UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

TEMA DE PROIECTARE

S se proiecteze un circuit electronic astabil cu tranzistoare bipolare. Prin tema de proiectare pentru semnalele de ieire se impun:- N=41; -i=13; - Amplitudinea: 3V ; -Factorul de umplere: =3/6=1/2=0,5;- tolerana 1; frecvena=507 Hz

Semnalul de ieire este simetric, fix din punct de vedere al amplitudinii, frecvenei i factorului de umplere. Modul de semnalizare se face cu 2 LED-uri, unul de culoare roie pentru o ieire i unul de culoare verde pentru cealalt ieire.

CUPRINS

1. NOIUNI GENERALE DESPRE CIRCUITE ASTABILE 3

2. PROIECTAREA CIRCUITULUI 5

2.1. Descrierea funcionrii schemei electronice de principiu 5 5

2.2. Diagrame temporale semnale 6

3. RELAII DE CALCUL. DIMENSIONARE COMPONENTE 7

4. ANALIZA FUNCIONRII CIRCUITULUI CU 11

PROGRAMUL MULTISIM

BIBLIOGRAFIE13

1. NOIUNI GENERALE DESPRE CIRCUITE ASTABILE

n afar de semnalele sinusoidale, n multe domenii cum sunt msurrile electrice, comunicaiile, automatica, telecomenzile i calculatoarele se folosesc semnale de tip impuls. Un semnal poate fi considerat ca impuls dac acioneaz asupra sistemului un interval mai scurt sau comparabil cu durata procesului tranzitoriu din respectivul sistem. Pentru formarea impulsurilor se folosesc diferite metode i montaje dar toate au n comun funcionarea n regim de comutare a dispozitivelor electronice care trec de la starea deblocat (conducie profund) n starea blocat (curent foarte redus prin dispozitiv) i invers. Acest regim este puternic neliniar. Impulsurile pot avea diferite forme i pot fi aperiodice (singulare) i periodice avnd perioada mult mai mare dect durata. n figura 1 se prezint forme de impulsuri.

Fig.1. Forme de impuls: 1-dreptunghiular; 2-liniar variabil; 3-trapezoidal; 4-triunghiular; 5-clopot

Orice amplificator sau circuit real deformeaz un impuls aplicat la intrare. [1] Circuitele de impulsuri sunt acele circuite electronice destinate transformrii semnalelor n impulsuri sau producerii i prelucrrii impulsurilor. Impulsurile pot fi obinute n circuite basculante (care comut ntre dou stri stabile) cu funcionarea n proces regenerativ datorit unei bucle de reacie pozitiv. Reacia poate fi extern, aplicat prin cuplarea convenabil a ieirii unui amplificator la intrarea acestuia sau intern ca la unele dispozitive electronice: tranzistorul unijonciune, dioda tunel, tiristorul. Circuitele basculante sunt formate din dou dispozitive electronice active (dou tranzistoare) conectate ntre ele prin componente pasive de tip R i C. Aceste circuite prezint n funcionare dou stri de durat inegal: o stare de acumulare n care parametrii din circuit (tensiuni, cureni) variaz foarte lent i o stare de basculare n care parametrii din circuit variaz foarte rapid. Circuitele basculante astabile CBA (multivibratoare) sunt circuite basculante care nu au nici o stare stabil. Trecerea dintr-o stare n alta se face fr intervenia unor impulsuri de comand exterioare. [2]

2. PROIECTAREA CIRCUITULUI2.1. Descrierea funcionrii schemei electronice de principiu

n figura 2 este prezentat schema de principiu a unui circuit basculant astabil cu tranzistori bipolari n reacie pozitiv.

Fig. 2. Schema unui circuit basculant astabil cu tranzistori bipolari

Cele dou tranzistoare Q1 i Q2 NPN sunt n conexiune emitor comun EC. Polarizarea lor corespunztoare se realizeaz cu rezistenele R1R4. Alimentarea circuitului se face prin intermediul butonului pornit-oprit P/O de la o baterie avnd tensiunea +Vcc=3V. Circuitul mai conine dou condensatoare C1 i C2 cu ajutorul crora se stabilesc duratele de timp n care cele dou tranzistoare sunt blocate (prin constantele de timp t1 i t2). n funcionarea circuitului se observ dou stri instabile distincte. [1] STAREA 1 Q1 a fost nchis blocat (OFF) Q2 a fost deschis saturat (ON) Dac Q1 este blocat i Q2 este saturat atunci condensatorul C1 se ncarc rapid prin rezistena de valoare mic R1 cu +Vcc . Starea 1 are o durat de timp egal cu t1; acest timp este dat de perioada n care tranzistorul Q1 este saturat i tranzistorul Q2 este blocat. Momentul de sfrit al strii 1 este momentul n care tranzistorul Q1 se blocheaz (OFF) i tranzistorul Q2 se deschide satureaz (ON). STAREA 2 n momentul n care tranzistorul Q2 este saturat, el se deschide la maxim, colectorul su etse ,,pus la mas; deci n starea 2 tranzistorul Q1 este blocat i tranzistorul Q2 este blocat. Durata strii 2 depinde de timpul n care tensiunea pe pe armtura B a condensatorului C2 va deschide din nou tranzistorul Q1. [2]

2.1. Diagrame temporale semnale

n figura 3 sunt prezentate diagramele temporale ale tensiunilor din bazele, respectiv colectoarele tranzistoarelor Q1 i Q2, cu evidenierea celor dou stri de funcionare.

