Расчет электронных схем, страница 6

 Коэффициент передачи цепи  ПОС

b_oc=1/ К_UO(1- К_UO/К_{U ПОС})

5.  Для обеспечения требуемого порога срабатывания U_cр с помощью внешнего делителя зададим напряжение смещения на неинвертирующий вход ОУ. Сопротивление резистора R_дел1, задающего порог срабатывания, равно

R_дел1= U_cрR_дел/ U_П.

Тогда R_дел2= R_дел- R_дел1.

6.  Найдём сопротивление резистора R _ПОС:

b_oc=R_дел1R_дел2/( R_дел1+R_дел2) R _ПОС;

R _ПОС= R_дел1R_дел2/ R_дел^b_ОС.

7.  Требуемое входное сопротивление схемы сравнения равно

R_вх= R_дел1R_дел2/( R_дел1+R_дел2).

Полная схема разработанного устройства приведена на рис. 9. 33.

Рис.9.33  Схема с цепью ПОС.

Пример 2. Разработать схему гистерезисного компаратора с порогами срабатывания и отпускания, U_ср и U_от. Максимальное выходное напряжение ОУ U_{вых мах}; U_п. Суммарное сопротивление, включенное между входами ОУ и общей шиной, R_кор.

1. Для реализации заданных напряжений срабатывания и отпускания в схему стандартного гистерезисного компаратора (рис. 9.34) необходимо ввести напряжение смещения.

Рис.9.34  Гистерезисная схема сравнения (а) и ее придаточная характеристика (б).

 В этом случае можно воспользоваться схемами на рис. 9.35 и 9.36. Рассмотрим оба эти случая.

Рис.9.35 Гистерезисная схема сравнения со смещенной характеристикой (а) и ее передаточная характеристика (б), схема сравнения (в).

Рис.9. 36  Гистерезисная схема сравнения при несовпадении полярностей напряжений U_вхи Е_см (а) и ее передаточная характеристика (б).

2. Для схемы на рис. 9.35 напряжение смещения равно  U_см=(U_ср – U_от)/2.

3. Коэффициент передачи цепи ПОС определяется из условия U_cр – U_см=|U_{вых мах}|b_ос, откуда   b_ос= (U_cр – U_см)/ |U_{вых мах}|.

4. Используем дополнительный делитель напряжения (рис. 9.35 в), тогда  

U_см=U_п(R_ПОС2׀׀ R_ПОС1)/R_дел+( R_ПОС2׀׀ R_ПОС1).

5. Для определения сопротивлений резисторов схемы дополним полученное выражение для   U_см  двумя другими уравнениями, полученными из условий обеспечения заданного значения b_ос и минимизации погрешности работы ОУ, решая полученную систему уравнений для U_см, b_ОС и R_кор, найдем

U_см=U_пR_кор/R_дел;

b_ОС=R_кор/R_ПОС2.

Тогда                        R_дел=(U_п/U_см)R_кор.

R_ПОС2= R_кор/ b_ОС      

6. При использование схемы сравнения на рис.9.35,а в качестве источника смещения Е_см можно использовать отрицательное напряжение источника питания ОУ. В этом случае будем иметь:

U_ср+ U_от/ R_∑ - 1/ R_см (U_ср+ U_от+2 U_п)=0

или

R_см= U_ср+ U_от+2 U_п∙ R_∑/ U_ср+ U_от.

R_вх=1/ R_∑ - 1/ R_см.

Уточним после выбора номиналов резистора R_вхи R_дел значения

R_∑=1/ 1/R_вх +1/ R_см.

Тогда                            b_ОС= (- U_ср/ R_вх - U_п/ R_см) R_∑/ U_вых.

Из выражения для b_ОС находим

b_ОС= 1/1+ R_ПОС1/ R_ПОС2   или         R_ПОС2(1/ b_ОС – 1)= R_ПОС1.

Тогда            1/ R_∑= 1/ R_ПОС1+1/ R_ПОС2= 1/ R_ПОС2((1/1/ b_ОС – 1)+1),

Откуда                          R_ПОС2= R_∑(1+1/1/ b_ОС – 1).

