МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

РЕСПУБЛИКИ  КАЗАХСТАН

Северо-Казахстанский  государственный университет им. М. Козыбаева 

Факультет энергетики и машиностроения

Кафедра энергетики и приборостроения 
 
 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 
 

На тему: «Проектирование мультивибратора» 
 

по дисциплине – «Расчет и проектирование приборов» 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Выполнил                                                   В. М. Воронин  

       Руководитель                                             А. А. Кашевкин 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Петропавловск 2010

 

Содержание 

Введение…………………………………….........……………………......3

1. Анализ технического задания……………….........……………...….5
2. Синтез структурной схемы……………………….........……....…....6
3. Анализ принципиальной схемы мультивибратора

управления  разверткой……………...……………………..…...….....7

4. Выбор элементной базы……………………………………............…9
5. Расчет принципиальной схемы мультивибратора управления

разверткой  по постоянному току………………………….…...........11

6. Расчет принципиальной схемы мультивибратора     управления

разверткой  по временному току………………………………..........16

7. Компоновка печатного узла…………………………………….........18

1.    Расчет посадочных мест………………………………….............18

7.2   Расчет на вибропрочность………………………………….….....19

8. Расчет надежности мультивибратора управления разверткой…....21
9. Расчет теплового режима…………………………………….……....23

Заключение…………………………………………………………….…...24

Список  использованной литературы……………………………………..25

Приложение А «Перечень элементов»..................................................26 

 

       Введение

 

       Для получения импульсов прямоугольной  формы широко используются релаксационные генераторы, построенные на основе усилителей с положительной  обратной связью. Релаксационные генераторы, в которых положительная обратная связь создается с помощью RC-цепей, называют мультивибраторами. Причем глубина положительной обратной связи остается почти постоянной в широкой полосе частот. Если положительная обратная связь создается с помощью импульсного трансформатора, то такие релаксационные генераторы называют блокинг-генераторами.

       Мультивибраторы могут работать в двух режимах: автоколебательном  и ждущем.

         В автоколебательном режиме схема  имеет два квазиустойчивых состояния, длительность каждого из которых определяется времязадающей цепью.

       В ждущем режиме схема имеет одно устойчивое состояние, в котором может находиться неограниченно долго. Под действием  короткого запускающего внешнего импульса схема скачком переходит в квазиустойчивое состояние, а затем самостоятельно возвращается в исходное состояние, формируя импульс заданной длительности.

       Широкополосность  цепи обратной связи является характерным  признаком всех генераторов импульсов, причем во всех случаях на частоте w->0 выполняется условие K_y<1. В противном случае устройство превратится в триггер. Это условие свидетельствует о наличии накопителя энергии, уменьшающего петлевое усиление на низких или инфранизких частотах до уровня, при котором невозможно появление устойчивого состояния.

       Различают «мягкий» и «жесткий» режимы возбуждения  генераторов. При мягком режиме петлевое усиление больше единицы (|K_y|>1), в момент включения напряжения питания. Тогда любые шумы в системе, вызванные случайными факторами, усиливаются и через цепь обратной связи подаются на вход усилителя в фазе, совпадающей с фазой входного сигнала, причем величина этого дополнительного сигнала больше того возмущения, которое вызвало его появление. Соответственно увеличивается выходное напряжение, что приведет к дальнейшему увеличению входного сигнала и т.д. в итоге случайно возникшее возмущение приведет к непрерывному нарастанию выходного сигнала, которое достигло бы бесконечного большого значения, если бы это было возможно. Однако при определенном уровне сигнала начинают проявляться нелинейные свойства электронного усилителя. Коэффициент усиления начинает уменьшаться с увеличением значения сигнала в системе. При выполнении условия K_y=1 амплитуда автоколебаний стабилизируется, и автогенератор начинает давать колебания, имеющие постоянную амплитуду.

       Жесткий режим возбуждения отличается от рассмотренного тем, что при нем  для возникновения автоколебаний  необходимо приложить к устройству дополнительный внешний сигнал, не меньший определенного значения. Это связанно с особенностями  нелинейности усилительного устройства. В момент включения напряжения питания и отсутствия автоколебаний K_y<1. Поэтому они сами собой возникнуть не могут. Коэффициент усиления К зависит от амплитуды выходного сигнала. Поэтому если на вход усилителя подать дополнительный электрический сигнал, то при определенном его значении начнет выполняться условие K_y>1. При этом возникнут автоколебания, амплитуда которых будет нарастать и примет стационарное значение примет K_y=1.

       Мультивибратор  управления разверткой, примененный  в осциллографе С1-67, также относится  к классу релаксационных генераторов, т.е. генераторов, у которых изменение  состояния отдельных приборов происходят в результате процесса регенерации.  
 

 

       1 Анализ технического задания 

       Разработать мультивибратор управления разверткой осциллографа С1-67 со следующими параметрами:

1. Напряжение питания U_П1=±10 В, U_П2=+6 В.
2. Максимальное выходное напряжение U_m=3 В.
3. Режим работы: ждущий, автоколебательный.
4. Частота следования импульсов в автоколебательном режиме от 2,0 Гц до 1,0 МГц.
5. Изменение частоты следования импульсов – дискретное.
6. Предельное отклонение амплитуды выходного напряжения ±0,5 В.
7. Амплитуда тока выходных импульсов I_m>=0,5 mA.
8. Конструкция – печатная плата, установленная внутри осциллографа.

