Несиметричний мультивібратор з емітерним зв'язком

1.При заданій нестабільності тривалості імпульсу по формулі розраховують опір Rб.

δt_і =- δI_ко2 R_б I_ко2/2E_кln2 (61)

2.По формулі визначають опір R_к2.

R_б<β_ср2R_к2. (62)

3.По заданій амплітуді вихідного імпульсу U_m2, відомій напрузі джерела E_к і розрахованому значенню опору R_к2 визначають опір R_э.

4.Задаються опором Rк₁=(1,5-2)Rк2.

5.По формулах розраховують опору R2 і R1.

R2 = β_ср1 R₁ R_э / (β_ср1 R_к1-R₁) (63)

R1 ³. β_ср1 (R_к1 - R_к2)_______

1+(R_к2 + R_э)β_ср1 I_к0мах / E_к (64)

6. По формулі визначають ємність хроніруючого конденсатора Сб.

t_и=С_б R_б ln[a + (E_к R_к2 (R_к1+R_э) / R_к1 (R_к2 + R_э) / E_к R_б I_к02))], (65)

де а = R’_к / R_к1.

7.По формулах визначають параметри імпульсу, що запускає.

U_зап =. τ_α Ек. (R_зап+R_вх) + Е_з`

(R_к1+R_э) t_и.зап (66)

де t_и.зап – тривалість запускаючого імпульсу;

R_зап - внутрішній опір генератора запускаючого імпульси;

R_вх – вхідний опір відмикаючого транзистор;

Е_з » Е_к (R_э / (R_к2+R_э) - R₂ (R₁+R₂)) – напруга, яка замикає транзистор.

Тривалість, що запускає (відпераючий) імпульс повинна бути трохи більше величини:

t_и.зап =τ_{α *.} Ек. * R_зап + R_вх. +2τ_α (67)

R_к1+R_э U_зап - E_з

Замикаючий імпульс, який подається на вхід транзистора Т₂, повинний мати тривалість:

t_и.зап = τ_α [1+E_к (R_зап+R_э) / (R_к2+R_э)U_зап] (68)

і амплітуду:

U_зап = R_зап τ_β Е_к / t_и.зап R_б. (69)

Мультивібратор з керованим зсувом

1.При заданій нестабільності періоду коливань по формулі розраховують базовий опір R_б.

δT»-δI_к0 R_б I_к0/2E_к ln2 (70)

2.По формулі розрахувати сумарний колекторний опір R'к + R”к.

Rб<bпорівн (R’к + R”к) (71)

3.По формулі визначають опір R'к, а потім і R”к.

bR’к ≤ R”б. (72)

4.При заданій тривалості імпульсу по формулі розраховують ємність базового конденсатора:

tи1=Cб1 Rб1 ln (2 + R”до2 / R’к2);

tи2=Cб2 Rб2 ln (2 + R”до1 / R’к1). (73)

Мультивібратор на кремнієвих транзисторах

При розрахунку необхідно задатися розрядним опором Rб=30÷100кОм. Чим більше тривалість імпульсу, тим більше повинне бути й опір Rб. Мультивібратори на кремнієвих транзисторах розраховують як мультивібратори на германієвих транзисторах.

Приклад. Розрахувати несиметричний мультивібратор, що чекає, з емітерним зв'язком при наступних вихідних даних:

- амплітуда вихідного імпульсу Um2≥12В;

- тривалість імпульсу tи=250 мксек;

- діапазон робочих температур від –50 до +50^ос;

-припустима нестабільність тривалості імпульсу δtи ≤ 10 %;

- тривалість фронту і зрізу не більш 3мксек;

-час затримки tзад спрацьовування не більш 0,5 мксек.

1. Для вибору схеми визначаємо шпаруватість імпульсів

Q=T / T-tи =300 / 300-250 = 6 (74)

Таку шпаруватість імпульсів може забезпечити лише мультивібратор з емітерним повторювачем

Напруга джерела живлення

Ек = (1,2÷1,3) Um2 ≈ 15 B (75)

Вибираємо транзистори типу МП16Б, що мають Ек.доп ≥ 2Ек = 30В, β ≥ 30, Iко ≤ 15мка, τ_β ≈ 5мксек, Ск ≈ 50пф

 

2. Розраховуємо опір:

Rб = 0,7 Ек δtи / Iко δIко = 0,7*15*0,1/15*10^-6*7 = 10000 Ом. (76)

Величина δIко при +50^ос дорівнює 7.

