Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника и схемотехника. Практикум. Учебное пособие
.pdf
Различают следующие режимы работы ключа: режим от-
»
»
»
к
-
сечки, нормальный активный, инверсный, режим насыщения.
Рассмотрим работу каскада в ключевом режиме (рис. 45, а). Для
этого воспользуется графическим методом расчета транзисторных цепей (рис. 45, б). На выходной характеристике транзистора
нанесена нагрузочная линия АВ, пересекающая оси координат в
точках (UК=ЕК, iК=0) и (UК=0, iК= ЕК/RК). В ключевой схеме
транзистор находится в 2 основных состояниях: отсечки и
насыщения.
Отсечка (ключ разомкнут). В этом случае через транзистор
протекает минимальный ток. Это состояние соответствует точке
А на линии нагрузки, iК=i
U
Е
. Для того чтобы транзисторный ключ находился в ра-
К
К
0, напряжение на транзисторе
КБО
зомкнутом состоянии, необходимо выполнить условие отсечки:
сместить в обратном направлении эмиттерный переход или для
n-p-n транзистора обеспечить UБ<0. Мощность, теряемая в режиме отсечки на транзисторном ключе, рК=uК iК мала, так как
очень мал ток.
Насыщение (ключ замкнут). Минимальное напряжение на
транзисторе UК=U
0 соответствует точке В (рис. 45, б). Ток
КЭ
через транзистор ограничен резистором RК и определяется
уравнением:
)UE(
I »
=
к.н.
наскэк
R
.
R/E
кк
В режиме насыщения оба перехода (эмиттерный и коллекторный) смещены в прямом направлении, поэтому напряжения
между электродами малы. Транзистор в режиме насыщения представлен схемой замещения (рис. 46), которая соответствует
короткому замыканию между всеми электродами.
Рис. 46. Схема замещения транзистора в режиме насыщения
51
Режим насыщения достигается при
b×»=³
=
b
³
=
»
=
)R/(Eh/IIi
,
KK21КнасБнасБ
где
- насыщающий ток базы;
I
Бнас
h
Дальнейшее увеличение тока базы iБ.>I
.
21
не изменяет тока
Бнас
коллекторной цепи. Для надежного насыщения транзистора необходимо, чтобы 1
I/iS , где S
БнасБн
– коэффициент насы-
н
щения транзистора. Как и в режиме отсечки, при насыщении
мощность, теряемая на транзисторном ключе рК=uК iК, мала, так
как минимально коллекторное напряжение. Оно зависит от типа
транзисторов и находится в пределах 0,08-1,00 В. Большим преимуществом режима насыщения является независимость тока
коллектора от температуры окружающей среды и параметров
транзистора. При работе транзисторного ключа переключение из
открытого состояния в разомкнутое и обратно происходит скачком. Потери мощности при этом незначительны, поэтому транзисторные ключи имеют высокий КПД.
Электронные цепи, в которых периодические изменения
напряжения и тока возникают без приложения к ним дополнительного периодического сигнала, называют автономными авто-
колебательными цепями, а устройства, выполненные на их основе – автогенераторами колебаний. Одним из наиболее распространенных импульсных генераторов является мультивибратор.
Мультивибратором называют автогенератор прямоугольных импульсов, представляющий собой двухкаскадный резисторный
усилитель со 100-процентной положительной обратной связью.
Мультивибратор называют симметричным, если транзисторы VT
и VT2 и аналогичные элементы схемы усилителя одинаковы, т. е.
RK1=RK2=R, RБ1=RБ2=R, С1=С2=С, и несимметричным, если любое
из этих условий не выполняется.
Транзисторы в мультивибраторе работают в ключевом режиме. Мультивибратор имеет два состояния квазиравновесия: в
одном из них транзистор VT1 открыт (находится в состоянии равновесия), в другом, наоборот, транзистор VT1 закрыт, а транзистор
VT2 открыт. Период колебаний симметричного мультивибратора:
СR,)E/E(СRT
412ln2
.
БKKБ
1
52
Задача 1. В схеме мультивибратора (рис. 47) R1=24 кОм,
[
]
-+=
=
t
g
t
»+=
g
»=-+=-+
g
g
8558052,,T
=××
=
R2=62 кОм, R=100 кОм, С=50 нФ, Е1=
Е- = 15 В. Чему равен пе-
2
риод колебаний Т? Согласно данным табл. 17 по варианту рассчи-
тать период Т для мультивибратора, собранного по схеме рис. 47.
