Ключи на биполярных транзисторах.
Простейшая схема транзисторного ключа подобна схеме транзисторного усилителя, однако она отличается режимом работы транзистора. При работе в ключевом режиме рабочая точка транзистора может находиться только в двух положениях: в области отсечки (транзистор закрыт) и в области насыщения (транзистор открыт и насыщен). Такие ключи называют насыщенными транзисторными ключами. Иногда применяются ключи, в которых рабочая точка при открытом транзисторе находится в активной области (обычно вблизи области насыщения, но не достигает ее). Такие ключи называют ненасыщенными. Чаще применяются транзисторные насыщенные ключи, так как у них в состоянии «Включено» выходное напряжение имеет более низкий уровень и отличается большей стабильностью.
Для обеспечения режима отсечки на вход ключа необходимо подать отрицательное напряжение Uвх = - Е1 (или положительное для р-n-pтранзистора). Через транзистор и резистор Rб будут протекать обратные токи IКБО и IЭБО. Учитывая, что IЭБО << IКБО, можно считать, что через резистор R б протекает лишь ток IКБО. Напряжение IКБО∙ R б является отпирающим для транзистора, так как плюсом подключается к базе. Чтобы транзистор оставался закрытым, необходимо выполнить условие
UБЭ= -Е1+ IКБО∙ R б < 0
Режим отсечки характеризуется точкой А на выходной нагрузочной характеристике.
Для перехода транзистора в режим насыщения на вход ключа необходимо подать такое положительное напряжение E2, при котором в цепи базы создается ток IБ ≥ IБнас,
|
|
|
где IБнас — ток базы на границе между активным режимом и режимом насыщения (точка В на рисунке).
В режиме насыщения коллекторное напряжение UКЭнас остается положительным по отношению к эмиттеру, но имеет очень малое значение (десятые доли вольта для германиевых транзисторов и 1... 1,5 В для кремниевых).
Быстродействие электронного ключа зависит от времени включения и выключения.
Время включения определяется временем задержки, обусловленным инерционностью диффузионного движения неосновных носителей заряда в базе БТ, и временем формирования фронта выходного напряжения. Время выключения складывается из времени рассасывания накопленных в базе неосновных носителей заряда и времени формирования среза выходного напряжения.
Для увеличения быстродействия транзисторного ключа применяют высокочастотные транзисторы.
Ключи на МДП-транзисторах.
В ключах на полевых транзисторах отсутствует такой недостаток, как накопление и рассасывание неосновных носителей, поэтому время переключения определяется зарядкой и перезарядкой междуэлектродных емкостей. Роль резистора RС могут выполнять полевые транзисторы. Это значительно облегчает технологию производства интегральных ключей на полевых транзисторах.
|
|
|
При подаче на вход положительного напряжения Е1 транзистор с индуцированным каналом p-типа закрывается, выходное напряжение близко к ЕС.
При поступлении на вход отрицательного напряжения Е2 транзистор открывается, его сопротивление падает и выходное напряжение близко к 0.
Графики изменений входного (а) и выходного (б) напряжений электронных ключей на МДП-транзисторах.
КОМПАРАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЙ
Компаратор, или сравнивающее устройство, предназначен для сравнивания двух напряжений, поступающих на его входы. Одно из сравниваемых напряжений, называемое опорным, может быть постоянным или медленно меняющимся, другое обычно имеет относительно большую скорость изменения. В зависимости от знака разности входных напряжений на выходе компаратора устанавливается максимальный (Uвых max) или минимальный (Uвых min) уровень напряжения.
Компараторы применяются в устройствах временной задержки импульсов, для получения перепадов напряжений или импульсов малой длительности, измерения фазы синусоидальных колебаний и других целей.
|
|
|
В качестве компараторов широко используются интегральные ОУ. Большой коэффициент усиления интегрального ОУ обеспечивает установление высокого или низкого уровня выходного напряжения при незначительном отличии входных напряжений, т. е. изменение уровней Uвых происходит при Uвх1 - Uвх2 ≈0.
Простейшая схема компаратора на ОУ показана на рисунке а. Входное напряжение подано на инвертирующий, а опорное — на неинвертирующий вход. Если Uвх<Uоп, то входное напряжение ОУ Uо < 0 и Uвых = U вых max. При Uвх>Uоп напряжение Uо > 0 и Uвых = U вых min. Полярность выходного напряжения изменяется при переходе входного напряжения через значение Uоп и ввиду большого значения коэффициента усиления носит ступенчатый характер. Передаточная характеристика такого компаратора показана на рисунке б. Если поменять местами источники Uвх и Uоп или изменить их полярность, то произойдет инверсия передаточной характеристики.
Условное обозначение компаратора напряжения приведено на рисунке в.
