7.1 Výpočet pracovního bodu. Tranzistor VT2

Obrázek 7.1 - Obvod předběžného zesilovače

Vezměme Rk = 80 Ohm.

Při výběru tranzistoru byste navíc měli vzít v úvahu: f = 17,5 MHz.

Tranzistor 2T3129A9 tyto požadavky splňuje. Údaje o jeho parametrech při daném proudu a napětí jsou však nedostatečné, proto volíme následující pracovní bod:

Iko = 15 mA,

Tabulka 7.1 - Parametry použitého tranzistoru

název	Označení	Hodnoty
	Kapacita kolektorového přechodu
	Kapacita přechodu emitoru
	Mezní frekvence tranzistoru
	Koeficient přenosu statického proudu v obvodu s OE
	Teplota okolí
	Konstantní kolektorový proud
	Přechodová teplota
	Konstantní ztrátový výkon (bez chladiče)

Vypočítejme parametry náhradního obvodu pro daný tranzistor pomocí vzorců 5.1 - 5.13.

rb= = 10 Ohm; gb==0,1 cm, kde

odolnost na bázi rb,

rе= ==2,5 Ohm, kde

re-emitor odpor.

gbe===3,96 mSm, kde

vodivost emitoru báze gbe,

Ce===2,86 pF, kde

kapacita emitoru,

Ri= = 400 Ohm, kde

7.1.1 Výpočet korekce emitoru

kde je hloubka zpětné vazby;

f v kaskádě se rovná:

Přijměme tedy:

f v kaskádě se rovná:

7.1.2 Výpočet schématu tepelné stabilizace

Využíváme stabilizaci emitoru, jelikož byl zvolen nízkovýkonový tranzistor, navíc je již ve vypočteném zesilovači použita stabilizace emitoru. Obvod tepelné stabilizace emitoru je znázorněn na obrázku 4.1.

Postup výpočtu:

1. Zvolte napětí emitoru, proud děliče a napájecí napětí;

2. Poté budeme počítat.

Napětí emitoru se volí tak, aby se rovnalo řádu. Pojďme si vybrat.

Proud děliče je zvolen tak, aby se rovnal, kde je základní proud tranzistoru a vypočítá se podle vzorce:

Napájecí napětí se vypočítá podle vzorce: V

Hodnoty rezistoru se vypočítají pomocí následujících vzorců:

V teplotním rozsahu od 0 do 50 stupňů pro obvod vypočítaný podobným způsobem výsledná ztráta klidového proudu tranzistoru zpravidla nepřesahuje (10-15) %, to znamená, že obvod má docela přijatelnou stabilizaci .

7.2 Tranzistor VT1

Jako tranzistor VT1 používáme tranzistor 2T3129A9 se stejným pracovním bodem jako pro tranzistor VT2:

Iko = 15 mA,

Vezměme Rk = 80 Ohm.

Vypočítejme parametry náhradního obvodu pro daný tranzistor pomocí vzorců 5.1 - 5.13 a 7.1 - 7.3.

Sk(požadováno)=Sk(vyhovuje)*=12=12 pF, kde

Sk (požadovaná)-kapacita kolektorového přechodu při daném Uke0,

Sk(pasp) je referenční hodnota kapacity kolektoru v Uke(pasp).

rb= = 10 Ohm; gb==0,1 cm, kde

odolnost na bázi rb,

Referenční hodnota konstanty zpětné vazby.

rе= ==2,5 Ohm, kde

re-emitor odpor.

gbe===3,96 mSm, kde

vodivost emitoru báze gbe,

Referenční hodnota koeficientu přenosu statického proudu v obvodu se společným emitorem.

Ce===2,86 pF, kde

kapacita emitoru,

ft referenční hodnota mezní frekvence tranzistoru, při které =1

Ri je výstupní odpor tranzistoru,

Uke0(add), Ik0(add) - respektive štítkové hodnoty přípustného napětí na kolektoru a konstantní složky kolektorového proudu.

Vstupní odpor a vstupní kapacita zatěžovacího stupně.

Horní mezní frekvence je za předpokladu, že každý stupeň má zkreslení 0,75 dB. Je vhodné zavést nápravu.

7.2.1 Výpočet korekce emitoru

Korekční obvod emitoru je znázorněn na obrázku 7.2.

Obrázek 7.2 - Korekční obvod mezistupně emitoru

Korekce emitoru je zavedena pro korekci zkreslení frekvenční odezvy způsobené tranzistorem, čímž se zvyšuje amplituda signálu na přechodu báze-emitor se zvyšující se frekvencí zesíleného signálu.

Kaskádový zisk je popsán výrazem:

kde je hloubka zpětné vazby;

in a parametry vypočítané pomocí vzorců 5.7, 5.8, 5.9.

Vzhledem k hodnotě F je hodnota dána:

f v kaskádě se rovná:

Přijměme tedy:

f v kaskádě se rovná:

Spínací zesilovač

Jak již bylo naznačeno, pro provoz byl v přípravných fázích vybrán tranzistor GT320A. Hodnoty parametrů uvedené v referenčních knihách byly naměřeny při určitých hodnotách CEC a IKO...

Výpočet zesilovacího zařízení

Pracovní bod je fixován odpory R12 a R22. Podle výstupní charakteristiky tranzistoru IBa2 = 53,33 μA. Podle vstupní charakteristiky tranzistoru UBEa2 = 698 mV...

Pulzní zesilovač

Pracovní bod vypočítejme dvěma způsoby: 1. Při použití aktivního odporu Rк v obvodu kolektoru. 2. Při použití tlumivky v okruhu kolektoru. 1...

Pulzní zesilovač

Výchozí údaje pro návrh hřiště jsou v technických specifikacích. Průměrný statistický tranzistor dává zisk 20 dB, podle našeho návodu je to 40 dB, odtud vycházíme, že náš zesilovač bude mít minimálně 2 stupně...

