Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка - страница 18

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 

Схема найпростішого ключа на електромеханічному контакті

(реле) та часові діаграми його роботи зображені на рис. 5.4.

'ех

U

ех

R

Ж

"Ж"

Uex

Ключ замкнуто

ж.

Ключ розімкнуто

а) 5) Рис. 5.4 - Ключ на електромеханічному контакті (а) і часові діаграми його роботи (б)

Схема одного з найпростіших діодних ключів та його передатна ха­рактеристика зображені на рис. 5.5 - це паралельний діодний ключ-обмежувач знизу.

Зрозуміло, що точність його роботи визначається параметрами реально­го діода (див. ВАХ на рис. 2.5) - прямим спадом напруги до 1 В і зворотним струмом (пряма гілка ВАХ ідеального ключового елемента збігається з відрізком вісі струму 0 - / , а зворотна - з відрізком вісі напруг 0 - Ux).

2

t

u

ех

U

и

ех

еих

К

U еих

Для того, щоб виключити зв язок між вхідним та вихідним колами і забезпечити підсилення, у якості ключа використовують транзистор. Схема транзисторного ключа зображена на рис. 5.6.

R

VD

-u

ех

R К

U

ех

гг

о

VT

а) б) _

Рис. 5.5 - Діодний ключ (а) Рис. 5.6 -

та його передатна характеристика (б) Транзисторний ключ

Найпростішими колами формування імпульсів (формуючими ко­лами) є диференціюючі та інтегруючі RC-ланцюжки.

У диференціюючого ланцюжка, схема якого зображена на рис. 5.7,а, напруга на виході пропорційна похідній за часом вхідної напруги, як це видно з наступних математичних викладів. Для ідеального випадку:

usux = К

du@x dt (5.5)

тому що

i = C

duc dt ■; (5.6)

ueux = RC

duc dt ■; (5.7)

uc = liex -lieux. (5-8)

лкщо

uc ~ uex, ueux = ur << uex, (5-9)

і забезпечуються умови виконання ланцюжком операції диференцію­вання (а саме:

- для гармонійного сигналу це:

U

еих

R <<­

де w = 2pf f- частота;

- для імпульсного сигналу ­coC

ех

и і

ех

С

X

а)

б)

в)

Т

Рис. 5.7 - Диференціюючий

ланцюжок (а) і часові діаграми його роботи (б), (в)

RC«t,

де і. - тривалість імпульсу), матимемо

ueux = RC

dllgx

dt

(5.10)

де RC = t - стала часу.

Часові діаграми роботи диференцію­ючого ланцюжка наведені на рис. 5.7,б (для трапецеїдальної форми імпульсів) і рис. 5.7,в (для прямокутного імпульсу у випадку, коли реально не виконується умо­ва диференціювання).

У інтегруючого ланцюжка, схема якого зображена на рис. 5.8,а, вихідна на­пруга пропорційна інтегралу за часом від вхідної. Роботу схеми пояснюють на­ступні математичні виклади:

R

Uex

с

U

еих

а)

їй

j иеих1

б)

Рис. 5.8 - Інтегруючий ланцюжок

1

R

u

u

ех

еих

и

еих

и

еих

и

u еих2

ех

1 t

Ки. = ис = C J id при Umx0 = 0 (5.11)

^ 0

= _вх-с (5.12

(порівняйте з інтегратором на ОП - див. пп. 4.6.7); Якщо u<<u , маємо

Іс = (5.13)

(умови виконання ланцюжком операції інтегрування:

1

- для гармонійного сигналу R >> ;

- для імпульсного сигналу RC >> і. ).

U   =-І и dt = І и dt.

вих        Тіґ^ J    ex J вх

(5.14)

Часові діаграми роботи інтегруючого ланцюжка для вхідного імпуль­су прямокутної форми наведені на рис. 5.8,6 (при виконанні умови ін­тегрування - u  , і при її невиконанні - u Д

L J вих\       L вихі'

5.3. Мультивібратори

5.3.1. Загальні відомості

Мультивібратори (від латинського mulium - багато; vibro - коли­ваю) - це релаксаційні автогенератори напруги прямокутної форми (релаксаційний - такий, що різко відрізняється від гармонійного -синусоїдного; автогенератор - пристрій, що генерує незатухаючі коли­вання 6ез запуску ззовні і не має стійких станів).

