ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ И АТТЕНЮАТОРЫ
Электронные ключи и аттенюаторы - это устройства, предназначенные для изменения величины сигнала. Ключи скачком включают или выключают сигнал, не изменяя его уровня. Аттенюаторы позволяют плавно менять величину сигнала. Подобную операцию можно производить механическим путем, используя различные выключатели и переменные сопротивления, или электромеханическим – используя электромагнитные реле. Здесь рассматриваются чисто электронные устройства, не использующие механических подвижных устройств. Одни и те же электронные устройства при
| различных режимах работы в зависимости | от типа | специального |
| управляющего сигнала могут использоваться | в качестве | и ключей, и |
аттенюаторов. Подобные устройства могут создаваться самыми разными способами. Рассмотрим только те из них, у которых управляющий сигнал не создает на выходе заметных помех (так называемых - коммутационных помех).
86
Резисторный оптрон.
Рассмотрим электронное устройство, которое называется «резисторный оптрон». Его схема представлена на рисунке 10.1.
Рисунок 10.1
Резисторный оптрон состоит из излучателя света (светодиода) и приемника света (фотосопротивления). Резисторный оптрон выпускается промышленностью в пакетированном виде и оформляется в корпусе, подобном корпусу транзистора, но с четырьмя внешними выводами. В цепь светодиода подается управляющий ток. При отсутствии тока фоторезистор имеет очень большое сопротивление, достигающее 100 мегом. Если фотосопротивление включить последовательно с источником сигнала, то практически получается разрыв этой цепи при отсутствии управляющего тока. С появлением тока, в зависимости от величины его, сопротивление фоторезистора уменьшается. Таким образом, если управляющий ток изменяется плавно, то резисторный оптрон выполняет функцию аттенюатора, а если управляющий ток появляется и исчезает скачком, то резисторный оптрон работает в режиме электронного ключа. В этом устройстве управляющая и исполнительная цепи связаны через световой поток. Поэтому коммутационная помеха полностью отсутствует. Широкому применению резисторного оптрона препятствует его низкое быстродействие, связанное с инерционностью фотосопротивления. В справочнике для одного из отечественных резисторных оптронов указано время релаксации 0,25 секунды. Это очень большая величина и поэтому быстрое управление величиной сигнала невозможно. В связи с низким быстродействием
|
|
|
87
оказалось возможным выпускать резисторные оптроны не со светодиодом, а с миниатюрной лампочкой накаливания в качестве источника света. Известны быстродействующие диод-диодные и диод-транзисторные оптроны. Но они создают очень большой уровень коммутационных помех и для управления величиной аналогового сигнала непригодны.
|
|
|
Быстродействующие электронные ключи и аттенюаторы строятся на основе обычных биполярных и полевых транзисторов. Коммутационная помеха в этих устройствах присутствует, но специальными мерами ее можно снизить до приемлемого уровня.
Ключ на биполярном транзисторе.
В ряде случаев с успехом можно использовать ключ на биполярном транзисторе. Простейшая схема такого ключа показана на рисунке 10.2.
Рисунок 10.2
Внешне схема похожа на обычный транзисторный усилитель, однако напряжение питания на схему не подается. Рассмотрим свойства этой схемы. Первое состояние ключа – транзистор заперт. Как будто транзистора нет. При этом сигнал подается на коллектор транзистора через резистор R и далее поступает в нагрузку (непоказанную на схеме). Поскольку выходная цепь транзистора вместе с входной цепью нагрузки имеет некоторую паразитную емкость относительно земли, на высоких частотах сигнал будет уменьшаться (см. рисунок 10.3). Верхняя частотная граница полосы пропускания будет
|
|
|
88
зависеть от величины паразитной емкости, сопротивления R и входного сопротивления нагрузки. Ориентировочно, такая схема может пропускать сигналы до нескольких мегагерц.
Рисунок 10.3
Чтобы запереть транзистор необходимо подавать в цепь базы запирающее отрицательное напряжение, так как при возможной отрицательной полярности входного сигнала коллекторный переход транзистора, работающий как диод (подключенный катодом к коллектору, а анодом к базе) будет отпираться и транзистор будет незапертым. Отрицательное напряжение, приложенное к базе относительно эмиттера, ограничено напряжением пробоя эмиттерного перехода. Для разных маломощных транзисторов напряжение пробоя может составлять от 3 до20 вольт. Это напряжение ограничивает величину выходного напряжения ключа при запертом транзисторе.
Рассмотрим теперь свойства ключа при открытом транзисторе. Транзистор не только должен быть открыт, но и работать в состоянии глубокого насыщения, когда ток базы превышает ток коллектора. В этом состоянии промежуток коллектор – эмиттер представляет собою низкоомное сопротивление. Для маломощных транзисторов оно может составлять от 2 до
|
|
|
89
10 Ом. Если выбрать добавочное сопротивление R величиной в несколько килоом, то напряжение на выходе усилителя уменьшится, примерно в 1000 раз. В ряде случаев можно считать, что выходной сигнал отключен. Но если этого не достаточно, то последовательно с первым ключом можно подключить второй такой же ключи и сигнал уменьшится уже в миллион раз.
Рисунок 10.4
Рассмотрим вид и уровень коммутационных помех. На рисунке 10.4 показаны коммутационные помехи в чистом виде, то есть когда входной сигнал отсутствует, а ключ периодически переводится из одного состояния в другое, а ключевой транзистор - из проводящего состояния в запертое. Коммутационная помеха имеет вид кратковременных всплесков напряжения с амплитудой порядка 100 мВ и длительностью порядка 1 мкс, вызванных перезарядкой емкости коллекторного перехода транзистора в момент резкого изменения потенциала базы. Кроме того, после окончания перезарядки в проводящем состоянии транзистора на выходе наблюдается постоянный уровень напряжения, вызванный отсутствием гальванической развязки между базой и коллектором транзистора, когда некоторые не основные носители тока из базы могут попасть в цепь коллектора. Насколько эти коммутационные помехи могут быть нежелательными нужно решать в каждом конкретном случае отдельно.
90
Рисунок 10.5
Ключ на биполярном транзисторе удобно применять в тех случаях, когда нужно электрическую цепь, либо соединить с общим проводником, либо отсоединить от него. Пример подобного применения показан на рисунке 10.5.
Ключ в данной схеме скачкообразно изменяет резонансную частот колебательного контура, отключая и подключая к катушке индуктивности еще один конденсатор.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1406; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!