Рис. 47. Схема мультивибратора на ОУ
Решение
Так как питание схемы симметричное, то период колебаний
Т равен [7]:
)γ/()γ(τT
11ln2 ,
где постоянная времени
Находим Т,,
:
t
; коэффициент )RR/(R
CR
339
--
105101001050
×=×××=
с=5 мс;
280622424 ,)/(
;
g
мс.
Вариант R1, кОм R2, кОм R, кОм С, нФ
0 10 60 90 90 5
1 15 59 100 70 10
2 25 43 110 65 15
3 35 50 250 30 20
4 45 52 200 20 25
5 55 80 300 35 30
6 65 90 420 50 35
7 75 100 270 55 40
8 5 25 320 80 45
9 95 95 199 65 50
Е1=
+=
211
817202812801280111 ,,/,),/(),()/()(
;
Таблица 17
, В
Е-
2
.
53
Задача 2 . В схеме несимметричного мультивибратора (рис. 48)
R
¢
R
¢
¢
[
]
-+=
[][
]
=-+=g-g
+
»×=
[
]
-+=
»×=
=+=+=
R1=27 кОм, R2=68 кОм,
=62 кОм,
= 100 кОм, С=10 нФ. Че-
му равен период колебаний Т мультивибратора? Согласно данным табл. 18 по варианту рассчитать период Т для мультивибратора, собранного по схеме рис. 48.
Рис. 48. Схема несимметричного мультивибратора
Решение
1. Определим длительность продолжительного импульса
(заряд емкости С через диод D1):
)γ/()γ(τt
11ln
и
где
= RC
t
1
g
Тогда 370580620
11
¢
211
»==
1
и
,t
,
.,,),/,(
58081ln720281ln
мкс=0,37 мс.
--
1062010621010
×=×××=
28012801ln11ln
639
с=620 мкс;
2809527682727
,/)/()RR/(R »=+=+=
),/(),()/()(
;
2. Длительность отрицательного импульса (разряд емкости
С через диод D2):
)γ/()(τt
1γ1ln
,
339
--
10101001010
=×××=
с=1 мс. Тогда
где
и
и
22
¢¢
= RC
t
2
5805801
,,t
2
мс.
3. Период колебаний:
950580370
,,,ttТ
21
ии
мс.
54
Таблица 18
R
¢
R
¢
¢
[
]
-
=
[][
]
=-=
-
[
]
=×=-=
Вариант R1, кОм R2, кОм
0 20 10 95 100 15
1 25 29 80 120 20
2 65 33 85 110 25
3 35 40 70 90 35
4 65 50 100 80 40
5 85 60 60 70 45
6 45 70 120 60 55
7 15 80 73 45 50
8 75 90 77 145 70
9 5 100 99 95 75
, кОм
, кОм С, нФ
Задача 3. В схеме одновибратора (рис. 49) R1=30 кОм,
R2=75 кОм,R=62 кОм, С=10 нФ. Найти длительность импульса
tи и время восстановления t
? Согласно данным табл. 19 по ва-
восст
рианту рассчитать длительность импульса tи и время восстановления t
для одновибратора, собранного по схеме рис. 49.
восст
Рис. 49. Схема несимметричного мультивибратора
Решение
1. Определим длительность выходного импульса:
)γ/(τt
211
и
11ln ,
»==
639
--
1051010511010
×=×××== CR
с=510 мкс;
286010530753030
,/)/()RR/(R »=+=+=
;
),/()γ/(
286011ln11ln
.,,),/(
336041ln71401ln
171336051011ln
,)γ/(τt
мкс.
55
и
где
t
g
Тогда
2. Время восстановления:
=+=+=
28601ln5101ln
восст
»×==
,,
),()γ(τt
мкс.1282505102861ln510
Примечание. Диод D2 включен для устранения влияния источника запускающих сигналов на работу одновибратора после его пуска.
Таблица 19
Вариант R1, кОм R2, кОм R, кОм С, нФ
0 40 50 93 80
1 25 57 10 79
2 35 47 11 75
3 55 51 25 40
4 15 55 20 10
5 85 85 30 15
6 75 95 42 30
7 65 105 27 45
8 53 27 32 60
9 97 97 19 55
Практическая работа № 16.
