ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 173
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
аналогового выходного напряжения пропорционально частоте импульсов входного сигнала. Диапазон изменения частоты на выходе микросхемы в зависимости от напряжения на входе задается внешними элементами: резистором интегратора R1 включенном последовательно с входом и конденсатором одновибратора С1 формирующем длительность выходных импульсов. Выходные импульсы имеют постоянную длительность и положительный уровень. Уровень выходных импульсов в режиме ПНЧ формируются на внешнем резисторе R2, включенном между выводом 7 и U1, и образующем нагрузку выходного транзистора с открытым коллектором.
Напряжение U1, как правило равно +5 В, но может быть установлено любое до + Uсс1. Импульсный ток выходного транзистора стекает в общую шину (вывод 11), этот вывод должен быть подключен непосредственно к цифровой земле
У микросхемы 1108ПП1 предусмотрен вход “бланкирования“ (вывод 6), который может управляться стандартным ТТЛ сигналом ( >2,4 В). Высокий уровень по входу “бланкирования“ позволяет принудительно запереть выходной транзистор, и таким образом в режиме ПНЧ можно объединять выходы нескольких микросхем 1108ПП1 на одну нагрузку, т.е. образовать на резисторе R2 коммутатор с поочередным подключением аналоговых каналов. На неинвертирующий вход компаратора (вывод 9 микросхемы) в режиме ПЧН можно подать пороговое напряжение для непосредственного согласования компаратора с логическими уровнями входного сигнала. Для обеспечения нормальной работы преобразователя в режиме ПЧН длительность импульсов, подаваемых на вход микросхемы, должна быть установлена
в заданных пределах.
Присоотношениеструктурнойипринципиальнойсхемможнозаметить:
логическая 1, если меньше - на выходе логический 0)
распределенную во времени и пространстве последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд)
Необходимо спроектировать и рассчитать преобразователь уровней КМДП-ТТЛШ. При непосредственном сопряжении ЛЭ КМДП- типа с ЛЭ
вых
ТТЛШ- типа выходные токи КМДП- элементов Iвыхи I1 могут быть
недостаточными для управления входами ТТЛШ- элементов. Для усиления этих токов и согласования уровней используется ПУ, простейшая схема которого приведена на рисунке 4. На рисунке 5 приведены режимы работы ПУ.
Рисунок 4 - Схема ПУ КМДП ТТЛШ
Рисунок 5 - Режимы работы ПУ
Ставится задача спроектировать ПУ КМДП ТТЛШ для расположенных на одной и той же плате конкретных ТТЛШ ИС и КМДП ИС с заданными нагрузочной способностью ПУ - n, частотой переключения П – f и температурным диапазоном работы ПУ, схема преобразователя может
содержать только один биполярный транзистор VT, а также резисторы Rки Rб
(рисунок 4).
Напряжение Е выбирается равным напряжению питания ТТЛШ ИС.
Если Uвх= U°кмдп0б>, то транзистор VT находится в режиме отсечки (рисунок 5, а), и Напряжение на коллекторе транзистора VT, равное напряжению на выходе ПУ, должно быть больше уровня логической 1 ТТЛШ
вх ттлш
кб о
????вых = ???? − (????????1 + ????
)????
≥ ????1
ттлш
к
Где: n – нагрузочная способность ПУ;
Iкбо– обратный ток коллекторного перехода транзистора VT;
Если Uвх= Uкмдп, то транзистор VT должен находится в режиме насыщения, т.е.
????б = ????????бн = ????
????кн
????
Со степенью насыщения S = 1,5 – 2; при больших 5 существенно снижается быстродействие ПУ.
кмдп б,
Из рисунка 4 видно, что при условии Uвх= u1 , ток базы I
протекающий в цепи базы транзистора VT равен:
????б
????вх − ????об
= =
????б
1
???? − ????
кмдп об
????б
При этом ????б ≤ ????вых кмдп ; ????б < ????б макс;
В коллектор насыщенного транзистора VT (рисунок 5, б) втекает ток
???? = ????
+ ????0 = ???? − ????кэн + ????????????
кн ????к
вх ттлш
????б
вх ттлш
Ток Iкн, найденный по формуле, должен быть меньше максимально допустимого тока Iкмаксвыбранного транзистора VT, т. е.:
????кн < ????кмакс
Напряжение Uвых на выходе ПУ, равное потенциалу на коллекторе насыщенного транзистора VT, не должно превышать уровня логического 0 ТТЛШ-элемента Uоттлш
????0 = ???? ≤ ????0
вых
кэ н
ттлш
На передаточной характеристике Uвых= f(Uвх)рассматриваемой схемы можно выделить три участка:
Если VT открыт Iбопределяется формулой:
????б
????вх − ????об
= =
????б
1
???? − ????
ттлш об
????б
Пока
????б ≤ ????бн =
????кн
????
