Особенности моделирования транзисторных генераторов импульсов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Кулакова С. В., Кабышев А. М., Маслаков М. П. Особенности моделирования транзисторных генераторов импульсов // Молодой ученый. — 2014. — №19. — С. 213-216. — URL https://moluch.ru/archive/78/13610/ (дата обращения: 24.10.2018).

Генераторы импульсов (мультивибраторы) — это устройства, преобразующие электрическую энергию постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний различной формы. Генераторы широко применяются в схемах автоматики, различных электронных схемах, системах телеизмерения и телеуправления.

В настоящее время для анализа электромагнитных процессов в электронных схемах широко применяется система автоматизированного проектирования Orcad 9.х–16.х [1, с. 20]. Система используется как разработчиками устройств электронной техники, так и в процессе обучения студентов. Однако многие схемы, работающие в реальных условиях, оказываются не работоспособными в процессе их моделирования в системе Orcad. К таким схемам относятся симметричные мультивибраторы. На рисунке 1 показана принципиальная схема симметричного мультивибратора, реализованная в системе Orcad.

Описание: C:\Documents and Settings\5.501-8\Мои документы\рис.1.JPG

Рис. 1. Принципиальная схема модели симметричного мультивибратора

 

Схема выполнена на основе транзисторов Q1 и Q2. Резисторы R1, R4 являются нагрузкой транзисторных ключей, ограничивают коллекторные токи. Элементы R2, R3, C1, C2 образуют времязадающую цепь, их номиналы влияют на временные параметры генерируемых импульсов. Питание мультивибратора осуществляется от источника постоянного напряжения V1. Работа схемы подробно описана в литературе [2, с. 304].

Частота импульсов мультивибратора может быть приблизительно вычислена по формуле:

                                                                                                      (1)

Здесь: R=R2=R3, C=C1=C2.

В результате моделирования схемы были получены временные диаграммы (рис. 2).

Описание: рис.1

а)

Описание: рисю2

б)

Рис. 2. Временные диаграммы напряжений и токов

 

На рисунке 2а показана временная диаграмма напряжений UQ1, UQ2 на коллекторах транзисторов Q1, Q2. На рисунке 2б приведена диаграмма токов IQ1, IQ2, протекающих в коллекторных цепях транзисторов. Из временных диаграмм видно, что транзисторы находятся в открытом состоянии (режим насыщения), так как в установившемся режиме напряжение на транзисторах близко к нулю, а протекающий через транзисторы ток ограничен на уровне 9 mA только сопротивлением резисторов R1, R4. Модель мультивибратора не работает, генерация импульсов отсутствует. Причина этого состоит в идентичности параметров моделей транзисторов и в отсутствии разброса между величинами сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов, что не характерно для реальной схемы мультивибратора. Решить эту проблему можно одним из трех способов:

-          использовать модели транзисторов разного типа;

-          использовать модели транзисторов одного типа, но при этом изменить емкости их переходов подключением конденсатора небольшой величины;

-          внести не симметрию во времязадающую цепь, то есть принять R2≠R3 и (или) С1≠С2.

Применение первого способа не целесообразно с точки зрения практической реализации схемы, требующей использования в схемах унифицированных элементов одного типа. Поэтому интерес представляет второй и третий способ построения модели мультивибратора.

На рисунке 3 показана модель схемы мультивибратора, в которой реализован второй способ построения модели.

Описание: C:\Documents and Settings\5.501-8\Мои документы\рис.1.JPG

Рис. 3. Принципиальная схема мультивибратора (реализован второй способ построения модели)

 

Конденсатор С3, включенный параллельно переходу база-эмиттер транзистора, увеличивает его емкость, внося асимметрию в схему модели мультивибратора. Полученная в ходе моделирования временная диаграмма изменения напряжения на коллекторе транзистора Q1, приведена на рисунке 4. Диаграмма подтверждает работоспособность схемы.

Описание: рис.1

Рис. 4. Временная диаграмма изменения напряжения UQ1 на коллекторе транзистора Q1

 

Частота импульсов мультивибратора равна 0.7 кГц, что соответствует расчетному значению, полученному с помощью формулы (1). Моделирование проводилось при изменении величины конденсатора С3 в диапазоне от 0.01пф до 1пф, при этом не было выявлено изменение частоты генерируемых импульсов. Скважность импульсов показанных на рисунке 4 составляет 2 (длительность импульса равна паузе).

Третий способ построения модели симметричного мультивибратора показан на рисунке 5. В схеме используются конденсаторы С1 и С2 не равные по величине. Номиналы элементов схемы заданы, с учетом десяти процентного допуска, характерного для подавляющего большинства резисторов и конденсаторов.

Описание: C:\Documents and Settings\5.501-8\Мои документы\рис.1.JPG

Рис. 5. Принципиальная схема мультивибратора (реализован третий способ построения модели: С1≠С2)

На рисунке 6 показана временная диаграмма изменения напряжения на транзисторе Q2. Частота импульсов не изменилась, однако не равенство емкостей конденсаторов С1 и С2, привело к изменению скважности (длительность импульса не равна длительности паузы), что характерно для реальных схем так как имеет место отклонение параметров элементов от номинальной величины.

