Лекц. Электроника. Лекция 1 Электрофизические свойства полупроводников
 Скачать 1.42 Mb.
|
|
Лекция №7. Усилители постоянного тока. В усилителях переменного напряжения связь между каскадами осуществлялась с помощью RC-цепей или трансформаторов. При такой связи усиливалась только переменная составляющая. В стабилизаторах напряжения и тока, измерительных приборах, устройствах автоматики (для регистрации давления, температуры, освещенности, влажности и др.), для усиления медленно изменяющихся напряжений и токов необходимы усилители, полоса пропускания которых имеет нижнюю граничную частоту . Усилители обладающие этим свойством, носят название УПТ. С помощью УПТ можно усиливать токи 10-15…10-16 А. Вид АЧХ и амплитудной характеристики УПТ показан на рисунках Error: Reference source not found Error: Reference source not found Рис. 1. Рис. 2. УПТ прямого усиления. В УПТ прямого усиления сигнал с выхода предыдущего каскада поступает непосредственно на вход следующего. Error: Reference source not found Рис. 3. Режим покоя рассчитывается так же, как и для УНЧ. Сопротивление резистора должно быть таким, чтобы обеспечивалось условие отсюда обычно . Таким образом, при одинаковых режимах работы справедливы неравенства Коэффициент усиления каждого каскада будет равен: Анализ полученных выражений показывает, что в таком усилители невозможно получить значительное усиление за счет увеличения числа каскадов. Дрейф нуля в УПТ. Недостатком рассмотренных УПТ является дрейф нуля. Изменение выходного напряжения, не связанного с входным напряжением и обусловленное внутренними процессами в усилители, называют дрейфом нуля усилителя. Основные причины, вызывающие дрейф нуля УПТ: Изменение температуры окружающей среды; изменение давления и влажности окружающей среды; Изменение напряжений источников питания; шумы, создаваемые активными и пассивными элементами. Количественно дрейф нуля оценивается дрейфом приведенным ко входу . Величина приведенного дрейфа ограничивает минимально различимый входной сигнал. Приведенный дрейф нуля по напряжению для каскадов с ОЭ примерно равен 2…8 мВ/град для кремниевых БТ и 20…30 мВ/град для германиевых БТ. Уменьшение дрейфа нуля достигается следующими мерами: -стабилизацией источников питания; -термостатированием; -примененим ООС по постоянному току; -применением кремниевых БТ и ПТ; -использованием балансных (мостовых схем). Балансные усилители. В транзисторных и интегральных усилителях широкое распространение получила схема параллельного баланса. Error: Reference source not found Рис. 4. Данная схема представляет собой мост, плечами которого является резисторы и транзисторы . Для нормальной работы схемы она должна быть строго симметричной. В этом случае мост оказывается сбалансированным, а напряжение на его выходе равно 0. Схема с симметричным входом и симметричным выходом на биполярных транзисторах. Изменение напряжения питания и других факторов в данной схеме приводит к одинаковому изменению токов . В результате напряжение выходных электродах изменяется одинаково и разность напряжений между ними по-прежнему остается равной нулю. Входное напряжение вызывает изменение токов причем . Напряжение на резисторе RЭ при этом не изменяется, так как Это означает, что транзисторы совместно с R1 и R2 образуют однокаскадные усилители ООС. Коэффициент усиления можно определить из соотношений: . Дифферециальные усилители. Дифференциальные усилители (ДУ) на биполярных тр-рах и полевых отличаются от балансных усилителей наличием 2х несимметричных входов (рис. 5.). Error: Reference source not found Рис.5. При поступлении на входы ДУ парафазных напряжений его работа ( ) не отличается от работы балансного усилителя. При поступлении на входы ДУ синфазных сигналов изменения токов равны по значению и по знаку, а изменение напряжения на Rэ будет равно: Таким образом, для синфазных сигналов резистор Rэ является элементом ООС. В этом случае коэффициент усиления одного плеча равен . Подставив в выражение для одного плеча, получим . При входных синфазных сигналах потенциалы коллекторов изменяются одинаково, поэтому напряжение на симметричном выходе . В большинстве случаев входные сигналы не являются чисто синфазными или противофазными, а содержат одинаковую (синфазную ) и отличающуюся дифференциальную части. Error: Reference source not found Рис. 6. Сигналы, действующие на входе ДУ, можно математически представить в следующей форме: В каждом плече синфазная составляющая будет усиливаться с коэффициентом усиления , а дифференциальная с коэффициентом так что . Последнее выражение показывает, что в ДУ синфазные сигналы представляют собой сигналы помехи, поэтому желательно иметь ; Уменьшение можно достигнуть увеличением Rэ. Однако повышение сопротивления Rэ сопровождается увеличением падения напряжения на нем и требует значительного увеличения