Всего на сайте:
282 тыс. 988 статей

Главная | Электроника

Электроника: Метод. пособие к выполнению расчетно-графической работы - 2 страница  Просмотрен 9

 

ЗАДАНИЕ.

1. Выбрать необходимое число триггеров и составить таблицу состояний счетчика для заданного модуля счета.

2. Начертить схему счетчика с обозначением входов и выходов.

3. Начертить временную диаграмму работы счетчика за полный цикл работы.

 

Таблица 18

 

 

Вариант Тип счетчика Тип триггера Модуль счета
  Параллельный “ “ “ Кольцевой “ “ “ “ “ D JK D JK D JK D JK D JK 
  Последовательный “ “ “ “ “ “ “ “ “ D JK D JK D JK D JK D JK 
  “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ D JK D JK D JK D JK D JK 
   

 

 

ЗАДАЧА 12. Разрядность и тип регистра, тип триггеров, из которых следует составить схему заданного регистра, заданы в таблице 19. При необходимости можно использовать дополнительно стандартные логические элементы.

 

ЗАДАНИЕ.

1. Составить из заданного типа триггеров схему последовательного или параллельного регистра нужной разрядности.

2. В регистрах предусмотреть входы «Сброс» и «Запись».

3. Начертить временные диаграммы работы регистра при записи произвольного слова.

4. Кратко описать назначение и принцип работы регистра, используя временные диаграммы.

 

Таблица 19

 

 

Вариант Тип регистра Разрядность Тип триггеров
  Параллельный   D
  Последовательный   JK
  Параллельный   Синхронный RS
  Последовательный   D
  Параллельный   JK
  Последовательный   Синхронный RS
   

 

 

ТИПОВЫЕ РАСЧЕТЫ К ЗАДАЧАМ

 

ПРИМЕР 1. Схема выпрямителя с П-образным индуктивно-емкостным фильтром приведена на рис. 5. Номинальное напряжение нагрузки 100 В, номинальная мощность – 50 Вт, допустимый коэффициент пульсации 0,5%, напряжение сети переменного тока 220В при частоте 50 Гц.

Выбрать тип вентилей, определить расчетную мощность и коэффициент трансформации трансформатора, параметры фильтра.

РЕШЕНИЕ.

1. Выбор вентилей.

Ток нагрузки

 

 

Рис. 5

Для однофазного мостового выпрямителя среднее значение прямого тока через вентиль (Приложение 1)

 

Обратное максимальное напряжение на вентиле

 

 

Выбираем вентили КД105Б (Приложение 3), для которых

 

 

2. Определение параметров трансформатора.

Для однофазного мостового выпрямителя действующее значение вторичного напряжения

 

Откуда коэффициент трансформации

 

Расчетная мощность

 

Выбираем трансформатор

U1/U2 = 220/110 B;

 

3. Определение параметров фильтра (Приложение 2).

Коэффициент пульсаций на выходе однофазного мостового выпрямителя

Требуемый коэффициент пульсаций

Коэффициент сглаживания фильтра

П-образный фильтр состоит из простого C-фильтра и Г-образного LC-фильтра. Его коэффициент сглаживания

 

Принимаем емкость конденсаторов фильтра C1 = C2 = 100 мкФ. Тогда

 

,

 

где m – число пульсаций выпрямленного напряжения за период (Приложение 1);

Rн – сопротивление нагрузки:

 

Тогда коэффициент сглаживания LC-фильтра

 

Для LC-фильтра

При C2 = 100 мкФ

 

Параметры фильтра C1 = C2 = 100 мкФ, Lф = 0,3 Гн удовлетворяют условиям эффективной работы (Приложение 2):

и .

 

Пример 2. Для усилительного каскада на транзисторе ГТ108А, схема которого приведена на рис. 4, заданы: напряжение источника питания 9 В, ток покоя коллектора 10 мА, напряжение покоя эмиттер-коллектор – 4 В, сопротивление нагрузки 1 кОм. Рассчитать сопротивления резисторов схемы, определить коэффициент усиления напряжения, тока и мощности, входное и выходное сопротивления каскада, максимальную амплитуду выходного синусоидального сигнала. Принять Rэ=0,1Rк и ток делителя I1=5Iбп.

