- •Предисловие
- •I. Электронные ключи
- •Глава 1. Электронный ключ на биполярном транзисторе
- •1.1. Статические свойства ключа
- •1.1.1. Режим отсечки
- •1.1.2. Режим насыщения
- •1.2. Динамические свойства ключа
- •1.2.1. Время задержки
- •1.2.2. Время положительного фронта
- •1.2.3. Накопление носителей
- •1.2.4. Время рассасывания
- •1.2.5. Время среза
- •Глава 2. Повышение быстродействия ключей на биполярных транзисторах
- •2.1. Переключатели тока на биполярных транзисторах
- •Глава 3. Ключи на полевых транзисторах
- •Часть вторая исследование ключа на транзисторе
- •1. Цель работы
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Методические указания
- •4. Предварительное расчётное задание
- •5. Рабочее задание
- •5.1. Исследовать ключевую схему на биполярном транзисторе
- •II. Простейшие комбинационные
- •Интегральные микросхемы
- •Часть первая
- •Логические интегральные схемы
- •Глава 1. Основные параметры логических схем
- •1.1. Транзисторно-транзисторная логика
- •1.2. Эмиттерно-связанная логика
- •Часть вторая исследование интегральных логических элементов
- •1. Цель работы
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Методические указания
- •4. Предварительное расчётное задание
- •5. Рабочее задание
- •5.1. Исследование ключевых схем на интегральных логических элементах (илэ) (по выбору преподавателя).
- •6. Контрольные вопросы
- •Глава 1. Триггеры на интегральных микросхемах
- •1.1. Общие сведения и классификация
- •1.2. Триггеры rs-типа
- •1.3. Триггеры d-типа
- •1.4. Триггеры, управляемые перепадом синхроимпульса
- •1.5. Триггеры т-типа
- •Глава 2. Регистры
- •Глава 3. Счётчики импульсов
- •Часть вторая исследование схемы универсального регистра
- •1. Цель работы
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Предварительное расчётное задание
- •4. Рабочее задание
- •5. Контрольные вопросы
- •3. Предварительное расчётное задание
- •4. Рабочее задание
- •5. Контрольные вопросы
- •Регистра интегральные счётчики в программной среде ewb
- •IV. Генераторы прямоугольных импульсов
- •Глава 1. Общие сведения о работе генераторов
- •1.1. Мультивибратор на биполярных транзисторах
- •Мультивибратора
- •1.2. Интегральный аналог дискретного mb
- •Примером такой практической реализации являются выпускаемые интегральные мв на микросхемах 119гг1,2 серий 119 (1гф192а - 1гф192в, к1гф192) и 218 (2гф181, к2гф181).
- •1.3. Мультивибраторы на илэ
- •1.3.1. Мультивибраторы симметричного вида
- •1.3.2. Мультивибраторы несимметричного вида
- •1.4. Мультивибратор на операционном усилителе
- •1.5. Ждущие мультивибраторы
- •1.6. Таймеры
- •Часть вторая исследование схем мультивибраторов
- •1. Цель работы
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Предварительное расчётное задание
- •4. Рабочее задание
- •Мультивибраторы в программной среде ewb
- •Глава 1. Укоротители импульсов на илэ
- •Глава 2. Расширители импульсов на илэ
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Предварительное расчётное задание
- •4. Рабочее задание
- •5. Контрольные вопросы
- •VI. Генераторы линейно изменяющегося
- •Глава 1. Разновидности генераторов линейно изменяющегося сигнала
- •1.1. Глин с токостабилизирующим элементом
- •1.2. Глин с компенсирующей эдс
- •1.3. Глин на операционном усилителе
- •1.4. Автогенератор с компаратором
- •Часть вторая исследование параметров схем глиНов
- •1. Цель работы
- •2. Описание лабораторной установки
- •3. Предварительное расчётное задание
- •4. Рабочее задание
- •Часть третья генераторы линейно изменяющегося напряжения в программной среде ewb
- •Библиографический список
1.1. Глин с токостабилизирующим элементом
Одним из способов улучшения линейности выходного сигнала является введение в схему отрицательной ОС, которая реализуется в виде токостабилизирующего элемента.
Т окостабилизирующий элемент (трёх- или четырехполюсник) реализуется на биполярном транзисторе, включённого по схеме с ОБ (рис. 6.4).
При замкнутом положении ключа происходит зарядка конденсатора С от источника питания ЕП через резистор RКЛ, характеризуемая временем, которое является нерабочим, то есть временем обратного хода:
.
Конденсатор при этом заряжается до максимального напряжения:
.
При разомкнутом положении ключа происходит разрядка конденсатора С через токостабилизирующий транзистор VТ и источник ЕЭ. Ток разрядки (ток коллектора транзистора) находится как: .
Так как коэффициент , обратный ток , ток мал вследствие большого сопротивления , то ток разрядки конденсатора будет иметь почти постоянное значение равное: .
Нелинейность выходного сигнала связана с перечисленными упрощениями и находится следующим образом. На основании общей формулы для коэффициента нелинейности выходного напряжения КН, можно записать:
.
Согласно формуле для получения линейного напряжения при постоянном токе через конденсатор нужно . При времени напряжение на конденсаторе будет максимальным и равным . Найдя значение и, подставив его в приведённое выражение КНЕЛ, получим формулу для коэффициента нелинейности в схеме с токостабилизирующим элементом:
.