Триггер Шмитта
Широкое применение получили компараторы на ОУ с положительной ОС, известные под названием триггеров Шмитта, или пороговых устройств. В триггере Шмитта пороговые уровни переключения ОУ из одного состояния в другое, называемые уровнями срабатывания Uсрб иотпускания Uотп, не совпадают, как у обычного компаратора.
|
|
|
На рисунке показана схема триггера Шмитта на ОУ (а), его передаточная характеристика (б) и условное графическое обозначение (в).
при Uon = 0. Если «вх < 0,
Если Uвх<0, то Uвых= Uвых max и на неинвертирующий вход с делителя R1R2 подаётся напряжение
= 
R2 = Uсрб
Пока Uвх < 
увеличение входного напряжения не вызывает изменение выходного. При достижении входным напряжением значения 
и дальнейшем его увеличении изменяется полярность напряжения U 1 между входами и на выходе ОУ напряжение скачком устанавливается на уровне Uвых min. Напряжение Uвх, при котором происходит скачкообразное изменение уровня выходного напряжения, называют напряжением (илипорогом) срабатывания Uсрб. После переключения на неинвертирующем входе устанавливается отрицательное напряжение
= 
R2 = Uотп
При уменьшении напряжения Uвх выходное напряжение поддерживается на отрицательном уровне Uвых min до тех пор, пока напряжение Uвх больше напряжения 
. При достижении входным напряжением Uвх значения . и дальнейшем его уменьшении изменяется полярность напряжения U1, и на выходе ОУ напряжение скачком устанавливается на максимальном положительном уровне Uвых max . Напряжение ., при котором происходит повторное изменение уровня выходного напряжения, называют напряжением отпускания Uотп.
Рассмотренный триггер Шмитта называют инвертирующим, так как у него за пределами зоны гистерезиса полярность выходного напряжения противоположна полярности входного.
Триггер Шмитта часто используют для получения прямоугольных .импульсов из синусоидального напряжения.
Схема неинвертирующего триггера Шмитта на ОУ (а), его передаточная характеристика (б) и условное графическое обозначение (в).
Антидребезговый формирователь перепадов напряжения
Иногда возникает необходимость получения одиночных импульсов или перепадов напряжения. Применение в таких случаях простых механических ключей (переключателей, кнопок, тумблеров и т. п.) невозможно из-за наличия у них «дребезга» контактов, который проявляется в их многократных замыканиях и размыканиях. В результате «дребезга» контактов образуются импульсные помехи, нарушающие нормальную работу импульсных устройств, выполненных на цифровых (логических) ИМС. Для устранения влияния «дребезга» применяют специальные устройства.
На рисунке показана схема антидребезгового формирователя одиночного отрицательного импульса.
В таком устройстве колебания напряжения на входе триггера Шмитта во время «дребезга» сглаживаются интегрирующей цепью R2C. При замыкании контактов кнопки S начинается зарядка конденсатора. При UC=Uсрб происходит переключение триггера во второе устойчивое состояние, в котором он будет находиться до отпускания кнопки. После отпускания кнопки конденсатор разряжается через резисторы R2 и R1. Когда напряжение на нём уменьшается до напряжения отпускания Uотп , триггер возвращается в первоначальное состояние.
АМПЛИТУДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ
Амплитудным ограничителем называют четырехполюсник, у которого выходное напряжение повторяет форму входного напряжения до тех пор, пока последнее не достигнет порога ограничения, и практически остается постоянным при изменении входного напряжения за пределами этого уровня.
Амплитудные ограничители можно выполнить на диодах или транзисторах. Наибольшее распространение получили диодные ограничители.
Диодные ограничители бывают последовательные и параллельные.
В последовательных диодных ограничителях диод включается последовательно с сопротивлением нагрузки R. Во время положительного полупериода синусоидального входного напряжения U1 диод VD открыт, его сопротивление мало по сравнению с сопротивлением нагрузки R и почти все входное напряжение выделяется, на нагрузке. В данном случае имеет место ограничение «снизу» на нулевом уровне.
Если поменять местами выводы диода, то диод будет пропускать ток во время отрицательного полупериода входного напряжения. Получается ограничение «сверху» на нулевом уровне.
Ограничение входного напряжения можно осуществить на уровне, отличном от нулевого. Для этого в ограничитель вводят дополнительный источник питания. Например, ограничитель, схема которого показана на рисунке, осуществляет ограничение снизу на уровне Е. Если поменять местами подключение выводов диода, получится ограничение сверху на уровне Е. С помощью такого ограничителя можно осуществлять селекцию импульсов по амплитуде.
В параллельном диодном ограничителе диод включается параллельно нагрузке. Ограничение «снизу» или «сверху» определяется способом подключения выводов диода.
При полярности входного напряжения, соответствующей открытому состоянию диода VD, малое сопротивление диода шунтирует нагрузку, вследствие чего выходное напряжение близко к нулю.
Чтобы ограничение происходило на некотором уровне, отличном от нуля, в ограничитель добавляют дополнительный источник.
Для получения двустороннего ограничения объединяют два параллельных диодных ограничителя. С помощью такого ограничителя из синусоидального напряжения получают импульсы трапецеидальной формы.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 34; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!