 

Решение.

При использовании транзистора p-n-p типа необходимо изменить полярность источника питания Eк на рис. 4. При этом направления токов и напряжений меняются на противоположные.

1. Статический режим или режим покоя.

В статическом режиме входное напряжение отсутствует и токи протекают только под действием источника питания Eк. Сопротивление конденсаторов постоянному току равно бесконечности и поэтому схема каскада в этом режиме имеет следующий вид (рис. 6).

Уравнение статической линии нагрузки:

Учитывая, что

Откуда ток коллектора

При использовании значений тока в миллиамперах сопротивления получаются в килоомах.

 

По полученному уравнению на выходных характеристиках транзистора ГТ108А строим статическую линию нагрузки (рис. 7) по двум точкам: точка покоя П с координатами Iкп = 10 мА и Uэкп= 4 В и точка отсечки Iк = 0,

 

Входные характеристики

 

ГТ108A, ГТ108В

 

Германиевые сплавные p-n-p транзисторы предназначены для работы в схемах усиления и генерирования.

Корпус металлический, масса не более 0,5 г.

Uкэ m = 10 В,

Iк m = 50 мА,

Pк m = 75 мВт,

Тк m = 55 ОС

 

 

Выходные характеристики

 

 

Рис. 7

 

Подставляя в уравнение линии нагрузки значения Eк, Iкп и Uэкп, получаем

 

Так как по условию Rэ = 0,1Rк, то

Для контура Rэ– эмиттер – база – R2 можно написать уравнение по второму закону Кирхгофа:

;

 

 

Точка покоя П лежит на выходной характеристике Iб = 200 мкА=0,2 мА. По входной характеристике Uэк = 5 В для этого тока базы получаем Uэбп = 0,35 В.

Учитывая, что Iкп Iэп и I1=5Iбп=5∙0,2=1 мА.

 

 

Аналогично для контура R2– R1 – Eк

;

 

2. Динамический режим.

По выходным характеристикам транзистора в точке покоя П определяем

 

По входной характеристике

 

 

В динамическом режиме источник питания Eк закорочен, а токи протекают только за счет Емкость конденсаторов выбирается так, чтобы на минимальной рабочей частоте их сопротивление было значительно меньше активных сопротивлений схемы и конденсаторы можно считать закороченными. Тогда, заменив транзистор эквивалентной схемой с h-параметрами, получим схему замещения усилителя (рис. 8).

В этой схеме

 

Так как , то им можно пренебречь.

 

 

Входное сопротивление каскада

 

 

Выходное сопротивление каскада

 

Коэффициент усиления напряжения находим с помощью уравнений для входной и выходной цепей (рис.8):

;

;

(минус показывает, что uвых в противофазе с uвх).

Коэффициент усиления тока

;

 

Коэффициент усиления мощности

 

 

Уравнение динамической линии нагрузки записывается по второму закону Кирхгофа для выходного контура схемы замещения каскада

 

 

При каскад работает в статическом режиме и динамическая линия нагрузки должна приходить через точку покоя П. При изменении коллекторного тока напряжение Uэк изменится на -1,55 В, т. е. вторая точка динамической линии нагрузки имеет координаты

 

и

 

Через точки с этими координатами проводим динамическую линию нагрузки. Она пересекает характеристику в точке, которая соответствует Uэк=6,9 В. Следовательно, максимальная амплитуда выходного напряжения

 

 

Максимальная выходная мощность

 

Пример 3. Схема каскада усиления переменного тока приведена на рис. 4. Транзистор n-p-n. Напряжение источника питания Ек =36 В, мощность нагрузки Рн=30 мВт, максимальная амплитуда выходного напряжения Uвых m=9 В.

 

ЗАДАНИЕ.

Выбрать параметры точки покоя, тип транзистора. Рассчитать сопротивления резисторов, динамические параметры каскада. Определить КПД каскада и построить его амплитудную характеристику.

РЕШЕНИЕ.

  1. Параметры нагрузки.

Заданы Рн=30 мВт и Uвых m=9 В.

Сопротивление нагрузки

Rн= .