Приймаємо Rб = 10 кОм.

3. Визначаємо опір:

R_к2 ≥ R_б / β_ср- = 10*10³ / 15 ≈ 660 Ом. (77)

Коефіцієнт βср складає 70-80 % від значення, що приводиться в довіднику, а βср- при –50^ос складає 60-70 % від відповідного значення при кімнатній температурі. Тому βср- ≈ 15.

Приймаємо Rк2 = 1кОм і Rк1 = 2,2 кОм. Знаходимо опір:

Rэ = Rк2 (Ек / Um2 - 1) = 103 (15/12 - 1) ≈ 250 Ом. (78)

Приймаємо Rэ = 240 Ом.

По формулі (13) знаходимо опір:

R₁ = β _ср- (R_к1 – R_к2) / 1+(R_к2 + R_э) * (β _ср- I_коmax / E_к) =

= 15(2,2-1)*10³ / 1+(10³ + 240) * (15*0,12*10^-3 / 15) ≈ 16*10³ Ом. (79)

Приймаємо R₁ = 16 кОм.

де I_коmax – тепловий струм колектора закритого транзистора при найбільшій температурі.

По формулі (62) визначаємо опір:

R₂ = β_ср- R₁ R_э / β_ср-R_к1 – R₁ =

= 15*16*10³ * 240 / 15*2,2*103- 16*103 ≈ 3400 Ом (80)

Приймаємо R2 = 3,3 кОм.

4. По формулі (64) знаходимо ємність хроніруючого конденсатора:

С_б = t_и / R_б ln[a + (E_к * (R_к2 (R_к1+R_э) / R_к1 (R_к2+R_э))) / E_к + R_бI_ко2] =

=250*10^-6 / 10⁴ ln[1+(15*(10⁶*(2,2+0,24) / 2,2*10³*(10³+240))) / 15+10⁴ * 15 * 10^-6] = 39*10^-9Ф. (81)

Приймаємо С_б = 0,04 мкФ.

Вибираємо R3 ≥ Eк / Iэ.доп = 15 / 10^-2 = 1500 Ом

Приймаємо R3 = 5 кОм.

5. По формулах розраховуємо тривалість фронту і зрізів імпульсів:

t_ф» t_b (R_э + R_вх2 + R_к1/b) = 5*(0,24+0,05+22/30)» 0,1 мксек; (82)

b_ср(R_к2+R_э) 15*(1+0,24)

t_c= t_b * R₃+R_э . * ln b(R_к2+R_э)+R = 5* (5+0,24) ln 30 * (1+0,24)+5»0,73 мкс (83)

R₃+bR_э bR_к2 5+30*0,24 30*1

і переконуємося в тому, що транзистори були обрані правильно.

6. Амплітуда імпульсу запуску відповідно до формули (65) при

R_зап » 0,5кому t_и.зап »t_з » 0,5 мсек

U_зап ³ t_aЕк (R_зап+R_вх) +E_з = 5*15*(0,5+0,05) +

(R_к1+R_э)*t_и.зап 30*(2,2+0,24)*0,5

+15(0,24 / (1+0,24)-3,4 / (16+3,4))» 0,8 В. (84)

приймаємо U_зап» 3 В.

6.2.7 Розрахувати схему автоколивального мультивібратора, генеруючого прямокутні імпульси з амплітудою U_вих = 10 В, тривалістю t_и = 100 мкс і частотою F = 1,2 кГц. Навантаження R_Н з опором 10 кОм включена між колекторами транзисторів і “землею”. Діапазон температур оточуючого середовища 20 – 60 ⁰С. Нестабільність робочої частоти при зміні температури не повинна перевищувати 12 %.

Розрахунок.

1. Визначаємо сквапність вихідного сигналу:

Q = T / t_И = 1 / Ft_И = 8 (85)

2. По формулі Q_max = (β_min/3)+1 знаходимо мінімальний коефіцієнт підсилення транзистора по струму: β_min ≥ 3*(Q-1) = 21.

