напряжение логического нуля транзистор VT1 закрыт (т.к. напряжение между базой и эмиттером меньше чем 0.7 В). Потенциал базы VT3 больше, чем эмиттера VT3 тоже закрыт. Конденсатор Cн заряжается через открытый транзистор VT2. Перечертим схему и найдём сопротивления R7 и R8.


φ3 = 3В Iэ = Iн = 3 В/ 0,2 кОм = 15 мА.


Iб = Iэ / ( + 1) = 15 / 51 = 0,3 мА.


Для того, чтобы изменение R8 заметно влияло на изменение базового тока VT2 (а значит и на изменение амплитуды выходного сигнала) надо, чтобы ток, текущий через него был порядка тока базы VT2.


Возьмём ток, текущий через R8 равный двум базовым токам VT2:


I2 = 2*Iб = 2*0,3 = 0,6 мА.


Тогда ток I1 будет равен:

I1 = I2 + Iб = 3* Iб = 3*0,3 = 0,9 мА.


φ2 = φ3 + Uбэ = 3 + 0,7 = 3,7 В.


Н
айдём сопротивления
R7 и R8:


R7=12,9 кОм

R8=6,19 кОм

Когда напряжение в точке 1 равно напряжения логической единицы VT1 и VT3 открываются, а VT2 закрывается и конденсатор разряжается через открытый VT3.Нарисуем соответствующую схему:

Т
ок разрядки конденсатора равен:

Базовый ток VT3 равен:




Т
ранзистор
VT1 в насыщении Uкэ нас VT1 0,3 В.


Коллекторный ток VT1 будет равен: Iк1 = IR7 + IБ3 = 2,38 + 0,001176 = 2,379 мА.


Тогда базовый ток VT1 будет равен: IБ1 = Iк1 / 2,379 / 50 = 47,6 мкА.


Это минимальный базовый ток VT1, который необходим, чтобы конденсатор успел полностью разрядится за время равное 25 мкс.


Найдем сопротивление R6:


Напряжение в точке 1 равно U1=2,4 В (для используемой микросхемы)



R6=36 кОм







Найдем tф :


tф 2,3 * , где


= Сн*(Rн || rвых ок)


rвых ок = h11 об + (R7 || R8)/(+1)



h11 об = rэ + rб/(+1)







По условию курсового проекта tф = 25 мкс. Полученная величина в 35 раз меньше,

следовательно, данный усилитель в состоянии обеспечить нужные фронты.
























СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ


В этом стабилизаторе используется микросхема КР142ЕН9А. Параметры микросхемы:

Найдем потребляемый ток:

Когда на выходе генератора 15 В, то ток, который потребляют усилитель равен:.

Если же на выходе генератора 0 В, то потребляемый ток будет равен: .

Таким образом, средний ток, потребляемый усилителем равен:

.

А пульсация тока будет равна:

Для уменьшения влияния нестабильности входного напряжения (Uвх = Uвх 20% ) и пульсации тока при изменении выходного напряжения генератора от 0 до 15В и наоборот нужно поставить конденсаторы C6 и С7. Пусть напряжение на входе стабилизатора 30 В, тогда из-за изменения

напряжения в сети, входное напряжение будет меняться от 24 до 36 В.

Найдём величину конденсатора С6 :


Теперь нужно проверить изменение выходного напряжения вследствие пульсации тока:

По условию курсового проекта стабилизатор должен обеспечить стабильность напряжения питания: ΔΕпит=1%, Епит=15В. ΔΕпит=0.01*15=0.15 В. Без конденсатора С7 стабильность напряжения - ΔΕпит=0.098 В, тогда Iпит_ум, которое может обеспечить стабилизатор без C7 будет равен:

Если Iпит_ум = 24.5 мА, то конденсатор C7 за время разрядки должен обеспечить ток, равный Iс7 = 7,95 – 0,45 = 7.5 мА. Время разрядки возьмём равным максимальной длительности генерируемого импульса.


Значит, поставив С7 равным 5 мкФ, обеспечим нужное Eпит_ум:











ДИФЕРЕНЦИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ



К точке 2 подключается вход ЖМВ. Для того, чтобы одновибратор стабильно генерировал на выходе импульсы необходимо, чтобы запускающий импульс был не больше половины генерируемого импульса. ЖМВ переключится, когда на его входе напряжение будет U*. Поэтому при T = Tи min / 2 U2 должно быть равно U*.


Ограничения на R7:

К