7. Проверяем полученные значения порогов срабатывания и отпускания рассчитанной схемы;        U_ср=( b_ОСU_{вых мах}/ R_∑+ U_п/ R_см) R_вх.

9. 14. Расчет мультивибратора.

Рассчитаем автоколебательный мультивибратор, рис. 9.37 при заданых параметрах: U_П ,T;  f_H.

Рис.9. 37. Схема симметричного мультивибратора.

1.  Выбираем тип транзисторов из следующих условий:

U_КЭ>U_П;     U_бЭ>U_П;      f_β>1/T.

2.  Так как нагрузки мультивибратора не заданы, сопротивление резистора R_k определим  из условия  I_kmax=0,7 I_{kmax доп.}

R_k=(U_П- U_КЭ н)/ I_kmax≈ U_П/0,7 I_{kmax доп}.

3.  Сопротивление  R_δ найдём из условия:

R_δ= R_kh_21Эmin/q.

4.  Ёмкости конденсаторов С1 и С2 определим из условия получения заданных  длительностей импульса и паузы выходного напряжения.

С₁=t_H/0,7 R_δ;           C₂=(T- t_H)/0,7 R_δ.

5.  Длительности фронтов выходного напряжения соответственно равны

t_Ф1=2,3 R_k С₁;     t_Ф2=2,3 R_k С₂.

Проверим выполнения условия.

max (t_Ф1,t_Ф2) < min (t_H, t_П).

9.15. Расчет стабилизатора напряжения.

Рассчитаем непрерывный компенсационный стабилизатор напряжения, рис 9.38 предназначенный для питания нагрузки,  (U_н, I_н) при заданном диапазоне изменения входного напряжения.

1. Выберем силовой транзистор из следующих условий:

I_{k max доп} ≥I_k/K_зап;

U_{кэmax доп} ≥U_{вх max}/К_зап;

Р_к>=I_{k max} (U_{Bx max} – U_Bых),

2.Максимальный ток базы транзистора I_Б = I_н/(h_21Э+1).

Рис.9. 38. Схема непрерывного компенсационного стабилизатора постоянного напряжения.

Максимальный управляющий ток регулирующего элемента

I_упр=(I_н/h_21Э1+1 + U_БЭ1/R_бэ1) ∙ 1/h_21э2+1 + U_БЭ2/R_бэ2;

где R_бэ1 – резистор, шунтирующий эмиттерный переход транзистора.

3. Сопротивление резистора R_см выбираем из условия обеспечения протекания тока I_упр при наименьшем входном напряжении

R_см=(U_{вх min} – U_вых)/I_упр.

В этом случае максимальный выходной ток операционного усилителя

I_{DA вых max}=(U_{вх max} – U_вых)/R_см.

4. В качестве источника эталонного напряжения используем параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне. Стабилитрон выбираем из условия U_ст0<U_вых.. Сопротивление балластного резистора R_З выберем в предположении, что I_вх операционного усилителя равно нулю и  I_{ст min}:                              R_З=U_вых – U_{ст0 мах}/I_{ст  min} – r_ст.

При выбранном R_Змаксимально возможный ток стабилитрона

I_{ст мах}=(U_вых  - U_{ст 0 мах})/(R_З+r_ст),

5. Найдем требуемый коэффициент передачи делителя на резисторах R2, R3:                                             К_дел=U_cт0/U_вых.

6. Определим допустимый диапазон изменения сопротивления резистора R3:                    R_Змах=R2(U_вых  - U_{ст 0 min})/U_{ст 0 min};

U′_{ст 0 мах}=U_{ст0 мах}+∆I_{ст rст};

R_Зmin= R2(U_вых  - U_{ст 0 max})/U′_{ст 0 max}

7. Пренебрегая значением К_Uст0, из выражения для коэффициента усиления операционного усилителя получим

К_{U0 min}>(К_U)_{ст ООС} U_вх/U_выхК_{дел min.}