Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные цепи и микросхемотехника. Импульсные и цифровые устройства. Конспект лекций. Учебное пособие
.pdf
из транзисторов соединена с эмиттером через обмотку трансформа-
R
s
B
B
M
K
тора, может оказаться, что после включения источника питания оба
транзистора останутся запертыми.
На практике этот недостаток устраняется путем включения рези-
стора
, соединяющего базы транзисторов с источником питания.
2
За счет этой связи после включения источника питания Е транзисторы
принудительно отпираются, один из транзисторов начинает отпираться
быстрее другого, и в схеме возникают релаксационные колебания.
Подключив на выход выпрямитель и сглаживающий фильтр, можно
преобразовывать постоянное напряжение одного уровня в постоянное
напряжение другого уровня за
счет соответствующего коэффициента
передачи трансформатора.
Если изготовить трансформатор с насыщающимся сердечником,
имеющим петлю гистерезиса, близкую к прямоугольной, переключение
транзисторов будет происходить в момент насыщения трансформатора
и резкого увеличения тока намагничивания. Частота переключений будет определяться параметрами трансформатора: индукцией насыщения
сердечника
обмотки
, сечением сердечника S, числом витков коллекторной
w
и рассчитывается по формуле:
к
E
s
Sw
.
к
f
4
2.3. ГЕНЕРАТОРЫ ЛИНЕЙНО ИЗМЕНЯЮЩЕГОСЯ
НАПРЯЖЕНИЯ (ГЛИН)
Сигнал, в котором явно выражен участок напряжения (или тока) с
линейной зависимостью от времени, называют линейно изменяющимся,
а устройства, создающие подобные сигналы, называются генераторами
линейно изменяющегося напряжения (или тока).
Основными параметрами сигнала линейного напряжения (рис. 2.31),
позволяющими судить о его свойствах и производить качественное
U
сравнение различных ГЛИН, являются:
жения;
(или прямого хода);
U
– амплитуда импульса;
T
– длительность возврата; T – период повторений;
в
– коэффициент нелинейности;
н
T
81
– начальный уровень напря-
0
– длительность рабочего участка
п
U
Е
П
U
М
U
0
T
В
T
П
Рис. 2.31
T
t
Коэффициент нелинейности позволяет характеризовать степень отклонения формы идеального линейного напряжения от реального, в котором эта идеальность по разным причинам недостаточно обеспечена.
()Ut
Это отражается в ходе кривой напряжения
, скорости изменения
п
которого в начале прямого хода и в его конце могут отличаться.
Коэффициент нелинейности представляет относительное изменение скорости нарастания (спада) напряжения, т. е. производных функ-
()Ut
ции
:
п
du du
пп
dt dt
K
н
0
ttT
du
п
dt
t
п
. (2.61)
0
Можно получить линейно падающее напряжение. Если обеспечить
/2TTT
равенство
пв
, то сигнал приобретет треугольную форму.
Формирование линейно изменяющегося напряжения (в аналоговом
варианте) можно реализовать с помощью блок-схемы рис. 2.32, где
ЗУ – зарядное устройство, РУ – разрядное устройство.
От источника питания
руется ток
i
– ток заряда конденсатора С. Если этот ток постоянен во
з
с помощью зарядного устройства форми-
п
времени, то напряжение на конденсаторе изменяется по линейному закону:
t
11
uidtUItU
СС
CC
0
0 з 0
82
. (2.62)
iз
R
I
ЗУ
U
iр
Е
П
РУ
Рис. 2.32
П
С
Скорость изменения напряжения на конденсаторе, как следует из
(2.62), пропорциональна току, протекающему через него. Поэтому выражение для коэффициента нелинейности можно представить в виде
,
II – начальное и конечное значения тока заряда конденсатора.
