2.4 Контрольні питання.

1. Насичений режим біполярного транзистора (БТ), його особливості.

2. Умови і параметри сигналів, що характеризують режим відсічки БТ.

3. Охарактеризуйте три стадії перехідного режиму транзисторного ключа (ТК).

4. Як впливає коефіцієнт насичення ТК на його швидкодію ?

5. Які існують способи підвищення швидкодії ТК ?

6. Переваги компенсаційно-інверсного вмикання двох ТК.

7. Переваги ключів на польових транзисторах.

8. Статичні і динамічні режими паралельного ключа на МОН – транзисторах.

Статичні і динамічні режими послідовно-паралельного ключа на КМОН – транзисторах.

3 Генератори імпульсів і перетворювачі напруга-Частота

3.1 Транзисторний мультивібратор

Для отримання прямокутних імпульсів з крутими фронтами використовуються релаксаційні генератори. Такі генератори мають хоча б один реактивний елемент. За допомогою таких генераторів отримують не тільки імпульси прямокутної форми, але й пилоподібної та трикутної форми. Частіше для цього використовують мультивібратори.

Мультивібратор – це багатоколивальний генератор, в якому умова фаз та амплітуд виконується не для одної гармоніки, а для цілої їх сукупності.

Мультивібратори можуть функціонувати в таких режимах:

1. автоколивальному;

2. очікування;

3. синхронізації та поділу частоти.

Основна схема мультивібратора (автоколивальний режим) представлена на рис. 3.1.

Рисунок 3.1. Транзисторний мультивібратор

Нехай транзистор насичений, закритий, при цьому конденсатор заряджений до (зліва “-“, справа “+”). Конденсатор також заряджений до (зліва “+“, справа “-”). Такий стан триває недовго. Конденсатор перезаряджається за колом: .

В той момент часу, коли потенціал лівої обкладинки стає більше нуля ( ), починає відкриватися, а закриватися. Розвивається лавиноподібний процес, внаслідок чого насичується, закриваєтся. При цьому у базовому колі є стрибок струму із-за заряду конденсатора за колом: - спільна шина.

Після цього конденсатор заряджається за колом: - спільна шина.

Фронт імпульсу формується пологим через те, що коли закривається транзистор VT2, то необхідно зарядитися конденсатору за колом: .

Робота мультивібратора протягом одного повного періоду описується часовими діаграмами за рис. 3.2.

Рисунок 3.2. Діаграма функціонування транзисторного мультивібратора

Основні співвідношення для мультивібратора

Режим для постійного струму:

, -струми насичення транзисторів VT1, VT2.

, - розрахункові співвідношення між базовими і колекторними резисторами (S – коефіцієнт насичення транзистора).

Часові співвідношення:

Конденсатор C₂, приєднаний до колектора насиченого транзистора, перезаряджается за експоненційним законом від напруги - до + . Це можна описати рівнянням:

,

де - стала часу перезаряду конденсатора С₂.

Таким чином, тривалість імпульсу визначається часом перезаряду конденсатора(в даному випадку С₂), який забезпечує закритий стан транзистора VT1. Цей час можна визначити, маючи на увазі, що при t=t_і1 потенціал бази транзистора VT1 (рис 3.3).

Тобто, .

Після нескладних перетворень:

Аналогічно знаходимо, що

Очевидно, що період коливань .

Тоді частота коливань мультивібратора

Для симетричного мультивібратора, в якого щілинність імпульсів Q=2:

, .

Звідси , а частота коливань

.

Тривалість переднього фронту імпульса визначається часом заряду конденсатора через колекторний резистор того ж плеча. Оскільки він заряджається за експоненційним законом майже повністю за час, рівний 3τ, то .

Максимальна частота коливань мультивібратора f_max обмежена частотними властивостями транзистора: f_β≈0,7f_max.

Зріз імпульсу також залежить від f_β транзистора: .

Порядок розрахунку мультивібратора:

Дано: частота коливань мультивібратора f_МВ, амплітуда вихідних імпульсів U_A, фронт імпульсу t_фр, зріз імпульсу t_зр.

Розрахунок:вибираємо із співвідношення .

Вибираємо тип транзистора з умови . Для надійної роботи транзистора необхідно виконувати умову .

Розраховуємо , задаючись струмом насичення транзистора і .

Із формули частоти мультивібратора знаходимо . Вони однакові, якщо щілинність імпульсів Q=2.

Робимо перевірку для .