Мультивибратор на полевых транзисторах схема

Мультивибратор на полевых транзисторах схема

В данной пояснительной записке представлены описание схемы и временных диаграмм, расчетные методики мультивибратора на полевых транзисторах. В соответствии с заданием рассчитаны необходимые параметры схемы.

In the given explanatory note the description of the circuit and time diagrams, settlement techniques of the multivibrator on field transistors are submitted. According to the task necessary parameters of the circuit are designed.

Рассчитать схему мультивибратора на полевых транзисторах. Исходные данные:

период следования импульсов Т: 200 мкс

длительность : 10 мкс

длительность среза : 1 мкс

амплитуда импульсов Uвых. u : -10 В

1.Описание схемы устройства фантастронного генератора пилообразного напряжения

2.Расчет фантастронного генератора пилообразного напряжения

2.2.Выбор обоснование элементной базы

Электронная вычислительная техника – сравнительно молодое научно-техническое направление, но она оказывает самое революционизирующее воздействие на все области науки и техники, на все стороны жизни общества. Характерно постоянное развитие элементной базы ЭВМ. Элементная база развивается очень быстро; появляются новые типы логических схем, модифицируются существующие. Существует множество различных электронных устройств: логические элементы, регистры, сумматоры, дешифраторы, мультиплексоры, счетчики, делители частоты, триггеры, генераторы и др.

Генераторы преобразуют энергию источника питания в энергию периодических или квазипериодических электрических колебаний. Основное назначение генераторов в электронике – это формирование импульсов начальной установки и синхронизации, управляющих сигналов различной формы и длительности.

Все многообразие генераторов можно подразделить на следующие типы:

— генераторы прямоугольных импульсов;

— генераторы линейно-изменяющегося напряжения (ЛИН);

— генераторы ступенчато-изменяющегося напряжения;

— генераторы синусоидальных колебаний

Типичные формы прямоугольных колебаний показаны на рис.1

Генераторы прямоугольных импульсов, имеющие в петле обратной связи элементы, накапливающие энергию, называются мультивибраторами.

Мультивибраторы подразделяются на две группы:

— ждущие мультивибраторы или одновибраторы.

Основное различие между этими мультивибраторами заключается в том, что автоколебательные мультивибраторы формируют импульсную последовательность при подаче напряжения питания на схему, так как они имеют две цепи обратной связи с накопителями энергии, а ждущие мультивибраторы формируют одиночный импульс с заданными параметрами по внешнему запуску, так как одна петля обратной связи не имеет накопителя энергии. Одновибратор – что-то среднее между мультивибратором и триггером [1].

Различают мягкий и жесткий режимы возбуждения мультивибраторов. При мягком режиме любые изменения напряжения в цепи обратной связи в момент включения питания приводят к возникновению режима генераций; при жестком режиме генерация возникает, когда напряжение в цепи обратной связи достигает определенного порога.

Мультивибраторы подразделяются на перезапускаемые и неперезапускаемые. В первом случае при подаче импульса запуска генерация выходных сигналов начинается заново с исходного состояния. Перезапуски позволяют неограниченно увеличивать длительность выходного импульса независимо от параметров схемы мультивибратора. Неперезапускаемые мультивибраторы не реагируют на внешние импульсы запуска

1. Описание схемы мультивибратора на полевых транзисторах

Высокое входное сопротивление полевых транзисторов (ПТ) позволяет конструировать мультивибраторы на очень низкие частоты повторения импульсов при малых ёмкостях времязадающих конденсаторов. Благодаря этому форма выходных импульсов оказывается менее искажённой, а скважность больше, чем у мультивибраторов на биполярных транзисторах.

Для автоколебательных мультивибраторов наиболее подходят ПТ с управляющим p-n переходом, так как во время заряда конденсаторов напряжение на участке затвор-исток приложено в прямом направлении и поэтому сопротивление этого участка мало и малым становится время заряда конденсаторов.