VT работает в активном режиме и
???? = ???? − (????
+ ????????о )????
????вх−????об
≈ ???? − (???? ) ????
вых
к вх ттлш к
????б к
Если VT находится в режиме отсечки, то ПУ потребляет
???? − ????кэн
???? = ???????? = Е ( + ???????????? )
кн ????к
вх ттлш
Статические свойства схемы ПУ наглядно отражаются ее передаточной характеристикой – зависимостью Uвых= f(Uвх). Расчёт преобразователя уровней КМДШ ТТЛШ проводится с использованием выражений:
????−????????
????????(????) ≈ ????????(????????)2 ????∗ , где T– температура, при которой определяют ток Io; Io(To)
???? − ????1
????к ≤ 1
ттлш
????????вх ттлш + ????кб о
где: Е - минимальное напряжение питания при заданном допуске;
????????1 + ???? - максимальное значение входного тока кмдп-элемента и
вх ттлш кб о
обратного тока коллектора транзистора VT, которые достигаются при
максимальной температуре Тмаксзаданного температурного диапазона работы ПУ.
здр
????0,1 ≈ 2,3????к????н
Если задана частота, то:
????
????
????к ≥ 2,3????????
???? − ????кэ нас
????
????к ≥
кмакс
0
− ????????
вх ттлш макс
????1 − ????
????б ≥
ттл об
????1
вых кмдп
????(????1 − ????
)????
???? ≤
кмдп
об к
б ????(???? − ????кэн)
KТ3117Б.
Для преобразователя уровней выбираем биполярный транзистор
Полярность: NPN
Максимальная рассеиваемая мощность (Pc): 500 mW Максимально допустимое напряжение коллектор-база (Ucb): 75 V
Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер (Uce): 40 V Максимально допустимое напряжение эмиттер-база (Ueb): 5 V Максимальный постоянный ток коллектора (Ic): 0.8 A
Предельная температура PN-перехода (Tj): 125 °C Граничная частота коэффициента передачи тока (ft): 15 MHz Ёмкость коллекторного перехода (Cc): 8 pf
Статический коэффициент передачи тока (hfe): 250
Выбор номинала резистора Rк.
Напряжение питания преобразователя уровней выбрано равным напряжению питания логического элемента К531 (ТТЛШ): E = 5В ± 5%
???? = 5В − 5В ∙ 5% = 4,75В – минимальное напряжение при допуске в
5%
???? = 5В + 5В ∙ 5% = 5,25В – максимальное напряжение при допуске в
5%
вых кмдп
Если ????вх < ???????? ≤ 0,3В, то транзистор находится в отсечке, т.к.
????вх < ????БЭнас = 1В
вых ттлш
На выходе преобразователя уровней должен быть сформирован уровень логической единицы элемента ????вх < ????1 ≥ 2,7В.
Первое ограничение сверху, накладываемое на Rк:
???? − ????1
????к ≤ 1
ттлш
????????вх ттлш + ????кб о
????????1 + ???? - максимальное значение входного тока ТТЛШ-
вх ттлш кб о
элемента и обратного тока коллектора транзистора VT, которые достигаются при максимальной температуре Тмакс=+45Сзаданного температурного диапазона работы ПУ.
Рассчитаем максимальные значения токов при максимальной температуре:
????1 = ????1 ∙ 2 ∙ ???? − ???????? = 5 ∙ 10−6 ∙ 2 ∙ 45 − 25 = 28,6 мкА
ттлш мах
ттлш
????∗ 7
???? = ????
∙ 2 ∙ ???? − ???????? = 0,02 ∙ 10−6 ∙ 2 ∙ 45 − 25 = 0,1 мкА
кбо мах
кбо
????∗ 7
Вычислим первое ограничение сверху, подставив полученные значения в неравенство:
4,75 − 2,7
????к ≤ 28,6 ∙ 10−6 ∙ 3 + 0,1 ∙ 10−6 = 23865 ом
Второе ограничение, накладываемое на Rк, определяется в зависимости от заданной частоты.
здр
Если задана частота, то:
????0,1 ≈ 2,3????к????н
Напряжение U1, как правило равно +5 В, но может быть установлено любое до + Uсс1. Импульсный ток выходного транзистора стекает в общую шину (вывод 11), этот вывод должен быть подключен непосредственно к цифровой земле
У микросхемы 1108ПП1 предусмотрен вход “бланкирования“ (вывод 6), который может управляться стандартным ТТЛ сигналом ( >2,4 В). Высокий уровень по входу “бланкирования“ позволяет принудительно запереть выходной транзистор, и таким образом в режиме ПНЧ можно объединять выходы нескольких микросхем 1108ПП1 на одну нагрузку, т.е. образовать на резисторе R2 коммутатор с поочередным подключением аналоговых каналов. На неинвертирующий вход компаратора (вывод 9 микросхемы) в режиме ПЧН можно подать пороговое напряжение для непосредственного согласования компаратора с логическими уровнями входного сигнала. Для обеспечения нормальной работы преобразователя в режиме ПЧН длительность импульсов, подаваемых на вход микросхемы, должна быть установлена
в заданных пределах.
