Блок управления модулятором добротности твердотельного лазера

Выбираем .

.

Выбираем

.

8. Уточнение величины восстановления схемы, определяется временем заряда   конденсатора:

.

9. Уточнение величины амплитуды напряжения:

.

После тестирования и настройки схемы методами САПР получены следующие значения элементов схемы:

, , , , , , , ,

 

 

5. Расчёт контура ударного возбуждения (генерация колебаний заданной частоты)

 

Рис. 8 Схема контура ударного возбуждения

      Необходимо рассчитать генератор ударного возбуждения, обеспечивающий генерирование серии синусоидальных колебаний с частотой , и с амплитудой . Длительность серии колебаний .

     Для получения колебаний максимальной амплитуды необходимо обеспечить прекращение тока через катушку индуктивности контура в течение времени, которое значительно меньше четверти периода собственных колебаний контура.

    Время запирания транзистора определяется его постоянной времени, амплитудой импульса тока базы и начальным током коллектора, протекающим перед запиранием.

   Чтобы токи запирания транзистора не были бы чрезмерно большими желательно использовать высокочастотные транзисторы с малой постоянной времени TF. Удовлетворительным можно считать условие TF<0.1

         Определяем параметры схемы.

 Коллекторное напряжение определяется из условия, что

.     Выбираем .

Анализируя  базу данных биполярных транзисторов можно выбрать транзистор КТ315И

 

Сопротивление катушки контура из конструктивных соображений: R_L = 10 Ом

Выберем режим  работы транзистора:

Ток покоя транзистора  КТ315И:  I_к1 = I_кmax/3 = 0.1/3 = 0.033 A

I_б1 = I_к1/β = 0.033/90 = 3.667∙10^-4

α = 0.95

Рассчитаем  параметры контура:

Начальный ток  эмиттера: I_э1 = I_к1∙(2 – α) = 0.033∙(2 – 0.95) = 0.035

Амплитуда колебаний: U_m0 = U_m∙1.1 = 33∙1.1 = 36.3 В

Индуктивность катушки колебательного контура:

L = U_m0/(2∙π∙f∙I_э1) = 36.3/(2∙π∙125∙10³∙0.035) = 1.334∙10^-3 Гн

Задаём: L = 1.3∙10^-3 Гн

Ёмкость конденсатора колебательного контура:

C = I_э1/(2∙π∙f∙U_m0) = 0.035/(2∙π∙125∙36.3) = 1.215∙10^-9 Ф

Задаём: С = 1.2∙10^-9 Ф

Для обеспечения  постоянства амплитуды колебаний  в контуре коэффициент обратной связи должен быть равен единице. Выполнение этого условия обеспечивается при равенстве сопротивления обратной связи эквивалентному сопротивлению контура со стороны отвода катушки.

R_эк = p²∙L/(C∙R_L) = R_ос

Выберем коэффициент включения p=1/2, т.е. отвод сделаем от середины сердечника.

R_ос = L/(4∙C∙R_L) = 1.3∙10^-3/(4∙1.2∙10^-9∙10) = 2.708∙10⁴ Ом

Задаём: R_ос = 2.7∙10⁴ Ом

Найдём амплитуду  напряжения на выходе системы:

Сопротивление эмиттер – коллектор R_и = 20 Ом

Сопротивление эмиттера R_э = 10 Ом

U_{вых max} = 1.1∙U_m∙(1+β)∙R_э/[R_и + (1+β)∙R_э] = 1.1∙33∙(1+90)∙10/[20 + (1+90)∙10] = 35.519 В

Сопротивление стабилизации тока покоя КТ315И: R₃ = 100 Ом

Сопротивление R₆ в цепи базы транзистора определяет положение рабочей точки и должно выбираться так, чтобы в состоянии покоя выполнялось неравенство:

I_э2 >  I_эM/2 = U_2m /[2∙(Rос+R3)] = 35.5/[2∙(2.7∙10⁴ + 100)] = 6.553∙10^-4 А

I_б2 = I_э2∙(1 – α) = 6.553∙10^-4∙(1 – 0.95) = 3.277∙10^-5 А

R₄ = (E_k – U_{вых max})/I_б2 = (46 – 35.519)/(3.277∙10^-5) = 3.199∙10⁵ Ом

Задаём: R₄ = 320∙10³ Ом

_{Резистор  R2 вместе с конденсатором C2 представляют собой развязывающую цепь. R2 вычисляется из условия обеспечения выбранного режима.}

_{R2 = [Ek – Iэ1∙(R3 + RL +rэ) – Iэ2∙(R3 + RL/2 +rэ)]/Iк1 =}

_{= [46 –0.035∙(100 + 10 +10) – 6.553∙10^-4∙(100 + 10/2 +10)]/0.033 = 1266 Ом}

Задаём: R₂ = 1250 Ом

_{R1 = [Ek – Iэ1∙(Rэ + RL +rэ) – Iэ2∙(R3 + RL/2)]/Iк1 – rб =}

_{= [46 –0.035∙(100 + 10 +10) – 6.553∙10^-4∙(100 + 10/2)]/0.033 – 10 = 1350 Ом}

Задаём: R₁ = 1350 Ом

_{После подгонки и тестирования схемы методами САПР получены следующие  значения элементов  схемы:}

, , , , , , , , , , .