3. Полягаючи ориєнтировочно, що Е_К=1,2*U_ВИХ, із умови U_{КБ..ДОП.}>2Е_К знайдемо максимально допустиму колекторну напругу закритого транзистора:

U_КБ..ДОП ≥ 2*(1,2*U_ВИХ) = 24 В (86)

4. На підставі п.2 і 3 вибираємо транзистор типа МП25Б, який має наступні параметри: β=30÷80, U_КБ..ДОП = 40 В, І_КБ..ДОП = 100 мА, І_КБ0 = 500 мкА при t = +60⁰С, f_α = 500 кГц.

5. Вибираємо струм колектора насичення І_КН відкритого транзистора. З умови

t^-_ф ≈ 3R_К2С₂ для отримання малої тривалості негативного фронту необхідно зменшити опір резистора R_К, а слідуючи, збільшувати І_КН. Однак у області великих значеннях робочих струмів, близьких к допустимому для даного типу транзистора, зменшується коефіцієнт підсилення по струму β. Тому у діапазоні струмів І_КН<І_К.ДОП для транзистора МП25Б вибираємо струм І_КН = 30 мА, при якому значення β максимально.

Треба зазначити, що задання потужності споживання схеми Р₀ = Е_К*І_КН накладає додаткове обмеження на струм І_КН.

6. Визначаємо опір резистора в колекторному колі:

R_К1=R_К2=R_К≈Е_К/І_КН=(1,2U_ВИХ/І_КН) = 0,4 кОм. (87)

7. Уточнюємо напругу джерела живлення:

Е_К=U_ВИХ *((R_К+R_Н)/R_Н)+І_КБ0max *RН = 14 В (88)

8. Із формули R≤β_min*R_К знаходимо опір резисторів в базових колах транзисторів:

R₁=R₂=R≤β_min*R_К (89)

Приймаємо R = 0,8β_min*R_К = 9,6 Ом.

9. Оцінюємо вплив зворотного струму закритого транзистора при максимальній температурі на робочу частоту, виходячи з умови:

І_КБ0max *R/Е_К<<1. (90)

10. Так як умова І_КБ0max R/Е_К<<1 не виконується, то ємність конденсатора С₁ визначається з формули t_И=R₁*С₁*ln*(2Е_К+І_КБ0*(R₁-R_К1) / (Е_К+І_КБ0*R₁)). Таким чином, С₁ ≈ 0,016 мкФ.

11. Для визначення ємності С₂ використаємо формулу:

t_И=R₂*С₂*ln*(2Е_К+І_КБ0*(R₂-R_К2) / (Е_К+І_КБ0*R₂)), що дає С₂ = 0,1 мкФ. (91)

12. Перевіряємо виконання умови С₁, С₂>С_КБ. Так як С_КБ = 60 пФ, то умова виконується.

13. Визначаємо тривалість фронтів t_-ф та t_+ф вихідного імпульсу мультивібратора з урахуванням резистора навантаження:

t^-_ф ≈ 2,3С₂*(R_К*R_Н / (R_К+R_Н)) = 86 мкс, (92)

t⁺_ф ≈ 3τ_α = 1 мкс. (93)

14. Оцінюємо нестабільність робочої частоти при зміні температури в заданих межах 20-60 ⁰С:

δ=(F(60⁰С)-F(20⁰С)) / F(60⁰С) (94)

Так як параметри мультивібратора розраховувалися із умови максимальної температури 60⁰С, то частота F(60⁰С) = 1,2 кГц відповідає заданій.

Значення робочої частоти при температурі 20⁰С можна визначити із формул:

t_И ≈ 0,7R₁С₁ та t_П ≈ 0,7R₂С₂,

так як в цьому випадку виконується умова Е_К>>І_КБ0R:

F(20⁰С)=1 / (0,7R*(С₁+С₂)) = 1,08 кГц. (95)

Таким чином, δ = 10 %, що не перевищує допустимого значення, визначної умови задачі.

Таблиця 6.1. Формули розрахунку випрямляча з ємнісним навантаженням.

