Электроника и микропроцессорная техника

R₃ = [2(+U) – U_{КЭ нас Т2}] / I_КТ2 = 29,5 В / 1 мА = 29,5 кОм,
^R4 ^{= [+ U – U}БЭ нас Т2 ^{– U}КЭ нас Т3^{] / (I}КТ2 ^{/ h}21Э мин Т2^{) = 560 кОм,}
R₅ = [+ U – U_{КЭ нас Т3}] / I_КТ3=14,5 В / 1 мА = 14,5 кОм,
^R6 ^{= [U}упр ^{– U}БЭ нас Т3^{] / (I}КТ3^/h21Э мин Т3^{) =}
= (5 В – 0,7 В)/ (1 мА/40)=175 кОм.

Пример 5.3 Рассчитать компоненты генератора сигналов прямо- угольной формы, показанного на рисунке 5.4, так, чтобы f_ген (частота генерации) = 1 кГц при U_вых = 8 В (пиковое значение).

Решение
Для стабилитронов примем прямое напряжение, равное – 0,7 В, и напряжение покоя около 7,3 В. R₁ выбираем большим, чем R₃ + R₄. Положим R₁ = 100 кОм, и тогда R₃ + R₄ << 100 кОм. Если U_R4 = 0,473 U_вых, то τ = 2R_о.сC.
Остановимся на этом. Положим I_R4 = I_R3 = 1 мА.
R₄ = U_R4 / I_R4 = 0,473 U_вых / I_R4 = 0,473 (8 В) / 1 мА = 3,784 В / 1 мА
= 3,78 кОм.
R₃ = (U_вых – U_R4) / I_R3 = (8 – 3,784 В) / 1 мА = 4,22 кОм.


^Rос


^Uвых
Рисунок 5.4 – Генератор сигналов прямоугольной формы
Положим C = 0,01 мкФ, тогда R_о.с = τ / 2 C = 1 мА / 2 (0,01 мкФ) = 50 кОм.
Наконец, если I_н = 3 мА, U_{вых. макс ОУ} = 14 В и I_ст = 5 мА, то R₅ = (U_{вых. макс} – U_вых) / ( I_ст + I_в + I_R3 + I_Rос.) = 6 В / 9,24 мА = 649 Ом.

Пример 5.4 Построить схему (рисунок 5.5) так, чтобы выходной сигнал представлял собой напряжение 10 В от пика до пика, с часто- той 2 кГц и симметричное относительно нуля.

Решение
Из уравнения для частоты выходного сигнала, приведенного под рисунком 5.5, трудно рассчитать отдельные элементы. Если вспом- нить, что конденсатор C заряжается постоянным током величиной U_ст
/ R₁, то выбирая, C = 0,01 мкФ из равенства C = It / U, где t = τ / 2, U = U_вых от пика до пика, можно вычислить I = CU / t = (0,01 мкФ) (10 В) / 0,25 мс = 0,4 мА. При U_ст =10 В получим R₁ = 10 В / 0,4 мА = 25 кОм.
Так как выходное напряжение должно быть симметрично отно- сительно нуля, то для резисторов сдвига и симметрии выходного сиг-
нала положим R_сим = R_сдв = 100 кОм. Инвертирующий вход усилителя DA₁ должен быть заземлен через резистор 10 кОм, так как желательно не иметь сдвига выходного сигнала.


C


^Rсд

а)

^Uст

0

-U_{ст U} ^Uвых
^Uсдв^/K
0 ^t_{1 t}
б)

Рисунок 5.5 – Генератор сигналов треугольной формы: а) схема U_{вых. ПП} = 2U_ст[(1 / K) –

ст

1

сим

вых. ПП
1], f = (U²_ст – U²
) / (2 U
U ) ·(1 / R C),

K = R’_ос / (R_ос + R’_ос); б) U₁ и U_вых
Выходное напряжение усилителя DA₁ должно изменять свою по- лярность, когда выходное напряжение усилителя DA₂ достигает 5 В. При U_{вых DA1} = + 10 В и U_{вых DA2} = – 10 В напряжение на не инверти- рующем входе усилителя DA₁ должно быть равно нулю. Таким обра- зом, в точке DA₁ напряжение U_Rос = 5 В, а U_R’ос = 10 В. Положим I_Rос = I_R’ос = 0,1 мА, тогда R_ос = 5 В / 0,1 мА = 50 кОм, R’_ос = 10 В / 0,1 мА =

10 кОм. Если I_ст = 4 мА и U_{вых макс DA1}=14 В, то R₂ должно быть равно R₂ = (U_{вых макс} – U_ст) / (I_ст + I_R1 + I_Rос) = (14 В – 10 В) / (4 мА + 0,4 мА + 0,1 мА) = 888 Ом.
Пример 5.5 Рассчитайте компоненты для схемы триггера Шмитта приведенной на рисунке 5.6. Пусть гистерезис составляет 2 В, + U = 15 В, – U = – 15 В, + U_нас = 14 В, – U_нас = – 14 В.
DA
^Uвх

а)

ВТО 0 В НТО

^+Uнас
Шум
Гистерезис
t

^Uвых
0 В


^-Uнас
б)

Рисунок 5.6 – Компаратор с гистерезисом (триггер Шмитта):

а) триггер Шмитта с двумя источниками питания; б) изменения входного и выходного
напряжения по времени
Решение
Так как гистерезис задан равным 2 В, то для этой схемы |U_ВТО| =
|U_НТО|, и, следовательно, U_ВТО = 1 В, а U_НТО = – 1 В. Пусть I_R1 = I_R2 =

0,1 мА. Током смещения можно пренебречь, так как I_R1 >> I_см. В ре- зультате получаем R₁ = (|U_нас| – |U_ВТО|) / I_R1 = (14 В – 1 В) / 0,1 мА = 130 кОм, R₂ = U_НТО / I_R2 = 1 В / 0,1 мА = 10 кОм.