напряжения источника питания. Поэтому вместо Rэ часто включают генератор стабильного тока (ГСТ). Дифференциальные усилители с генератором стабильного тока. Рассмотрим интегральную схему ДУ типа К118УД1. Error: Reference source not found Рис. 6. ГСТ выполнен на биполярном тр-ре . Режим работы , а следовательно и ток всей коллекторной цепи определяются делителем , сопротивлением и диодом . В качестве диода используется тр-р в диодном включении Error: Reference source not found Рис. Большое динамическое и малое статическое сопротивления ГСТ обусловлены характером зависимости Error: Reference source not found Рис. 8. В интегральных ДУ и интегральных ГСТ широко используется диодно-транзисторные структуры, называемые отражателями тока или токовыми зеркалами. Простейшая схема токового зеркала имеет вид. Error: Reference source not found Рис. 9. Схема содержит два идентичных БТ. У уоторых соединены эмиттерные переходы. При одинаковых площадях эмиттерных переходов тр-ов эмиттерные токи равны между собой, вследствии чего ток оказывается равным току . Если 1ый каскад считать входным, а 2ой выходным, то повторяет . Отражатель имеет малое входное и большое выходное сопротивление. Эмиттерные токи отличаются друг от друга если эмиттерные переходы тр-ов находятся под разными напряжениями или площади эмиттеров различны. Чтобы создать различные напряжения в эмиттерные цепи включают сопротивления. Error: Reference source not found Рис. 10. Подбирая эти с сопротивления можно получить коэффициент передачи тока отражателя в пределах 0,1…0,9. Error: Reference source not found Рис. 11. Увеличение площади эмиттерного перехода транзистора позволяет получить коэффициент передачи тока отражателя в пределах 1…10. Лекция №8. Структура и основные параметры интегральных операционных усилителей. Операционными усилителями (ОУ) называют широкий класс усилителей с гальваническими связями, работающий при наличии любой отрицательной обратной связи. Эта обратная связь настолько велика, что параметры и характеристики устройства на ОУ полностью определяются элементами цеп и ООС. Реализовать ОУ на дискретных элементах – задача трудная. Поэтому широкое распространение получили лишь интегральные ОУ. Структурная схема ОУ состоит из 2х входов, каскадов усиления, каскада сдвига уровня напряжений, выходного каскада. Error: Reference source not found Рис. 1. Каскады усиления служат для обеспечения заданного коэффициента усиления. Коэффициент усиления может составлять десятки тысяч. Каскад сдвига уровня напряжения предназначен для исключения постоянной составляющей напряжения. Благодаря этому каскаду на выходе ОУ устанавливается нулевое напряжение при отсутствии входных сигналов. Выходной каскад служит для получения малого выходного сопротивления ОУ в целях лучшего согласования с нагрузкой. Он чаще выполняется по двухтактной схеме. Питание ОУ осуществляется от разнополярных источников, благодаря чему облегчается задача компенсации нуля на выходе усилителя. Шумовые свойства обеспечиваются, уменьшением площадьи контакта p-n переходов, применением полевых транзисторов. По отношению к выходу один из входов является инвертирующим, другой- неинвертирующим. Наличие двух входов облегчает введение различных ОС и с их помощью реализацию различных функций. Параметры и характеристики ОУ. Условное обозначение микросхемы, например К140УД1Б К-указатель широкого применения; 1-конструктивно-технологическое исполнение; 40- порядковый номер разработанной серии; УД- функциональное назначение; поряднковый номер разработки по функциональным признакам; Б- отличие по параметрам внутри одного функционального варианта; Наиболее употребляемые параметры. 1).Коэффициент усиления напряжения Куи, или коэффициент усиления диф. сигнала; 2). Коэффициент усиления синфазных входных напряжений Ку. ср.; 3). Коэффициент ослабления синфазных входных сигналов Кос. сор.; 4). Напряжение смещения Uсм – значение напряжения на входе ОУ, при котором вых. напряжение равно нулю; 5). Входные токи и их разность , определяемые в заданном режиме (обычно при ); 6). . Кроме статических параметров, ОУ характеризуется и динамическими параметрами. 1). Верхняя граничная частота полосы пропускания , на которой коэффициент усиления уменьшается в раз по сравнению с его величиной на . 