Присоотношениеструктурнойипринципиальнойсхемможнозаметить:
-
????1,????1 и ОУ(операционный усилитель) в принципиальной схеме и R, C и D(интегрирующий операционный усилитель) в структурной схеме– это блок интегрирования(устройство, выходной сигнал которого пропорционален интегралу, обычно по времени, от входного сигнала.) -
Два компаратора аналоговых сигналов(КН) с +????0???? и − ????0???? в структурной схеме и два компаратора аналоговых сигналов(КН) в принципиальной схеме - сравнение мгновенные значения двух сигналов друг с другом (если первый сигнал больше второго - на выходе
логическая 1, если меньше - на выходе логический 0)
-
RST-триггер, логический элемент «И», ????19,????15, VT1 в принципиальной схеме это - устройство управления(УУ) и ключ(Кк) (оно вырабатывает
распределенную во времени и пространстве последовательность внутренних и внешних управляющих сигналов, обеспечивающих выборку и выполнение команд)
-
В структурной схеме на выходе изображен счетчик(СТ), а так как все элементы структурной схемы по отношению к принципиальной схеме одинаковы, следовательно, мы можем отметить, что СТ можно поставить и на выход принципиальной схемы, чтобы получить двоичный код. (Счетчиком называется цифровое устройство, предназначенное для счета числа входных импульсов.)- 1 2 3 4 5 6 7
-
Выбор схемы преобразователя уровней
Необходимо спроектировать и рассчитать преобразователь уровней КМДП-ТТЛШ. При непосредственном сопряжении ЛЭ КМДП- типа с ЛЭ
вых
ТТЛШ- типа выходные токи КМДП- элементов Iвыхи I1 могут быть
недостаточными для управления входами ТТЛШ- элементов. Для усиления этих токов и согласования уровней используется ПУ, простейшая схема которого приведена на рисунке 4. На рисунке 5 приведены режимы работы ПУ.
Рисунок 4 - Схема ПУ КМДП ТТЛШ
Рисунок 5 - Режимы работы ПУ
Ставится задача спроектировать ПУ КМДП ТТЛШ для расположенных на одной и той же плате конкретных ТТЛШ ИС и КМДП ИС с заданными нагрузочной способностью ПУ - n, частотой переключения П – f и температурным диапазоном работы ПУ, схема преобразователя может
содержать только один биполярный транзистор VT, а также резисторы Rки Rб(рисунок 4).
Напряжение Е выбирается равным напряжению питания ТТЛШ ИС.
Если Uвх= U°кмдп
-
элементов U1ттлш.
вх ттлш
кб о
????вых = ???? − (????????1 + ????
)????
≥ ????1
ттлш
к
Где: n – нагрузочная способность ПУ;
Iкбо– обратный ток коллекторного перехода транзистора VT;
Если Uвх= Uкмдп, то транзистор VT должен находится в режиме насыщения, т.е.
????б = ????????бн = ????
????кн
????
Со степенью насыщения S = 1,5 – 2; при больших 5 существенно снижается быстродействие ПУ.
кмдп б,
Из рисунка 4 видно, что при условии Uвх= u1 , ток базы I
протекающий в цепи базы транзистора VT равен:
????б
????вх − ????об
= =????б
1
???? − ????
кмдп об
????б
При этом ????б ≤ ????вых кмдп ; ????б < ????б макс;
В коллектор насыщенного транзистора VT (рисунок 5, б) втекает ток
???? = ????
+ ????0 = ???? − ????кэн + ????????????
кн ????к
вх ттлш
????б
вх ттлш
Ток Iкн, найденный по формуле, должен быть меньше максимально допустимого тока Iкмаксвыбранного транзистора VT, т. е.:
????кн < ????кмакс
Напряжение Uвых на выходе ПУ, равное потенциалу на коллекторе насыщенного транзистора VT, не должно превышать уровня логического 0 ТТЛШ-элемента Uоттлш
????0 = ???? ≤ ????0
вых
кэ н
ттлш
На передаточной характеристике Uвых= f(Uвх)рассматриваемой схемы можно выделить три участка:
Если VT открыт Iбопределяется формулой:
????б
????вх − ????об
= =????б
1
???? − ????
ттлш об
????б
Пока
????б ≤ ????бн =
????кн
????
VT работает в активном режиме и
???? = ???? − (????
+ ????????о )????
????вх−????об
≈ ???? − (???? ) ????