Описание: C:\Documents and Settings\5.501-8\Мои документы\рис.1.JPG

Рис. 6. Временная диаграмма напряжения UQ2 на коллекторе транзистора Q2 при условии С1≠С2

 

Таким образом, проведенный анализ показал, что при моделировании схем данной категории необходимо применять рассмотренные способы построения модели, так как это позволяет приблизить процесс моделирования к макетированию и получать более достоверные результаты.

 

Литература:

 

1.                             Хайнеман Р. Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE: пер. с нем. — М.: ДМК Пресс, 2008.-336с.: ил.

2.                             Бриндли Кейт. Карманный справочник инженера электронной техники: пер.с англ. /К.Бриндли,Д.Карр. -М.: Додэка XXI,.-2005. — 479 с.

Основные термины (генерируются автоматически): способ построения модели, симметричный мультивибратор, временная диаграмма изменения напряжения, коллектор транзистора, рисунок, схема, временная диаграмма напряжений, принципиальная схема мультивибратора, Частота импульсов мультивибратора, длительность импульса.


Похожие статьи

Проектирование одновибратора без перезапуска на...

В схемотехнике ждущий мультивибратор или одновибратор без перезапуска характеризуется определённой длительностью выходного сигнала, не зависящей от длительности входного сигнала.

Временные диаграммы, приведенные на рис.2 отчётливо показывают, что...

Имитационная модель одновибратора с перезапуском

Одновибратор или ждущий мультивибратор с перезапуском характеризуется не определённой длительностью выходного сигнала, не зависящей от длительности входного сигнала, но зависящей от количества этих входных импульсов.

К выбору системы управления многокатушечным длинноходовым...

В качестве генератора импульсов управления предлагается использовать три одновибратора (ждущих мультивибратора), запускаемых по очереди [2] (рисунок 3). Рис. 3. Принципиальная схема логический части электромагнита.

Обзор аппаратных генераторов случайных чисел

Рис. 3. Временная диаграмма ГСЧ Intel.

В ГСЧ на базе такого источника случайных чисел обычно используют переход эмиттер-база биполярного NPN транзистора из-за низкого пробойного напряжения.

Быстрый метод пространственно-векторной широтно-импульсной...

Широтно-импульсная модуляция — процесс управления мощностью, подводимой к нагрузке, путём изменения скважности импульсов, при постоянной частоте. Напряжение переменного тока зависит от двух параметров: амплитуды и частоты.

Передающее устройство цифровой телеизмерительной системы

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) предназначен для синхронизации и получения необходимой частоты, определяя режим работы ППК и длительность импульсов и интервалов в канале

Рис. 4. Блок ППК со ждущим мультивибратором. Приложение №1. Заключение.

Исследование триггера с эмиттерной связью | Статья в журнале...

Когда на вход схемы подается импульс напряжения, в результате действия обратной связи триггер скачком переходит из едкого состояния в другое. На рис. 1 представлена принципиальная схема триггера Шмитта.

Несимметричные полумостовые преобразователи

Режим мягкого переключения, то есть включение транзистора при нулевом напряжении на нем, позволяет значительно уменьшит потери на переключении.

Также коэффициент заполнения импульсов обозначается как Схема замещения НПП показана на рис. 2. Параллельно...

Проектирование одновибратора без перезапуска на...

В схемотехнике ждущий мультивибратор или одновибратор без перезапуска характеризуется определённой длительностью выходного сигнала, не зависящей от длительности входного сигнала.

Временные диаграммы, приведенные на рис.2 отчётливо показывают, что...

Имитационная модель одновибратора с перезапуском

Одновибратор или ждущий мультивибратор с перезапуском характеризуется не определённой длительностью выходного сигнала, не зависящей от длительности входного сигнала, но зависящей от количества этих входных импульсов.

К выбору системы управления многокатушечным длинноходовым...

В качестве генератора импульсов управления предлагается использовать три одновибратора (ждущих мультивибратора), запускаемых по очереди [2] (рисунок 3). Рис. 3. Принципиальная схема логический части электромагнита.

Обзор аппаратных генераторов случайных чисел

Рис. 3. Временная диаграмма ГСЧ Intel.

В ГСЧ на базе такого источника случайных чисел обычно используют переход эмиттер-база биполярного NPN транзистора из-за низкого пробойного напряжения.

Быстрый метод пространственно-векторной широтно-импульсной...

Широтно-импульсная модуляция — процесс управления мощностью, подводимой к нагрузке, путём изменения скважности импульсов, при постоянной частоте. Напряжение переменного тока зависит от двух параметров: амплитуды и частоты.

Передающее устройство цифровой телеизмерительной системы

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) предназначен для синхронизации и получения необходимой частоты, определяя режим работы ППК и длительность импульсов и интервалов в канале

Рис. 4. Блок ППК со ждущим мультивибратором. Приложение №1. Заключение.