Задачи для решения

1. 
   В условиях примера 5.1 определить K_нас, если U_вх = 4 В.
   
2. 
   В условиях примера 5.1 определить напряжение U_вх, если
   

K_нас=3.

3. 
   Транзисторный ключ (рисунок 5.1) собран на транзисторе
   

2Е860А. U_п = 10 В; R_к = 10 Ом; R₆ = 1 кОм; R = 400 Ом; R_C = 100 Ом;
E_б = – 1,5 В. Определить значение E_C, при которых транзистор рабо- тает в режимах отсечки, насыщения и в активном режиме. Характе- ристики транзистора:
а) Входные характеристики
б) Выходные характеристики

4. 
   Определить K_нас транзистора (рисунок 5.1), если U_п = 6,2 В;
   

R_к = 1 кОм; R = 1 кОм; R_б = 3,4 кОм; R_C = 100 Ом; E_б = – 1 В; h_21э = 30;
E_C = 3,23 В. Принять, что U_бэ.нас = 0,7 В; U_кэ.нас = 0,2 В.

5. 
   Определить E_C (рисунок 5.1), если U_п = 5,2 В; R_к = 500 Ом; R = 2 кОм; R_б = 5 кОм; R_C = 200 Ом; E_б = – 1,3 В; h_21э = 50; K_нас = 0,2 В. Принять, что U_бэ.нас = 0,7 В; U_кэ.нас = 0,2 В.
   
6. 
   Определить E_C (рисунок 5.1), если U_п = 5,2 В; R_к = 1 кОм; R = 1,9 кОм; R_б = 10 кОм; R_C = 100 Ом; E_б = – 1,3 В; h_21э = 20. Принять, что U_бэ.нас = 0,7 В; U_кэ.нас = 0,2 В.
   
7. 
   Какой тип транзистора (p-n-p или n-p-n) следует использовать,
   

если транзисторный ключ управляется однополярными импульсами?

8. 
   На вход схемы (рисунок 5.7) поступает прямоугольный им- пульс U_вх, максимальное и минимальное значения которого равны E₁
   

= 2 В, E₂ = 1 В. Определить амплитуду выходного импульса, если: а)
R_б =10 кОм, б) R_б = 100 кОм. Остальные параметры схемы E_к = 8 В, R_к
= 2 кОм. Тип транзистора КТ312Б. Падение напряжения на насыщен- ном транзисторе U_кэн = 0,2 В, на открытых переходах U_бэ ≈ U_бн = 0,6 В. Температура окружающей среды 20 °С.
+E_k
E_с
Рисунок 5.7 – Схема транзистора

9. 
   В схеме мультивибратора (рисунок 5.8) R₁ =24 кОм; R₂ = 62 кОм; R = 100 кОм; C = 50 нФ; E₁ = |E₂| = 15 В. Чему равен период ко- лебаний?
   
10. 
    Чему равно максимальное напряжение между входами опе- рационного усилителя в схеме на рисунке 5.8?
    
11. 
    Как изменится период колебания в схеме на рисунке 5.8, ес- ли емкость C уменьшить до 30 нФ, а сопротивление R до 51 кОм?
    

R

Рисунок 5.8 – Схема мультивибратора

12. 
    Рассчитать автоколебательный мультивибратор на операци- онном усилителе (рисунок 5.9), генерирующий знакопеременные им- пульсы, амплитуда и частота которых U_вых ≥ 8 В и F = 10 кГц соот- ветственно. Сопротивление нагрузки R_н = 10 кОм.
    
13. 
    Скважность выходных импульсов, генерируемых схемой мультивибратора (рисунок 5.9, а), при E_см = 0 равна двум. Как изме- нится скважность импульсов мультивибратора при подключении ис- точника смещения с напряжением E_см = 5 В? Навесные элементы мультивибратора имеют параметры R = R₂ = 10 кОм, R₁ = 10 R₂, C = 27 нФ. Тип операционного усилителя К140УД7.
    
14. 
    Определить пороговые напряжения срабатывания и отпуска- ния в схеме триггера Шмитта на операционном усилителе (рисунок 5.10). Исходные данные для расчета: R₁ = 12 кОм, R₂ = 400 Ом, U_оп = 1 В.
    

_R^’ VD
^Uвых
а)
+
^E огр

+ +
^U 2^=E огрɤ

U^- =E^-
2 огрɤ
-
^E огр
б)
Рисунок 5.9 – Автоколебательный мультивибратор: а) Принципиальная схема на опе- рационном усилителе; б) Временные диаграммы


DA

Рисунок 5.10 – Схема триггера Шмитта на операционном усилителе

15. 
    В инвертирующем триггере Шмитта (рисунок 5.11) R₁ = 5,1
    

нас
кОм, R₂ = 100 кОм; максимальное напряжение насыщения U⁺ = + 14

нас
В; минимальное U^– = – 13 В. Чему равны верхний и нижний пороги
срабатывания U_{ср.макс} и U_ср.мин? Рассмотреть два случая: 1) U_оп = 2 В;
2) U_оп = 0.

^Uвх
DA
^U–вх

U₀
+
^U вх
^Uвых

R
R₂
1


^Uоп
Рисунок 5.11 – Инвертирующий триггер Шмитта