ТЕМА 5.3 Імпульсні генератори
МЕТА:
- навчальна: ознайомити студентів з імпульсними генераторами;
- розвиваюча: розширити світогляд студентів, поглибити вивчене для систематизації та узагальнення фундаментальних знань щодо імпульсних генераторів; розвивати вміння самостійно застосовувати знання до вирішення практичних завдань;
- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:
ОБЛАДНАННЯ: дошка, схеми, таблиці істинності
ПЛАН
1 Мультивібратори.
2 Блокінг – генератор.
3 Генератор пилкоподібних імпульсів.
ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ
МУЛЬТИВІБРАТОРИ
Релаксаційні генератори – це пристрої, форма вихідної напруги яких різко відрізняється від синусоїдальної.
В основі роботи релаксаційних генераторів лежить періодичне накоплення енергії від джерела постійного струму у ємності або індуктивності та виділення її у вигляді теплоти на резисторах схеми. Переключення з процесу накоплення на процес виділення здійснюється за допомогою ключового пристрою, який спрацьовує у той момент коли в накоплювачі досягнуто заданого рівня енергії (напруги).
Керування ключовим пристроєм здійснюється за допомогою додатнього зворотнього зв'язку (ДЗЗ). Як накоплювач найчастіше використовують конденсатор, а функцію ключа – аперіодичний підсилювач, який працює в режимі переключення.
До релаксаційних генераторів відносяться: мультивібратори, генератори пилкоподібних імпульсів, блокінг генератори.
|
|
|
Мультивібратор – це релаксаційний генератор імпульсів майже прямокутної форми.
Мультивібратори працюють у трьох основних режимах: автоколивальному, очікування, синхронізуючому.
Автоколивальний – мультивібратор має два квазісталих (нестійких) стани рівноваги і переходить із одного стану в інший автоматично під впливом внутрішніх перехідних процесів. Утакому режимі мультивібратор використовується як автогенератор прямокутної напруги. Автогенератор – пристрій, який генерує незатухаючі коливання без запуску ззовні і не має стійких станів.
Чекаючий (режим очікування) – має один сталий і один квазісталий стани рівноваги. Зазвичай він знаходиться у сталому стані і переходить у квазісталий під дією зовнішнього електричного сигналу. Час перебування у квазісталому стані визначається внутрішніми процесами у схемі мультивібратора. Вони використовуються для формування імпульсів напруги необхідної тривалості, а також для затримки імпульсів на визначений час.
Синхронізуючий – використовується мультивібратор в автоколивальному режимі, але його перехід із одного стану в інший забезпечується зовнішньою синхронізуючою напругою. Для нормальної роботи у цьому режимі необхідно. щоб частота синхронізуючого сигналу перевищувала частоту власних коливань. Використовуються такі мультивібратори для створення генераторів стабільної частоти і при керуванні складними електронними пристроями (синхронізація розгортки електронного осцилографа).
|
|
|
Автоколивальний мультивібратор на транзисторах - двокаскадний RC-підсилювач, який складається з двох транзисторних каскадів, ввімкнених за схемою зі СЕ, що має додатний зворотний зв'язок ДЗЗ. Для забезпечення генерації треба мати коефіцієнт підсилення і коефіцієнт передачі зворотнього зв’язку, при яких забезпечується умова балансу амплітуд 
і балансу фаз 
для утворення додатнього ЗЗ
.
Найчастіше мультивібратори на транзисторах будують за симетричною схемою з колекторно-базовими зв'язками (рис.121). Симетричність означає ідентичність симетрично розташованих елементів – резисторів RК1= RК2; RБ1= RБ2 (вони призначені для забезпечення насиченого стану транзисторів); конденсаторів С Б1 = С Б2 (забезпечують зв'язок між каскадами) і транзисторів VT1 i VT2.
Рисунок 121 – Схема мультивібратора на транзисторах
Під час приєднання схеми до джерела живлення ЕК обидва транзистори відкриті й зумовлюють колекторні струми. Їхні робочі точки знаходяться в активній області, оскільки на бази через резистори RБ1 і RБ2 подається позитивний зсув. Такий стан схеми нестійкий. Через наявність у схемі ДЗЗ виконується умова КU β ≥ 1 і двокаскадний підсилювач самозбуджується. Починається процес регенерації – швидке збільшення струму одного та зменшення струму іншого транзистора.
|
|
|
Отже мультивібратор має два квазісталих стани:
- 1 - транзистор VT1 відкритий, а VT2 закритий;
- 2 - транзистор VT2 відкритий, а VT1 закритий.
Пристрій фактично працює за рахунок автоматичної комутації конденсаторів ключами-транзисторами.
Умовами працездатності мультивібратора є:
RК2 СБІ < RБ2 СБ2 ; RК1 СБ2 < RБ1 СБ1 ; RКІ β1 ≥ RБ1; RК2 β2 ≥ RБ1.