Амплитуда тока нагрузки

Iвых m= .

  1. Выбор точки покоя.

Чтобы избежать нелинейных искажений выходного сигнала, параметры точки покоя выбираются из следующих условий:

 

Iкп Iвых m;

Uкэп Uвых m + DU,

где DU – напряжение на транзисторе в режиме насыщения, принимается 1...1,5 В.

Чем больше выбран Iкп, тем больше мощность, потребляемая от источника питания и, следовательно, ниже КПД каскада. При малом Iкп могут возникнуть нелинейные искажения выходного сигнала.

Принимаем Iкп=12 мА, Uкэп=10 В.

  1. Выбор транзистора.

Если не указаны дополнительные условия, транзистор выбирается по предельным параметрам:

Uкэ доп Ек =36 В;

Iк доп Iкп + Iвых m =12+6,7=18,7 мА;

Рк доп Iкп·Uкэп = 12·10 = 120 мВт.

 

Выбираем транзистор КТ315В (Приложение 4), у которого

Uкэ доп = 40 В; Iк доп = 100 мА; Рк доп = 150 мВт.

Данный транзистор имеет следующие h-параметры:

h11=0,14 кОм; h21=50; h22=0,3 мкСм.

Параметром h12 пренебрегаем, а рекомендуемое напряжение база-эмиттер в режиме покоя Uбэп=1,0 В.

  1. Статический режим.

В статическом режиме источник сигнала отключен и каскад работает только под действием источника питания Ек. Поэтому сопротивление конденсаторов равно бесконечности и расчетная схема имеет следующий вид (рис. 9).

Уравнение статической линии нагрузки

 

Ек = Iк Rк + Uкэ + Iэ Rэ.

 

Так как Iэ = Iк + Iб и Iк >> Iб , то Iэ » Iк ;

Ек = Iк ·(Rк + Rэ) + Uкэ.

Рекомендуется принимать Rэ = (0,1 …0,2) Rк.

Тогда

Ек = 1,1 Iк Rк + Uкэ.

В режиме покоя Iк = Iкn , Uкэ= Uкэп.

Сопротивления

;

Rэ= 0,2 кОм.

 

Чтобы в динамическом режиме не менялись существенно условия работы конденсатора, ток делителя рекомендуется выбирать в 5…10 раз больше Iбп. Примем I1 = 5Iбп.

;

I1 = 5·Iбп =5·0,24 = 1,2 мА.

 

Для контура R2—база—эмиттер—Rэ уравнение по второму закону Кирхгофа:

 

-R2 I1 + Uбэп + Iкп Rэ = 0;

 

Второе уравнение для контура Eк – R1 – R2:

 

Eк = (I1+ Iбп)·R1 +IR2;

 

  1. Динамический режим.

В динамическом режиме Ек закорочен, а сопротивлением конденсаторов можно пренебречь, так как их емкость выбирается из условия, чтобы на минимальной рабочей частоте реактивное сопротивление конденсаторов было на порядок меньше сопротивлений резисторов схемы. Поэтому схема замещения каскада с учетом h-параметров транзистора имеет вид, подобный рис. 8, но с противоположными направлениями токов, напряжений и источника тока. В этой схеме

 

Входное сопротивление каскада

Выходное сопротивление

Уравнение динамической линии нагрузки

.

Максимальная амплитуда выходного напряжения при Iкm=Iкп

 

 

По заданию Uвых m=9 В. Поэтому сигнал искажаться не будет. Если бы Uвых m получилась меньше заданной, надо было бы увеличить Iкп и расчет повторить.

Коэффициенты усиления:

 

;

;

.

 

Потребляемая мощность (мощность потребляемая делителем незначительна и ее не учитывают)

.

 

КПД при P2=PН=30 мВт

.

Для каскадов, работающих в классе А, это достаточно высокий КПД, близкий к максимально возможному 0,35.

  1. Амплитудная характеристика Uвых m = f (Uвх m).

 

Uвых m = KUвх m =286 ·Uвх m.