Схе ма выпрямлення

m

Iпр.ср

Uобр.и.п

Iпр.и.п

Кrс

ro

KL

U2

I2

I1

Pг

приблизительно

уточненное

-1ф 1полупериодная   -1ф 2полупериодная     -1ф мостовая -схе ма удвоения U

Io     Io/2     Io/2     Io

3 Uo   3 Uo     1,5*Uo   1,5*Uo

7 *Io     3,5 *Io     3,5 *Io     7* Io

IoF   IoF   IoF     IoF

2,3   4,7   3,5     0,9

rдиф+rтр   rдиф+rтр     2rдиф+ rтр     rдиф+rтр

4,1*10^-3   4,3*10^-3   5*10^-3     1,3*10^-3

BUo   BUo   BUo   B* Uo/2

DIo     D* Io/2     D*Io*/2   D*Io*/2

n21VI2^2-Io^2   n21I2/2   n21I2     n21I2

2*Ро     1,8* Ро     1,5*Ро   1,5*Ро

Таблиця 6.2. Формули розрахунку випрямляча з індуктивним навантаженням.

Схема випрямлення	m	Iпр.ср	Iпр.и.п	Uобр.и.п	Кr L	ΔUтр	U2X	I2	I1	Pг
приблиз но	уточненное
-1ф 2полупериодная     -1ф мостовая		Io/2     Io/2	Io     Io	3Uo   1,5*Uo	3,14*Uox     1,57*Uox	5,2	Ior тр     Ior тр	1,11* Uox     1,11* Uox	0,71*Io   Io	n21Io     n21Io	1,34*Uox Io     1,11*Uox Io

 

Таблиця 6.3

 

fс, Гц	ΔU%	Габаритна потужність Рг, В А
15-30	50-150	150-300	300-1000
	Δ U1% Δ U2%	15-5 20-10	5-4 10-8	4-3 8-6	3-1 6-2

 

Таблиця 6.4 Рекомендовані значення В, J, η, k_o при різних марках сталі.

 

Рг, В А	Індукція В, Тл	J, А /мм^2	η	k^1o
Для марок сталі
	1,1 1,26 1,37 1,39 1,35 1,25 1,13 1,05 1,0 0,9 0,8 0,72 0,68	1,2 1,4 1,55 1,6 1,6 1,51 1,43 1,35 1,3 1,2 1,1 1,02 0,97	4,8 3,9 3,2 2,8 2,5 1,6 1,3 1,2 1,1	0,85 0,89 0,92 0,94 0,95 0,96 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97	0,22 0,26 0,28 0,3 0,31 0,32 0,33 0,34 0,35 0,36 0,36 0,37 0,37

 

Таблиця 6.5. Рекомендовані значення k_c для f = 50 Гц.

 

Марка сталі	Товщина листа або ленти, мм	kc для магнітодроту
з пластин	ленточного
1511, 1512,1513 3411, 3412, 3413	0,5 0,35	0,93 0,89	0,97 0,95

 

 

Таблиця 6.6.

 

Матеріал	Товщина листа (ленти), мм	Тип магнітопровода та його конструкція	Середнє значен Bs, Tл
50НП 65НП 34НКМП	0,35 0,2 0,08   0,05 0,05 0,05	Броньовий Ш9 Броньовий Ш9 Стержневий ленточний розрізний Ш9 Тороїдальний ленточний	0,85 0,9 1,0   1,5 1,3 1,5

 

Завдання на курсову роботу.

Розрахувати схему мультивібратора та блока живлення в медичному апараті для низькочастотної магнітотерапії “ПОЛЮС-1”.

Варіанти завдань:

Таблиця 7.

Варіанти
Вхід. данні
Випрямляч, згладжувальний фільтр
1.U0Н, В
2.І0, А	0,5	0,3	0,2	0,8	0,2	0,25	0,2
3.КП.Н, %
4.U1, В
5.fС, Гц
6.ΔТОКР,^0С	+20 ÷ +50
Стабілізатор
7.ΔUВХ, В	±1,0	±1,5	±2,0	±2,5	±	±	±
Силовий трансформатор
8.U3, В
9.U4, В	2,5	3,0	2,5	3,0	2,5	3,0	2,5
10.ТТР max^0С	+70
Мультивібратор
11.tИ, с	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1
12.tП, с	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1
13.RН, Ом
14.δ,%

 

