Глава 3 імпульсні пристрої

3.1 Загальна характеристика імпульсних сигналів і пристроїв

Під імпульсними пристроями будемо розуміти такі пристрої, які під час роботи піддаються впливу електричних імпульсів або самі виробляють імпульси.

Електричним імпульсом називають напругу або струм, що відрізняється від нуля або має постійне значення лише протягом короткого проміжку часу меншого або порівняного із тривалістю встановлення процесів в імпульсній системі.

Форми імпульсів, які використовують в імпульсних пристроях різного призначення наведені на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 - Форма імпульсів:

а) – прямокутний;

б) – трапецеїдальний;

в) – трикутний;

г) – експоненціальний;

д) – коловидний;

Основними параметрами імпульсу є наступні (рис. 3.2):

– амплітуда імпульсу;

– тривалість імпульсу;

– тривалість фронту;

– тривалість зрізу імпульсу;

– спад вершини імпульсу;

– період повторення імпульсів,

– частота повторення імпульсів: ,

– пауза; ,

– коефіцієнт заповнення, ,

–щілинність імпульсів;

Імпульси, наведені на рисунку 1, називають відеоімпульсами, на відміну від радіоімпульсів, які являють собою пакети високочастотних коливань.

Прилади, у яких здійснюються основні види перетворень імпульсних сигналів, можна розділити на кілька видів:

U

2U

0,9U_m

0,5U_m

t_H

0,1U_m

t_φ

t_c

T

Рисунок 3.2 - Параметри імпульсу

1. Електричні кола, які забезпечують не викривлену передачу імпульсів: імпульсні трансформатори, кабелі, довгі одиничні лінії.

2. Найпростіші формуючі ланцюги: скорочуючі диференціальні й інтегральні ланцюги, контури ударного порушення, обмежники, пік трансформатори.

3. Підсилювачі імпульсів (відео підсилювачі): широкополосні підсилювачі, які здатні підсилювати відеоімпульси з малими викривленнями.

4. Ланцюги перетворення імпульсів: електричні ключі, модулятори, тригери, логічні елементи.

5. Схеми запуску, синхронізації або поділу частоти: це генератори, які працюють у режимі синхронізації або поділу частоти проходження імпульсів.

Контрольні питання

1) Дайте визначення електричного імпульсу.

2)Дайте класифікацію електричних імпульсів.

3. Наведіть параметри імпульсів.

4. Дайте класифікацію імпульсних пристроїв і ланцюгів.

5. Що являє собою ланцюг передачі імпульсів?

6. Що являє собою формуючий ланцюг?

7. Що являють собою підсилювачі імпульсів?

8. Що являє собою ланцюг перетворення?

9. Що являють собою схеми запуску та синхронізації?

3.2 Ключовий режим роботи транзисторів

Транзисторна й імпульсна цифрова техніка базується на роботі транзистора в режимі ключа. Замикання й розмикання ланцюга навантаження - головне призначення транзистора, що працює в режимі ключа. Шляхом зміни стану транзистора, у послідовному ланцюзі з резистором і джерелом електроживлення здійснюється формування сигналу імпульсної форми, а також різні перетворення імпульсних сигналів (рис. 3.3). Транзистор використовують як ключ у ланцюгах постійного й змінного струмів для регулювання потужності, що подається до навантаження. Ключова схема на транзисторі типу наведена на рис.3.3, а. Транзистор VT виконує функцію ключа в послідовному ланцюзі з резистором і джерелом енергії.

Аналіз роботи ключа проведемо графоаналітичним методом, що заснований на побудові лінії навантаження за змінним струмом (рис.3. 3, б). Лінія навантаження описується рівняння та проводиться так, як і для підсилювального каскаду.

Точки перетинання лінії навантаження з вольтамперними характеристиками транзистора визначають напруги на елементах і струм у послідовному ланцюзі.

Режим запирання (режим відсічення) транзистора здійснюється подачею на його вхід напруги , зазначеної на рисунку 3.3,а без дужок.

Під дією струм емітера . Разом з тим через резистор протікає зворотний тепловий струм колекторного переходу . Режиму закритого стану транзистора відповідає точка (рис. 3.3,б). Мале значення є одним із критеріїв вибору транзистора для ключового режиму роботи.

Величину напруги вибирають із розрахунку того, щоб при протіканні через було забезпечене виконання умови

(1)

Режим відкритого стану транзистора досягається зміною полярності вхідної напруги ( )і завданням струму бази, що забезпечує режим насичення транзистора. Відкритий стан характеризує точка на лінії навантаження.

а) б)

Рисунок 3.3 - Ключова схема на біполярному транзисторі (а), побудова лінії навантаження (б)

До деякого граничного значення струму бази (граничного струму режиму насичення) зберігається залежність

(2)

У режимі насичення через транзистор VT протікає струм

(3)

де - падіння напруги (залишкова напруга) на транзисторі у відкритому стані, В. З урахуванням формули (3.2) знаходиться граничне значення струму бази

(4)

Для надійного відкриття транзистора та підвищення завадостійкості забезпечують . Відношення називають коефіцієнтом насичення транзистора. У практичних схемах не завжди забезпечується режим транзистора, а на вхід ключа подається невелика величина з колектора попереднього ключового каскаду.

Контрольні питання

1. Замалюйте ключову схему на біполярних транзисторах.

2. Яке призначення елементів схеми?

3. Опишіть роботу схеми.

4. Як забезпечується режим насичення?

5. Як забезпечується режим відсічення?