Практическое занятие № 11

Тема: «Расчет мультивибратора на ОУ»

Цель работы: научиться рассчитывать параметры электрических схем электронных устройств

Теоретическая часть

Мультивибраторами называются электронные устройства, пред- назначенные для генерирования периодической последовательности импульсов напряжения прямоугольной формы.

Мультивибраторы работают в режиме самовозбуждения, т.е. для формирования импульсного сигнала в мультивибраторах не требуется внешнее воздействие. Схема симметричного мультивибратора на операционном усилителе приведена на рисунке 1.

R 3

· ¥

C 1 ·

R 1 R 2

DA 1

U вых

R н

Рисунок 1- Схема симметричного мультивибратора на операционном усилителе

Задача № 11

Рассчитать параметры симметричного мультивибратора на опера-

ционном усилителе с рабочей частотой

f = 100

Гц и сопротивлением

нагрузки

R н = 62

кОм.

Варианты индивидуальных заданий приведены

№ варианта	R н , кОм	f, Гц	№ варианта	R н , кОм	f, Гц
1	51	10	11	39	110
2	47	20	12	43	120
3	73	30	13	73	130
4	47	40	14	75	140
5	56	50	15	91	150
6	68	60	16	68	160
7	91	70	17	56	130
8	82	80	18	47	110
9	62	90	19	56	40
10	75	100	20	51	60

Пример решения задачи № 11.

Схема симметричного мультивибратора приведена на рис. 2.34.

Промышленность выпускает различные типы операционных уси- лителей, каждый из которых разрабатывается под конкретные изделия. Наиболее простыми являются ОУ марки К140УД6, К140УД7, К1410УД20. Для выполнения симметричного мультивибратора выбира- ем операционный усилитель серии К140УД6, который имеет следую- щие основные параметры [3]:

U ип1 = +15±1,5 В;

R вх

≥ 1 МОм;

вых.м

U ип2

= –15±1,5 В; U +

= +11 В;

вых.м

I вых.доп

≤ 2,5 мА; U - = –11 В;

I вх

≤ 200 нА;

K у. U

≥ 30000;

D I вх

≤ 25 нА;

f 1 = 1 МГц;

Uсм = ±10 В;

VU вых = 2 В/мкс.

Условные обозначения параметров операционного усилителя:

сти; сти;

U ип1

U ип2

– напряжение источника питания положительной полярно-

– напряжение источника питания отрицательной полярно-

теля;

I вых.доп

– максимальный допустимый ток операционного усили-

I вх

– входной ток операционного усилителя;

D I вх U см R вх

– разность входных токов;

– напряжение смещения;

– входное сопротивление;

U вых.м

уровня;

– максимальное выходное напряжение положительного

вых.м

уровня;

– максимальное выходное напряжение отрицательного

K у.U – коэффициент усиления напряжения;

f 1 – частота единичного усиления;

VU вых – скорость изменения выходного напряжения.

Найдем коэффициент передачи делителя напряжения составлен-

ного из резисторов

R 1 и

R 2 по выражению:

k = U диф.доп

2 × U

вых.м

, (2.21)

где

U диф.доп

– дифференциальное допустимое напряжение,

U диф.доп = 10 В.

Подставив в (2.21) численные значения параметров, получим

k = 10 = 0,4545

2 ×11

как

Коэффициент передачи делителя напряжения можно определить

k = R 1 R 1 + R 2

(2.22)

Из (2.22) найдем отношение сопротивлений

R1 и R 2

R 1 =

R 2

1 - k

Подставляя значение k, получим

R 1 =

R 2

0,4545

1 - 0,4545

= 0,833

Частота выходного сигнала мультивибратора определяется по уравнению

f = 1

, (2.23)

R ö

R ÷

2 × t × lnçç1 + 2 × 1 ÷

è 2 ø

где

t = R 3 × C 1

– постоянная времени цепи заряда конденсатора С1

(рис. 2.34), с.

Из (2.23) найдем t

t =

1 .

R ÷

æ R ö

2 × f

× lnçç1 + 2 × 1 ÷

è 2 ø

Подставив численные значения параметров, получим

t = 2 ×100 × ln(1 + 2 × 0,833)

= 5 ×10-3 с.

Зная t, определим

R 3 , приняв значение конденсатора из стандарт-

ного ряда Е24 – 0,47мкф. Тогда

Подставив данные, получим

R = t.

3 C 1

-3

R = 5 ×10

= 10638Ом

3 0,47 ×10-6

Из стандартного ряда значений Е24 выбираем

R 3 = 11кОм.

Определим мощность и тип резистора

R 3 , предварительно опре-

делив ток, протекающий через сопротивление R 3

(1 +

I 3 =

k)×

вых.м

R 3

С учетом численных значений параметров

(1 + 0,4545)×11

I 3 =

В соответствии с (2.5)

11000

= 0,001А

PR 3

= 0,0012 ×11000 = 0,023Вт

Тогда тип резистора

R 3 – МЛТ – 0,025 – 11кОм±5%.

Из условия ограничения выходного тока

I вых

мультивибратора на

допустимом уровне определим сумму сопротивлений

R 1 и R 2

æ + ö

= U

I вых

вых.м

1 1

× çç +

+ 1 k ÷ £ I

вых.доп

. (2.24)

Откуда

è R н

R 1 + R 2

R 3 ø

R 1 + R 2 =

I вых.доп

вых.м

- 1 -

R н

1 + k

R 3

Подставив значения параметров, получим

R 1 + R 2 =

2,5 ×10-3

- 1

62000

- 1 + 0,4545

11000

= 12674 Ом.

Для уменьшения протекающих токов увеличим сумму сопротив-

лений

R 1 + R 2

в 10 раз.

Значения сопротивлений нений

R 1 и

R 2 можно найти из системы урав-

ì R 1 + R 2 = 126740

í R 1

. (2.25)

î R 2

= 0,833

Решив систему уравнений (2.25), получим, что

R 1 = 57596 Ом; R 2 = 69143 Ом. С учетом ряда Е24 принимаем

R 1 = 62 кОм и

R 2 = 75 кОм.

Определим мощность резисторов

R 1 и

R 2 , предварительно найдя

ток протекающий через делитель напряжения

R 1 и

R 2 :

I U вых.м

11 -6 А

д = + R

= = 7,3 ×10

62000 + 75000

Тогда в соответствии с (2.5) мощность резистора

R 1 :

Мощность

PR 1

R 2

= (7,3 ×10-6 )2 × 62000 = 3,3 ×10-6 Вт.

= (7,3 ×10-6 )2 × 75000 = 4 ×10-6 Вт

С учетом найденных значений выбираем резисторы:

R 1 типа МЛТ

– 0,01 – 62кОм±5%,

R 2 типа МЛТ – 0,01 – 75кОм±5%.

Проверим правильность найденных параметров. Для этого анали- тически определим максимальный ток и выходную частоту генератора и при помощи программы Electronics Workbench построим модель сим- метричного мультивибратора.

В соответствии с выражением (2.23)

f пров

= 1

2 × 5 ×10-3 × ln(1 + 2 × 0,833)

= 102 Гц.

Подставляя

f пров

в выражение

D = f - f пров ×100%

численные значения, определяем, что отличие найденной частоты от за- данной частоты мультивибратора составляет 2%. Это является прием- лемым на практике.

Подставляя численные значения сопротивлений и коэффициента k

в (2.24), вычисляем выходной ток операционного усилителя

æ 1 1

I = 11× ç +

+ 1 + 0,4545 ÷ = 1,71мА.

вых