2). Время , время в течении которого выходное напряжение усилителя изменяется от 0,1 до 0,9 значения в установившемся режиме ( на входе действует ступенчатое напряжение). Основные параметры К140УД1Б: ; -частота единичного усиления; Схемотехника операционных усилителей. Error: Reference source not found Рис. 2. Высокая точность выполнения функции устройством на ОУ определяется высоким входным сопротивлением, большим коэффициентом усиления, малым уровнем шумов, высокой степенью подавления синфазного сигнала, широкой полосой пропускания. Повышение входного сопротивления достигается уменьшением входных токов, до единиц микроамперов. Для повышения коэффициента усиления применяют каскадные схемы и составные транзисторы. При этом удается уменьшить входной ток ОУ до 1…2 мА. Error: Reference source not found Рис. 3. ДУ выполнен на биполярных тр-ах . ГСТ на тр-ах выполнен по схеме отражателя тока. При Токи Для уменьшения потенциалов коллекторов в их цепи включен транзистор . Коэффициент усиления такого каскада составляет Для увеличения усиления и создания несимметричного выхода в данную схему вводят два дополнительных инвертирующих усилителя. Дополнительные инвертирующие усилители выполнены на тр-ах с нагрузками Напряжение снимаемое с коллектора , инвертируется первым усилителем и через подается на базу в фазе с напряжением, снимаемым с коллектора . Error: Reference source not found Рис. 4. Так как через резистор протекают токи трех транзисторов, то его сопротивление невелико, что снижает общий коэффициент усиления. На практике для устранения указанного недостатка включают в коллекторною цепь ,а резисторы подключаются к выходу эмиттерного повторителя на тр-ре . Error: Reference source not found Рис. 5. В качестве каскада сдвига уровня часто применяют эмиттерный повторитель с ГСТ в цепи эмиттера. Error: Reference source not found Рис. 6. Стабильный ток , проходя через сопротивление , создает на нем напряжение сдвига т.е. для получения необходимо выполнить условие . Так как выходное сопротивление данного каскада, определяемое , достаточно велико, то очень часто к выходу каскада сдвига подключают эмиттерный повторитель, т.е. выходной каскад. Выходной каскад не должен снижать усиления и в связи с этим должен обладать высоким входным сопротивлением. Для уменьшения потребляемой и рассеиваемой мощности в большинстве ОУ применяются 2х тактные каскады, работающие в режиме В. Error: Reference source not found Рис. 7. С фазоинверсным каскадом. В последнее время широко применяют выходные каскады в интегральном исполнении, построенные на разношипных транзисторах. Error: Reference source not found Рис. Характерной особенностью такой схемы является отсутствие фазоинверсного каскада. При разнесении потенциалов без транзисторов с помощью в диодном включении схема работает в режиме АВ или А. В этом случае на базы подается напряжение смещения , которые выделяются на за счет протекания тока . Применение интегральных операционных усилителя. В зависимости от подачи на вход ОУ сигнала, а также подключения внешних компонентов можно получить инвертирующие, неинвертирующие и дифференциальное включение усилителя. При расчете схем на основе ОУ, охваченных цепью ОС, будем считать, что удовлетворяется два основных условия: бесконечно большие коэффициент усиления и входное сопротивление. Ввиду потенциалы инвертирующего и неинвертирующего входов оказываются одинаковыми. Бесконечно большое входное сопротивление ОУ позволяет пренебречь его входными токами. Схема инвертирующего усилителя на основе ОУ имеет вид (рис.3.1) Error: Reference source not found Рис. 3.1. Считая, что получим . По закону Ома запишем Между напряжением существует зависимость . Учитывая, что Найдем связь между При . В схеме данного усилителя производится умножение напряжения входного сигнала на постоянный коэффициент . Так как потенциал точки инвертирующего входа равен 0, то входное сопротивление . В схеме умножения, операционный усилитель позволяет производить умножение на постоянный коэффициент, величина которого может быть выбрана в широких пределах, и обеспечивает возможность перемены знака входного сигнала. В реальной схеме ОУ . Чтобы напряжение между инвертирующим и инвертирующими входами осталось равным нулю, неинвертирующий вход подключают к общей точки через сопротивление (рис. 3.2) Error: Reference source not found Рис. 3.2. Сопротивление выбирается так, чтобы выполнялось равенство . При в случае когда . Если к инвертирующему входу подключить несколько сигналов, то можно осуществить их суммирование с масштабными множителями (рис. 3.3). Error: Reference source not found Рис. 3.3. Считая что получим . Тогда Неинвертирующие операционные усилитель. В этой схеме (3.4) сигнал подается на инвертирующий вход, а не на его инвертирующий выход с помощью делителя подается сигнал ООС. Error: Reference source not found Рис. 3.4. В схеме действует ООС по напряжению с коэф. ОС . Дифференциальное напряжение будет равно , т.к. , то . Из этого соотношения следует, что коэффициент усиления неинвертирующего ОУ Входное сопротивление неинвертирующего (ОУ) усилителя а выходное сопротивление . Так как , то на входах действует синфазный сигнал, значение которого близко к . При коэффициент усиления , т.е. операционный усилитель выполняет функцию повторителя напряжения. Дифференциальный операционный усилитель. В этой схеме усилитель работает в линейном режиме и представляет собой сочетание инвертирующего и неинвертирующего включения ОУ. Error: Reference source not found Рис. 3.5. При , т.