Схема мультивибраторов из ПТ с управляющим p-n переходом и каналом p-типа изображена на рис.2. В этом мультивибраторе через резисторы подаётся небольшое отрицательное напряжение на затвор относительно истока, что повышает стабильность периода колебаний и длительность выходных импульсов В отличие от мультивибратора на БП транзисторах работа устройства не нарушается, если резисторы включить между затвором и общей точкой (схема с «нулевым» затвором).

Временные диаграммы работы несимметричного мультивибратора показаны рис.3. В основных чертах принцип действия этого мультивибратора такой же, как и у лампового. От мультивибратора на БТ его отличает то, что во временно устойчивых состояниях равновесия разряд конденсаторов происходит практически только через резисторы и не до нулевого напряжения, а до значения, при котором напряжение на затворе становится равным напряжению отсечки (обычно 1-6 В)

2.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

I. Выбор транзистора. Для обеспечения временно устойчивых состояний равновесия необходимо выбирать транзисторы, у которых

где — максимально допустимое напряжение сток-исток,

— напряжение отсечки.

По справочнику выбираем ПТ КП103Л, имеющий следующие параметры:

При напряжениях =10 В и =0 ток стока =3 — 6,6 мА, крутизна характеристики S=1.8 – 3.8 мА/В; ток затвора 20 нА, входная ёмкость пФ, проходная ёмкость пФ и рассеиваемая на коллекторе мощность P = 120 мВт. Рассчитаем средние значения напряжения отсечки и входного сопротивления.

Для расчёта принимаем 3,4В. Это значение удовлетворительно согласуется с усреднёнными выходными характеристиками КП103Л (рис.4).

Среднее значение входного сопротивления

II.Выбор сопротивления резистора. Выбираем сопротивление резисторов из условия получения амплитуды импульса равной Uвых. u : -10 В

(2,7кОм)

III.Вычисление ёмкости большего из конденсаторов (рис.2). Она должна быть такой, чтобы за время длительности выходного импульса =10 мкс он успевал зарядиться. Поэтому или (1200пФ)

IV.Сопротивление резисторов

(39 кОм)

Полученное значение сопротивлений резисторов удовлетворяет двум условиям: оно значительно меньше входного сопротивления транзистора (=500 МОм) и значительно больше сопротивления открытого p-n перехода. Первое условие важно с точки зрения влияния входного сопротивления транзистора на период следования импульсов, а второе – для обеспечения на затворе (относительно истока) напряжения открытого транзистора, близкого к нулю.

V.Ёмкость конденсатора

(120пФ)

VI.Длительность среза импульса

VII.Длительность фронта импульса

, где

при этих значениях форма импульсов будет хорошей.
2.2. Выбор и обоснование элементной базы

На основании приведенного выше расчета выбираем элементы (для схемы электрической принципиальной данной в пункте 1):

1) В качестве транзисторов Т1 и Т2 был взят полевой транзистор КП103Л, со следующими характеристиками:

=10 В;

3,4В;

— Ток затвора 20 нА;

— Входная ёмкостьпФ ,проходная ёмкость пФ ;

— Максимально допустима рассеивающая мощность коллектора:120 мВт.

2) В соответствии с рассчитанной емкостью С1 и С2 , подбираем следующие конденсаторы соответственно: М47 Uном =10 В; С=120 пФ ±5% и П33 Uном =10 В; С=1200 пФ ±10% — удовлетворяющие нашим требованиям и расчетам.

В соответствии с рассчитанными номиналами резисторов в пункте 2.1., имеем:

= 39 кОм: МЛТ-0,125-39кОм±2%;

=2,7 кОм С5-36,47-2700 Ом±2%;

В ходе выполнения данной курсовой работы была рассчитана схема мультивибратора на полевых транзисторах с заданными характеристиками:

период следования импульсов Т: 200 мкс

длительность : 10 мкс

длительность среза : 1 мкс

амплитуда импульсов Uвых. u : -10 В

Были рассчитаны и проверены параметры данной схемы.

1. Бочаров Л. Н. Расчет электронных устройств на транзисторах, М. 1978.

2. Четвертаков И.И. Резисторы (справочник), М.: Энергоиздат, 1981.

3. Аксенов А. И., Нефедов А. В. Отечественные полупроводниковые приборы (справочное пособие), М.: Солон-Р, 2000.