Korektor zesilovače

Vypočítejme pracovní bod tranzistoru pro odporový a tlumivkový stupeň pomocí vzorců: , (4.1) kde amplituda napětí na výstupu zesilovače, zatěžovací odpor...

Jak bylo uvedeno výše, jako výstupní stupeň použijeme kaskádu s paralelní zápornou napěťovou zpětnou vazbou, která má největší šířku pásma při provozu s kapacitní zátěží...

Laserový modulátorový zesilovač

Při výpočtu požadovaného stejnosměrného režimu tranzistoru mezilehlého a vstupního stupně je třeba se zaměřit na poměry uvedené v odstavci 3.3.1 s přihlédnutím k tomu, co je nahrazeno vstupním odporem následujícího stupně. Ale...Výkonový zesilovač pro 1-12 TV kanálů

Při výpočtu režimu předsvorkové kaskády souhlasíme s tím, že všechny kaskády jsou napájeny z jednoho napěťového zdroje o jmenovité hodnotě Ep. Vzhledem k tomu, že Ep=Uк0, pak se odpovídající Uk0 ve všech kaskádách bere stejně...

Vezměme Uout 2x větší, než je zadaná hodnota, protože část výstupního výkonu se ztrácí v ochraně životního prostředí. Uout=2Uout(set)=2 (V) Vypočítejte výstupní proud: Iout===0,04 (A) Vypočítejte kaskády s rezistorem a indukčností v obvodu kolektoru: Obrázek 2.2.1...

Širokopásmový zesilovač přijímací jednotky lokátoru

Při výpočtu požadovaného režimu tranzistoru mezilehlého a vstupního stupně pro stejnosměrný proud byste se měli zaměřit na poměry uvedené v odstavci 2.2.1 s přihlédnutím k tomu, co je nahrazeno vstupním odporem následujícího stupně. Ale...

Zesilovač zpětné vazby

Pracovní bod volíme pomocí vzorců: mA. UkA=Umn+Umin=V PkA=UkAIkA=100 mW Vyberte tranzistor s parametry: Ikmax=22 mA, Ukmax=18 V, Pmax=400 mW. Takový tranzistor by mohl být KT339A. Tento pracovní bod odpovídá základnímu proudu 275 μA a napětí Ueb = 0...

Zesilovač zpětné vazby

Na Obr. Obrázek 2.16 ukazuje schéma logického prvku s indukovaným kanálem typu n (tzv. technologie n MIS). Hlavní tranzistory VT 1 a VT 2 jsou zapojeny do série, tranzistor VT 3 působí jako zátěž. V případě, že je na oba vstupy prvku přivedeno vysoké napětí U 1 (x 1 = 1, x 2 = 1), jsou oba tranzistory VT 1 a VT 2 otevřeny a na výstupu je nastaveno nízké napětí U 0. Ve všech ostatních případech je alespoň jeden z tranzistorů VT 1 nebo VT 2 uzavřen a na výstupu je nastaveno napětí U 1. Prvek tedy vykonává logickou funkci AND-NOT.

Na Obr. Obrázek 2.17 ukazuje schéma prvku OR-NOT. Nízké napětí U 0 je nastaveno na jeho výstupu, pokud má alespoň jeden ze vstupů vysoké napětí U 1 , otevírající jeden z hlavních tranzistorů VT 1 a VT 2 .

Na Obr. Schéma 2.18 je schéma prvku NOR-NOT technologie KMDP. V něm jsou tranzistory VT 1 a VT 2 hlavní, tranzistory VT 3 a VT 4 jsou zátěžové. Nechte vysoké napětí U 1. Tranzistor VT 2 je v tomto případě otevřen, tranzistor VT 4 uzavřen a bez ohledu na úroveň napětí na druhém vstupu a stav zbývajících tranzistorů je na výstupu nastaveno nízké napětí U 0. Prvek implementuje logickou operaci OR-NOT.

Obvod CMPD se vyznačuje velmi nízkou spotřebou proudu (a tedy i výkonu) ze zdrojů.

Logické prvky integrální logiky vstřikování

Na Obr. Obrázek 2.19 ukazuje topologii logického prvku integrální injektážní logiky (I 2 L). K vytvoření takové struktury jsou zapotřebí dvě fáze difúze v křemíku s vodivostí typu n: během první fáze se vytvoří oblasti p 1 a p 2 a během druhé fáze se vytvoří oblasti n 2.

Prvek má strukturu p 1 -n 1 -p 2 -n 1 . Je vhodné uvažovat o takové čtyřvrstvé struktuře tak, že si ji představíme jako spojení dvou konvenčních třívrstvých tranzistorových struktur:

p 1 -n 1 -p 2 n 1 -p 2 -n 1

Diagram odpovídající tomuto znázornění je znázorněn na obr. 2.20,a. Uvažujme fungování prvku podle tohoto schématu.

Tranzistor VT 2 se strukturou typu n 1 -p 2 -n 1 plní funkce měniče s více výstupy (každý kolektor tvoří samostatný výstup prvku podle obvodu otevřeného kolektoru).

Tranzistor VT 2, tzv injektor, má strukturu jako p1-n1-p2. Protože plocha n 1 těchto tranzistorů je společná, musí být emitor tranzistoru VT 2 připojen k bázi tranzistoru VT 1; přítomnost společné oblasti p 2 vede k nutnosti propojit bázi tranzistoru VT 2 s kolektorem tranzistoru VT 1. Vznikne tak spojení mezi tranzistory VT 1 a VT 2, znázorněné na obr. 2.20a.

Protože emitor tranzistoru VT 1 má kladný potenciál a báze je na nulovém potenciálu, je přechod emitoru předpjatý a tranzistor je otevřený.

Kolektorový proud tohoto tranzistoru může být uzavřen buď přes tranzistor VT 3 (střídač předchozího prvku) nebo přes emitorový přechod tranzistoru VT 2.

