1. Определяем сопротивление эмиттерного резистора RE из условия опрокидывания при заданном значении Uсраб = Ux1:
Uсраб= Ux1 = Iнас2·RE + 0,5.
Следовательно
;
RE=(Ux1 – Uбэ1)/Iнас2 = (Ux1 – 0,5)/Iнас2,
где Uбэ1 ≈ 0,5 – поправка (в вольтах) на прямое падение напряжения на эмиттерном переходе открытого транзистора VT2.
2. Вычисляем сопротивления коллекторных резисторов
Е = Iнас2(Rк2 + RE) + 0,5;;
отсюда:
и Rк2 = .
3. Из условия пятикратного насыщения транзистора VT2 с помощью цепочки делителя R1, R2 определяют значения R1 и R2.
Для этого предварительно вычисляем
Iб.нас2 = 5Iнас2/ βmin2.
Затем определяют верхний предел суммы R1 +R2:
(R1 + R2) ≤ E/Iб. нас2,
после чего проверяют правильность значения вспомогательного коэффици-ента q, выбираемого для уточненного определения R1 и R2.
.
Если q выходит за указанный предел, то это свидетельствует о том, что в исходные данные необходимо внести одно из следующих изменений: увеличить Е или βmin2 либо сблизить значения Ux1 и Ux2 для снижения гистерезиса.
Если q имеет удовлетворительное значение, то определяют отношение
Далее находим сопротивления резисторов делителя как
и R1 = n·R2.
4. Если ТШ имеет входной делитель R3 и R4, то задавшись током делителя 3 ≤ Iд ≤ 10мА и необходимым напряжением смещения 0 ≤ Uсм = UR4 ≤ E, определяем величины сопротивлений
R4 = Uсм / Iq; R3 = (E – Uсм) /Iq.
Содержание и варианты расчетно-графического задания
1. Определить значения Ux1и Ux2, Iнаc1 и Iнаc2 схемы триггера Шмитта, представленной на рис. 2.1. [6].
2. Определить параметры ТШ, используя данные для расчета, представленные в таблице 2.1 с учетом варианта. Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в учебном журнале.
Нарисовать статическую характеристику триггера.
Таблица 2.1
Исходные данные для расчета триггера Шмитта
Вариант
Исходные данные
Е, В
Ux1, В
Ux2,В
β
Iнаc1, мА
Iнаc2, мА
4,1
2,9
4,2
4,3
4,4
4,5
4,2
3,0
3,2
6,1
4,3
4,4
4,5
4,6
4,3
3,1
3,2
6,2
4,4
4,5
4,6
4,7
4,1
2,8
3,3
6,5
4,2
4,3
4,4
4,5
4,4
3,0
4,5
4,6
4,7
4,8
4,6
3,1
4,7
4,8
4,9
5,0
4,2
3,0
3,2
6,2
4,3
4,4
4,5
4,6
Контрольные вопросы
1. Каково основное назначение триггера?
2. В каких устройствах автоматики используется ТШ?
3. Нарисуйте классическую схему триггера Шмитта и поясните принцип его работы.
4. Изобразите характеристику вход-выход ТШ и поясните чем можно регулировать напряжения "срабатывания" и "отпускания".
5. Чем можно регулировать гистерезис ТШ?
6. Какие меры предусматриваются в схеме для уменьшения влияния температуры на величину срабатывания и отпускания?
7. Изобразите схему порогового усилителя на ОУ без обратной связи и диаграмму его работы.
8. Какие компараторы называются регенеративными?
9. Какой тип обратной связи применяется в пороговом усилителе?
10. Изобразите схему простейшего релейного усилителя на ОУ с обратной связью и диаграмму его работы.
11. Является ли триггер Шмитта элементом памяти?
12. От чего зависит ширина петли гистерезиса?
13. Изобразите схему порогового усилителя на ОУ со смещением.
14. Каким образом можно повысить входное сопротивление триггера?
15. Изобразите схему компаратора на ОУ с "окном" и диаграмму его работы.
Приложения
П.1. Резисторы
Параметры резисторовхарактеризуют эксплуатационные возможности применения конкретного типа резистора в конкретной электрической схеме.