4. Аксенов А. И., Нефедов А. В. Резисторы, конденсаторы, провода, припои, флюсы (справочное пособие), М.: Солон-Р, 2000.

Начинающие радиолюбители, конечно, знают, что мультивибраторы (симметричные и несимметричные) выполняют на биполярных транзисторах. К сожалению, подобные мультивибраторы обладают недостатком — при работе с достаточно мощной нагрузкой, например, лампами накаливания, для полного открывания транзисторов необходимы большие базовые токи.Если же плечи мультивибратора переключаются с частотой 3. 0,2 Гц, приходится устанавливать в частотозадающих цепях оксидные конденсаторы большой емкости, а значит, и больших габаритов. Не следует забывать и об относительно большом напряжении насыщения открытых транзисторов.В предлагаемом мультивибраторе (см. рисунок) использованы отечественные полевые n-канальные транзисторы с изолированным затвором и индуцированным каналом. Внутри корпуса между выводами затвора и истока стоит защитный стабилитрон, который значительно уменьшает вероятность выхода из строя транзистора при неумелом с ним обращении

Частота переключения транзисторов мультивибратора около 2 Гц, она задается конденсаторами и резисторами. Нагрузка транзисторов мультивибратора — лампы накаливания EL1, EL2.Резисторы, включенные между стоком и затвором транзисторов, обеспечивают мягкий запуск мультивибратора. К сожалению, они немного "затягивают" выключение транзисторов.Вместо ламп накаливания в цепь стока транзисторов допустимо включить светодиоды с ограничительными резисторами сопротивлением 360 Ом либо телефонный капсюль, например, ТК-47 (для этого варианта мультивибратор должен работать в области звуковых частот). В случае использования только одного капсюля, в цепь стока другого транзистора необходимо включить в качестве нагрузки резистор сопротивлением 100. 200 Ом.Резисторы R1, R2 указанных на схеме номиналов можно составить из нескольких последовательно соединенных меньшего сопротивления. Если такого варианта нет, установите резисторы меньших номиналов, а конденсаторы — больших.Конденсаторы могут быть неполярные керамические либо пленочные, например, серий КМ-5, КМ-6, К73-17. Лампы накаливания применены от "мигающей" елочной гирлянды китайского производства на напряжение 6 В и ток 100 мА. Подойдут также малогабаритные лампы на напряжение 6 В и ток 60 либо 20 мА.Вместо транзисторов указанной серии, выдерживающих постоянный ток до 180 мА, допустимо применить рассчитанные на больший ток ключи серий КР1064КТ1, КР1014КТ1. В случае использования мультивибратора с более мощной нагрузкой, скажем, автомобильными лампами накаливания, понадобятся другие транзисторы, например КП744Г, допускающие ток стока до 9 А. Но при этом варианте нужно между затвором и истоком установить защитные стабилитроны на напряжение 8. 10 В (катодом к затвору) — КС191Ж или аналогичные. При больших токах нагрузки транзисторы придется установить на теплоотводы.Налаживают мультивибратор подбором конденсаторов до получения желаемой частоты переключения транзисторов. Для работы устройства на звуковых частотах конденсаторы должны быть емкостью 300. 600 пф. Если же оставить конденсаторы указанной на схеме емкости, придется подобрать резисторы меньшего сопротивления — вплоть до 47 кОм.Мультивибратор работоспособен при напряжении питания 3. 10 В, разумеется, с соответствующей нагрузкой. Если его предполагается использовать в качестве какого-то узла в разрабатываемой конструкции, между проводами питания мультивибратора устанавливают блокировочный конденсатор емкостью 0,1. 100 мкФ.