Pokud je předchozí logický prvek v otevřeném stavu (tranzistor VT 3 je otevřen), pak je na vstupu tohoto prvku nízká úroveň napětí, která na základě VT 2 udržuje tento tranzistor v sepnutém stavu. Proud injektoru VT 1 je uzavřen přes tranzistor VT 3. Při sepnutí předchozího logického prvku (uzavřený tranzistor VT 3) proudí kolektorový proud injektoru VT 1 do báze tranzistoru VT 2 a tento tranzistor je nastavit do otevřeného stavu.

Při zavřeném VT 3 je tedy tranzistor VT 2 otevřen a naopak při otevřeném VT 3 je tranzistor VT 2 uzavřen. Otevřený stav prvku odpovídá stavu log.0 a zavřený stav odpovídá stavu log.1.

Injektor je zdrojem stejnosměrného proudu (který může být společný pro skupinu prvků). Často používají konvenční grafické označení prvku, uvedené na Obr. 2,21, b.

Na Obr. 2.21a ukazuje obvod, který implementuje operaci OR-NOT. Zapojení kolektorů prvků odpovídá provozu tzv instalace I. Ve skutečnosti stačí, aby alespoň jeden z prvků byl v otevřeném stavu (stav log.0), pak se injektorový proud dalšího prvku uzavře otevřeným střídačem a nastaví se nízká úroveň log.0 při kombinovaný výkon prvků. V důsledku toho se na tomto výstupu vytvoří hodnota odpovídající logickému výrazu x 1 · x 2. Použití de Morganovy transformace na něj vede k výrazu x 1 · x 2 = . Toto spojení prvků tedy skutečně implementuje operaci OR-NOT.

Logické prvky AND 2 L mají následující výhody:

poskytují vysoký stupeň integrace; při výrobě obvodů I 2 L se používají stejné technologické postupy jako při výrobě integrovaných obvodů na bipolárních tranzistorech, ale počet technologických operací a potřebných fotomasek je menší;

používá se snížené napětí (asi 1V);

poskytují možnost výměny energie v širokém rozsahu výkonu (spotřeba energie se může změnit o několik řádů, což odpovídajícím způsobem povede ke změně výkonu);

jsou v dobré shodě s prvky TTL.

Na Obr. Obrázek 2.21b ukazuje schéma přechodu z prvků I 2 L na prvek TTL.

7.2 Tranzistor VT1

Jako tranzistor VT1 používáme tranzistor KT339A se stejným pracovním bodem jako pro tranzistor VT2:

Vezměme Rk = 100 (Ohm).

Vypočítejme parametry náhradního obvodu pro daný tranzistor pomocí vzorců 5.1 - 5.13 a 7.1 - 7.3.

Sk(požadavek)=Sk(projde)*=2×=1,41 (pF), kde

Sk (požadovaná)-kapacita kolektorového přechodu při daném Uke0,

Sk(pasp) je referenční hodnota kapacity kolektoru v Uke(pasp).

rb= = 17,7 (Ohm); gb==0,057 (Cm), kde

odolnost na bázi rb,

Referenční hodnota konstanty zpětné vazby.

rе= ==6,54 (Ohm), kde

re-emitor odpor.

gbe===1,51(mS), kde

vodivost emitoru báze gbe,

Referenční hodnota koeficientu přenosu statického proudu v obvodu se společným emitorem.

Ce===0,803 (pF), kde

C je kapacita emitoru,

ft referenční hodnota mezní frekvence tranzistoru, při které =1

Ri= = 1000 (Ohm), kde

Ri je výstupní odpor tranzistoru,

Uke0(add), Ik0(add) - respektive štítkové hodnoty přípustného napětí na kolektoru a konstantní složky kolektorového proudu.

– vstupní odpor a vstupní kapacita zatěžovacího stupně.

Horní mezní frekvence je za předpokladu, že každý stupeň má zkreslení 0,75 dB. Tato hodnota f splňuje technické specifikace. Není třeba korekce.

7.2.1 Výpočet schématu tepelné stabilizace

Jak bylo řečeno v odstavci 7.1.1, v tomto zesilovači je tepelná stabilizace emitoru nejpřijatelnější, protože tranzistor KT339A je nízkopříkonový a navíc se stabilizace emitoru snadno implementuje. Obvod tepelné stabilizace emitoru je znázorněn na obrázku 4.1.

Postup výpočtu:

1. Zvolte napětí emitoru, proud děliče a napájecí napětí;

2. Poté budeme počítat.

Proud děliče je zvolen tak, aby se rovnal, kde je základní proud tranzistoru a vypočítá se podle vzorce:

Napájecí napětí se vypočítá podle vzorce: (V)

Hodnoty rezistoru se vypočítají pomocí následujících vzorců:

8. Zkreslení způsobené vstupním obvodem

Schematické schéma kaskádového vstupního obvodu je na Obr. 8.1.

Obrázek 8.1 - Schematické schéma kaskádového vstupního obvodu

Za předpokladu, že je vstupní impedance kaskády aproximována paralelním RC obvodem, je koeficient přenosu vstupního obvodu ve vysokofrekvenční oblasti popsán výrazem:

– vstupní odpor a vstupní kapacita kaskády.

Hodnota vstupního obvodu se vypočítá pomocí vzorce (5.13), kde se hodnota dosadí.

9. Výpočet Cf, Rf, Cr

Schéma zapojení zesilovače obsahuje čtyři vazební kondenzátory a tři stabilizační kondenzátory. Technické specifikace říkají, že zkreslení plochého vrcholu pulsu by nemělo být větší než 5%. Proto by každý vazební kondenzátor neměl deformovat plochý vrchol pulsu o více než 0,71 %.

Zkreslení plochého vrcholu se vypočítá pomocí vzorce:

kde τ a je trvání pulsu.