Исследование триггера с эмиттерной связью | Статья в журнале...

Когда на вход схемы подается импульс напряжения, в результате действия обратной связи триггер скачком переходит из едкого состояния в другое. На рис. 1 представлена принципиальная схема триггера Шмитта.

Несимметричные полумостовые преобразователи

Режим мягкого переключения, то есть включение транзистора при нулевом напряжении на нем, позволяет значительно уменьшит потери на переключении.

Также коэффициент заполнения импульсов обозначается как Схема замещения НПП показана на рис. 2. Параллельно...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Проектирование одновибратора без перезапуска на...

В схемотехнике ждущий мультивибратор или одновибратор без перезапуска характеризуется определённой длительностью выходного сигнала, не зависящей от длительности входного сигнала.

Временные диаграммы, приведенные на рис.2 отчётливо показывают, что...

Имитационная модель одновибратора с перезапуском

Одновибратор или ждущий мультивибратор с перезапуском характеризуется не определённой длительностью выходного сигнала, не зависящей от длительности входного сигнала, но зависящей от количества этих входных импульсов.

К выбору системы управления многокатушечным длинноходовым...

В качестве генератора импульсов управления предлагается использовать три одновибратора (ждущих мультивибратора), запускаемых по очереди [2] (рисунок 3). Рис. 3. Принципиальная схема логический части электромагнита.

Обзор аппаратных генераторов случайных чисел

Рис. 3. Временная диаграмма ГСЧ Intel.

В ГСЧ на базе такого источника случайных чисел обычно используют переход эмиттер-база биполярного NPN транзистора из-за низкого пробойного напряжения.

Быстрый метод пространственно-векторной широтно-импульсной...

Широтно-импульсная модуляция — процесс управления мощностью, подводимой к нагрузке, путём изменения скважности импульсов, при постоянной частоте. Напряжение переменного тока зависит от двух параметров: амплитуды и частоты.

Передающее устройство цифровой телеизмерительной системы

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) предназначен для синхронизации и получения необходимой частоты, определяя режим работы ППК и длительность импульсов и интервалов в канале

Рис. 4. Блок ППК со ждущим мультивибратором. Приложение №1. Заключение.

Исследование триггера с эмиттерной связью | Статья в журнале...

Когда на вход схемы подается импульс напряжения, в результате действия обратной связи триггер скачком переходит из едкого состояния в другое. На рис. 1 представлена принципиальная схема триггера Шмитта.

Несимметричные полумостовые преобразователи

Режим мягкого переключения, то есть включение транзистора при нулевом напряжении на нем, позволяет значительно уменьшит потери на переключении.

Также коэффициент заполнения импульсов обозначается как Схема замещения НПП показана на рис. 2. Параллельно...

Проектирование одновибратора без перезапуска на...

В схемотехнике ждущий мультивибратор или одновибратор без перезапуска характеризуется определённой длительностью выходного сигнала, не зависящей от длительности входного сигнала.

Временные диаграммы, приведенные на рис.2 отчётливо показывают, что...

Имитационная модель одновибратора с перезапуском

Одновибратор или ждущий мультивибратор с перезапуском характеризуется не определённой длительностью выходного сигнала, не зависящей от длительности входного сигнала, но зависящей от количества этих входных импульсов.

К выбору системы управления многокатушечным длинноходовым...

В качестве генератора импульсов управления предлагается использовать три одновибратора (ждущих мультивибратора), запускаемых по очереди [2] (рисунок 3). Рис. 3. Принципиальная схема логический части электромагнита.

Обзор аппаратных генераторов случайных чисел

Рис. 3. Временная диаграмма ГСЧ Intel.

В ГСЧ на базе такого источника случайных чисел обычно используют переход эмиттер-база биполярного NPN транзистора из-за низкого пробойного напряжения.

Быстрый метод пространственно-векторной широтно-импульсной...

Широтно-импульсная модуляция — процесс управления мощностью, подводимой к нагрузке, путём изменения скважности импульсов, при постоянной частоте. Напряжение переменного тока зависит от двух параметров: амплитуды и частоты.

Передающее устройство цифровой телеизмерительной системы

Генератор тактовых импульсов (ГТИ) предназначен для синхронизации и получения необходимой частоты, определяя режим работы ППК и длительность импульсов и интервалов в канале

Рис. 4. Блок ППК со ждущим мультивибратором. Приложение №1. Заключение.

Исследование триггера с эмиттерной связью | Статья в журнале...

Когда на вход схемы подается импульс напряжения, в результате действия обратной связи триггер скачком переходит из едкого состояния в другое. На рис. 1 представлена принципиальная схема триггера Шмитта.

Несимметричные полумостовые преобразователи

Режим мягкого переключения, то есть включение транзистора при нулевом напряжении на нем, позволяет значительно уменьшит потери на переключении.

Также коэффициент заполнения импульсов обозначается как Схема замещения НПП показана на рис. 2. Параллельно...

Задать вопрос