Вывод

Глава 11

Гибридный мультивибратор

При первом включении генератора в электросеть 220 В конденсатор С3 начинает заряжаться выпрямленным сетевым напряжением через лампу накаливания EL1, токоограничительные резисторы R4–R6 и эмиттерный переход транзистора VT1. Начальное время его зарядки составляет около 20 с. Это определяет задержку первого включения лампы, что в ряде случаев может оказаться полезным. Левое плечо мультивибратора – транзистор VT1 – питается постоянным напряжением около 12 В, которое формируется из выпрямленного диодным мостом VD5 сетевого, ограничивается стабилитроном VD1 и фильтруется оксидным конденсатором С1. Диод VD2 защищает эмиттерный переход транзистора от возможного пробоя высоким напряжением отрицательной полярности при перезарядке конденсатора С3.
Мощный высоковольтный полевой транзистор VT2 с изолированным затвором и n — каналом обогащенного типа периодически открывается в те моменты, когда закрыт VT1. В это время лампа EL1 светит полным накалом. Чтобы полевой транзистор открывался полностью, т.е. работал в ключевом режиме и не перегревался, напряжение затвор-исток должно быть не менее 10 В, но не более 15…20 В. В данном случае оно будет равно рабочему напряжению стабилитрона VD1. Диоды VD3, VD4 защищают затвор полевого транзистора от пробоя, например, при прикосновении отверткой или паяльником. Варистор R8 защищает полевой транзистор от повреждения при всплесках сетевого напряжения.Частота мигания лампы накаливания, в основном, зависит от параметров цепей С2, R3 и C3, R2, R4–R6.В конструкции можно использовать резисторы С1-4, С2-23, МЛТ и специальные высокомегаомные КИМ-Е, С3-14, С-36. Варистор R8 можно установить на напряжение 390…470 В. Подойдут, например, такие, как FNR307K391, FNR-20K391, FNR-14K431, FNR-05K471 или высоковольтные стабилитроны КС609В, КС903А, КС904АС. Настоятельно не рекомендую пренебрегать этим элементом, так как короткие импульсные всплески сетевого напряжения нередки и могут достигать амплитуды в 5 кВ.В крайнем случае можно воспользоваться варисторами типа СН1-1 на 560…680 В, которые использовались в устаревших отечественных телевизорах. Конденсатор С1 –К50-35 или импортный аналог. Остальные конденсаторы типов К73-17, К73-24, К73-39. При этом С3 должен быть на напряжение не менее 250 В. Стабилитрон VD1 нужно взять маломощный на рабочее напряжение 12…13 В, подойдут КС207В, КС212Ж, КС213Б, КС508А, Д814Д1, 1N4743A, TZMC-12. Перед установкой на плату стабилитрон следует проверить на исправность. Диоды VD2–VD4 любые из серий КД503, КД510, КД512, 1N4148. Выпрямительный мост VD5 – КЦ402А–В, КЦ405А–В, RC204–RC207, RS204–RS207 или четыре диода, например, КД257В. Транзистор VT1 работает в режиме микротока. Он должен иметь коэффициент передачи тока базы не менее 150. Подойдет любой из серий КТ3102, КТ342, КТ6111, SS9014, 2SC900, 2SC1222. Полевой транзистор при работе с нагрузкой мощностью до 150 Вт можно взять любой из серий КП707, КП777А–В, IRF840, IRF430, BUZ214. При монтаже полевой транзистор нужно обязательно защищать от пробоя, например, временно закоротив все его выводы. Так как из3за высоких сопротивлений резисторов он открывается и закрывается относительно медленно, то его крайне желательно установить на алюминиевый теплоотвод размерами не менее 55х30х4 мм. Проблему можно решить усложнением схемотехники устройства, но это уже будет противоречить концепции простоты предлагаемой конструкции. Для работы с лампами накаливания мощностью более 150 Вт можно использовать параллельное включение нескольких полевых транзисторов, но такой подход в данном случае можно признать нерациональным из-за ощутимого увеличения затрат на комплектующие.Чертеж возможного варианта печатной платы 55×105 мм показан на рис.2. Частоту мерцания лампы EL1 удобнее задавать изменением емкости конденсаторов С2, С3. При этом следует помнить, что конденсатор С3 сохраняет заряд длительное время после отключения питания. При настройке и эксплуатации устройства следует помнить, что все его элементы находятся под напряжением осветительной сети, и соблюдать необходимые меры осторожностиВ этой статье речь пойдет о простом генераторе световых импульсов, который работает с мощной высоковольтной нагрузкой, построенном по «классической” схеме двухтранзисторного симметричного мультивибратора, но на транзисторах разного типа – биполярном и полевом (рис.1).