Vypočítejme τ n:

τ n a C p spolu souvisí vztahem:

kde R l, R p jsou odpor vlevo a vpravo od kapacity.

Vypočítejme C r. Vstupní odpor prvního stupně se rovná odporu paralelně zapojených odporů: vstupního tranzistoru, Rb1 a Rb2.

R p = R in || R b1 || R b2 = 628 (Ohm)

Výstupní odpor prvního stupně je roven paralelnímu zapojení Rк a výstupnímu odporu tranzistoru Ri.

Rl =Rk||Ri=90,3 (Ohm)

R p = R in || R b1 || R b2 = 620 (Ohm)

Rl =Rk||Ri=444 (Ohm)

R p = R in || R b1 || R b2 = 48 (Ohm)

Rl =Rk||Ri=71 (Ohm)

Rp=Rn=75(Ohm)

kde C p1 je oddělovací kondenzátor mezi Rg a prvním stupněm, C 12 - mezi první a druhou kaskádou, C 23 - mezi druhým a třetím, C 3 - mezi koncovým stupněm a zátěží. Umístěním všech ostatních nádob na 479∙10 -9 F zajistíme pokles, který je menší, než je požadováno.

Vypočítejme Rf a Cf (U RF = 1V):

10. Závěr

V tomto projektu kurzu byl vyvinut pulzní zesilovač s použitím tranzistorů 2T602A, KT339A a má následující technické vlastnosti:

Horní mezní frekvence 14 MHz;

Zisk 64 dB;

Odpor generátoru a zátěže 75 Ohm;

Napájecí napětí 18V.

Obvod zesilovače je znázorněn na obrázku 10.1.

Obrázek 10.1 - Obvod zesilovače

Při výpočtu charakteristiky zesilovače byl použit software: MathCad, Work Bench.

Literatura

1. Polovodičová zařízení. Tranzistory středního a vysokého výkonu: Adresář / A.A. Zajcev, A.I. Mirkin, V.V. Mokryakov a další Editoval A.V. Golomedova.-M.: Rádio a komunikace, 1989.-640 s.

2. Výpočet vysokofrekvenčních korekčních prvků zesilovacích stupňů pomocí bipolárních tranzistorů. Vzdělávací a metodická příručka k tvorbě kurzů pro studenty radiotechnických oborů / A.A. Titov, Tomsk: Sv. Stát Univerzita řídicích systémů a radioelektroniky, 2002. - 45 s.

Přímá práce. Pracovní přímka prochází body Uke=Ek a Ik=Ek÷Rn a protíná grafy výstupních charakteristik (základních proudů). Pro dosažení největší amplitudy při výpočtu pulzního zesilovače byl pracovní bod zvolen blíže k nejnižšímu napětí, protože koncový stupeň bude mít záporný pulz. Podle grafu výstupních charakteristik (obr. 1) byly zjištěny hodnoty ​​IKpost = 4,5 mA, ....

Výpočet Sf, Rf, St 10. Závěr Literatura TECHNICKÝ ZAKÁZEK č. 2 pro návrh předmětu v oboru „Obvody jaderných elektráren“ pro studenta gr. 180 Kurmanov B.A. Téma projektu: Pulzní zesilovač Odpor generátoru Rg = 75 Ohm. Zisk K = 25 dB. Doba trvání pulsu 0,5 μs. Polarita je "pozitivní". Poměr zatížení 2. Doba ustálení 25 ns. Uvolnění...

Že pro shodu se zatěžovacím odporem je nutné za zesilovacími stupni instalovat emitorový sledovač, nakreslíme obvod zesilovače: 2.2 Výpočet statického režimu zesilovače Vypočítáme první zesilovací stupeň. Vybereme pracovní bod pro první zesilovací stupeň. Jeho vlastnosti:...

Odpor zdroje vstupního signálu a tedy změna podmínky optimality během ozařování nevede k dodatečnému zvýšení šumu. Radiační účinky v IOU. Vliv umělé inteligence na parametry IOU. Integrované operační zesilovače (IOA) jsou vysoce kvalitní přesné zesilovače, které patří do třídy univerzálních a multifunkčních analogových...

Vezmeme-li například tranzistor MJE3055T má maximální proud 10A a zisk je podle toho jen asi 50, aby se úplně otevřel, potřebuje do základny napumpovat asi dvě stě miliampérů proudu; Běžný MK výstup toho moc nezvládne, ale pokud mezi ně zapojíte slabší tranzistor (nějaký BC337) schopný vytáhnout těchto 200mA, tak je to snadné. Ale to proto, aby věděl. Co když si z improvizovaného smetí musíte udělat řídicí systém – přijde vám to vhod.

V praxi hotové tranzistorové sestavy. Navenek se neliší od běžného tranzistoru. Stejné tělo, stejné tři nohy. Jen to má hodně síly a řídící proud je mikroskopický :) V cenících se většinou neobtěžují a píšou jednoduše - Darlington tranzistor nebo kompozitní tranzistor.

Například pár BDW93C(NPN) a BDW94С(PNP) Zde je jejich vnitřní struktura z datového listu.

Navíc existují Darlingtonské sestavy. Když je několik zabaleno do jednoho balíku najednou. Nepostradatelná věc, když potřebujete řídit nějaký výkonný LED displej nebo krokový motor (). Vynikající příklad takové stavby - velmi oblíbené a snadno dostupné 2003 ULN, schopný přetáhnout až 500 mA pro každou z jejích sedmi sestav. Výstupy jsou možné zařadit paralelně pro zvýšení aktuálního limitu. Celkově může jeden ULN přenášet až 3,5 A, pokud jsou všechny jeho vstupy a výstupy paralelní. Co mě na tom těší je, že východ je naproti vchodu, pod ním je velmi pohodlné nasměrovat prkno. Přímo.