КОМБИНИРОВАННЫЕ ЗАДАЧИ
Цель работы: освоить основы расчета комбинированных
схем.
Задача. Рассчитать инвертирующий усилитель (рис. 50) для
усиления сигналов с амплитудой Егm=50¸500 мВ и верхней граничной частотой fв = 100 кГц. Определить погрешность, вносимую операционным усилителем, если его параметры: коэффици-
ент усиления КОУ=50
выходное сопротивление R
усиления fТ = 1 МГц; напряжение сдвига U
3
10× ; входное сопротивление R
=100 Ом; частота единичного
выхОУ
не более 5 МВ; ток
сдв
=1 МОм;
вхОУ
смещения Iсм не более 500 нА; ток сдвига не более 100 нА. Согласно данным табл. 20 по варианту определить погрешность,
вносимую операционным усилителем, для инвертирующего усилителя, собранного по схеме рис. 50.
Решение
1. При охвате операционного усилителя отрицательной об-
ратной связью (ООС) выполняется соотношение:
56
fKf
=
===
=
=
=
D
,
ТВ
где К – коэффициент усиления схемы при действии ООС.
Отсюда можно найти коэффициент усиления схемы [7]:
ВТ
Рис. 50. Схема инвертирующего усилителя
/f/fK
101001000
.
2. С учетом того что
чения R
и Rо, приведем основные соображения при их выборе.
о.с.
а) R
+ Rо не рекомендуется принимать более 1-2 МОм, так
о.с.
R/RK
, прежде чем выбрать зна-
0
.с.о
как в противном случае будет сказываться тепловой шум, который вызывается случайными движениями зарядов под действием
тепловой энергии. В самом деле, среднее квадратичное значение
напряжения теплового шума Еш на концах резистора находится
из соотношения:
fКТRЕ
D
42= ,
Ш
откуда
fKTRE
D
4= .
Ш
Подставляя К=1,38
2310-
× Дж/град, Т=293 К, температуру
окружающей среды в нормальных условиях (Т=20оС), R=1 МОм,
100000
ff
В
Гц – полосу пропускания, находим Еш=0,041 мВ,
но пиковое значение может быть в 5 раз больше, т. е. достигать
0,2 мВ, что может сказаться при малых усиливаемых сигналах;
б) сумма R
+ Rо не может быть большой, так как в про-
о.с.
тивном случае ток, вызванный усиливаемым сигналом и протекающий через эти сопротивления, будет сравним с током смещения. С этой точки зрения сумма R
+ Rо может быть заметно
о.с.
меньше 1 МОм – доходить до 50-100 кОм;
57
в) величина R
=
£
251050050
=××
,
11
×
×
зависит еще и от того, включено ли ком-
о.с.
пенсирующее сопротивление RК в цепь инвертирующего входа
(рис. 50) или нет;
г) сумма R
+ Rо ограничивается допустимым выходным
о.с.
током операционного усилителя и поэтому не может быть малой.
Для большинства операционных усилителей сопротивление в вы-
ходной цепи RН(R
+ Rо) должно быть не менее 2 кОм, для не-
о.с.
которых операционных усилителей – не менее 1 кОм (это указывается в справочнике) [6,7].
3. Найдем R
, считая токи смещения Iсм скомпенсирован-
о.с.
ными, т. е. учитывая, что сопротивление RК (рис. 50) включено.
Примем погрешность от этих токов U
, не превышаю-
погрI
щую 5 %:
U
погр
I
050
,
= I
10250-×£
£ .
; U
сдв Rо.с.
о.с.
3
Ом=250 кОм. Принимаем ближайший номинал
вых.min
= Е
г.мин
К.
I
050 I/КЕ,I/U
сдвг.минсдвпогр
99
--
1010002501010010050050
×=×××£
или
.
Ом;
U
где U
погрI
Тогда R
R
о.с. )/(,)/(),,(
R
о.с.
R
=240 кОм.
о.с.
вых.min
4. Рассчитаем сопротивление:
Rо=R
/K=240/10=24 кОм.
о.с.
5. Определим компенсационное сопротивление:
кОм.
221124011241026424240
к
o.c.oo.c.o
==×=×=+= //)(/)()RR/(RRR
Таким образом, погрешность от протекания токов смеще-
ния равна:
U
погрI
=0,05Е
г.мин
К=
мВ.
Погрешность, вызванная напряжением сдвига:
U
= U
погрU
(К+1)=5
сдв
=55 мВ.