Виконуються мультивібратори на основі електронних приладів, що мають на ВАХ ділянку з негативним опором (наприклад, тунельні діоди, тиристори), а також на підсилювачах постійного струму з ПЗЗ (позитивними зворотними зв'язками), побудованими на транзисторах, ОП, цифрових і спеціальних ІМС. Електронні прилади в них працюють у ключових режимах.

Мультивібратори можуть працювати у трьох режимах: чекаючому, автоколивальному та режимі синхронізації.

Найчастіше вони працюють у автоколивальному режимі, коли мультивібратор має два квазісталих (нестійких) стани рівноваги і пе­реходить із одного стану в інший самочинно під впливом внутрішніх перехідних процесів. У такому режимі мультивібратор використовується як генератор прямокутної напруги.

У чекаючому режимі мультивібратор має один сталий і один квазі-сталий стани рівноваги. Зазвичай він знаходиться у сталому стані і переходить до квазісталого під дією зовнішнього електричного сигна­лу. Час перебування у квазісталому стані визначається внутрішніми процесами в схемі мультивібратора. Такі мультивібратори використо­вуються для формування імпульсів напруги необхідної тривалості, а також для затримки імпульсів на визначений час. Мультивібратор, що працює у такому режимі, має назву одновібратора.

У режимі синхронізації використовується мультивібратор, що пра­цює в автоколивальному режимі, але його перехід із одного стану в інший забезпечується зовнішньою синхронізуючою напругою. Для його нормальної роботи в цьому режимі необхідно, щоб частота синхронізу­ючого сигналу перевищувала частоту власних коливань. У результаті частота коливань мультивібратора практично не залежить від дестабілі­зуючих факторів, що впливають на його елементи. Використовуються такі мультивібратори для створення генераторів стабільної частоти і при керуванні складними електронними пристроями, робота яких син­хронізована якоюсь зовнішньою дією (наприклад, синхронізація розгорт-ки електронного осцилографа).

Загалом, мультивібратори повинні забезпечувати стабільність час­тоти і довжини імпульсів, а також необхідну (зазвичай мінімальну) три­валість їхніх фронтів.

5.3.2. Мультивібратор з колекторно-базовими зв'язками у автоколивальному режимі

На транзисторах автоколивальний мультивібратор найчастіше бу­дують за симетричною схемою з колекторно-базовими зв'язками. Він являє собою двокаскадний підсилювач з резистивно-ємніснимизв язками, як показано на рис. 5.9,а. кожен з каскадів є каскадом з СЕ зі зміщенням фіксованим струмом бази (див. рис. 3.9). Режим генера­ції забезпечується за рахунок ПЗЗ, що створюється подачею вихідного сигналу другого каскаду на вхід першого, з-за чого підсилювач само-збуджується. Як правило симетричний мультивібратор з колекторно-базовими зв'язками зображують у вигляді наведеному на рис. 5.9,б.

Г-

а)

о +

б)

Ек

U 2

ш

Рис. 5.9 - Мультивюратор з колекторно-оазовими зв язками І хоча такі мультивібратори зараз практично не застосовуються (бо використовують, в основному, мультивібратори виконані на ІМС), вони якнайкраще підходять з точки зору здобуття навиків аналізу роботи імпульсних пристроїв.

Симетрія схеми забезпечується тим, що задають RK1=RKJ та R =R (вони призначені для забезпечення насиченого стану транзисторів), СБ1 = СБ2 (забезпечують зв'язок між каскадами). Відповідно, параметри транзисторів повинні бути повністю ідентичні. І така ідеальна схема буденепрацездатною: обидва транзистори будуть відкриті. Неможливість реально забезпечити абсолютну симетрію і наявність ПЗЗ призводять до того, що після подачі напруги живлення один із транзисторів пов­ністю відкривається, а другий - закривається.

Роботу мультивібратора ілюструють часові діаграми, наведені на рис. 5.10.