где
С C
нк
K
н
I
, (2.63)
C
н
II
CC
нк
Разрядное устройство РУ возвращает схему генератора в исходное состояние за время возврата
T
, создавая необходимый по вели-
в
чине и форме ток разряда конденсатора. Меняя значения токов заряда
и разряда, соотношения длительности их протекания через конденсатор, можно получать самые разнообразные формы выходного напряжения.
2.3.1. ГЛИН С ЗАРЯДНЫМ РЕЗИСТОРОМ И ВНЕШНИМ
УПРАВЛЕНИЕМ
Функцию зарядного устройства выполняет резистор
, а разряд-
1
ного – транзисторный ключ VT1 (рис. 2.33, а), управляемый периодическим импульсным сигналом
U
(рис. 2.33, б).
вх
Предположим, что в момент t = 0 транзистор оказался закрытым.
При этом начальное напряжение на конденсаторе равно остаточному
U
напряжению насыщенного транзистора
кает тепловой ток
к0
.
83
, а через транзистор проте-
0
u
K
I
R
Е
М
Е
М
Е
Е
вх
Е
1
T
П
Е
2
u
вых
U
U
М
0
tи
T
В
Е
ВХ
Uвх
Е
R2
R3
R1
VT1
П
U
ВЫХ
C1
а б
Рис. 2.33
При выключении транзистора начинается процесс изменения напря-
жения на конденсаторе:
tt
uUe EIR e
вых 0 пк01
()1
, (2.64)
t
t
tRC
где
В момент времени
– постоянная времени цепи заряда.
21
tT
напряжение на конденсаторе достигает
п
максимального уровня. Подставим это время в формулу (2.64) и получим значение амплитуды выходного напряжения:
T
п
()1
UEIRe
M
пк01
. (2.65)
В то же время можно воспользоваться выражением (2.63) для опре-
деления
тока
к0
, предполагая значения остаточного напряжения
н
достаточно малыми.
U
и
0
Начальный ток заряда конденсатора ограничивается сопротивле-
нием
дится до
и равен
2
U
I
п 2
C
н
, будет равен
/
R . Конечный ток, когда конденсатор заря-
()/
I
C М
к
UR , и коэффициент нели-
п 2
нейности
/( )/
R Е URU
K
п 2 п 2
н
/
ER
п 2 п
84
М
. (2.66)
Если на выходе подключается нагрузка с сопротивлением
R
R
Е
K
R
R
R
I
I
R
М
E
E
Е
I
I
н
то, так как конденсатор будет стремиться зарядиться до напряжения
R
ЕЕ
экв п
висит и от
н
н 2
н
Во время возврата
зистор
, ограничивающий максимальное значение тока разряда через
3
UU R
, получим
R
K
ММ
н
экв п н
, что является дополнительным недостатком схемы.
T
конденсатор разряжается через разрядный ре-
в
2
1
Е R
, т. е.
еще за-
н
находящийся в режиме насыщения транзистор VT1.
R
Обычно выполняется неравенство
32
, поэтому время возврата
схемы в исходное состояние рассчитывается по известной формуле
(из теории работы интегрирующего звена):
,
Если резистор
в схеме отсутствует (транзистор работает при от-
3
(3...5)TRC
в 31
. (2.67)
носительно небольших токах), конденсатор разряжается через транзистор, работающий в активном режиме (
ком
. Прямой ток
б
Током через резистор
/.
ER
б 11
при этом можно пренебречь. Отсюда
2
UU
кб
), постоянным то-
время обратного хода
U
2.3.2. ГЕНЕРАТОР ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
С ЗАРЯДНЫМ ТРАНЗИСТОРОМ
T СI
в
. (2.68)
б
Схема генератора (рис. 2.34, а) состоит из ключевого транзистора
1VT
и зарядного транзистора
питается от дополнительного источника
больше напряжения питания
Е
Так как
, то эмиттерный переход транзистора
1
в прямом направлении. Ток эмиттера
2VT
зистор
работает в активном режиме как стабилизатор тока. При
2VT
. Эмиттерная цепь транзистора
, напряжение которого
1
.