Оптимальное время рабочего хода находится как:
.
На рис. 6.5 представлена схема генератора ЛИН с токостабилизирующим элементом на транзисторе VТ1, работающая в ждущем режиме.
На транзисторе VТ2 выполнена схема ключа, на базу которого подаётся запускающий сигнал UЗАП, и время его действия будет определять длительность рабочего хода tРАБ схемы ЛИН.
Режим насыщения транзистора VТ2 обеспечивается резистором RК.
Д ля создания ЛИН большой мощности используется другой вариант схемы с отрицательной ОС (рис. 6.6).
Т ранзистор VТ1 является ключевым и находится в цепи запуска схемы ГЛИН. Транзистор VТ2 работает в активном режиме и является токостабилизирующим.
Зарядка хронирующего конденсатора С происходит по цепи: источник питания +ЕП, резистор RК, участок база-эмиттер транзистора VТ2. При этом будет равно:
При закрытом ключе (транзистор VТ1) происходит разрядка хронирующего конденсатора С по цепи: участок коллектор–эмиттер транзистора VТ2, заземлённый корпус схемы, источник питания +ЕП, резистор RБ1.
Коэффициент нелинейности выходного сигнала определяется выражением: . Временные показатели для схемы выражаются следующими значениями: – оптимальное время рабочего хода; .
1.2. Глин с компенсирующей эдс
Е сли в процессе зарядки конденсатора С через резистор R в схему вводится компенсирующая ЭДС в виде положительной обратной связи (ПОС), то на выходе схемы будет линейно растущее напряжение. Функциональная и эквивалентная схемы такого генератора представлены на рис. 6.7.
С целью введения ПОС в качестве каскада, передающего изменение напряжения на конденсаторе UС(t), используется повторитель напряжения К с коэффициентом передачи . А так как выходное напряжение повторителя будет являться компенсирующей ЭДС, вводимой в цепь зарядки конденсатора С, то ток в последнем при зарядке становится постоянным.
Ток зарядки конденсатора будет равен:
без обратной связи , то есть непостоянен;
при введении ПОС , а так как и при , ток при зарядке будет постоянен.
Принципиальная электрическая схема генератора с компенсирующей ЭДС приведена на рис. 6.8.
В исходном состоянии конденсатор С будет разряжен до напряжения близкого к нулю через малое выходное сопротивление элемента DD1, выполняющего роль элемента согласования. При разомкнутом ключе Кл. в схеме ГЛИНа ПОС отсутствует. При подачи сигнала запуска UЗАП увеличивается выходное сопротивление элемента DD1, и конденсатор С заряжается от источника напряжения ЕП1 через диод VD1 и резистор R. Повторитель напряжения на ОУ (элемент DA1) обеспечивает на выходе схемы повторение изменяющегося напряжения на конденсаторе С, кот орое меняется по нарастающей экспоненте.
При замыкании ключа "Кл." в схему вводится ПОС. В исходном состоянии, до подачи сигнала запуска UЗАП, происходит зарядка конденсатора СЕ через диод VD1 и малое выходное сопротивление элемента DA1. По окончании зарядки диод закрывается, и напряжение на конденсаторе окажется равным:
.
При подаче входного сигнала закрывается элемент VD1, конденсатор С начинает заряжаться через резистор R от источника напряжения на конденсаторе СЕ равным . По мере его заряда растёт напряжение на выходе DA1, повторяя изменение напряжения на конденсаторе С и удерживая диод VD1 в закрытом состоянии. Так как эти изменения создают в схеме ГЛИНа ПОС, то зарядка хронирующего конденсатора С осуществляется постоянным током от источника напряжения в течение всего времени действия сигнала запуска.
Процесс зарядки конденсатора С продолжается до окончания времени действия запускающего импульса tЗАП, которое определяет длительность рабочего хода tРАБ схемы ЛИН (рис. 54). Если ёмкость СЕ будет велика (СЕ≥10С), то изменение напряжения на ней будет несущественным за время действия tЗАП. По окончании tЗАП элемент DD1 открывается, и происходит процесс восстановления схемы, определяемый значением tОБР.
Линейность изменения выходного сигнала можно оценить по классической формуле или по формуле, включающей основные причины, вызывающие нелинейность выходного напряжения:
.
Каждая из этих составляющих оценивается согласно выражениям:
- составляющая коэффициента нелинейности, связанная с неидеальностью схемы повторителя на ОУ;
– собственный коэффициент усиления операционного усилителя;
- составляющая коэффициента нелинейности, связанная с соотношением ёмкостей конденсаторов в схеме;
,
где - составляющая,
зависящая от соотношения величин сопротивлений.
Так как схема генератора работает в ждущем режиме, и параметры выходного ЛИН зависят от длительности запускающего импульса tЗАП, то с целью оптимизации формы выходного импульса вводится понятие оптимального времени рабочего хода . Этот параметр определяется на выходе схемы и зависит от длительности сигнала запуска (рис. 6.9).
Оптимальным временем рабочего хода является такая длительность сигнала запуска , при которой на выходе схемы при максимально возможной амплитуде форма выходного сигнала не имеет изломов.
Д ля схемы генератора с компенсирующей ЭДС оптимальное время рабочего хода равно:
.
Время обратного хода равно:
.
В данной схеме влияние подключаемой нагрузки будет мало, так как ЛИН снимается с выхода повторителя напряжения на DA1, у которого, как известно, выходное сопротивление мало.