Figura 3. Diagramele de semnal pentru circuitul astabil cu tranzistoare bipolare Cele dou tranzistoare Q1 i Q2 comut simultan i alternativ din starea de conducie n starea de blocare; astfel cnd Q1 este blocat, Q2 este saturat i invers. [1]

3. RELAII DE CALCUL. DIMENSIONARE COMPONENTE

1. Se aleg elementele active Q1 i Q2 (tranzistoare bipolare) n funcie de Vcc=3 V am ales pentru Q1 i Q2 tranzistoare de tip BFQ31A, NPN, cu urmtoarele caracteristici electrice i valori limit absolute [3]:VCBO=30 V; VCEO=15 V; VEBO=3 V; IC=100 mA; IB=50 mA; Ptot=330 mW; VCE sat max=0,4 V pt. IC=10 mA, IB=1 mA, VCE sat min=0,2 V pt. IC=1 mA, IB=0,5 mA; VBE sat max=1 V pt. IC=10 mA, IB=1 mA, VBE sat min=0,7 V pt. IC=1 mA, IB= 0,5 mA; hFEmin =100 pt. IC=3 mA, VCE =1 V Calculm rezistena din baz RB (valoare maxim).

(2)

Din relaia 2 rezult c

1. Se determin mrimile RC care impun frecvena semnalului Calculm perioada T a semnalului, conform relaiei 3:

(3) Aa cum am calculat anterior, f are valoarea de 507 Hz (conform relaiei 1). Aadar, T are valoarea:

Calculm apoi duratele t1 i t2 ale strilor.

(4)

(5)

Din relaiile 4 i 5 rezult c Constantele de timp 1 i 2 pentru cele dou stri se calculeaz cu relaia:

(6)

R2=R3=4,6 k Calculm capacitile C1 i C2 folosind relaia 7:

(7)

Din catalog am ales condensatorul cu tantal, tip KEMETT 35A (105MO35AT), toleran 20%, domeniul de temperatur -55+850C, capacitate nominal C1=C2=0,33 (ales), tensiune de lucru 35 V, grid 2,54 mm. [4] Se nseriaz rezistoarele fixe R2 i R3 cu un poteniometru dublu 2xRv care s compenseze erorile introduce de toleranele componentelor utilizate. Calculm apoi limitele valorilor rezistenelor RB a.. pentru variaia capacitilor C20% s se obin valoarea frecvenei f1%.

Limitele RB se calculeaz cu formulele:

Poteniometrul dublu trebuie s aib o valoare de aprox. (11,0573-2,6584) =8,3989 . Alegem valoarea apropiat i anume 8.

Din relaia 10, aflm:

Puterea rezistenei RB se calculeaz cu relaia 11:

Din catalog aleg pentru R2 i R3 rezistoare cu pelicul metalic, tip Royal Ohm, toleran 1%, coeficientul de temperatur TC50, tensiune limit 500 V, gabarit axial (lungime l x diametru D) (5 x 12 mm), rezistena nominal R2=R3=4,26 ; [5] pentru RV se alege un poteniometru liniar vertical tip TELPOD; 1 W; 20%; rezistena 2 x RV=2 x 8=16 [6]3. Se calculeaz i se aleg rezistenele R1 i R4 din colectoarele tranzistoarelor i se verific puterea disipat a tranzistoarelor Q1 i Q2 Calculm rezistenele din colector RC pentru saturaia Q cu ajutorul formulelor 12 i 13:

(12)

(13)

(14) Folosind relaia 14 calculm RC:

Am ales din catalog pentru R1 i R4 rezistoare cu pelicul metalic, tip Royal Ohm, tolerana 1%, coeficient de temperatur TC 50, putere nominal 0,6 W, rezistena nominal R1=R4=150, gabarit axial (2,5 x 6,8 mm). [7] Calculm puterea rezistenei RC cu ajutorul formulei 15:

(15)

Puterea disipat a tranzistorului este:

PDM < Ptot=330 mW 0,002 W < 0,33 W

5. ANALIZA FUNCIONRII CIRCUITULUI CU PROGRAMUL MULTISIM

Fig. 4. Schema electronic a circuitului astabil

Fig. 5. Captur dup panoul frontal al osciloscopului virtual XSC1

BIBLIOGRAFIE

1. Tufescu Florin Mihai, ,,Electronic fizic Lucrri practice, 20092. Pan Gheorghe, ,,Electronic analogic ndrumar de proiectare, Universitatea ,,Transilvania Braov, 20003. http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/B/F/Q/3/BFQ31A.shtml4. http://www.tme.eu/ro/details/t350a105m035at/condensatoare-cu-tantal-pentru-tht/kemet/#5. http://www.tme.eu/ro/details/2w-1k2-1%25/rezistente-metalizate-tht-2w/royal-ohm/mf02sff1201a10/#6. http://www.tme.eu/ro/details/cn-15.2-680r/trimere-tht-cu-o-singura-tura/telpod/#7. http://www.tme.eu/ro/details/1w-150r-1%25/rezistente-metalizate-tht-1w/royal-ohm/mf01sff0151a10/#

- 2 -