е. схема вычитает входные сигналы Лекция №9. 111Equation Chapter 1 Section 1Генераторы синусоидальных колебаний. Электронный генератор – это устройство, преобразующее электрическую энергию постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний требуемой формы, частоты и мощности. Являясь первоисточником электрических колебаний, генераторы нашли применение в радиопередающих, приемных, в телеинформационных измерительных системах, в электронно-вычислительной аппаратуре. Генераторы делятся по диапазону частот: от 0,01 Гц до 100 кГц, от 100 кГц до 100 МГц, от 100 МГц и выше. Для построения генераторов синусоидальных колебаний используются два типа усилительных схем – резонансные усилители ( -генераторы) и усилители на резисторах ( - генераторы). Таким образом, схему любого автогенератора можно представить в виде усилителя охваченного положительной . Error: Reference source not found Рис.1. Чтобы амплитуда выходного напряжения не изменялась должно быть выполнено условие: Так как , а , то из равенства следует или . Уравнение является основным условием существования в генераторе незатухающих электрических колебаний. Ему соответствуют два уравнения: 1) и 2) , где Уравнение (1) баланса амплитуд требует от усилителя такого коэффициента усиления, при котором полностью компенсируются потери напряжения, поступающего через цепь ПОС. Уравнение (2) баланса фаз определяет условие, при котором обеспечивается ПОС. Эти уравнения справедливы для стационарного режима автогенератора. Для получения синусоидального выходного напряжения необходимо, чтобы балансы фаз и амплитуд выполнялись только на одной частоте. Процесс возникновения, нарастания и установления колебательного режима автогенератора можно объяснить с помощью, так называемой колебательной характеристики автогенератора. Error: Reference source not found Рис. 2. Принцип работы транзисторного генератора типа – LC. Любой генератор типа - должен содержать: колебательную систему, в которой возбуждаются незатухающие колебания; источник электрической энергии; активный элемент (транзистор); элемент обратной связи. В результате обмена энергией между конденсатором и катушкой в контуре возникают свободные затухающие колебания с частотой Переменный ток контура, проходя через катушку , создает вокруг нее переменное напряжение той же частоты. Error: Reference source not found Рис.3. Это напряжение вызывает пульсацию тока коллектора, в котором появляется переменная составляющая. Переменная составляющая тока восполняет потери в контуре, создавая на нем усиленное транзистором переменное напряжение, рост коллекторного тока ограничен режимом насыщения, а рост напряжения ограничен сопротивлением потерь в контуре. Поскольку резонансное сопротивление контура носит чисто активный характер , где - характеристическое сопротивление контура, то сдвиг фаз между напряжением на входе и выходе будет составлять 1800, напряжение наводимое на , должно равняться и только в этом случае ; Для рассматриваемой схемы коэффициент усиления составляет: , где . Учитывая, что усилитель охваченной ПОС входит в режим генерации при условии , где , поэтому . Энергетические показатели LC автогенератора. Для характеристики режима работы служит коэффициент использования коллекторного напряжения . Этот коэффициент равен . Различают следующие режимы: - недонапряженный; - перенапряженный; - критический. При критическом режиме автогенератор обеспечивает заданную мощность в нагрузке при высоком К.П.Д. В зависимости от формы тока в коллекторной цепи различают режимы 1го и 2го рода. Режим 1го рода без отсечки количества тока, а режим 2го рода с отсечкой. Переменное напряжение на контуре определяется по формуле . Схемы LC автогенератора. Вместо трансформаторной схемы в автогенераторе может быть использована автотрансформаторная связь, такие схемы называются трехточечными. Характер элементов колебательного контура определяется из условий баланса фаз и амплитуд. При этом возможны 2 случая: 1) , а . 