Вольт – амперные характеристики биполярных, моп- и кмоп- интегральных транзисторов.

Рассмотрим простейшие схемы аналоговых ключей на биполярных транзисторах. На рис. 3.12, а представлена схема с общим эмиттером. Изобразим выходные характеристики транзистора для прямого и инверсного включе­ния в области, близкой к началу координат (рис. 3.12, б).

Через и_вх обозначено входное напряжение, которое в зависимости от управляющего сигнала и_упр подается или не подается на нагрузку R_H. Напряжение и_вх может быть как положительным, так и отрицательным. Если и_вх > О, то рассматриваемый аналоговый ключ работает так же, как изученный ключ с постоянным напряжением питания. Если и_вх < 0, транзистор работает в инверсном режиме.

Одним из недостатков биполярного транзистора с точ­ки зрения применения его в аналоговых ключах является то, что выходные характеристики не проходят через нача­ло координат. Вследствие этого ток i_K и напряжение и_вых будут равны нулю не тогда, когда и_вх = 0, а при некото­ром положительном входном напряжении U. Напряжение U обычно составляет 10... 100 мВ. Это напряжение назы­вают остаточным или напряжением смещения.

На практике для уменьшения величины U транзистор включают так, чтобы роль эмиттера играл коллектор, а роль коллектора — эмиттер. Изобразим соответствующие характеристики и схему, которую иногда называют схемой с общим эмиттером при инверсном включении транзис­тора (рис. 3.13).

Из-за несимметрии структуры транзистора, различия в концентрациях примесей в различных его областях оста­точное напряжение для инверсного включения U_um обыч­но значительно меньше напряжения U. Часто U_UHe состав­ляет 1...5 мВ. Но, используя инверсное включение, следует помнить, что максимально допустимое запирающее на­пряжение эмиттерного перехода обычно значительно меньше соответствующего напряжения для коллекторно­го перехода.

Обратимся к третьей простейшей схеме — схеме с об­щим коллектором (рис. 3.14). Можно заметить, что по­следняя схема фактически повторяет предыдущую, отличаясь только условно-положительными направлениями токов и напряжений. Подобным образом соотносятся и характеристики.

Рассмотрим компенсированный аналоговый ключ на биполярных транзисторах. С целью уменьшения напряже­ния на открытом ключе используют последовательное включение одинаковых транзисторов. Промышленность выпускает интегральные схемы, содержащие пары тран­зисторов, предназначенные для такого использования. Изобразим принципиальную схему интегральной микро­схемы 101КТ1А (рис. 3.15). Такие устройства называют также прерывателями. Изобразим схему аналогового клю­ча на основе такой микросхемы (рис. 3.16). Входной сиг нал и_вх может быть постоянным любой полярности или переменным. Управляющий сигнал передается через трансформатор.

Программные и следящие системы управления.

В зависимости от цели регулирования, АСР делят на следящие и программного ре­гулирования. Принципиального различия между ними нет, они имеют одинаковый принцип действия и общую теорию. Отли­чаются эти системы друг от друга только законом изменения управ­ляющего воздействия и конструктивным исполнением.

Н азначение программных АСР— изменять регулируемый па­раметр во времени по определенному, заранее установленному закону, называемому программой. Пример такой системы приве­ден на рис. 162. Температура в закалочной печи 2 (объект регули­рования) должна изменяться по определенному закону во времени, задаваемому программным задатчиком — профилированным кулачком 9. Термо-ЭДС Ет термопары, пропорциональная, измеряемой температуре Э печи, сравнивается с напряжением пропорциональным заданному значению температуры. Напряжение снимается с потенциометра 8, движок которого перемещается вращающимся с постоянной скоростью профили­рованным кулачком.

Профиль кулачка соответствует определенному закону из­менения положения движка потенциометра во времени и, сле­довательно, определенному закону изменения регулируемого параметра — температуры. Напряжение , пропорциональное отклонению действительного значения температуры от заданного в данный момент времениусиливается уси­лителем 7 и подается на исполнительный двигатель 6. Вал дви­гателя через редуктор 5 связан с движком регулировочного рео­стата 4, включенного в цепь нагревательного элемента 3. Дви­жок реостата 4 перемещается двигателем 6 в сторону, соответ­ствующую уменьшению отклонения температуры от ее заданного значения, до наступления равенства между Ет и £/зад. Если вращение кулачка прекратить, то система будет вести себя как автоматическая система стабилизации, поддерживающая опре­деленную заданную температуру. Для системы программного регулирования главным воздей­ствием является изменение заданного значения, т. е. управляю­щего воздействия.

С ледящая система — это автоматическая система, в которой выходная величина с определенной точностью воспроизводит изменяющуюся заранее неизвестным образом входную величину. Следящие системы можно рассматривать как результат дальней­шего развития и совершенствования систем дистанционной пере­дачи угловых или линейных перемещений. Следящие системы широко применяют в различных областях техники, где перемещения одного устройства требуется воспро­извести другим устройством без механической связи между ними. По принципу следящих систем работают многие системы дистан­ционного управления механизмами (вентилями, клапанами, за­движками, рулями самолетов, кораблей, воротами шлюзов и т. д.) и различные счетно-решающие устройства. Следящие си­стемы используют в станках с автоматическим программным упра­влением — в копировальных, станках. Практически везде, где нужно добиться высокой точности и надежности автоматического управления, используют следящие системы. Важнейшим показателем работы следящей системы является точность ее действия — слежения выходной величины р за изме­нением входной а. Точность следящей системы оценивают вели­чиной ошибки.

Следящая система должна удовлетворять заданным требова­ниям в отношении точности работы, быстродействия, чувствитель­ности и устойчивости. С целью определения соответствия харак­теристик следящей системы предъявляемым требованиям проводят анализ устойчивости и качества ее работы. Следящие системы обычно работают по замкнутому циклу, т. е. имеют главную обратную связь. Обязательным признаком следящих систем является нали­чие в них усилителей мощности.