Номинальное сопротивление Rноми его допустимое отклонение от номинала ± ∆R являются основными параметрами резисторов. Номиналы сопротивлений стандартизованы в соответствии с ГОСТ 28884–90. Для резисторов общего назначения ГОСТ предусматривает шесть рядов номинальных сопротивлений: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96 и Е192. Цифра указывает количество номинальных значений в данном ряду, которые согласованы с допустимыми отклонениями (табл. П.1).
Номинальные значения сопротивлений определяются числовыми коэффициентами, входящими в табл. П.1, которые умножаются на 10n, где п – целое положительное число. Так, например, числовому коэффициенту 1,0 соответствуют резисторы с номинальным сопротивлением, равным 10, 100, 1000 Ом и т. д. Допустимые отклонения от номинала для ряда Е6 составляют ±20 %, для ряда Е12 – ±10 %, для ряда Е24 – ±5 %. Это значит, что резистор с сопротивлением 1,5кОм из ряда Е12 может обладать сопротивлением в пределах от 1,35 до 1,65 кОм, а тот же резистор из ряда Е6 – в пределах от 1,2 до 1,8 кОм.
Таблица П.1
Числовые коэффициенты для определения номинальных значений сопротивлений
Е24
Е12
Е6
Е24
Е12
Е6
1,0
1,0
1,0
3,3
–
3,3
1,1
–
–
3,6
3,9
–
1,2
1,2
–
3,9
–
–
1,3
–
–
4,3
4,7
–
1,5
1,5
1,5
4,7
–
4,7
1,6
–
–
5,1
5,6
–
1,8
1,8
–
5,6
–
–
2,0
–
–
6,2
6,8
–
2,2
2,7
2,2
6,8
–
6,8
2,4
–
–
7,5
8,2
–
2,7
3,3
–
8,2
–
–
3,0
–
–
9,1
–
–
Числовые коэффициенты, определяющие номинальные значения сопротивлений, подобраны так, что образуется непрерывная шкала сопротивлений, т. е. максимально возможное сопротивление какого-либо номинала совпадает (или несколько больше) с минимальной величиной сопротивления соседнего более высокого номинала.
Прецизионные резисторы имеют отклонения от номинала ±2 %; ±1 %; ±0,5 %; ±0,2 %; ±0,1 %; ±0,05 %; ±0,02 % и ±0,01 %.
Номинальная мощность рассеивания Рномопределяет допустимую электрическую нагрузку, которую способен выдержать резистор в течение длительного времени при заданной стабильности сопротивления.
Протекание тока через резистор связано с выделением тепла, которое должно рассеиваться в окружающую среду. Мощность, выделяемая в резисторе в виде тепла, определяется величиной приложенного к нему напряжения U и протекающего тока I и равна
Рвыд= UI.
Мощность, рассеиваемая резистором в окружающую среду, пропорциональна разности температур резистора TRи окружающей среды То:
.
Эта мощность зависит от условий охлаждения резистора, определяемых значением теплового сопротивления RTкоторое тем меньше, чем больше поверхность резистора и теплопроводность материала резистора.
Следовательно, при увеличении мощности, выделяемой в резисторе, возрастает его температура TR, что может привести к выходу резистора из строя. Для каждого типа резистора существует определенная максимальная температура Tmах, превышать которую нельзя.
Температура TR, как следует из вышеизложенного, зависит также от температуры окружающей среды. Если она очень высока, то температура TRможет превысить максимальную величину.
Для всех типов резисторов в ТУ оговаривают указанные зависимости мощности от температуры окружающей среды. Номинальные мощности стандартизованы (ГОСТ 24013-80 и ГОСТ 10318-80 ) и соответствуют ряду: 0,01; 0,025; 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 1,2; 5; 8; 10; 16; 25; 50; 75; 100; 160; 250; 500.
Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) характеризует относительное изменение сопротивления при изменении температуры:
Этот коэффициент может быть как положительным, так и отрицательным. Если резистивная пленка толстая, то она ведет себя как объемное тело, сопротивление которого с ростом температуры возрастает. У различных резисторов эта величина лежит в пределах ± (7–12)·10–4.
;
;
и Rк2 = 
.
.
и R1 = n·R2.
.