 

 

 

6. Расчет триггера Шмитта(генерация импульсов заданной частоты)

Рис. 9 Схема триггера Шмитта

      Триггер Шмитта является несимметричной схемой и применяется для формирования прямоугольных импульсов из синусоидального или произвольной формы напряжения, а также в качестве порогового устройства, реагирующего на определённый уровень сигнала. Триггер имеет два устойчивых состояния. Открытые транзисторы работают в режиме насыщения.

        Поясним работу схемы. Пусть в исходном состоянии при нулевом входном напряжении транзистор VT1 закрыт, а VT2 открыт и насыщен. При увеличении входного отпирающего напряжения транзистор VT1 открывается, потенциал его коллектора понижается, что уменьшает базовый ток транзистора VT2. Когда значение входного напряжения достигнет порогового, произойдёт лавинообразный процесс смены состояний транзисторов, в новом устойчивом состоянии транзистор VT1 открыт, а VT2-закрыт. При уменьшении отпирающего напряжения обратное опрокидывание триггера произойдёт не при напряжении срабатывания, а при некотором меньшем напряжении отпускания. В результате этого опрокидыания схема перейдёт в первоначальное состояние.  

       Определяем параметры схемы.

Напряжение  срабатывания:  U1 = 8 В 

Выберем транзистор КТ315И.

Определим напряжение: Ek = 1.1∙(Um+U1) = 1.1∙(33+8) = 45.1 В

Задаём: Еk = 46 В

Рассчитаем сопротивления:

Rk2 > (Ek – U1)/Iкдоп = (46 – 8)/0.1 = 380 Ом

Rk2 < Ek/Iк0max = 46/(15∙10^-6) = 3.067∙10⁶ Ом

Выбираем Rk2 = 1400 Ом

R_э = R_k2∙U₁∙α/(Ek – U1) = 1400∙8∙0.95/(46 – 8) = 280 Ом

Задаём R_э = 360

Входное сопротивление R_и=100 Ом

R_k1 = R_k2∙(1+R_и/(β_min∙R_э)) = 1400∙(1+100/(10 ∙360)) = 1439 Ом

Задаём R_k1 = 1.5 кОм

U_э2 = E_k∙R_э/(R_k1 + R_э) = 46∙360/(1500 + 360) = 8.903 В

R₂ < U_э2/I_k0max = 8.903/15∙10^-6 = 593 кОм

Задаём R₂ = 3 кОм

R₁ = 2351 Ом

Задаём R₁ = 2.5 кОм

Определим сопротивления  резисторов R₃ и R₄, которые необходимы для формирования точки покоя. Начальное напряжение выбираем U_нач = 1 В, задаваясь током I_дел = 1 мА через сопротивления R₃ и R₄ находим значения сопротивлений:

R₃ = U_нач/I_дел = 1/0.001 = 1 кОм

R₄ = (E_к – U_нач)/I_дел = (46 – 1)/0.001 = 45 кОм

Задаём R₃ = 1 кОм, R₄ = 45 кОм

 

Рассчитаем  ускоряющую ёмкость:

C < I_min / [3∙R₁∙R₂/(R₁+R₂)] = 50∙10^-6/[3∙2500∙3000/(2500 + 3000)] = 6.111 нФ

Зададим С = 5.1 нФ

После подгонки и тестирования методами САПР получены следующие значения элементов схемы:

, , , , , , ,

 

 

7. Расчёт ждущего мультивибратора  с эмиттерной обратной связью(генерация  импульсов заданной длины)

 

_{Рис. 10 Ждущий мультивибратор с эмиттерной связью (генерация импульсов заданной длины)}

 

      Определяем параметры схемы.

За основу возьмём  схему первого мультивибратора.

После тестирования и настройки схемы методами САПР получены следующие значения элементов схемы:

, , , , , , , ,

 

8. Заключение

 

В данной работе был произведен выбор блок-схемы СУМД, а также рассчитаны элементы СУМД, такие как ждущие мультивибраторы для генерации импульсов работы, строба задержки, строба работы; контур ударного возбуждения, триггер Шмитта.

При помощи программы Micro-Cap смоделирована схема и получены следующие выходные характеристики:

-Время задержки  импульса запуска:                                              tз=274,055 мкс

-Время работы:                                                                                 tр=89,675 мкс

-Длительность  импульса управления:                                            tи=1,96 мкс

-Длительность  переднего фронта импульса управления:            tф=0,02 мкс

-Длительность  заднего фронта импульса управления:                  tc=0,02 мкс

-Частота следования  импульсов управления:                                f=122,63 кГц

-Амплитуда импульсов  управления на нагрузке:                          Um=32,1 В

Все полученные значения не выходят за предел погрешности  в 10%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Список литературы

1. «Расчёт элементов импульсных и цифровых схем радиотехнических устройств» под ред. Казаринова Ю.М. – М.: Высшая школа, 1976 год.
2. «Импульсная техника и основы радиолокации» Слуцкий В.З., Фогельсон Б.И.,М., Воениздат, 1975 год.
3. Под ред. Горюнова Н.Н. Справочник. Полупроводниковые приборы. Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. – М.: Энергоатомиздат, 1985 год.
4. Под ред. Голомедова А.В. Справочник. Полупроводниковые приборы. – М.: Радио и связь, 1988 год.