	Варіанти
	Вхід. данні
	Випрямляч, згладжувальний фільтр
	1.U0Н, В
	2.І0, А	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2
	3.КП.Н, %
	4.U1, В
	5.fС, Гц
	6.ΔТОКР,^0С	+20 ÷ +50
	Стабілізатор
	7.ΔUВХ, В	0,2	0,15	0,1	0,15	0,2	0,25	0,2
	Силовий трансформатор
	8.U3, В
	9.U4, В	3,0	2,5	3,0	2,5	3,0	2,5	3,0
	10.ТТР max^0С	+70
	Мультивібратор
	11.tИ, с	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8
	12.tП, с	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8
	13.RН, Ом
14.δ,%

 

Варіанти
Вхід. данні
Випрямляч, згладжувальний фільтр
1.U0Н, В
2.І0, А	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,4	0,3
3.КП.Н, %
4.U1, В
5.fС, Гц
6.ΔТОКР,^0С	+20 ÷ +50
Стабілізатор
7.ΔUВХ, В	0,15	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,25
Силовий трансформатор
8.U3, В
9.U4, В	2,5	3,0	2,5	3,0	2,5	3,0	2,5
10.ТТР max^0С	+70
Мультивібратор
11.tИ, с	1,9	2,0	2,1	2,2	2,3	2,4	2,5
12.tП, с	1,9	2,0	2,1	2,2	2,3	2,4	2,5
13.RН, Ом
14.δ,%

 

Варіанти
Вхід. данні
Випрямляч, згладжувальний фільтр
1.U0Н, В
2.І0, А	0,2	0,9	0,2	0,3
3.КП.Н, %
4.U1, В
5.fС, Гц
6.ΔТОКР,^0С	+20 ÷ +50
	Стабілізатор
7.ΔUВХ, В	0,1	0,15	0,2	0,25
Силовий трансформатор
8.U3, В
9.U4, В	3,0	2,5	3,0	2,5
10.ТТР max^0С	+70
	Мультивібратор
11.tИ, с	2,6	2,7	2,8	2,9
12.tП, с	2,6	2,7	2,8	2,9
13.RН, Ом
14.δ,%

 

Додаток 1.

Зміст курсової роботи.

Завдання на курсову роботу.

Вступ. Огляд розвитку медичного обладнання.

1. Опис електронного медичного апарату «Полюс-1».

2. Розрахункова частина.

2.1. Вихідні дані для розрахунку.

2.2. Розрахунок і конструювання блока живлення в медичному апараті.

2.2.1. Розрахунок випрямляча.

2.2.2. Розрахунок згладжуючого фільтра.

2.2.3. Розрахунок трансформатора.

2.2.4. Розрахунок стабілізатора напруги.

2.3. Розрахунок і конструювання електронного вузла в медичному апараті.

3. Висновки до роботи.

4. Література.

Література.

1. Справочник по импульсной технике / Под редакцией Яковлева В.Н. – Киев: Техника, 1970г.

2. Г.Г. Марголин Расчет деталей и узлов радиоаппаратуры – Киев: Техника, 1972г.

3. Основы промышленной электроники / Под редакцией Исакова Ю.А. – Техника, 1976г.

4. Расчет электронных схем. Примеры и задачи: Учебное пособие для вузов по спец. электрон. техники / Под ред. Изъюровой – М: Высшая школа, 1987г.

5. А.Р. Ливенсон Электромедицинская аппаратура – М: Медицина, 1981г.

6. Расчет электронных устройств на транзисторах / Под ред. Бочарова Л.Н. – М: Энергия, 1978г.

7. И.Г. Шеметило, М.Г. Воробьев Современные методы электро- и светолечения.

8. Справочник радиолюбителя – конструктора / Под ред. Берга А.И. – М: Энергия, 1977г.

9. Справочная книга радиолюбителя – конструктора / Под ред. Н.И. Чистякова – М: Радио и связь, 1990г.

10. В.В. Фролов Язык радиосхем - М: Радио и связь, 1988г.

11. А.Б. Грумбина Электрические машины и источники питания радиоэлектронных устройств – М: Энергоатоиздат, 1990г.

12. Технічний паспорт апарату «Полюс-1».

Зміст методичних вказівок

1. Мета курсової роботи

2. Структура і порядок виконання КР

3. Захист КР

4. Порядок виконання КР

5. Використана література

6. Приклади виконання КР по розрахунку та конструюванню

електронного вузла

7. Завдання на КР

Додаток 1.

Література

Зміст