2) , а . Error: Reference source not found Рис. 4. В обох случаях . Характер реактивности должен быть таким как и . Только в этом случае ОС будет положительной. Схемы индуктивной трехточки у которой и индуктивные катушки, а - конденсатор над схемой (картки). Схема емкостной трехточки называется схемой Колпитца. Во всех рассмотренных схемах Error: Reference source not found Рис.5. Для построения - генераторов удобно использовать операционные усилители. В цепь обратной связи включен терморезистор для стабилизации амплитуды выходного напряжения. Увеличение амплитуды колебаний на выходе вызывает уменьшение сопротивления терморезистора . При этом увеличивеется глубина ООС. Error: Reference source not found Рис.6. RC– автогенераторы. На низких частотах и вместо - автогенераторов обычно используются - автогенераторы. Частотно-зависимыми 4х – полюсниками, используемыми в - генераторах, являются -образные - цепи, мост Вина, - образные мосты . Error: Reference source not found Error: Reference source not found Error: Reference source not found Error: Reference source not found Error: Reference source not found Рис.7. Для получения синусоидальных колебаний необходимо, чтобы условия выполнялись на одной частоте. Эта задача решается с помощью нескольких звеньев . Изменение фазы от числа звеньев равно В связи с тем, что одно звено изменяет фазу на угол , минимальное число звеньев должно быть . Фазорезонансная частота - образной цепочки при и равна . Расчеты показывают, что для - образной цепочки , следовательно . Рис.8. Для моста Вина при ; частота генерируемых колебаний равна - генератор с мостом Вина легко выполнить на интегральном ОУ, включив его между выходом и неинвертирующим входом. Сопротивлением добиваются наименьших нелинейных искажений на выходе генератора. Рис. 9. Стабилизация частоты генератора Частота генерируемых колебаний определяется не только параметрами колебательного контура и фазирующей цепи, но и параметрами других активных и пассивных элементов схемы. Изменение любого из них, вызванное дестабилизирующими факторами приводит к уходу частоты генерации. Стабильность частоты оценивается абсолютной нестабильностью , представляющей собой разность между номинальной частотой и ее новым значением, полученным после воздействия дестабилизирующего фактора, или относительной нестабильностью . Стабильность частоты, тем выше, чем больше добротность избирательной цепи. Высокой стабильностью частоты обладают автогенераторы с кварцевой стабилизацией. В таких генераторах используют кварцевые резонаторы с добротностью (2….6) 106 ., обладающие пьезоэлектрическими свойствами. При подведении к кварцевой пластинке переменного напряжения она совершает механические колебания, частота которых зависит от размеров и вида среза пластинки. Поскольку размеры пластинки постоянны, то и частота колебаний постоянная. Механические колебания в свою очередь вызывают электрические колебания. Когда собственная частота колебаний кварца совпадает с частотой приложенного напряжения, наступает явление резонанса и механические колебания достигают максимального значения. Error: Reference source not foundЭквивалентная схема кварцевого резонатора состоит из и - емкости кварцедержателя. Error: Reference source not found Рис.10. Конструкция кварцевого резонатора состоит из пластинки искусственного кварца. Кварцевый элемент с электродами в виде металлизированных пленок и кварцедержателем помещают в герметизированный стеклянный баллон. Для реальных кварцевых пластин: , . , . Error: Reference source not found Error: Reference source not found Рис. 11-12. При кварцевой стабилизация возможны два типа автогенераторов - контуром и без него. Для выполнения условий самовозбуждения необходимо чтобы резонансная частота - контура равнялась частоте кварцевого резонатора или была кратна ей. Error: Reference source not found Рис. 13. Кварцевый генератор в схеме на кварцевый резонатор выполняет роль колебательного контура. Лекция №10. Виды и параметры импульсных сигналов. Кратковременное изменение токов и напряжения от некоторого уровня называют электрическими импульсами. Они определяют форму импульсов: прямоугольную, треугольную колоннообразную, пилообразную ступенчатою и др. Такие импульсы называются видеоимпульсами. В импульсных устройствах чаще всего применяются прямоугольные видеоимпульсы. Они характеризуются фронтом 1, вершиной 2 и спадом или срезом 3. Error: Reference source not found Рис.1. Различают одиночные, непериодические и периодические импульсы. У периодических импульсов интервал времени между двумя любыми соседними импульсами, называется периодом повторения Т, если величина постоянная. Частота повторения обратно пропорциональна периоду . Интервал времени от момента появления импульса и до момента его исчезновения – это длительность имп. , а интервал между двумя соседними импульсами – его пауза . Отношение называют скважностью импульса. Она может составить от единиц до нескольких тысяч. Величина обратная скважности, называется коэффициентом заполнения. Для периодических импульсов важным параметром является среднее значение импульса или постоянная составляющая последовательности импульсов. Если импульс имеет прямоугольную форму, то Эти выражения показывают, что амплитуды в импульсе могут значительно превышать средние значения и . Генераторы электрических импульсов. Генераторы электрических импульсов применяются в радиолокации, радиосвязи, телевидении, вычислительной технике и т.