Устройство, собранное по предлагаемой схеме, может найти применение для новогодней иллюминации, дискотек, в системах сигнализации или использоваться в качестве рабочего макета для различных экспериментов.При первом включении генератора в электросеть 220 В конденсатор С3 начинает заряжаться выпрямленным сетевым напряжением через лампу накаливания EL1, токоограничительные резисторы R4–R6 и эмиттерный переход транзистора VT1. Начальное время его зарядки составляет около 20 с. Это определяет задержку первого включения лампы, что в ряде случаев может оказаться полезным. Левое плечо мультивибратора – транзистор VT1 – питается постоянным напряжением около 12 В, которое формируется из выпрямленного диодным мостом VD5 сетевого, ограничивается стабилитроном VD1 и фильтруется оксидным конденсатором С1. Диод VD2 защищает эмиттерный переход транзистора от возможного пробоя высоким напряжением отрицательной полярности при перезарядке конденсатора С3.
Мощный высоковольтный полевой транзистор VT2 с изолированным затвором и n — каналом обогащенного типа периодически открывается в те моменты, когда закрыт VT1. В это время лампа EL1 светит полным накалом. Чтобы полевой транзистор открывался полностью, т.е. работал в ключевом режиме и не перегревался, напряжение затвор-исток должно быть не менее 10 В, но не более 15…20 В. В данном случае оно будет равно рабочему напряжению стабилитрона VD1. Диоды VD3, VD4 защищают затвор полевого транзистора от пробоя, например, при прикосновении отверткой или паяльником. Варистор R8 защищает полевой транзистор от повреждения при всплесках сетевого напряжения.Частота мигания лампы накаливания, в основном, зависит от параметров цепей С2, R3 и C3, R2, R4–R6.В конструкции можно использовать резисторы С1-4, С2-23, МЛТ и специальные высокомегаомные КИМ-Е, С3-14, С-36. Варистор R8 можно установить на напряжение 390…470 В. Подойдут, например, такие, как FNR307K391, FNR-20K391, FNR-14K431, FNR-05K471 или высоковольтные стабилитроны КС609В, КС903А, КС904АС. Настоятельно не рекомендую пренебрегать этим элементом, так как короткие импульсные всплески сетевого напряжения нередки и могут достигать амплитуды в 5 кВ.В крайнем случае можно воспользоваться варисторами типа СН1-1 на 560…680 В, которые использовались в устаревших отечественных телевизорах. Конденсатор С1 –К50-35 или импортный аналог. Остальные конденсаторы типов К73-17, К73-24, К73-39. При этом С3 должен быть на напряжение не менее 250 В. Стабилитрон VD1 нужно взять маломощный на рабочее напряжение 12…13 В, подойдут КС207В, КС212Ж, КС213Б, КС508А, Д814Д1, 1N4743A, TZMC-12. Перед установкой на плату стабилитрон следует проверить на исправность. Диоды VD2–VD4 любые из серий КД503, КД510, КД512, 1N4148. Выпрямительный мост VD5 – КЦ402А–В, КЦ405А–В, RC204–RC207, RS204–RS207 или четыре диода, например, КД257В. Транзистор VT1 работает в режиме микротока. Он должен иметь коэффициент передачи тока базы не менее 150. Подойдет любой из серий КТ3102, КТ342, КТ6111, SS9014, 2SC900, 2SC1222. Полевой транзистор при работе с нагрузкой мощностью до 150 Вт можно взять любой из серий КП707, КП777А–В, IRF840, IRF430, BUZ214. При монтаже полевой транзистор нужно обязательно защищать от пробоя, например, временно закоротив все его выводы. Так как из3за высоких сопротивлений резисторов он открывается и закрывается относительно медленно, то его крайне желательно установить на алюминиевый теплоотвод размерами не менее 55х30х4 мм. Проблему можно решить усложнением схемотехники устройства, но это уже будет противоречить концепции простоты предлагаемой конструкции. Для работы с лампами накаливания мощностью более 150 Вт можно использовать параллельное включение нескольких полевых транзисторов, но такой подход в данном случае можно признать нерациональным из-за ощутимого увеличения затрат на комплектующие.Чертеж возможного варианта печатной платы 55×105 мм показан на рис.2. Частоту мерцания лампы EL1 удобнее задавать изменением емкости конденсаторов С2, С3. При этом следует помнить, что конденсатор С3 сохраняет заряд длительное время после отключения питания. При настройке и эксплуатации устройства следует помнить, что все его элементы находятся под напряжением осветительной сети, и соблюдать необходимые меры осторожности