Общая погрешность:
U
погр
= U
погрt
+ U
=25+55=80 мВ,
погрU
что составляет от минимального выходного сигнала:
U
58
погр
/(Е
г.мин
К)=80/(
)=80/500=0,16=16 %.
1050
6. Если RК=0 (компенсация отсутствует), то та же погреш-
£5£
£
£5£
£
£5£
£
£5£
£
£5£
£
£5£
£
£5£
£
£5£
£
£5£
£
£5£
£
ность достигается при меньших значениях R
105000250
I9смпогрo.c.
Берем ближайший номинал R
Rо=R
Вариант К
0 10
1 20
2 25
3 30
4 55
5 40
6 75
7 70
8 80
9 90
/K=47/10=4,7 кОм.
о.с.
ОУ
R
вхОУ
МОм
3
2 50 1,1
10×
3
3 150 1,2
10×
3
5 200 1,3
10×
3
7 300 1,5
10×
3
6 400 1,4
10×
3
4 450 1,45
10×
3
8 500 1,6
10×
3
9 600 1,7
10×
3
5,5 650 1,8
10×
3
6,5 700 1,9
10×
,
R
выхОУ
×=£ Ом=50 кОм.
=47 кОм;
о.с.
,ОмfТ,
МГц
и Rо:
о.с
-
)/(,I/UR
U
,
I
сдв
см
, нА
нВ
500
500
600
550
530
570
600
700
650
630
Практическая работа № 17.
СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ
Таблица 20
I
,
сдв
нА
100
100
110
115
120
105
125
130
135
140
Цель работы: освоить арифметические основы вычисли-
тельной техники и перевод целых чисел в позиционные системы
счисления.
Краткие теоретические сведения
Система счисления – символический метод записи чисел,
представление чисел с помощью письменных знаков. Системы
счисления бывают позиционные (двоичная, восьмеричная, десятичная, шестнадцатеричная), непозиционные (древнегреческая,
римская, древнеславянская), смешанные и унарные. Денежные
знаки - пример смешанной системы счисления. Сейчас в России
используются монеты и купюры следующих номиналов: по 5, 10,
59
50 копеек и по 1; 2; 5; 10; 50; 100; 200; 500; 1000; 2000; 5000 руб-
лей. Чтобы получить некоторую сумму в рублях, нужно использовать некоторое количество денежных знаков различного достоинства. Например, пылесос стоит 6379 р. Для покупки можно использовать 6 купюр по 1000 р., 3 купюры по 100 р., 1 – по 50 р., 2
монеты по 10 р., 1 – по 5 р. и 2 по 2 р. Если записать количество
купюр или монет начиная с 1000 р. и заканчивая 1 к., заменяя
нулями неиспользуемые номиналы, то получится число
603 121 200 000 [1, 3]. Если перемешать цифры в числе
603 121 200 000, оно покажет ложную цену пылесоса. Поэтому
такая запись относится к позиционным системам. В непозиционных - величина числа не зависит от положения цифр.
Официальное рождение двоичной системы счисления связано с именем Г. В. Лейбница, опубликовавшего в 1703 г. статью,
в которой рассматривались правила выполнения арифметических
действий над двоичными числами. Двоичная система счисления
наиболее проста и удобна для автоматизации. Наличие в системе
всего лишь двух символов упрощает их преобразование в электрические сигналы. Из любой системы счисления можно перейти
к двоичному коду. Почти все ЭВМ используют либо непосредственно двоичную систему счисления, либо двоичное кодирование
какой-либо другой системы счисления. Именно с помощью операций над двоичными числами и выполняются все операции в
компьютере, так как удалось создать надежно работающие устройства, которые могут со 1 00 - процентной надежностью сохранять и распознавать не более двух различных состояний (цифр):
электромагнитные реле (замкнуто/разомкнуто); участок поверхности магнитного носителя информации (намагничен/размагничен); участок поверхности лазерного диска (отражает/ не отражает); триггер (может устойчиво находиться в одном
из двух состояний и широко используется в оперативной памяти
компьютера).
Утверждение двоичной арифметики в качестве общепринятой при конструкции ЭВМ с программным управлением состоялось под влиянием работ Д. Неймана в 1946 г. Однако двоичная
система имеет и ряд недостатков: ею пользуются только в ЭВМ
для внутренней и внешней работы; быстрый рост числа разрядов,
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]