д. Длительность генерируемых импульсов может составлять от единиц наносекунд до сотен миллисекунд при скважности от двух до сотен тысяч. По способу возбуждения различают автоколебательные генераторы, генераторы с внешним возбуждением и генераторы работающие в ждущем или заторможенном режиме. Отличительной особенностью большинства генераторов импульсов является наличие двух устойчивых состояний равновесия. Переход из одного состояния в другое происходит скачкообразно и носит лавинообразный характер. Такой процесс называется регенеративным. Все регенеративные генераторы можно подразделить на две группы: Спусковые устройства , или триггеры, которые не содержат реактивных элементов, а переход из одного состояния в другое происходит под действием входного напряжения. Релаксационные генераторы импульсов, содержащие не менее одного реактивного элемента. В таких генераторах регенеративные (лавинообразные) процессы чередуются с релаксационными, т.е. медленными изменениями энергии накопления. Разновидности релаксационных генераторов являются мультивибраторы, одновибраторы, блокинг-генераторы и др. Мультивибраторы. Мультивибраторы применяются, когда нет жестких требований вырабатываемых импульсов длительности и частоты повторения. Схема простейшего мультивибратора на дискретных элементах имеет вид: Error: Reference source not found Рис. Схема представляет собой двухкаскадный усилитель с ПОС, замкнутый в кольцевую схему. Если , то мультивибратор называют симметричным. При включении источника питания и вследствии асимметрии плеч мультивибратора, коллекторный ток одного транзистора окажется больше по сравнению с коллекторным током другого тр-ра. При это приведет к возникновению регенеративного процесса. Рассмотренный процесс можно представить в виде символичной записи: Процесс увеличения коллекторного тока и уменьшение Вследствие действия ПОС процесс носит лавинообразный характер и заканчивается переходом в режим насыщения, а - в режиме отсечки. При открытом транзисторе , конденсатор , подключен между базой и эмиттером и поддерживает его в закрытом состоянии. Закрытое состояние будет определяться временем перезаряда конденсатора С1 по цепи: коллектор-эммитер . В то же время происходит зарядка конденсатора С2 по цепи: . Обычно элементы и выбирают так, чтобы процесс зарядки конденсатора протекал быстрее, чем процесс их перезарядки. По мере перезарядки конденсатора С1 напряжение на нем увеличивается и в некоторый момент достигает нулевого значения. С этого момента открывается, его уменьшается и в мультивибраторе замыкается ПОС: Этот процесс заканчивается запиранием и насыщением . Мультивибратор приходит во 2ое квазиустойчивое состояние равновесия, в котором начинается зарядка конденсатора С1 по цепи: и перезарядка конденсатора С2 по цепи: . Графики изменений коллекторных и базовых напряжений мультивибратора будут иметь вид: (рис.) Error: Reference source not found Рис. Время закрытого состояния тр-ра или длительность положительного импульса, снимаемого с выхода 1, определяется перезарядкой конденсатора С2 и рассчитывается по приближенной формуле: Аналогично Период повторения . Мультивибраторы на ИМС. Error: Reference source not found Рис. Каждое плечо мультивибратора следует рассматривать как транзисторный ключ или логический элемент И-НЕ. Предположим, что ЛЭ1 закрыт, а ЛЭ2 открыт. Тогда на выходе1 высокий уровень напряжения и конденсатор С1 заряжается через резистор . Напряжение , создаваемое на резисторе , поддерживает ЛЭ2 в открытом состоянии до тех пор, пока . Пока идет зарядка конденсатора С1, С2 успевает полностью разрядится через выходное сопротивление открытого ЛЭ2 и диод . Когда напряжение достигает порогового значения, ЛЭ2 начнет закрываться. Увеличение напряжения на Вых.2 через С2 будет передано на вход ЛЭ1 и вызовет его отпирание. При этом произойдет уменьшение напряжения на вых.1, которое через конденсатор С1 будет передано на вход ЛЭ2 и приведет к дальнейшему уменьшению протекающего через него ток, то замыкается петля ПОС. Схема мультивибратора на ОУ. Error: Reference source not found Рис. В момент подключения питания , а состояние ОУ неопределенным. Предположим, что в этот момент . Следовательно на неинвертирующем входе действует положительное напряжение , а конденсатор С заряжается через сопротивление R3. При увеличении напряжения на конденсаторе до значения, близкого к , ОУ выходит из состояния квазиустойчивого равновесия т.е. начинается лавинообразный процесс переключения в результате которого на выходе устанавливается напряжение , а на неинвертирующем входе . Конденсатор С начинает перезаряжаться через резистор R3. Error: Reference source not found Рис. Генераторы линейно изменяющегося напряжения. Линейно-изменяющимся или пилообразным напряжением называется электрические колебания, содержащие участки, на которых напряжение изменяется по линейному закону, а затем возвращается к первоначальному уровню. Такое напряжения используется для разверток ЭЛТ, получения временных задержек импульсных сигналов, модуляции импульсов по длительности в системах автоматического регулирования, измерительных приборов, ЭМВ и т.