Datasheet ukazuje vnitřní strukturu tohoto čipu. Jak vidíte, jsou zde i ochranné diody. Navzdory tomu, že jsou kresleny jako operační zesilovače, je zde výstup typu s otevřeným kolektorem. To znamená, že může pouze zkratovat k zemi. Co je zřejmé ze stejného datového listu, když se podíváte na strukturu jednoho ventilu.

V tomto článku si povíme něco o multivibrátoru, jak to funguje, jak k multivibrátoru připojit zátěž a výpočet tranzistorového symetrického multivibrátoru.

Multivibrátor je jednoduchý obdélníkový pulzní generátor, který pracuje v režimu samooscilátoru. K jeho provozu potřebujete pouze napájení z baterie nebo jiného zdroje energie. Uvažujme o nejjednodušším symetrickém multivibrátoru pomocí tranzistorů. Jeho schéma je znázorněno na obrázku. Multivibrátor může být složitější v závislosti na potřebných provedených funkcích, ale všechny prvky uvedené na obrázku jsou povinné, bez nich multivibrátor nebude fungovat.

Činnost symetrického multivibrátoru je založena na procesech nabíjení-vybíjení kondenzátorů, které spolu s odpory tvoří RC obvody.

O tom, jak fungují RC obvody, jsem psal dříve ve svém článku Kondenzátor, který si můžete přečíst na mém webu. Pokud na internetu najdete materiál o symetrickém multivibrátoru, je prezentován stručně a nesrozumitelně. Tato okolnost neumožňuje začínajícím radioamatérům nic pochopit, ale pouze pomáhá zkušeným elektrotechnikům si něco zapamatovat. Na žádost jednoho z návštěvníků mých stránek jsem se rozhodl tuto mezeru odstranit.

Jak multivibrátor funguje?

V počátečním okamžiku napájení jsou kondenzátory C1 a C2 vybité, takže jejich proudový odpor je nízký. Nízký odpor kondenzátorů vede k „rychlému“ otevření tranzistorů způsobenému tokem proudu:

— VT2 podél cesty (zobrazeno červeně): „+ napájení > rezistor R1 > nízký odpor vybitého C1 > přechod báze-emitor VT2 > — napájení“;

— VT1 podél cesty (zobrazeno modře): „+ napájení > rezistor R4 > nízký odpor vybitého C2 > přechod báze-emitor VT1 > — napájení.“

Toto je „nestabilní“ režim provozu multivibrátoru. Trvá velmi krátkou dobu určenou pouze rychlostí tranzistorů. A neexistují dva tranzistory, které by byly parametry naprosto totožné. Který tranzistor se otevře rychleji, zůstane otevřený – „vítěz“. Předpokládejme, že v našem diagramu se ukáže, že je to VT2. Poté prostřednictvím nízkého odporu vybitého kondenzátoru C2 a nízkého odporu přechodu kolektor-emitor VT2 dojde ke zkratování báze tranzistoru VT1 na emitor VT1. V důsledku toho bude tranzistor VT1 nucen se zavřít – „stane se poraženým“.

Protože je tranzistor VT1 uzavřen, dochází k „rychlému“ nabíjení kondenzátoru C1 podél cesty: „+ napájení > rezistor R1 > nízký odpor vybitého C1 > přechod báze-emitor VT2 > — napájení“. K tomuto nabíjení dochází téměř až do napětí napájecího zdroje.

Současně se kondenzátor C2 nabíjí proudem s obrácenou polaritou podél cesty: „+ zdroj energie > rezistor R3 > nízký odpor vybitého C2 > přechod kolektor-emitor VT2 > — zdroj energie“. Doba nabíjení je určena hodnocením R3 a C2. Určují čas, kdy je VT1 v uzavřeném stavu.

Když je kondenzátor C2 nabit na napětí přibližně rovné napětí 0,7-1,0 V, jeho odpor se zvýší a tranzistor VT1 se otevře s napětím přivedeným podél cesty: „+ napájení > rezistor R3 > přechod báze-emitor VT1 > - zdroj napájení." V tomto případě bude napětí nabitého kondenzátoru C1 přes otevřený přechod kolektor-emitor VT1 přivedeno na přechod emitor-báze tranzistoru VT2 s obrácenou polaritou. V důsledku toho se VT2 uzavře a obvodem proteče proud, který dříve procházel přes otevřený přechod kolektor-emitor VT2: „+ napájení > rezistor R4 > nízký odpor C2 > přechod báze-emitor VT1 > — napájení. “ Tento obvod rychle dobije kondenzátor C2. Od tohoto okamžiku začíná samogenerační režim „ustáleného stavu“.

Provoz symetrického multivibrátoru v režimu generování „ustáleného stavu“.

Začíná první půlcyklus činnosti (oscilace) multivibrátoru.

Když je tranzistor VT1 otevřený a VT2 zavřený, jak jsem právě napsal, kondenzátor C2 se rychle dobije (z napětí 0,7...1,0 voltů jedné polarity na napětí zdroje opačné polarity) podél obvodu : “+ napájecí zdroj > rezistor R4 > nízký odpor C2 > přechod báze-emitor VT1 > - napájecí zdroj.” Kromě toho se kondenzátor C1 pomalu dobíjí (z napětí zdroje jedné polarity na napětí 0,7...1,0 voltů opačné polarity) podél obvodu: „+ zdroj energie > rezistor R2 > pravá deska C1 > levá deska C1 > kolektor-emitorový přechod tranzistoru VT1 > - - napájecí zdroj.”

Když v důsledku dobíjení C1 dosáhne napětí na bázi VT2 hodnoty +0,6 voltu vzhledem k emitoru VT2, tranzistor se otevře. Proto bude napětí nabitého kondenzátoru C2 přes otevřený přechod kolektor-emitor VT2 přivedeno na přechod emitor-báze tranzistoru VT1 s obrácenou polaritou. VT1 se zavře.

