Лекция №4.

Тема лекции: Релаксационные схемы.

Цель лекции: Изучение функциональных узлов РЭА на примере релаксационных схем, и возможности их реализации на базе транзисторов, ОУ, компараторов и специализированных ИС.

В линейных схемах установившийся потенциал коллектора выбирался так, чтобы его величина лежала между напряжением питания и напряжением насыщения коллектор-эмиттер , что и делало возможным изменение выходного напряжения относительно этой рабочей точки. Отличительный признак линейной схемы заключается в управлении настолько малым сигналом, что выходное напряжение является линейной функцией входного. Поэтому выходное напряжение не должно выходить за положительную или отрицательную границы рабочего участка, иначе возникают искажения. В противоположность данному подходу в цифровых схемах имеют дело только с двумя рабочими состояниями и интересуются лишь тем, превышает напряжение заданное значение U_H или меньше другого заданного значения U_L < U_H. Если напряжение больше U_H, считается, что оно отвечает верхнему состоянию, а если меньше U_L – нижнему состоянию.

4.1. Транзистор как элемент цифровой схемы

Величина уровней U_L и U_H целиком определяется используемой схемотехникой. Однозначная интерпретация уровня возможна только в том случае, если он не попадает в интервал между U_L и U_H. Поясним схемотехнические последствия этого условия на примере инвертора уровня (рис. 4.1). Схема должна обладать следующими свойствами:

при U_e ≤ U_L соблюдается U_a ≥ U_H

и

при U_e ≥ U_H соблюдается U_a ≤ U_L.

Эта зависимость должна действовать и в самом неблагоприятном случае, то есть при U_e = U_L значение U_a не меньше U_H, а при U_e = U_H значение U_a – не больше U_L.

Рис. 4.1. Транзистор в качестве

инвертора.

Такое условие выполнимо только при правильном выборе U_H, U_L и сопротивлений резисторов R_C и R_B Передаточная характеристика при выбранных номиналах показана на рис. 4.2.

Р ис. 4.2.

Передаточная характеристика при R_V = R_C.

S_L – запас устойчивости по уровню L;

S_H – запас

устойчивости по уровню H

При U_e = U_L = 0,4 В и полной нагрузке (R_V = R_C) выходное напряжение U_a = 2,5 В.

Таким образом, оно на 1 В выше требуемого минимального значения U_H = 1,5 В. Теперь дадим определение запасу устойчивости по уровню H: S_H = U_a – U_H при Ue = U_L.В этом примере он составляет 1 В. Аналогично определяется запас устойчивости по уровню L: S_L= U_L – U_a при U_e = U_H. На рис. 4.2 он равен разности напряжений между U_L и напряжением насыщения на промежутке коллектор–эмиттер U_{CE sat} ≈ 0,2 В, так что S_L = 0,4 – 0,2 = 0,2 В. Запас устойчивости служит мерой надежности функционирования схемы.

Для улучшения этого отношения по уровню L необходимо повышать U_L, поскольку напряжение U_a (U_e = U_H) ≈ U_{CE sat} не поддается существенному уменьшению. С этой целью перед базой включают один или несколько диодов, а параллельно переходу эмиттер-база резистор R₂, который служит для отвода обратного тока на переходе коллектор–база и обеспечивает надежное запирание транзистора. Еще одна возможность состоит в использовании входных делителей напряжения.