д. Error: Reference source not found Рис. Параметры: -длительность рабочего хода ; -длительность обратного хода ; -амплитуда ; -период повторения Т; -начальный уровень ; -коэффициент нелинейности , характеризующий степень отклонения реального пилообразного напряжения от напряжения, изменяющегося по линейному закону; , где при ; при . Качество работы генератора характеризуется коэффициентом использования напряжения источника питания: . Независимо от практической реализации все ГПН можно представить в виде единой схемы Error: Reference source not found Рис. В исходном состоянии ключ замкнут и на С устанавливается начальный уровень напряжения. . При размыкании ключа конденсатор начинает заряжаться током и напряжение на нем изменяется по экспоненциальному закону: , где - постоянная времени зарядки. Через время напряжение на конденсаторе достигает величины и становится равным . Через время ключ замыкается, и конденсатор разряжается. Напряжение при этом на конденсаторе изменяется по закону где . Схема на биполярном транзисторе Error: Reference source not found Рис. Схема надежна в работе но имеет малые значения и . Действительно , . Обычно и раскладывая в ряд получим . Лекция №11. Триггерные структуры Триггером называют регенеративное устройство с гальваническими связями, имеющего два состояния устойчивого равновесия. Каждое из этих состояний может сохраниться сколь угодно длительное время. Переход из одного состояния в другое осуществляя под воздействием внешнего управляющего напряжения. Перепади выходного напряжения можно принять в качестве запоминающего устройства, которое хранить один разряд числа, представлено в двоичном коде. Триггеры подразделяются на статические и динамические. Статические характеризуются неизменным уровнем выходного напряжения. В динамических триггерах одно из состояний характеризуется наличием на выходе непрерывной последовательности импульсов определенной частоты, а другое отсутствием импульсов. Симметричный триггер на биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями Error: Reference source not found Из графиков видно, что уровни сигнала являются взаимно инверсными. Error: Reference source not found Один из выходов триггера называется прямым и обозначается Состояние триггера называется единичным, если на прямом выходе а на инверсном Вход на который подается сигнал, устанавливающий триггер в состояние обозначается Вход на который подается сигнал устанавливающий триггер в состояние обозначают Такой триггер получил название -триггера. Несимметричный триггер с эмитерной связью Error: Reference source not found Данный триггер имеет два устойчивых состояния. В исходном состоянии закрыт, а – открыт и насыщен. Рассмотрим процессы при поступлении на вход синусоидального напряжения. Когда уровень входного напряжения достигнет транзистор начнет открываться, что приводит к первому опрокидыванию. На резисторе создается напряжение Обычно выбирают Поэтому и Когда напряжение уменьшиться до произойдет второе открытие Error: Reference source not found Структура и классификация интегральных триггеров Интегральные триггеры используются как самостоятельные устройства и, кроме того, входят в состав различных функциональных устройств: счетчиков, регистров, запоминающих устройств. Для преобразования входной информации в требуемую комбинацию управляющих сигналов в триггере имеется устройство управления. Обобщенная структурная схема триггера с устройством управления показана на рисунке. Error: Reference source not found – информационные (логические) входы; – подготовительный вход; – тактовый (синхронизирующий) вход; и – внутренние входы; и – внешние входы; и – внешние выходы. В зависимости от назначения триггера предустановочные и тактовые входе могут отсутствовать в то время как информационные входы имеются в каждом триггере. В зависимости от управляющего устройства триггеры делятся на синхронные и асинхронные. Асинхронные триггеры имеют только логические входы, и в них информация осуществляется в момент ее поступления. В синхронных триггерах запись информации происходит только при поступлении на синхронизирующий (тактирующий вход) дополнительного командного импульса. Асинхронные триггеры используются в качестве коммутаторов, ключей, счетчиков импульсов, делителей частоты следования импульсов. Синхронные триггеры применяются в вычислительной технике. Работой триггеров можно управлять путем изменения уровней входных сигналов, а также фронтами и срезами возникающими при изменении этих уровней. Триггеры, переключающиеся по уровню входных сигналов, называют триггерами со статическим управлением, а