Тривалість імпульсів, що знімаються з колекторів транзисторів VТ1 або VТ2, становить відповідно
t1 ≈ 0,7 RБ1 СБ1; t2 ≈ 0,7 RБ2 СБ2.
Період повторення імпульсів
Т = t1 + t2= 0,7 (RБ1 СБ1+ RБ2 СБ2).
Частота повторення імпульсів на виході мультивібратора дорівнює
f = 1/ 0,7 (RБ1 СБ1+ RБ2 СБ2).
Для симетричної схеми
Т ≈ 1,4RC.
де R = RБІ=RБ2; С = СБ1=СБ2.
Співвідношення величин t1 і t2 (скважність) можна змінювати, порушуючи симетрію схеми: наприклад, збільшуючи величину RБІ і пропорційно зменшуючи величину RБ2. При цьому тривалість періоду залишається незмінною.
|
|
|
Одновібратор (рис.122) - це двокаскадний підсилювач із додатнім зворотним зв'язком, виконаний на транзисторах VT1 та VT2, увімкнутих за схемою зі СЕ. Додатній зв'язок забезпечується подачею колекторної напруги першого транзистора через конденсатор СБ2 на базу другого транзистора та колекторної напруги другого транзистора через резистор RБ1 , та прискоруючий конденсатор СБ1 - на базу першого.
а) б)
Рисунок 122 – Мультивібратор в очікувальному режимі: а) схема; б) часові діаграми
Джерело від'ємного зміщення Езм призначене для надійного утримання VT1 закритим, коли схема знаходиться у сталому стані.
VD, C, R є елементами кола запуску призначеного для переводу пристрою у квазісталий стан під дією зовнішнього сигналу. На виході формується одиночний прямокутний імпульс напруги.
Роботу транзистора ілюструють часові діаграми, зображені на рис.122,б.
Подача на базу транзистора VT2 короткого імпульсу запуску негативної полярності через коло C - R - VD1 перекидає одновібратор: VT2 закривається і його колекторна напруга через прискорюючий конденсатор СБ1 подається на базу VT1, викликаючи насичення останього. При цьому конденсатор СБ2 через відкритий транзистор VT1 підмикається у запірному напрямку до бази транзистора VT2. Тобто, завдяки ДЗЗ, після закінчення запускаючого імпульсу транзистор VT2 залишається закритим, а VT1 відкритим. При цьому конденсатор СБ2 починає перезаряджатися по колу (+ЕК) – RБ2- СБ2 - VT1 – нульова точка схемі (-ЕК), намагаючись досягти протилежної полярності. Але, коли напруга на ньому досягне нуля, запірна напруга на базі VT2 зникає і схема повертається до початкового стану: VT1 закритий, VT2 відкритий.
Час перебування одновібратора у стані квазісталої рівноваги визначається часом розряду конденсатора СБ2 від напруги, що дорівнює ЕК до 0, за який на виході схеми формується прямокутний імпульс напруги тривалістю ti = 0,7RБ2C Б2.
Час відновлення, із закінченням якого до схеми знову можна подавати запускаючий імпульс, становить
tвідн ≈ (3…5) RК1CБ2.
Коло RБ2C Б2 називається часозадавальним.
Постійна часу заряду конденсатора CБ2 становить
τ = RК1CБ2.
БЛОКІНГ-ГЕНЕРАТОР
Блокінг-генератор - це, як правило, однокаскадний підсилювач з трансформаторним додатнім зворотним зв'язком, призначений для формування потужних прямокутних імпульсів з дуже великою щілинністю (від одиниць до десятків тисяч) і тривалістю від часток мікросекунди до часток мілісекунди.
Використання трансформатора дозволяє вводити допоміжні вихідні обмотки і отримати напругу вихідного імпульсу, яка у багато разів перевищує напругу живлення схеми.
Блокінг-генератор застосовують як імпульсні генератори, формувачі потужних коротких імпульсів та елементи пристроїв порівняння.
Блокінг-генератор працюють у автоколивальному, чекаючому та режимі синхронізації. Схема блокінг-генератора, який працює у автоколивальному режимі і побудований на транзисторі зі СЕ, зображена на рис.123.
а) б)
Рисунок 123 – Схема блокінг-генератора (а); його часові діаграми (б)
Це підсилювач, охоплений ДЗЗ через імпульсний трансформатор. У коло колектора транзистора увімкнена первинна обмотка з числом витків w1 імпульсного трансформатора ТV, а в базове коло – вторинна обмотка з числом витків w2, яка реалізує в підсилювачі зворотній зв'язок.
Для забезпечення додатнього зворотного зв'язку (умови виконання балансу фаз), обмотки вмикаються зустрічно. Режим роботи транзистора за постійним струмом забезпечується резистором R, який визначає струм бази. У базове коло транзистора ввімкнено також часозадаючий RС-ланцюжок, який визначає частоту генерованих імпульсів (задає сталу часу і визначає тривалість паузи блокінг – генератора). Оскільки скважність імпульсів q = 10…100, то тривалість імпульсів ti у десятки – сотні разів менша за тривалість паузи, тому стала часу RC-ланки (τ = RC) практично визначає період коливань Т.