Začíná druhý poloviční cyklus činnosti (oscilace) multivibrátoru.

Když je tranzistor VT2 otevřený a VT1 zavřený, kondenzátor C1 se rychle dobije (z napětí 0,7...1,0 V jedné polarity na napětí zdroje opačné polarity) podél obvodu: „+ napájecí zdroj > rezistor R1 > nízký odpor C1 > přechod základní emitor VT2 > - napájecí zdroj.“ Kromě toho se kondenzátor C2 pomalu dobíjí (z napětí zdroje jedné polarity na napětí 0,7...1,0 voltů opačné polarity) podél obvodu: „pravá deska C2 > přechod kolektor-emitor tranzistor VT2 > - napájení > + napájení zdroje > rezistor R3 > levá deska C2". Když napětí na bázi VT1 dosáhne +0,6 voltu vzhledem k emitoru VT1, tranzistor se otevře. Proto bude napětí nabitého kondenzátoru C1 přes otevřený přechod kolektor-emitor VT1 přivedeno na přechod emitor-báze tranzistoru VT2 s obrácenou polaritou. VT2 se zavře. V tomto okamžiku končí druhý půlcyklus oscilace multivibrátoru a znovu začíná první půlcyklus.

Proces se opakuje, dokud není multivibrátor odpojen od zdroje energie.

Metody připojení zátěže k symetrickému multivibrátoru

Obdélníkové pulsy jsou odstraněny ze dvou bodů symetrického multivibrátoru– tranzistorové kolektory. Když je na jednom kolektoru „vysoký“ potenciál, pak je na druhém kolektoru „nízký“ potenciál (chybí) a naopak – když je na jednom výstupu „nízký“ potenciál, pak je „vysoký“ potenciál na straně druhé. To je jasně vidět na časovém grafu níže.

Multivibrační zátěž musí být zapojena paralelně s jedním z kolektorových rezistorů, ale v žádném případě paralelně s přechodem kolektor-emitor tranzistoru. Tranzistor nemůžete obejít zátěží. Pokud tato podmínka není splněna, změní se minimálně doba trvání pulzů a maximálně nebude multivibrátor fungovat. Obrázek níže ukazuje, jak správně připojit zátěž a jak to nedělat.

Aby zátěž neovlivňovala samotný multivibrátor, musí mít dostatečný vstupní odpor. K tomuto účelu se obvykle používají vyrovnávací tranzistorové stupně.

Příklad ukazuje připojení nízkoimpedanční dynamické hlavy k multivibrátoru. Přídavný odpor zvyšuje vstupní odpor vyrovnávacího stupně a tím eliminuje vliv vyrovnávacího stupně na multivibrační tranzistor. Jeho hodnota by neměla být menší než 10násobek hodnoty kolektorového odporu. Zapojení dvou tranzistorů do „kompozitního tranzistorového“ obvodu výrazně zvyšuje výstupní proud. V tomto případě je správné zapojit obvod báze-emitor vyrovnávacího stupně paralelně s kolektorovým odporem multivibrátoru, a nikoli paralelně s přechodem kolektor-emitor multivibrátorového tranzistoru.

Pro připojení vysokoimpedanční dynamické hlavy k multivibrátoru vyrovnávací stupeň není potřeba. Místo jednoho z kolektorových rezistorů je připojena hlava. Jedinou podmínkou, která musí být splněna, je, že proud procházející dynamickou hlavou nesmí překročit maximální kolektorový proud tranzistoru.

Pokud chcete k multivibrátoru připojit obyčejné LED– pro vytvoření „blikajícího světla“, pak k tomu nejsou nutné kaskády vyrovnávacích pamětí. Mohou být zapojeny do série s kolektorovými rezistory. To je způsobeno skutečností, že proud LED je malý a pokles napětí na něm během provozu není větší než jeden volt. Nemají tedy žádný vliv na provoz multivibrátoru. Pravda, neplatí to pro supersvítivé LED, u kterých je provozní proud vyšší a úbytek napětí může být od 3,5 do 10 voltů. Ale v tomto případě existuje cesta ven - zvyšte napájecí napětí a použijte tranzistory s vysokým výkonem, které poskytují dostatečný kolektorový proud.

Upozorňujeme, že oxidové (elektrolytické) kondenzátory jsou svými kladnými póly připojeny ke kolektorům tranzistorů. To je způsobeno skutečností, že na bázi bipolárních tranzistorů napětí nevzroste nad 0,7 voltu vzhledem k emitoru a v našem případě jsou emitory mínusem zdroje. Ale na kolektorech tranzistorů se napětí mění téměř z nuly na napětí zdroje energie. Oxidové kondenzátory nejsou schopny plnit svou funkci, jsou-li zapojeny s obrácenou polaritou. Přirozeně, pokud používáte tranzistory jiné struktury (ne N-P-N, ale struktury P-N-P), pak kromě změny polarity zdroje energie musíte zapnout LED s katodami „nahoru v obvodu“ a kondenzátory s plusy k bázím tranzistorů.

Pojďme na to teď přijít Jaké parametry prvků multivibrátoru určují výstupní proudy a generační frekvenci multivibrátoru?

Co ovlivňují hodnoty kolektorových rezistorů? V některých průměrných internetových článcích jsem viděl, že hodnoty kolektorových rezistorů významně neovlivňují frekvenci multivibrátoru. To vše je úplný nesmysl! Pokud je multivibrátor správně vypočítán, odchylka hodnot těchto rezistorů o více než pětkrát od vypočtené hodnoty nezmění frekvenci multivibrátoru. Hlavní věc je, že jejich odpor je menší než základní odpory, protože kolektorové odpory zajišťují rychlé nabíjení kondenzátorů. Ale na druhou stranu jsou hodnoty kolektorových odporů hlavní pro výpočet spotřeby energie ze zdroje, jehož hodnota by neměla překročit výkon tranzistorů. Když se na to podíváte, tak při správném zapojení nemají ani přímý vliv na výstupní výkon multivibrátoru. Ale doba mezi sepnutími (frekvence multivibrátoru) je určena „pomalým“ dobíjením kondenzátorů. Doba nabíjení je určena jmenovitými hodnotami RC obvodů - základních odporů a kondenzátorů (R2C1 a R3C2).