Для построения автоколебательных мультивибраторов с частотой колебаний, перестраиваемой в широких пределах, применяют схемы на полевых транзисторах. Основная схема мультивибра­тора на полевых транзисторах со стоко-затворными связями показана на рис.1.17. Данная схема является аналогом классического варианта мультивибра­тора с коллекторно-базовыми связями на биполярных транзисторах, рассмот­ренного выше.

Мультивибратор выполнен на двухкаскадном ключе Т1, Т2 по кольце­вой схеме с положительной обратной связью. Времязадающие цепи образованы резисторами Rз и конденсаторами Сз. Высокое входное сопротивление по­левых транзисторов, достигающее вели­чины 10 9 —10 14 0м, позволяет увеличи­вать постоянные времени СзRз за счет увеличения сопротивлений затворных резисторов Rз и получать колебания инфранизких частот порядка единиц и долей герца. Кроме того, в общем случае с помощью изменения сопротивления резисторов Rз достаточно просто осуществляется плавная перестройка частоты в широком диапазоне. Построение аналогичного в схемном отношении инфра-низкочастотного мультивибратора на биполярных транзисторах наталкивается на значительные трудности.

Мультивибраторы на однопереходных транзисторах (рис.1.18,а) характеризуются простотой, высокой надежностью и повышенной стабильностью частоты. Нестабильность частоты у этих мульти­вибраторов в диапазоне изменения температур от 0 до 80°С состав­ляет 0,1—0,6 %, что трудно достижимо для релаксационных гене­раторов, выполненных на других полупроводниковых приборах. В случае термостатирования таких мультивибраторов можно до­биться относительной нестабильности частоты порядка 10 -5 .

В начальный момент после включения источника питания Еб конденсатор С разряжен, а ОПТ выключен. Далее происходит за­ряд конденсатора С через резистор Rэ до напряжения включения Uвкл, после чего ОПТ включается. С этого момента времени начинается разряд конденсатора С через малое сопротивление участка эмиттер — первая база до напряжения Uвыкл. После достижения напряжением на эмиттере величины, равной Uвыкл, ОПТ выклю­чается и описанный процесс повторяется. Выходные импульсы имеют экспоненциальную форму (рис.1.18,б).

Мультивибраторы на однопереходных транзисторах часто ис­пользуются в схемах управления тиристорами.

Кроме рассмотренных выше полупроводниковых приборов, для построения схем мультивибраторов могут использоваться динисторы и тринисторы.

Название: Расчет схемы мультивибратора на полевых транзисторах
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: дипломная работа Добавлен 12:22:19 15 апреля 2009 Похожие работы
Просмотров: 2190 Комментариев: 13 Оценило: 2 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно Скачать
Ссылка на основную публикацию
Можно ли снять крышку с посудомоечной машины
Монтаж посудомойки — не всегда простая задача, особенно если кухонный гарнитур заказан раньше, чем вы приобрели электротехнику. Если заранее не...
Можно ли заряжать батарейки ааа
Портативные энергосодержащие устройства – незаменимая вещь в доме. Они нужны для: работы игрушек, фотоаппарата, часов, пультов дистанционного управления и пр....
Можно ли использовать рутокен как обычную флешку
Носитель, на котором находится закрытый ключ, генерирующий электронные подписи, называется токен. В отличие от обычных флеш-накопителей токен имеет более сложную...
Мультиварка leben инструкция по применению
Боже, как я раньше без нее жила. Бюджетная помощница на вашей кухне Хочу поделиться с вами впечатлениями об использовании моего...
Adblock detector