Лекция № 13.

Принципы построения стабилизаторов.

1) За счет особых средств вах (параметрическая стабилизация).

2) За счет автоматического регулирования выходного напряжения (компенсационная стабилизация).

Параметрический стабилизатор на полупроводниковом стабилитроне:

Рис.13.1

R_б – балансное сопротивление.

Рис.13.2

Наклон обратной ветви характеризуется внутренним сопротивлением стабилитрона r_cm(1050 Ом). Оно должно быть минимальным.

Выражение для коэффициента стабилизации:

К_см=;

К_нест= - коэффициент нестабильности (сквозной, коэффициент стабилизации);

U_вых=U_вх*;

r_cm<<R_H;

R_Б>>r_cm;

U_выхU_вх*;

K_cm= ;

R_выхr_cm.

Более качественно являются компенсационные стабилизаторы.

Компенсационные стабилитроны.

• Параллельные ;

• Последовательные (регулирующий элемент включается последовательно с нагрузкой).

Последовательные компенсационные стабилизаторы:

Последовательные компенсационные стабилизаторы применяются чаще.

Структурная схема:

Рис.13.3

ИОН- источник опорного напряжения

а) построение на дискретных элементах(на биполярных транзисторах).

Схема включения с общим коллектором (эмиттерный повторитель) на VT1.

Рис.13.4

VT1- регулирующий элемент (мощный транзистор)

R₁, R₂- делительные сопротивления

R_H – сопротивление нагрузки

R_б- балансное сопротивление

VT2- усилитель постоянного тока, напряжение на коллекторе которого, является входным для эмиттерного повторителя. Он является транзистором сравнения и усиления. Включен в схеме с ОЭ

Напряжение U_бэ меняется от значения выходного сигнала.

VT2 включен в цепь с ООС и меняет состояние регулировочного транзистора VT1.

Пусть возросло выходное напряжение, тогда увеличивается ток упр-я I_б2 =I_y, увеличивается соответственно I_k2, увеличивается падение напряжения на R_к.

U_кэ=Е_к-I_kR_k следовательно уменьшается падение напряжения на базе регулировочного транзистора, уменьшается I_б на VT1. Регулирующий транзистор подзакрывается, отсюда следует, что выходное напряжение уменьшается.

Рис.13.5

К= ;

К);

К_ст=.

Рис.13.6

К_стК_дел*К_у2;

R_{вых без ос}r_э;

R_вых r_э/(β₁ β₂).

Рис.13.7

1)Можно получить высокий коэффициент усиления.

2)Синфазные сигналы на выход не проходят.

К_стК_дел;

R_i=;

R_вых .

На регулировочном транзисторе проходит большое напряжение, протекает большой ток, поэтому его надо выбирать с большим запасом.

Интегральные стабилитроны.

В качестве источника усиления используют ОУ или просто дифференциальный каскад.

К12Ен

Лекция № 14.

Импульсные и цифровые устройства.

Когда транзистор работает в ключевом режиме, он имеет два устойчивых состояния – 0 и 1 или отсечка и насыщение.

Элементарная схема транзисторного ключа.

Рис.14.2

В режиме отсечки оба перехода закрыты.

I_к = - I_ко – обратный ток коллекторного перехода

I_к = I_ко; U_кэ = E_к – I_коR_к ; I_коR_к = 0; U_кэ = E_к.

Рис.14.3

В режиме насыщения: импульс должен быть достаточной величины, при этом входное напряжение должно быть большим, чтобы входной ток I_б > I_бн.

При I_б > I_бн открывается коллекторный переход, U_кб < 0.

Рис.14.4

Остаточное напряжение U_ост в режиме насыщения небольшое.

= ;

Распределение зарядов в режиме насыщения.

Рис.14.5

Глубина насыщения: N = (2-4).

Картина переходных процессов в транзисторе при переключении:

Рис.14.6

t_ср⁺ - происходит перезаряд дифференциальных и барьерных емкостей (положительный фронт выходного сигнала).

После t_имп на выходе протекает ток I_кн – это время рассасывания (t_р).

t_ср^- - закрывается переход.

Передние и задние фронты изменяются, если увеличить глубину насыщения, с увеличением N увеличивается t_р, поскольку в базе накапливается больше зарядов.

Технология Шоттки (ТТЛШ).

Противоречие между фронтами и временем рассасывания:

1) делают большую глубину насыщения, то есть уменьшаются фронты

Рис.14.7

Не дает коллекторному переходу открыться полностью, t_р стремится к нулю.

Логические интегральные схемы.

Логические схемы – самые распространенные интегральные схемы.

Рис.14.8

Рис.14.9

Рис.14.10

Рис.14.11

Рис.14.12

Реализация логических элементов.

Для реализации логических элементов имеется ряд схем, которые отличаются по потребной мощности, по напряжению питания, значениями высокого и низкого выходного напряжения, временем задержки распределения, нагрузочной способностью.

ТТЛ и МДП – логические микросхемы.

ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика (на биполярных транзисторах).

ТТЛШ - транзисторно-транзисторная логика на диодах Шоттки.

МДП – металл – диэлектрик – полупроводник.

ТТЛ на биполярных транзисторах.

К155ЛА2, где

155 –серия;

ЛА – тип элемента;

2 – номер внутри серии;

К – кремниевый.

Схема с простым инвертором на выходе (многоэмиттерный транзистор):

Рис.14.13

Пусть на входе 1, тогда все эмиттерные переходы закрыты, а коллекторный переход открыт – инверсный режим.

I_б2>I_бн – транзистор VT2 открыт и насыщен.

На выходе низкий уровень напряжения.

Предположим, что хотя б на одном входе сигнал 0, или на всех. В этом случае ток протекает через открывшийся эмиттерный переход (ответляется) и не попадает в цепь базы транзистора. I_б20.

Транзистор VT2 закрывается, на выходе получается высокий уровень сигнала.

Основные параметры логических микросхем (характеристики и параметры)

Характеристики:

Передаточная характеристика:

Рис.14.14

уровень высокого напряжения

остаточное напряжение на транзисторе

U_пор – пороговое напряжение

U_пор=- U_ост ;

Помехоустойчивость.

Разница U_пор- определяет помехоустойчивость при переключении из 0 в 1.

= U_пор-=- U_ост-;

= - U^*-U_ост .

Для увеличении помехоустойчивости надо снижать остаточное напряжение.

N=1,52;

Схема с простым инвертором имеет не большое значение помехоустойчивости U_п=0,30,4 В.

3) Коэффициент разветвления по выходу.

Показывает сколько входов ТТЛ можно подключить на выход инвертора.