Прибор  должен нормально работать в условиях:

1. Рабочая температура окружающего воздуха от –30 до +50⁰ С.
2. Предельная температура от –50 до +65⁰ С.
3. Отн. влажность воздуха до 98% при температуре +35⁰ С.

 
 

 

       2 Синтез структурной схемы 

  

       Рисунок 1. Структурная схема мультивибратора управления разверткой 

       Мультивибратор  управления разверткой (рис. 1) представляет собой сочетание генератора  импульсов на туннельном диоде с усилителем по схеме с общим эмиттером.

       Управляемый источник тока позволяет задавать любое  положение рабочей точки на характеристике туннельного диода, что позволяет переводить мультивибратор управления разверткой из стабильного состояния в режим самозапуска.

       Цепь  коррекции позволяет изменять длительность импульсов генератора импульсов.

       С выхода усилителя напряжения управляющий  импульс поступает на вход схемы  генератора пилообразного напряжения и через эмиттерный  повторитель на схему формирования блокирующего импульса. 

 

       

       3 Анализ принципиальной схемы мультивибратора управления          разверткой 

  

       Рисунок 2. Принципиальная схема мультивибратора управления

         разверткой осциллографа С1-67 

       Мультивибратор  управления разверткой (рис.2) состоит  из следующих основных каскадов:

• автоколебательного генератора, выполненного на туннельном диоде VD3;
• усилителя напряжения на транзисторе VT2;
• эмиттерного повторителя на транзисторе VT3;
• источника тока на транзисторе VT1.

       Автоколебательный генератор собран туннельном диоде VD3. Диод включен в цепь эмиттера транзистора VT1. Положение рабочей точки на вольтамперной характеристике диода выбирается на участке, где диод имеет отрицательное дифференциальное сопротивление. Переменное напряжение, снимаемое с диода через резистор R7, поступает на следующий каскад мультивибратора – усилитель напряжения, который собран на транзисторе VT2, включенного по схеме с общим эмиттером.

       В исходном состоянии рабочая точка  выбирается так на характеристике туннельного  диода VD3, что усилитель на транзисторе VT2 заперт. Импульсы положительной полярности, поступающие на базу транзистора VT2 из канала синхронизации, переводят туннельный диод VD3 во второе устойчивое состояние, при этом усилитель на транзисторе VT2 открывается и потенциал на его коллекторе понижается, вырабатывается отрицательный управляющий импульс.

       Усилитель имеет большой коэффициент усиления, который определяется соотношением значений сопротивлений R10 и R6 и параметром h₁₁ транзистора VT2. С выхода усилителя напряжения сигнал поступает на эмиттерный повторитель, собранный на транзисторе VT3. Резисторы R8, R9, задают положение рабочей точки транзистора на ВАХ, а резистор R11 обеспечивает отрицательную обратную связь по постоянному току, которая стабилизирует положение рабочей точки.

       С выхода мультивибратора управляющий  импульс поступает на вход схемы  генератора пилообразного напряжения и через эмиттерный повторитель  VT3 на схему формирования блокирующего импульса.

       На  транзисторе VT1 собран источник тока, который стабилизирует положение рабочей точки туннельного диода VD3 на его вольтамперной характеристике. Величина эмиттерного тока транзистора VT1, а следовательно и положение рабочей точки туннельного диода VD3, может изменяться в зависимости от положения движка переменного резистора R2. При перемещении рабочей точки туннельного диода VD3 с участка вольтамперной характеристики, где диод имеет дифференциальное сопротивление отрицательное, на участок с положительным дифференциальным сопротивлением, мультивибратор переходит из автоколебательного режима в ждущий. Это позволяет переводить мультивибратор управления разверткой из стабильного состояния в режим самозапуска.

       Конденсаторы  С2, С3-С5 и резисторы R5, R4 являются частотозадающими элементами мультивибратора, конденсатор С1 – блокировочный, предотвращает «просачивание» высокочастотного сигнала в цепь питания. Конденсатор С7, шунтирующий резистор R11, ликвидирует отрицательную обратную связь по переменному току. 
 
 
 
 
 

       4 Выбор элементной базы 

       В качества активного элемента эмиттерного  повторителя VT3 выберем транзистор малой мощности высокой частоты. Напряжение питания эмиттерного повторителя E_П=-10В. Подойдет транзистор 1Т308А с проводимостью p-n-p типа, который имеет следующие технические характеристики:

• мощность рассеяния коллектора P_kmax=150 mВт;
• граничная частота f_гр>90 МГц;
• предельное напряжение коллектор-база U_кбо=20 В;
• предельно допустимое напряжение эмиттер-база U_эб=3 В;
• максимальный ток коллектора I_kmax=50 mA;
• коэффициент передачи тока базы h₂₁=20 ... 75;
• емкость коллекторного перехода C_k< 8 пФ;
• сопротивление коллектор-эмиттер в режиме насыщения r_кэнас<30 Ом.