вых
к вх ттлш к
????б к
Если VT находится в режиме отсечки, то ПУ потребляет
???? − ????кэн
???? = ???????? = Е ( + ???????????? )
кн ????к
вх ттлш
Статические свойства схемы ПУ наглядно отражаются ее передаточной характеристикой – зависимостью Uвых= f(Uвх). Расчёт преобразователя уровней КМДШ ТТЛШ проводится с использованием выражений:
-
Зависимость обратного тока от температуры окружающей среды:
????−????????
????????(????) ≈ ????????(????????)2 ????∗ , где T– температура, при которой определяют ток Io; Io(To)
-
значение тока Io, при некоторой исходной температуре To, которое приводится в справочнике; T* - температура удвоения, при которой ток Io(To)удваивается
-
Первое ограничение сверху, накладываемое на Rк:
???? − ????1
????к ≤ 1ттлш
????????вх ттлш + ????кб о
где: Е - минимальное напряжение питания при заданном допуске;
????????1 + ???? - максимальное значение входного тока кмдп-элемента и
вх ттлш кб о
обратного тока коллектора транзистора VT, которые достигаются при
максимальной температуре Тмаксзаданного температурного диапазона работы ПУ.
-
Второе ограничение снизу, накладываемое на Rк:
здр
????0,1 ≈ 2,3????к????н
Если задана частота, то:
????
????
????к ≥ 2,3????????
-
Ограничение, накладываемое на Rк, максимальным током коллектора используемого биполярного транзистора:
???? − ????кэ нас
????
????к ≥
кмакс
0
− ????????
вх ттлш макс
-
Из условия, что ток Iбне должке превышать максимально допустимый ток I1выхттл, получаем первое ограничение снизу на велечину Rб:
????1 − ????
????б ≥
ттл об
????1
вых кмдп
-
Для определения ограничения сверху на величину Rб потребуем, чтобы при минимальном начении тока для выбраного транзистора VT обеспечивалась бы степень насыщения S.
????(????1 − ????
)????
???? ≤
кмдп
об к
б ????(???? − ????кэн)
KТ3117Б.
1 2 3 4 5 6 7
Выбор биполярного транзистора
Для преобразователя уровней выбираем биполярный транзистор
Полярность: NPN
Максимальная рассеиваемая мощность (Pc): 500 mW Максимально допустимое напряжение коллектор-база (Ucb): 75 V
Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер (Uce): 40 V Максимально допустимое напряжение эмиттер-база (Ueb): 5 V Максимальный постоянный ток коллектора (Ic): 0.8 A
Предельная температура PN-перехода (Tj): 125 °C Граничная частота коэффициента передачи тока (ft): 15 MHz Ёмкость коллекторного перехода (Cc): 8 pf
Статический коэффициент передачи тока (hfe): 250
- Расчет схемы преобразователя уровней в заданном температурном диапазоне и выбор номиналов резисторов.
Выбор номинала резистора Rк.
Напряжение питания преобразователя уровней выбрано равным напряжению питания логического элемента К531 (ТТЛШ): E = 5В ± 5%
???? = 5В − 5В ∙ 5% = 4,75В – минимальное напряжение при допуске в
5%
???? = 5В + 5В ∙ 5% = 5,25В – максимальное напряжение при допуске в
5%
вых кмдп
Если ????вх < ???????? ≤ 0,3В, то транзистор находится в отсечке, т.к.
????вх < ????БЭнас = 1В
вых ттлш
На выходе преобразователя уровней должен быть сформирован уровень логической единицы элемента ????вх < ????1 ≥ 2,7В.
Первое ограничение сверху, накладываемое на Rк:
???? − ????1
????к ≤ 1ттлш
????????вх ттлш + ????кб о
????????1 + ???? - максимальное значение входного тока ТТЛШ-
вх ттлш кб о
элемента и обратного тока коллектора транзистора VT, которые достигаются при максимальной температуре Тмакс=+45Сзаданного температурного диапазона работы ПУ.
Рассчитаем максимальные значения токов при максимальной температуре:
????1 = ????1 ∙ 2 ∙ ???? − ???????? = 5 ∙ 10−6 ∙ 2 ∙ 45 − 25 = 28,6 мкА
ттлш мах
ттлш
????∗ 7
???? = ????
∙ 2 ∙ ???? − ???????? = 0,02 ∙ 10−6 ∙ 2 ∙ 45 − 25 = 0,1 мкА
кбо мах
кбо
????∗ 7
Вычислим первое ограничение сверху, подставив полученные значения в неравенство:
4,75 − 2,7
????к ≤ 28,6 ∙ 10−6 ∙ 3 + 0,1 ∙ 10−6 = 23865 омВторое ограничение, накладываемое на Rк, определяется в зависимости от заданной частоты.
здр
Если задана частота, то:
????0,1 ≈ 2,3????к????н