Для збудження блокінг-генератора необхідне виконання двох умов – балансу фаз і балансу амплітуд;
φк + φп = 2π п; п = 0, 1, 2,...; КU / п ≥ 1,
де φк - фазовий зсув, який вноситься підсилювачем на транзисторі VТ;
φп - фазовий зсув, що вноситься трансформатором;
KU - коефіцієнт підсилення транзистора;
п= w1 / w2 - коефіцієнт трансформації трансформатора.
Часові діаграми роботи пристрою наведені на рис. 123,б.
Коло розряду конденсатора СБ: +ЕК - R – СБ - RБ - w2 - нульова точка схеми. У процесі розряду напруга на ньому буде змінюватися за експоненціальним законом.
Тривалість вихідного імпульсу визначається сталою часу RБСБ, тривалість паузи - сталою часу перезаряду конденсатора τпер ≈(R + RБ)СБ, оскільки R >> RБ то щілинність значно більша за одиницю.
При використанні в якості формувачів імпульсів блокінг-генератори працюють в режимі очікування. Найважливішими їх характеристиками є: чутливість до запуску, тривалість формованих імпульсів і її стабільність, гранично досягається частота спрацьовувань.
Для блокінг-генераторів із зустрічним включенням обмоток необхідно дотримуватися таких умов: кількість витків базової обмотки повинна перевищувати кількість витків колекторної, як мінімум, на півпорядка.
Лінійно-змінну напругу (ЛЗН) отримують за допомогою інтегратора, до його входу підмикають постійну напругу і він працює як генератор ЛЗН (ГЛЗН).
ГЛЗН (інтегратор) містить конденсатор, на якому формується ЛЗН, ланцюги зарядки і розрядки (рис.124).
Рисунок 124 – Генератор лінійно-змінної напруги: схема (а), часові діаграми (б)
На рис.124 простіша схема ГЛЗН, яку використовують при невисоких вимогах до лінійності напруги і тому спеціальних заходів стабілізації струму конденсатора не приймають –на початку зарядки (розрядки) він не змінюється.
В початковому стані транзистор насичений. Напруга на його колекторі і конденсаторі С uК = uСmin ≈ 0
Формування ЛЗН відбувається за час дії на вході прямокутного керуючого імпульсу, тривалість tі якого рівна необхідній тривалості tпр пилкоподібної напруги. З надходженням на базу імпульсу транзистор закривається і конденсатор починає заряджатися по ланцюгу (+ЕК)– «земля» - С - RК- (-ЕК ) з постійною часу τз = С RК
При цьому на виході схеми (на конденсаторі С) відбувається наростання негативної напруги. Після закінчення вхідного імпульсу транзистор відкривається і конденсатор через нього швидко розряджається. При регулярному надходженні на вхід керуючих імпульсів на виході схеми формується послідовність пилкоподібних імпульсів.
Щоб забезпечити лінійність прямого ходу, обирають τз >> tі
Однак, чим більше τз , тим менше напруга Um до якої зарядиться конденсатор за час tпр – тим менше коефіцієнт використання напруги джерела Е.
Звичайно тривалість зворотного ходу пили tзв набагато менше tпр .
τз >> tпр >> τр,
де τр – постійна часу розрядки.
Ємність конденсатора вибирають невеликої, а збільшення τз отримають за рахунок опору RК.
ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:
1 Законспектувати схеми мультивібраторів в автоколивальному та очікувальному режимі на операційних підсилювачах та принцип їх роботи.
2 Що саме корегують діоди в схемі мультивібратора – амплітуду, тривалість імпульсу чи передній фронт?
3 Чи впливає наявність діодів на перезаряджання конденсаторів в схемі МВ з відтинаючими діодами?
4 Яку функцію виконує операційний підсилювач в схемі МВ?
5 На який вхід ОП подається опорна напруга?
6 Чим забезпечується збудження МВ на ОП?
7 Як відбувається формування прямокутних імпульсів на виході МВ на ОП?
8 Записати формулу для визначення періоду коливань на виході мультивібратора в автоколивальному режимі на ОП.
ВИКЛАДАЧ– Ковальова Т.І.
ЛЕКЦІЯ № 35 (2 год.)
ТЕМА 5.4 Логічні елементи
МЕТА:
- навчальна: ознайомити студентів з алгеброю логіки, базовими логічними елементами;
- розвиваюча: розширити світогляд студентів, поглибити вивчене для систематизації та узагальнення фундаментальних знань щодо базових логічних елементів; розвивати вміння самостійно застосовувати знання до вирішення практичних завдань;
- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:
ОБЛАДНАННЯ: дошка, схеми, таблиці істинності
ПЛАН
1 Основні параметри ІМС. Типи логік.
2 Схемотехніка логічних елементів.
ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1131; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!