Для приведенной ниже схемы ТТЛ-ключа осуществить расчет сопротивлений резисторов R1, R2, R3 и R4, исходя из заданных значений напряжения источника питания Ek и средней потребляемой ключом мощности Рпотр ср = ½( Рпотр"1" + Рпотр"0"). При расчете иметь ввиду, что тразисторы ТТЛ-ключа могут находиться либо в состоянии отсечки или в насыщении. Также необходимо учесть, что с целью получения максимального быстродействия схемы между сопротивлениями резисторов установлены следующие соотношения: R1/R2=2,5, R2/R3=1,6, R1/R4=(20÷40) и R3'=R3''=R3.
VD1 – выполнен на эмиттерном переходе транзистора.
Все транзисторы в схеме имеют одинаковые параметры.
Смоделировать статические состояния ключа, подавая на вход лог «1» и лог «0», его потенциальную картину в каждом состоянии (потенциалы во всех узлах схемы).
Построить передаточную характеристику ключа Uвых = f(Uвх) и извлечь из неё следующую информацию: уровни сигнала при логическом нуле и единице на входе и выходе, пороговые напряжения и допустимые помехи.
Построить входную характеристику ключа Iвх=f(Uвх) и определить входные токи ключа при подаче на вход логических нуля и единицы.
Построить выходные характеристики ключа в состояниях «1» и «0»
Uвых"1"=f3Iн и Uвых"0"=f4Iн и определить по ним максимально допустимую величину нагрузочных токов во включенном и выключенном состояниях ключа (при этом считать допустимыми Uвых мин"1"=2,4В и Uвых макс"0"=0,3В)
Используя полученную информацию вычислить допустимый коэффициент разветвления ключа в каждом логическом состоянии Kp=Iн максIвх
Смоделировать переходную характеристику ключа Uвых=fUвх в различных состояниях, подавая на вход прямоугольные импульсы с идеальными перепадами и определить временные параметры ключа tзад10, tзад01 и tзад ср=12tзад10+tзад01
Расчет элементов ТТЛ-ключа
Исходные данные
Рпот. ср., мВт В Вu
fα, МГц Rб, Ом Сбэ, пФ Cкб, пФ
5 300 0,05 500 50 1 7
En=5 В τR=3÷20ταB+1
Решение
Расчет сопротивлений резисторов R1, R2, R3 и R4,
Задание
Для приведенной ниже схемы ТТЛ-ключа осуществить расчет сопротивлений резисторов R1, R2, R3 и R4, исходя из заданных значений напряжения источника питания Ek и средней потребляемой ключом мощности Рпотр ср = ½( Рпотр"1" + Рпотр"0"). При расчете иметь ввиду, что тразисторы ТТЛ-ключа могут находиться либо в состоянии отсечки или в насыщении. Также необходимо учесть, что с целью получения максимального быстродействия схемы между сопротивлениями резисторов установлены следующие соотношения: R1/R2=2,5, R2/R3=1,6, R1/R4=(20÷40) и R3'=R3''=R3.
Из принципа действия элемента следует, что наибольшее потребление соответствует высокому уровню напряжения на входе, при котором транзисторы находятся в режимах: VT1 – в инверсном; VT2 и VT4 – в насыщении; VT3 – в активном. При этом от источника питания протекают токи через резисторы R1 и R2, из которых второй является существенно большим. Полагаем, что он определяет общее потребление от источника питания.
В расчетах можно принять параметры транзистора (кремниевые):
τα=TF=12πf
TF=12π*500*106=3,183*10-10 с
τR=TR=3÷20*TF*B+1
TR=10*3,183*10-10*300+1=95,811*10-6(с)
Uбэот=0,7 В;Uбкн=0,6 В;Uкэн=0,1 В.
Uвых мин"1"=2,4В и Uвых макс"0"=0,3В)
Мощность при логической «1»
Pп"1"=IR2Eп
IR2=En-UбэотVT4-Uкэн(VT2)R2
Мощность при логической «0»
Pп"1"=IR1Eп
IR1=En-UбэотVT1-Uвх0R1
Из условия
Pср=Pп"1"+Pп"0"2
Pср=12En-UбэотVT4-UкэнVT2R2+En-UбэотVT1-Uвх0R1Eп
Pср=12En-UбэотVT4-UкэнVT2R2+En-UбэотVT1-Uвх02,5*R2Eп
Сопротивление R2
R2=12En-UбэотVT4-UкэнVT21+En-UбэотVT1-Uвх02,5EпPср
R2=125-0,7-0,11+5-0,7-0,12,555*10-3=2940 (Ом)
Сопротивление R3
R3'=R3''=R3=R21,6=1837,5Ом
Сопротивление R4
R4=R120=367,5 кОм
Сопротивление R1
R1=2,5R2=7350 Ом
Статические состояния ключа.
Задание
. Cмоделировать статические состояния ключа, подавая на вход лог «1» и лог «0», его потенциальную картину в каждом состоянии (потенциалы во всех узлах схемы).
Создаем схему в программе «NI Multisim 14»
Параметры транзисторов согласно условию задаются здесь
Для нахождения потенциалов во всех узлах схемы воспользуемся командой «DC operating mode»
Полученные данные занесем в таблицу
Лог. «0» Лог. «1»
Узел Значение, В Узел Значение, В
1 0,000 1 5,000
2 0,790 2 2,352
3 0,079 3 1,664
4 5,000 4 5,000
5 4,999 5 0,974
6 4,328 6 0,531
7 0,347 7 0,856
8 4,993 8 5,000
9 3,656 9 0,088
10 0,347 10 0,133
11 0,347 11 0,756
Передаточная характеристика
Задание. Построить передаточную характеристику ключа Uвых = f(Uвх) и извлечь из неё следующую информацию: уровни сигнала при логическом нуле и единице на входе и выходе, пороговые напряжения и допустимые помехи.
Для построения воспользуемся командой «DC Sweep»
Из графика найдем
Уровни сигнала при логическом нуле
Uвхmin"0"=0,0877 В; UвхMax"0"=1,1579 (В)
Уровни сигнала при логической единице
Uвхmin"1"=1,6053 В; UвхMax"1"=3,6563 (В)
Пороговое напряжение
Uпор=1,4992 В
Допустимые помехи
Uпом"0"=1,1579-0,0877=1,0702 В;
Uпом"1"=3,6563-1,6053=2,051 В.
Входная характеристика
Задание
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
