Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника и электроника
.pdf
111
0
A
B
I
=0
>
>
0
D
дящем (запертом) состоянии. Этому режиму соответствует точка
7.16).
IК, A
Iб >0
IКК
ЕК
Во втором режиме
U
BX
0
I .
б
I и
K
>=
Транзистор переходит в открытое
R
б
0
входит в режим насыщения (точка
величины управляющего сигнала
тойчивых режимах
:
0
U (
BX
Рис
. 7.16
большой входной сигнал
UВХ,
триод может находиться в двух ус
UК, B
),
базовый ток
(
проводящее) состояние
В).
Поэтому, в зависимости от
«А» (
рис
.
-
•
-
заперт (режим отсечки
•
-
насыщения
.
На выходе коллекторной цепи
);
U
получается прямоугольный им
ВЫХ
пульс в соответствии с частотой входного напряжения (рис
U
, B
вых
нас
С
A
t
t
выкл
мс
A
t
отс
B
t
t
вкл
Рис
. 7.17
Из рис
•
. 7.17
точка
следует
А –
соответствует режиму отсечки
:
;
-
. 7.17).
•
t
–
время включения, т.е. переход от запертого состояния в ре
вкл
жим насыщения (точка
в триоде
•
участок
;
ВС –
участок «насыщения» триода
В),
определяется инерционностью зарядов
;
-
112
≈
B
1
≈
•
t
–
выкл
режиму отсечки
дов
время выключения, т.е. переход от состояния насыщения к
(
точка
D),
определяется инерционностью заря
.
Ключевой режим работы транзистора (триода) является основой пре
образовательной техники
.
7.8. Тиристор (управляемый вентиль)
Тиристор –
слое
р2
есть управляющий электрод, служащий для управления процессом
открытия тиристора, т.е. перехода от запертого состояния в проводящее
На рис
. 7.18
а)
управл.
электрод
это четырехслойная структура
р-n-р-n-
проводимости. На
показано устройство и схема включения тиристора
p1
П1
n1
П2
p2
Iу
n2
П3
IT
E
б)
VS
R
.
-
-
.
RУ
Eу
Рис
. 7.18
Схема состоит из источника напряжения
пи управления
слои
П1, П3
щий слой
П2 в
ЕУ,
резистора
RУ и
тиристора
включены в прямом (проводящем) направлении, а запираю
обратном (непроводящем) направлении
Рассмотрим работу тиристора, когда ток управления
женное напряжение
тельный ток
.
U
меньше
,
через тиристор проходит незначи
Е,
сопротивления
VS. В
тиристоре запирающие
.
R,
0
I и
У
ЭДС це
прило
При достижении приложенного напряжения, равного напряжению от
пирания
U
,
запирающий слой
ОТП
П2 «
пробивается
», и
тиристор переходит
в проводящее состояние, ток через тиристор лавинообразно увеличивается
(
рис
. 7.19).
С увеличением тока управления
тиристора от запертого состояния к открытому
IУ > 0
сокращается время перехода
.
-
-
-
-
-
113
0
U
отп
I
y1
> 0
y
IT, А
I
y2
> Iy1
I
= 0
U, B
Рис
. 7.19
Тиристор самостоятельно не может выйти из проводящего состояния
т.е
. «
закрыться
ристора
:
•
естественный, если тиристор включен в цепь переменного тока
Запирается обратной
напряжения, аналогично диоду
•
искусственный
»,
поэтому существуют следующие способы запирания ти
(
отрицательной) полуволной переменного
;
(
принудительный
),
когда тиристор включен в
цепь постоянного тока, с помощью дополнительных устройств
Тиристор обладает следующими достоинствами
:
,
-
.
.
•
простота устройства
•
преобразование больших мощностей
•
высокий КПД
•
термической устойчивостью, т.е. пропускает токи короткого за
;
мыкания без собственного ущерба
Рассмотрим способы применения тиристора
;
;
.
.
7.9. Управляемый выпрямитель
Схема управляемого выпрямителя представлена на рис
VS
. 7.20.
+
UC ~
U1
СУ
Uвых
RH
_
-
Рис
. 7.20
Схема состоит из согласующего трансформатора
грузки
RН и
системы управления
СУ,
предназначенной для формирования
Т,
тиристора
VS, на-
управляющих импульсов тиристора. Эта схема аналогична схеме одно
-
114
0
2π
ωt
Udo
α
α
⋅
=
тактного однофазного однополупериодного выпрямителя (рис
вместо диода включен тиристор
Работа схемы. Система управления
ристора
ся заполняемость синусоиды и соответственно изменяется напряжение на
выходе выпрямителя (рис
α.
При изменении величины угла открытия тиристора
. 7.21).
U
вых
, B
.
СУ
регулирует угол открытия ти
. 7.6),
α,
изменяет
только
π
α
Рис
. 7.21
Величина выходного напряжения равна
UU
где
U
–
напряжение при использовании диода
do
Когда угол
тиристор находится в непроводящем (запертом) состоянии
Управляемые выпрямители
электроприводах постоянного тока, электросварке постоянным током и в
гальванотехнике
α = 0,
.
тиристор работает как обычный диод, при
cos
doВЫХ
(У.В.)
, (7.9)
.
α = 180°
.
находят широкое применение в
-
-
7.10 Операционные усилители
Операционный
усилитель, предназначенный для усиления как постоянных, так и пере
менных сигналов. Вначале такие усилители использовались в аналоговых
вычислительных устройствах для выполнения математических операций
(
сложения, вычитания и т. д
«
операционный
В
виде полупроводниковых интегральных схем. Эти схемы содержат боль
шое число (десятки) элементов (транзисторов, диодов и т. д
мерам и стоимости приближаются к отдельным транзисторам. Операци
онные усилители удобно использовать для решения самых различных за
дач преобразования и генерирования маломощных сигналов, поэтому эти
усилители очень широко применяются на практике
настоящее время операционные усилители широко используются в
».
усилитель
.).
Это объясняет происхождение термина
(ОУ) –
это высококачественный
-
-
.), но по
.
раз
-
-
-
115
Рассмотрим наиболее широко используемые разновидности операци
онных усилителей, для питания которых применяются два источника на
пряжения (обычно
от источника с нулевым выводом или от расщепленного источника
Условное графическое обозначение операционного усилителя показано
+15 В и –15 В). По-
другому это называется питанием
.
-
-
на рис
. 7.1.
Рис
. 7.1.
теля
Обозначение общего вывода
вольт
схема на операционном усилителе
».
Для пояснения назначения выводов на рис
Графическое обозначение операционного усили
«0V»
расшифровывается как «ноль
. 7.2
приведена типовая
–
схема инвертирующего усилителя
-
.
Рис
. 7.2.
усилителя
Инвертирующий усилитель на основе операционного
116
8. Логические элементы.
Логический элемент (логический вентиль
полняющая некоторую простейшую логическую операцию. На рис
) –
это электронная схема, вы
-
. 8.1
приведены примеры условных графических обозначений некоторых логи
ческих элементов
.
Рис. 8.1. Логические элементы
Логический элемент может быть реализован в виде отдельной интеграль
ной схемы. Часто интегральная схема содержит несколько логических
элементов
.
Логические элементы используются в устройствах цифровой электроники
(
логических устройствах) для выполнения простого преобразования логи
ческих сигналов
Классификация логических элементов.
логических элементов (так называемые логики
•
резисторно-транзисторная логика (ТРЛ
•
диодно-транзисторная логика (ДТЛ
•
транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ
•
эмиттерно-транзисторная логика (ЭСЛ
•
транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ
•
логика на основе МОП-транзисторов с каналами типа
•
логика на основе МОП-транзисторов с каналами типа
•
логика на основе комплементарных ключей на МДП-транзисторах
(
КМДП, КМОП
•
интегральная инжекционная логика И2Л
•
логика на основе полупроводника из арсенида галлия
В
настоящее время наиболее широко используются следующие логи
ки: ТТЛ, ТТЛШ, КМОП, ЭСЛ. Логические элементы и другие цифровые
электронные устройства выпускаются в составе серий микросхем: ТТЛ
К
155,
КМ
155, К133,
К
555, Км555, 1533, КР1533;
.
);
КМ
133;
Выделяются следующие классы
);
ТТЛШ
ЭСЛ
– 530, КР531,
– 100, К500, К1500;
);
);
;
):
);
р (р n (n-
GaAs.
КМ
531, КР1531, 533,
КМОП
– 564, К561,
МДП
МДП
);
);
);
-
–
1564, КР1554; GaAs – К6500.
-
-
-
Наиболее важные параметры логических элементов
•
Быстродействие характеризуется временем задержки распростране
ния сигнала
t
и
максимальной рабочей частотой
зр
:
-
F
.
макс
Время за
-
117
держки принято определять по перепадам уровней
0,5
∆
U
.
Максимальная рабочая частота
вых
торой сохраняется работоспособность схемы
•
Нагрузочная способность характеризуется коэффициентом объеди
нения по входу
динения по выходу
величина
К
раз
Коб
(
иногда используют термин «коэффициент объе
»).
Величина
–
максимальное число однотипных логических эле
К
об
F
–
макс
это частота, при ко
.
–
это число логических входов
0,5
U
вх
ментов, которые могут быть подключены к выходу данного логиче
ского элемента. Типичные значения их таковы
К
=4…10.
раз
стью
К
раз
•
Помехоустойчивость в статическом режиме характеризуется напря
жением
Для элементов с повышенной нагрузочной способно
=20…30.
U
,
которое называется
пст
статической помехоустойчиво
:
Коб
=2…8,
стью. Это такое максимально допустимое напряжение статической
помехи на входе, при котором еще не происходит изменение выход
ных уровней логического элемента
•
Мощность, потребляемая микросхемой от источника питания. Если
.
эта мощность различна для двух логических состояний, то часто
указывают среднюю потребляемую мощность для этих состояний
•
Напряжение питания
•
Входные пороговые напряжения высокого и низкого уровня
и
U
вх.0порог
мента
•
Выходные напряжения высокого и низкого уровней
.
,
соответствующие изменению состояния логического эле
Используются и другие параметры
Особенности логических элементов различных логик.
.
.
U
вх.1порог
U
и
U
вых1
Для конкретной
вых0
.
серии микросхем характерно использование типового электронного узла
базового логического элемента. Этот элемент является основой построе
ния самых разнообразных цифровых электронных устройств
Базовый элемент ТТЛ
содержит многоэмиттерный транзистор, выпол
няющий логическую операцию И, и сложный инвертор (рис
.
-
. 8.2).
и
-
-
,
-
-
-
-
-
-
.
-
–
-
118
Рис
. 8.2.
Базовый элемент ТТЛ
Рис
. 8.3.
Логический элемент ТТЛШ
Если на один или оба входа одновременно подан низкий уровень на
-
пряжения, то многоэмитттерный транзистор находится в состоянии насы
щения и транзистор Т
е. на выходе будет высокий уровень напряжения. Если на обоих входах
одновременно действует высокий уровень напряжения, то транзистор
закрыт, а следовательно, закрыт и транзистор Т
2
, т.
4
-
119
Т2 открывается и входит в режим насыщения, что приводит к открытию и
насыщению транзистора Т
функция И-НЕ. Для увеличения быстродействия элементов ТТЛ исполь
зуются транзисторы с диодами или транзисторами Шоттки
Базовый логический элемент ТТЛШ (на примере серии К555).
ве базового элемента серии микросхем
И-НЕ (рис
зистора Шоттки
Транзистор
напряжения
закрыты, транзисторы
. 8.1,а), а на
.
VT4 –
u
вх1
обычный биполярный транзистор. Если оба входных
и
u
вх2
VT1, VT5
и
запиранию транзистора Т
4
К555
рис
. 8.1,б
имеют высокий уровень, то диоды
показано графическое изображение тран
использован элемент
открыты и на выходе имеет место напря
, т.е.
3
реализуется
.
VD3 и VD4
В
-
качест
жение низкого уровня. Если хотя бы на одном входе имеется напряжение
низкого уровня, то транзисторы
VT4
открыты, и на входе имеет место напряжение низкого уровня. Мик
росхемы ТТЛШ серии К
•
напряжение питания
•
выходное напряжение низкого уровня не более
•
выходное напряжение высокого уровня не менее
•
помехоустойчивость
•
среднее время задержки распространения сигнала
555
симальная рабочая частота
Особенности других логик.
VT1 и VT5
закрыты, а транзисторы
VT3 и
характеризуются следующими параметрами
+5 В;
0,4 В;
2,5 В;
– не
25
менее
МГц
0,3 В;
.
20 нс;
мак
Основой базового логического элемента
-
ЭСЛ является токовый ключ, схема которого подобна схеме дифференци
ального усилителя. Микросхема ЭСЛ питается отрицательным напряже
нием
(–4
В
для серии К
1500).
Транзисторы этой микросхемы не входят в
-
режим насыщения, что является одной из причин высокого быстродейст
вия элементов ЭСЛ
В микросхемах
на МОПтранзисторах с
транзисторах с
.
n-
МОП и
n-
p-
каналом. Для исключения потребления мощности логи
p-
МОП используются ключи соответственно
каналами и динамической нагрузкой и на МОП
ческим элементом в статическом состоянии используются комплементар
ные МДП-логические элементы (КМДП или КМОП-логика
Логика на основе полупроводника из арсенида галлия
ризуется наиболее высоким быстродействием, что является следствием
высокой подвижности электронов (в
кремнием
рядка
10
).
Микросхемы на основе
ГГц
.
3…6
GaAs
раз больше по сравнению с
могут работать на частотах по
).
GaAs
характе
-
-
-
-
-
:
-
-
-
-
-
-
Если на один или оба входа одновременно подан низкий уровень на
-
пряжения, то многоэмиттерный транзистор находится в состоянии насы
щения и транзистор Т
закрыт, а следовательно, закрыт и транзистор Т
2
4
-
, т.
120
е. на выходе будет высокий уровень напряжения. Если на обоих входах
одновременно действует высокий уровень напряжения, то транзистор
Т2 открывается и входит в режим насыщения, что приводит к открытию и
насыщению транзистора Т
функция И-НЕ. Для увеличения быстродействия элементов ТТЛ исполь
зуются транзисторы с диодами или транзисторами Шоттки
И-НЕ (рис
стора Шоттки
.8.2), а на
.
рис
и
запиранию транзистора Т
4
, т.е.
3
.
. 8.3
показано графическое изображение транзи
реализуется
-
-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]