()/
EER
э21 э
к2 э2
2VT
смещен
I
. Тран-
2VT
85
отсутствии входных импульсов этот ток замыкается через насыщен-
Е
Е
Е
I
Е
E
E
ный транзистор
отношение
()/
1 э
Е R
б1 кн11
, условие насыщения транзистора
1VT
. Для насыщения
/II
. Учитывая, что
1VT
необходимо обеспечить со-
/IER
61 б
1VT
можно записать в
II
, а
кн1 к2
виде
RR
б 1 э
E
R
VT
E
С
U
вх
R
б
р
VT
1
1
Э
2
U
вых
С
.
Е
1
Uвх
U
U
Е
1б
1к
1
Е
Т
П
t
U
1бн
t
U
m
U
1кн
t
а б
Рис. 2.34
Внешний импульс
вх
()Ut
разделительный конденсатор
1VT
транзистор
и отпирает
(рис. 2.34, б), поступая на базу
С , отрицательным перепадом запирает
р
2VT
. Ток
поступает в цепь конденса-
к2
1VT
через
тора С, заряжая его. Зарядный ток остается практически постоянным:
()/II
зар к21 э
Е R . Напряжение на конденсаторе нарастает по за-
кону, близкому к линейному:
I
Ut t t
С
зар
()
С R С
E
1
.
э
tT
При
напряжение на конденсаторе достигает амплитудного
п
значения
E
UT
1
М
R С
86
.
п
э
В течение всего времени заряда транзистор
М
М
M
2VT
должен оста-
ваться в активном режиме, не насыщаясь. Коллекторный переход
транзистора должен иметь обратное смещение, что ограничивает воз-
можную величину амплитуды импульса
U
(напряжение
U
не мо-
жет превышать Е).
Коэффициент нелинейности выходного напряжения зависит:
а) от угла наклона выходной вольт-амперной характеристики (ВАХ)
)(ifU
транзистора
ккб
(количественно наклон ВАХ транзистора
включенного по схеме с общей базой, может быть оценен величиной
2VT
г
к
и имеет порядка сотен килоом);
2VT
б) сопротивления утечки ключевого транзистора
, включенного
по схеме с общим эмиттером и запертого на время формирования импульса и имеет очень малую величину;
в) внешней нагрузки, подключаемой к выходным зажимам схемы.
Для уменьшения влияния нагрузки на линейность напряжения ее подключают через буферный каскад с высоким входным сопротивлением
(эмиттерный или истоковый повторитель).
После окончания действия
входного импульса транзистор
вновь отпирается. Конденсатор С, заряженный до напряжения
начинает разряжаться через открытый транзистор
1VT
.
1VT
U
,
,
Лекция № 11
2.3.3. ГЛИН С КОМПЕНСИРУЮЩЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
Рассмотрим вначале принцип построения подобного стабилизатора
тока заряда конденсатора, блок-схема которого изображена на рис. 2.35.
I
С1
Е
П
К*U
С1
С
R
1
Рис. 2.35
1
87
К
Процесс заряда конденсатора начинается под действием напряже-
Е
I
K
E
EIR
R
ния
должен уменьшаться. Однако при увеличении напряжения
. По мере заряда напряжение на конденсаторе нарастает и ток
п
U
1C
данная
схема должна работать так, чтобы увеличивалось дополнительное
напряжение
U
и вследствие этого – суммарное зарядное напряже-
1C
ние. Увеличение зарядного напряжения предотвращает то уменьшение
зарядного тока
U
жения
.
1C
, которое должно произойти из-за увеличения напря-
11С
Здесь ток заряда конденсатора определяется из уравнения
где
I
KU
– напряжение обратной связи, реализованное с помощью уси-
1C
п 11
1
C
С C
R
1
, (2.69)
KU U
лителя (с коэффициентом усиления K ). Если K = 1, то ток конденса-
тора
п
1
С
= const,
1
1C
а
Напряжение
напряжение
UE
1 п
С
U
нарастает по линейному закону. На практике
1С
KU
может быть получено путем повторения напряже-
1C
t
. (2.70)
C
11
ния, формируемого на конденсаторе С, с помощью эмиттерного повторителя с низким выходным сопротивлением.