по фронтам и срезам – триггерами с динамическим управлением. На схемах триггер изображают прямоугольником, разделенным вертикальной линией на две части: правая часть – основное поле, левая – дополнительное. В основном поле помещаются буква а в дополнительном у каждого входа имеется буква, указывающая на его функциональное назначение. Статические прямые входы и выходы отображают прямыми линиям, а инверсные имеют дополнительный индикатор в виде маленького кружка. Error: Reference source not found Динамические входы обозначают небольшими треугольниками. У прямых динамических входов, вызывающих опрокидывание триггера при изменении уровня сигнала от 0 к 1, острие треугольника направлено внутрь поля, а у инверсных, вызывающих опрокидывание триггера при изменении сигнала от 1 до 0 – наружу. Группа входов, связанная операцией в дополнительном поле отмечается символом логического умножения. Error: Reference source not found Error: Reference source not found Лекция №12. Электронные ключи Электронный ключ – это устройство, которое может находится в одном из двух устойчивых состояний: замкнутом или разомкнутом. Переход из одного состояния в другое в электронном ключе происходит скачком под влиянием входного напряжения или тока. Error: Reference source not found В реальных схемах переключение происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени. Основу электронного ключа составляет нелинейный активный элемент. Простейшая схема транзисторного ключа подобна схеме усилителя, однако она отличается режимом работы транзистора. При работе в ключевом режиме рабочая точка транзистора может находится только в двух положениях: в области отсечки та в области насыщения. Для обеспечения режима отсечки на вход ключа необходимо подать отрицательное напряжение напряжение запертого транзистора равно где – обратный ток коллектора. В режим насыщения транзистор можно привести импульсом положительной полярности. Error: Reference source not found Ток коллектора в режиме насыщения Быстродействие электронного ключа зависит от времени включения и выключения чем выше частотные свойства транзистора, тем выше его быстродействие. Ключи на МДП-транзисторах В ключах на полевых транзистора отсутствуют такой недостаток, как накопление и рассасывание неосновных носителей, поэтому время переключения определения зарядкой и перезарядкой междуэлектродных емкостей. Роль резистора может выполнять полевой транзистор. Error: Reference source not found В ключах на МДП-транзисторах с индуцированным каналом роль выполняет а роль активного элемента Транзистор при подаче на вход положительного напряжения открыт а транзистор закрыт и поэтому При подаче отрицательного напряжения транзистор открывается, а транзистор закрывается. Почти все напряжение падает на большом сопротивлении канала транзистора и Error: Reference source not found Компараторы напряжений Компараторы, или сравнивающие устройства, предназначены для сравнения двух напряжений, поступающие на его входы. Одно из сравниваемых напряжений называется опорным, может быть постоянным или медленно меняющимся, другое имеет относительно большую скорость изменения. В зависимости от знака разности входных напряжений на выходе компаратора устанавливается или или В качестве компараторов широко используется оперативное устройство. Простейшая схема на ОУ показана на рис. Error: Reference source not found Компараторы часто используют для получения прямоугольных импульсов из синусоидального или пульсирующего напряжения. Эти устройства получили название триггеров Шмидта. В триггере Шмидта пороговые уровни переключения из одного состояния в другое, называемое уровнями срабатывания и отпускания не совпадают, как у обычного компаратора. Они различаются на величину, называемую гистерезисом переключения Error: Reference source not found Если то и на неинвертирующий вход с делителя подается напряжение Пока увеличение входного напряжения не вызывает изменения выходного. При достижении входным напряжением значения и дальнейшим его увеличении изменяется полярность напряжения между входами, и на выходе устанавливается напряжение Напряжение при котором происходит скачкообразные изменения выходного называется напряжением срабатывания . После переключения на инвертирующим входе установив отрицательные напряжения При уменьшении входного напряжения до величины полярность выходного напряжения изменяется и величина будет равна Ширина зоны гистерезиса будет равна то есть определяется соотношением резисторов и Значение и можно изменить включив в цепь неинвертирующего входа источник опорного напряжения. Сравнив уравнения для пассивной -цепи и для электронной схемы можно сделать вывод, что электронная схема эквивалентна такой -цепи у которой постоянная времени , то есть в раз меньше чем постоянная времени цепи, непосредственно образованной С и . |