Multivibrátor, i když se nazývá symetrický, se týká pouze obvodů jeho konstrukce a může produkovat jak symetrické, tak asymetrické výstupní impulsy v trvání. Doba trvání pulzu (vysoká úroveň) na kolektoru VT1 je určena hodnocením R3 a C2 a doba trvání pulzu (vysoká úroveň) na kolektoru VT2 je určena hodnocením R2 a C1.

Doba dobíjení kondenzátorů je určena jednoduchým vzorcem, kde Tau– trvání pulsu v sekundách, R– odpor odporu v ohmech, S– kapacita kondenzátoru ve Faradech:

Pokud jste tedy ještě nezapomněli, co bylo napsáno v tomto článku o pár odstavců dříve:

Pokud existuje rovnost R2=R3 A C1=C2, na výstupech multivibrátoru bude „meandr“ - obdélníkové pulzy s dobou trvání rovnající se pauzám mezi pulzy, které vidíte na obrázku.

Celá perioda kmitání multivibrátoru je T rovná se součtu trvání pulsu a pauzy:

Frekvence kmitání F(Hz) vztahující se k období T(s) přes poměr:

Pokud jsou na internetu nějaké výpočty rádiových okruhů, jsou zpravidla mizivé. Proto Vypočítejme prvky symetrického multivibrátoru pomocí příkladu .

Jako u všech tranzistorových stupňů musí být výpočet proveden od konce - výstupu. A na výstupu máme vyrovnávací stupeň, pak jsou zde kolektorové odpory. Kolektorové odpory R1 a R4 plní funkci zatížení tranzistorů. Kolektorové rezistory nemají žádný vliv na generační frekvenci. Jsou vypočteny na základě parametrů vybraných tranzistorů. Nejprve tedy vypočítáme kolektorové odpory, poté základní odpory, poté kondenzátory a poté vyrovnávací stupeň.

Postup a příklad výpočtu tranzistorového symetrického multivibrátoru

Počáteční údaje:

Napájecí napětí Ui.p. = 12 V.

Požadovaná frekvence multivibrátoru F = 0,2 Hz (T = 5 sekund) a doba trvání pulsu je rovna 1 (jedna sekunda.

Jako zátěž se používá automobilová žárovka. 12 voltů, 15 wattů.

Jak jste uhodli, vypočítáme „blikající světlo“, které bude blikat každých pět sekund a doba trvání záře bude 1 sekunda.

Výběr tranzistorů pro multivibrátor. Například máme nejběžnější tranzistory v sovětských dobách KT315G.

Pro ně: Pmax=150 mW; Imax=150 mA; h21>50.

Tranzistory pro vyrovnávací stupeň se vybírají na základě zatěžovacího proudu.

Aby se diagram nezobrazoval dvakrát, již jsem podepsal hodnoty prvků na diagramu. Jejich výpočet je uveden dále v Rozhodnutí.

Řešení:

1. Nejprve musíte pochopit, že provoz tranzistoru při vysokých proudech ve spínacím režimu je pro samotný tranzistor bezpečnější než provoz v režimu zesílení. Není tedy třeba počítat výkon pro přechodový stav v okamžicích průchodu střídavého signálu pracovním bodem „B“ statického režimu tranzistoru - přechod z otevřeného stavu do uzavřeného stavu a zpět . U pulzních obvodů postavených na bipolárních tranzistorech se výkon obvykle počítá pro tranzistory v otevřeném stavu.

Nejprve určíme maximální ztrátový výkon tranzistorů, který by měl být o 20 procent nižší (faktor 0,8), než je maximální výkon tranzistoru uvedený v referenční knize. Ale proč potřebujeme zahnat multivibrátor do tuhého rámce vysokých proudů? A dokonce i se zvýšeným výkonem bude spotřeba energie ze zdroje energie velká, ale bude mít malý přínos. Proto, když určíme maximální ztrátový výkon tranzistorů, snížíme jej 3krát. Další snížení ztrátového výkonu je nežádoucí, protože provoz multivibrátoru založeného na bipolárních tranzistorech v režimu nízkého proudu je „nestabilní“ jev. Pokud je zdroj energie používán nejen pro multivibrátor, nebo není zcela stabilní, frekvence multivibrátoru bude také „plavat“.

Stanovíme maximální ztrátový výkon: Pdis.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150 mW = 120 mW

Jmenovitý ztrátový výkon určíme: Pdis.nom. = 120/3 = 40 mW

2. Určete kolektorový proud v otevřeném stavu: Ik0 = Pdis.nom. / Ui.p. = 40 mW / 12 V = 3,3 mA

Vezměme to jako maximální kolektorový proud.

3. Zjistíme hodnotu odporu a výkonu zatížení kolektoru: Rk.total = Ui.p./Ik0 = 12V/3,3mA = 3,6 kOhm

Ze stávajícího jmenovitého rozsahu vybíráme odpory, které se co nejvíce blíží 3,6 kOhm. Jmenovitá řada rezistorů má jmenovitou hodnotu 3,6 kOhm, proto nejprve vypočítáme hodnotu kolektorových rezistorů R1 a R4 multivibrátoru: Rk = R1 = R4 = 3,6 kOhm.

Výkon kolektorových rezistorů R1 a R4 je roven jmenovitému ztrátovému výkonu tranzistorů Pras.nom. = 40 mW. Používáme rezistory s výkonem přesahujícím stanovený Pras.nom. - typ MLT-0,125.