 

Это линейное уравнение справедливо до Uвых m= 9,6 В. Дальнейший рост напряжения ограничивается тем, что транзистор закрывается. Следовательно амплитудную характеристику (рис. 10) можно построить по двум точкам :

первая точка – начало координат Uвх m = 0, Uвых m= 0;

вторая точка – Uвых m= 9,6 В, Uвх m = Uвых m/Ku = 9,6/286 = 33,6 мВ.

 

  
 
 

 

 

 

 

Пример 4. Коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен 20. Усилитель на ОУ К140УД2Б, который имеет следующие основные параметры: напряжение источников питания Eп= ±6,3 В, разность входных токов ΔIвх=0,2 мкА, коэффициент усиления K`u=3000, максимальное выходное напряжение Uвых m= ±3 В, входное сопротивление R`вх=0,3 МОм, выходное сопротивление R`вых=1 кОм.

Рассчитать сопротивления резисторов схемы для получения заданного коэффициента усиления, определить входное и выходное сопротивления усилителя с обратной связью и максимальную амплитуду входного синусоидального сигнала, при которой не будет заметных искажений выходного сигнала. Сопротивлением нагрузки пренебречь.

Решение.

Схема инвертирующего усилителя на ОУ приведена на рис. 11.

Параметры ОУ приведены в Приложении 6.

1. Для инвертирующего усилителя на ОУ входное сопротивление Rвх=R1. Чтобы не загружать источники сигнала, величину R1 желательно иметь большой. Но падение напряжения на R1 от разностного тока ΔIвх воспринимается усилителем как сигнал. Чтобы отстроить эту помеху от полезного сигнала, надо иметь ΔIвх·R1 значительно меньше, чем Uвх min.

 

 

Рис. 11

 

Принимаем R1= 5 кОм, тогда ΔIвх·R1= 0,2·5= 1 мВ << Uвх min= 10 мВ.

Сопротивление обратной связи

 

R2=KR1= 20·5= 100 кОм.

 

Для уравнивания входных токов ОУ по обоим входам в цепь неинвертирующего входа включают резистор R3:

 

2. Входное сопротивление инвертирующего усилителя на ОУ с обратной связью

 

Выходное сопротивление

 

3. Амплитуда выходного сигнала не может быть больше максимального выходного напряжения (для данного типа ОУ – 3 В). Поэтому максимальная амплитуда входного синусоидального сигнала составит

 

 

 

 

Пример 5. Параллельный сумматор для реализации операций Uвых=10U1+U2-2U3-5U4 выполнен на ОУ К14ОУД8А, который имеет следующие основные параметры: напряжения источников питания Eп= ±15 B, максимальное выходное напряжение Uвых m=±10 В, коэффициент усиления K`u= 50000. Сопротивление обратной связи равно 40 кОм. Определить сопротивления резисторов во входных цепях схемы и максимальную величину входного единичного напряжения U.

 

Решение.

Схема параллельного сумматора для реализации заданной функции приведена на рис. 12. Число неинвертирующих входов соответствует числу положительных, а число инвертирующих – числу отрицательных членов функции.

1. Выходное напряжение параллельного сумматора Uвых= Kiн·Uiн - Kiи·Uiи, где Kiн, Uiн, Kiи, Uiи – коэффициенты усиления (весовые коэффициенты) и входные напряжения по каждому из неинвертирующих и инвертирующих входов:

 

где Roc – сопротивление обратной связи (резистор R5), Ri – сопротивление в цепи данного входа. По заданному значению R5 и весовым коэффициентам входов (K1=10, K2=1, K3=2, K4=5) определяем

 

Для нормальной работы сумматора надо уравнять сопротивления по обоим входам. В противном случае входные токи ОУ вызовут на них неодинаковое падение напряжений и на входе ОУ появиться разностный сигнал, который будет им усилен. На выходе будет Uвых при отсутствии Uвх. Входное сопротивление по инвертирующему входу

 

 

по неинвертирующему входу

 

 

Чтобы выровнять входные сопротивления параллельно инвертирующему входу, надо включить резистор R6 так, чтобы

Предыдущая статья:Электроника: Метод. пособие к выполнению расчетно-графической работы - 1 страница Следующая статья:Электроника: Метод. пособие к выполнению расчетно-графической работы - 3 страница
page speed (0.0606 sec, direct)