Лекции по электронике1. Курс лекций угату 2008 удк ббк ш21 Шаньгин Е. С

• Название: Курс лекций угату 2008 удк ббк ш21 Шаньгин Е. С
• Анкор: Лекции по электронике1.doc
• Дата: 19.02.2017
• Размер: 6.22 Mb.
• Имя файла: Лекции по электронике1.doc
• Тип: Курс лекций; #2881
• Категория: Электротехника. Связь. Автоматика
• страница: 8 из 12

Рис. 15.1. Виды идеализированных импульсов

Участок трапецеидального импульса АВ называют фронтом, участок ВС – вершиной, участок СD – срезом, отрезок АD – основанием. Иногда участок АВ называют передним фронтом, а участок СD – задним фронтом.

На рис. 15.1,б приведены другие идеализированные импульсы характерных форм и даны их названия.

Более сложный по форме, приближенный к реальному, вид импульса показан на рис. 15.2,а.


Рис. 15.2. Характерные параметры импульса
Участок импульса, соответствующий отрицательному напряжению, называют хвостом импульса, или обратным выбросом.

Для величин, указанных на рис. 15.2, обычно используют следующие названия:

t_и – длительность импульса;

t_ф – длительность фронта импульса;

t_с – длительность среза импульса;

t_х – длительность хвоста импульса;

U_m– амплитуда (высота) импульса;

ΔU – спад вершины импульса;

U_обр – амплитуда обратного выброса.

При определении параметров реальных импульсов обычно нет возможности однозначно разделить импульс на характерные участки, поэтому в этих случаях параметры импульсов определяют исходя из тех или иных допущений. Например, длительность импульса и фронта импульса часто определяют так, как показано на рис. 15.2,б.

Обратимся к периодически повторяющимся импульсам (рис. 15.3).



Рис. 15.3. Периодически повторяющиеся импульсы
В этом случае используют следующие параметры:

Т – период повторения импульсов;

f=1/T – частота повторения импульсов;

t_и – длительность импульса;

t_п – длительность паузы;

Q=T/t_и – скважность импульса;

К_з=1/Q=t_и/T – коэффициент заполнения.

Цифровое представление преобразуемой информации. Для цифрового представления информации характерно полное абстрагирование от особенностей электрических процессов в электронной схеме, выполняющей обработку сигналов.

В устройствах цифровой электроники в большинстве случаев используется сигналы двух уровней – высокого и низкого. При этом обычно имеется в виду уровни напряжения, а не тока. Важным является не абсолютные значения амплитуд напряжений для высокого и низкого уровня, а их четко различимая разность. Изобразим диаграмму, поясняющую изложенное (рис. 15.4):



Рис. 15.4. Соотношение высокого и низкого уровня сигналов
На этой диаграмме, соответствующей цифровым схемам транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), имеющей напряжение питания 5 В, укажем диапазоны напряжений для входных и выходных сигналов (заштрихованные прямоугольники). Это такие диапазоны, что сигнал, оказавшись в одном из них, безошибочно квалифицируется как сигнал высокого или низкого уровня. Высокому и низкому уровню сигналов ставятся в соответствие логические состояния 1 и 0. Если высокому уровню сигналов ставится в соответствие состояние 1, а низкому – состояние 0, то говорят о так называемой позитивной логике. Если высокому уровню соответствует состояние 0, а низкому – 1, то говорят о так называемой негативной логике.

Транзисторные ключи

Транзисторный ключ является основным элементом устройств цифровой электроники и очень многих устройств силовой электроники. Параметры и характеристики транзисторного ключа в очень большой степени определяют свойства соответствующих схем.

Ключи на биполярных транзисторах. Простейший ключ на биполярном транзисторе, включенный по схеме с общим эмиттером, и соответствующая временная диаграмма входного напряжения представлены на рис. 15.5.

Рис. 15.5. Ключ на биполярном транзисторе

Рассмотрим работу транзисторного ключа в установившихся режимах. До момента времени t₁ эмиттерный переход транзистора заперт и транзистор находится в режиме отсечки. В этом режиме i_к = –i_б = I_ко (I_ко – обратный ток коллектора), i_э ≈ 0. При этом u_Rб ≈ u_Rк ≈ 0; u_бэ ≈ –U₂; u_кэ ≈ –Е_к.

В промежутке времени t₁…t₂транзистор открыт. Для того, чтобы напряжение на транзисторе u_кэ было минимальным, напряжение U₁ обычно выбирают так, чтобы транзистор находится или в режиме насыщения, или в пограничном режиме, очень близким к режиму насыщения.

Ключи на полевых транзисторах отличаются малым остаточным напряжением. Они могут коммутировать слабые сигналы (в единицы микровольт и меньше). Это следствие того, что выходные характеристики полевых транзисторов проходят через начало координат.

Для примера изобразим выходные характеристики транзистора с управляющим переходом и каналом p-типа в области, прилегающей к началу координат (рис. 15.6).

Рис. 15.6. Полевой транзистор с каналом p-типа
Обратим внимание, что характеристики в третьем квадранте соответствуют заданным напряжениям между затвором и стоком.

В статическом состоянии ключ на полевом транзисторе потребляет очень малый ток управления. Однако этот ток увеличивается при увеличении частоты переключения. Очень большое входное сопротивление ключей на полевых транзисторах фактически обеспечивает гальваническую развязку входных и выходных цепей. Это позволяет обойтись без трансформаторов в цепях управления.

На рис. 15.7 приведена схема цифрового ключа на МДП-транзисторе с индуцированным каналом n-типа и резистивной нагрузкой и соответствующие временные диаграммы.


Рис. 15.7. Цифровой ключ на полевом транзисторе
На схеме изображена емкость нагрузки С_н, моделирующая емкость устройств, подключенных к транзисторному ключу. Очевидно, что при нулевом входном сигнале транзистор заперт и u_си = Е_с. Если напряжение uвх больше порогового напряжения U_{зи.порог} транзистора, то он открывается и напряжение u_си уменьшается.
Логические элементы

Логический элемент (логический вентиль) – это электронная схема, выполняющая некоторую простейшую логическую операцию. На рис. 10.8 приведены примеры условных графических обозначений некоторых логических элементов.