4. Přejděme k výpočtu základních rezistorů R2 a R3. Jejich hodnocení je určeno na základě zesílení tranzistorů h21. Současně pro spolehlivý provoz multivibrátoru musí být hodnota odporu v rozmezí: 5krát větší než odpor kolektorových odporů a menší než součin Rк * h21 v našem případě Rmin = 3,6 * 5 = 18 kOhm a Rmax = 3,6 * 50 = 180 kOhm

Hodnoty odporu Rb (R2 a R3) tak mohou být v rozsahu 18...180 kOhm. Nejprve zvolte průměrnou hodnotu = 100 kOhm. Ale není to konečné, protože potřebujeme zajistit požadovanou frekvenci multivibrátoru, a jak jsem psal dříve, frekvence multivibrátoru přímo závisí na základních rezistorech R2 a R3 a také na kapacitě kondenzátorů.

5. Vypočítejte kapacity kondenzátorů C1 a C2 a případně přepočítejte hodnoty R2 a R3.

Hodnoty kapacity kondenzátoru C1 a odporu rezistoru R2 určují dobu trvání výstupního impulsu na kolektoru VT2. Právě při tomto impulsu by se nám měla rozsvítit žárovka. A ve stavu byla doba trvání pulzu nastavena na 1 sekundu.

Pojďme určit kapacitu kondenzátoru: C1 = 1 s / 100 kOhm = 10 µF

V nominálním rozsahu je zařazen kondenzátor o kapacitě 10 μF, takže nám vyhovuje.

Hodnoty kapacity kondenzátoru C2 a odporu rezistoru R3 určují dobu trvání výstupního impulsu na kolektoru VT1. Právě během tohoto pulzu je na kolektoru VT2 „pauza“ a naše žárovka by se neměla rozsvítit. A v podmínce byla zadána plná perioda 5 sekund s dobou trvání pulzu 1 sekunda. Délka pauzy je tedy 5 sekund – 1 sekunda = 4 sekundy.

Po transformaci vzorce doby dobíjení jsme Pojďme určit kapacitu kondenzátoru: C2 = 4 sec / 100 kOhm = 40 µF

Kondenzátor o kapacitě 40 μF není v nominálním rozsahu zahrnut, takže nám nevyhovuje a vezmeme si kondenzátor o kapacitě 47 μF, který je mu co nejblíže. Ale jak chápete, čas „pauzy“ se také změní. Abychom tomu zabránili, my Přepočítejme odpor rezistoru R3 na základě doby trvání pauzy a kapacity kondenzátoru C2: R3 = 4 s / 47 uF = 85 kOhm

Podle jmenovité řady je nejbližší hodnota odporu rezistoru 82 kOhm.

Získali jsme tedy hodnoty prvků multivibrátoru:

R1 = 3,6 kOhm, R2 = 100 kOhm, R3 = 82 kOhm, R4 = 3,6 kOhm, C1 = 10 µF, C2 = 47 µF.

6. Vypočítejte hodnotu rezistoru R5 vyrovnávacího stupně.

Pro eliminaci vlivu na multivibrátor je odpor přídavného omezovacího rezistoru R5 zvolen tak, aby byl alespoň 2x větší než odpor kolektorového rezistoru R4 (a v některých případech i více). Jeho odpor spolu s odporem přechodů emitor-báze VT3 a VT4 v tomto případě neovlivní parametry multivibrátoru.

R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 kOhm

Podle jmenovité řady je nejbližší rezistor 7,5 kOhm.

Při hodnotě odporu R5 = 7,5 kOhm bude řídicí proud vyrovnávacího stupně roven:

ovládám = (Ui.p. - Ube) / R5 = (12 V - 1,2 V) / 7,5 kOhm = 1,44 mA

Kromě toho, jak jsem napsal dříve, zatížení kolektoru multivibrátorových tranzistorů neovlivňuje jeho frekvenci, takže pokud takový odpor nemáte, můžete jej nahradit jiným „blízkým“ hodnocením (5 ... 9 kOhm ). Je lepší, když je to ve směru poklesu, aby nedocházelo k poklesu řídicího proudu ve stupni vyrovnávací paměti. Mějte však na paměti, že přídavný odpor je dodatečná zátěž pro tranzistor VT2 multivibrátoru, takže proud protékající tímto odporem se sčítá s proudem kolektorového odporu R4 a je zátěží pro tranzistor VT2: Itotal = Ik + Icontrol. = 3,3 mA + 1,44 mA = 4,74 mA

Celkové zatížení kolektoru tranzistoru VT2 je v normálních mezích. Pokud překročí maximální kolektorový proud uvedený v referenční knize a vynásobený faktorem 0,8, zvyšte odpor R4, dokud nebude zatěžovací proud dostatečně snížen, nebo použijte výkonnější tranzistor.

7. Potřebujeme zajistit proud do žárovky Iн = Рн / Ui.p. = 15W / 12V = 1,25 A

Ale řídicí proud vyrovnávacího stupně je 1,44 mA. Proud multivibrátoru se musí zvýšit o hodnotu rovnou poměru:

In / Icontrol = 1,25A / 0,00144A = 870krát.

Jak to udělat? Pro výrazné zvýšení výstupního proudu použijte tranzistorové kaskády sestavené podle obvodu „kompozitního tranzistoru“. První tranzistor je obvykle nízkopříkonový (použijeme KT361G), má nejvyšší zesílení a druhý musí poskytovat dostatečný zatěžovací proud (vezměme neméně obvyklý KT814B). Poté se vynásobí jejich přenosové koeficienty h21. Takže pro tranzistor KT361G h21>50 a pro tranzistor KT814B h21=40. A celkový koeficient přenosu těchto tranzistorů zapojených podle obvodu „kompozitního tranzistoru“: h21 = 50 * 40 = 2000. Toto číslo je větší než 870, takže tyto tranzistory jsou dostačující pro ovládání žárovky.

No, to je vše!