Принципиальная схема генератора, в которой использован рассмотренный принцип линеаризации выходного напряжения, показана на рис. 2.36.
Транзистор VT1 схемы является ключевым, транзистор
исполь-
2VТ
зован в схеме эмиттерного повторителя. Выход эмиттерного повторителя является выходом источника напряжения компенсирующей ЭДС и
одновременно выходом всего устройства. Источником напряжения, относительно которого будет подаваться компенсирующее напряжение,
С
служит заряженный конденсатор
0
88
.
U
E
VD
C
0
VT
R
R
б
С
р
VT
вх
1
Рис. 2.36
2
U
С
вых
R
Э
При отсутствии внешних импульсов (стробов) транзистор
насыщен током
вия насыщения
кн1
/IER
б1 б
/IER
. Коллекторный ток при выполнении усло-
. Напряжение
uU U
0 кн1CC
. Напряжение
на выходе эмиттерного повторителя близко к нулю. Конденсатор
1VT
С
0
большой емкости практически заряжен до напряжения E.
()ut
Внешний прямоугольный импульс
t
полярность и длительность
, вызывает быстрое рассасывание не-
вх
основных носителей в базе насыщенного транзистора
, имеющий отрицательную
вх
1VT
и его запира-
ние. Конденсатор С начинает заряжаться через диод VD и резистор R от
источника питания +Е. Напряжение на конденсаторе С начинает возрастать. Соответственно возрастает и напряжение на выходе эмиттерного
повторителя, т. е. на эмиттере транзистора
1VT
. Увеличение выходного
напряжения приводит к запиранию диода VD (напряжение на аноде диода VD постоянно и равно +E, а напряжение на катоде складывается из
суммы двух напряжений: напряжения на конденсаторе
()ut
напряжения
на выходе устройства). Диод VD запирается и отклю-
вых
С
, равного Е, и
0
чает источник питания +Е от цепи заряда конденсатора С.
После запирания диода VD функцию зарядного источника принимает
на себя конденсатор
С
денсаторе
за время заряда остается почти постоянным, близким
0
С
. При большой величине
0
С
напряжение на кон-
0
89
к начальному значению
R
Е
сумма напряжений
ние на базе
U и
2VT
возрастает, также возрастает и выходное напряжение
на выходе эмиттерного повторителя
UE . На зарядную RC-цепь действует
зар
u
. По мере заряда конденсатора напряже-
зар
вых
()ut
. На резисторе R падение
вых
напряжения постоянно, значит постоянен ток через него.
Поскольку
i
= E/R = const, то
С
Ut
E
RC
. Отсюда
вхМ
R
U С
t
E
вх
.
М
После окончания действия внешнего импульса транзистор VT1
/IER
вновь включается за счет протекания базового тока
б1 б
от ис-
точника питания +Е. Начинается процесс восстановления начальных
U
М
условий в схеме за время обратного хода
t С
о.х
I
к1
II
,
к1 б1
. Про-
цессы описаны без учета падения напряжения на Б–Э-переходе транзистора
2VТ
и без изменения напряжения на конденсаторе
С
за время его
0
заряда-разряда.
2.3.4. ГЛИН С ВНЕШНИМ УПРАВЛЕНИЕМ
НА ОСНОВЕ ИНТЕГРИРУЮЩЕГО УСИЛИТЕЛЯ
Генератор собран на операционном усилителе А1 (рис. 2.37), охваченном параллельной отрицательной обратной связью по напряжению,
реализуемой посредством сопротивления
и конденсатора
1
С
.
1
Рис. 2.37 Рис. 2.38
На входе ОУ действует отрицательное напряжение
, а разрядный
0
транзистор VT1 периодически коммутируется импульсным входным
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]