"кіі

(Ueuxi)

RK1 RB2

UlKEHac~0,2 В

RK2 RB1

(Ueux2)\

Рис. 5.10 - Часові діаграми роботи мультивібратора з колекторно-базовими зв'язками

15В

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

Отже, мультивібратор має два квазісталих стани:

1 - транзистор VT1 відкритий, а VT2 закритий;

2 - транзистор VT2 відкритий, а VT1 закритий. Уявимо, що початковий стан мультивібратора такий: ^Пвідкритий

(знаходиться у режимі насичення), а VT2 закритий (знаходиться у ре­жимі відтинання). При цьому і надалі:

1) через VT1 і RR1 від Ек протікає колекторний струм насичення ІК1;

2) через RE1 і базо-емітерний перехід VT1 протікає струм бази ІБ1, який утримує VT1 у режимі насичення (маємо схему зміщення фіксо­ваним струмом бази);

3) конденсатор СБ1 заряджається струмом І1зар від Ек через RK2 і базо-емітерний перехід VT1;

4) конденсатор СБ2 заряджений із вказаною на схемі полярністю до напруги, рівної Ек (у попередньому такті роботи схеми), і через VT1 (замкнений ключ) підімкнений до нульової точки, за рахунок чого че­рез нього протікає струм І від Ек через RE2; цей струм намагається перезарядити СБ2 від напруги - Ек до напруги +Ек при цьому негативна напруга з СБ2 подається на базу VT2 відносно його емітера і утримує транзистор у закритому стані (розімкнений ключ);

5) процес перезаряду конденсатора СБ2 триває доти, доки напруга на ньому не перетне нульового рівня і не стане вищою за порогову напругу базо-емітерного переходу транзистора VT2 иБЕшс » 0,6 В, після чого потече базовий струм VT2 і він почне відкриватися;

6) через VT2, що перейшов у активний режим, конденсатор СБ1 обкладкою «+» підмикається до нульової точки, і негативна напруга з СБ2 подається на базу VT1 відносно його емітера, закриваючи тран­зистор;

7) як тільки VT1 починає закриватися, збільшується позитивна на­пруга на його колекторі і починає заряджатися СБ2 від Ек через RK1 і базо-емітерний перехід VT2, за рахунок чого останній відкривається ще більше - діє ПЗЗ: розвивається лавиноподібний регенеративний процес, після закінчення якого VT1 повністю закривається, а VT2 відкривається і мультивібратор переходить до свого другого квазі-сталого стану.

Далі процеси у схемі протікають аналогічно, тільки тепер заряджаєть­ся СБ2, а перезаряджається СБ1.іаким чином, пристрій фактично працює за рахунок автоматичної комутації конденсаторів ключами-транзисторами. Умовами працездатності мультивібратора є:

rk2 сб1 < ^2сб2;    rk1 сб2 < ^1сб1; rk1b1 > rб1; RK2b2 > RE2 . (5-15)

Тривалість імпульсів, що знімаються з колекторів транзисторів VT1 або VT2, становить відповідно

І1 »0,7^1сб1; t2 » 0,7REfEr (5Л6)

Період надходження імпульсів:     Т= t1+ t2 .

Для симетричної схеми: Т » 1,4R С, (5-17)

де R = ^r^2; С = СбГСб2-

Співвідношення величин t1 і t2 (шпаруватість) можна змінювати, по­рушуючи симетрію схеми: наприклад, збільшуючи опір R і пропорцій­но зменшуючи опір R При цьому тривалість періоду залишається незмінною.

Якщо змінювати опір тільки одного з резисторів або ємність конден­сатора, то при постійній тривалості імпульсу (або паузи) будуть зміню­ватись період і шпаруватість.

Недоліком розглянутої схеми є значно спотворений передній фронт генерованих імпульсів (він являє собою експоненту). Це відбувається через те, що вихідним сигналом пристрою є напруга, що знімається з транзисторного ключа і під'єднаного паралельно до нього конденсато­ра - фактично це є напруга на конденсаторі, що заряджається.

Скоротити тривалість фронтів (час заряду конденсаторів) можна, наприклад, зменшивши величину колекторних резисторів RK1 і RK2. Але це призведе до значних енергетичних втрат: через транзистори у ре­жимі насичення буде протікати значний струм.

Оскільки причиною спотворення є процес заряду конденсаторів, то забезпечити якість генерованих імпульсів можна, відмикаючи колек­тори транзисторів від кіл заряду конденсаторів. Для цього в схему муль­тивібратора необхідно ввести допоміжні ключі - наприклад, діоди VD1 і VD2, як це показано на рис. 5.11. Для створення кіл заряду конденсато­рів тут введено резистори R1 і R2. У результаті, діодні ключі відмикають

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 


Похожие статьи

Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка