Файл: Виглин, С. И. Преобразование и формирование импульсов в автоматических устройствах учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2024
Просмотров: 46
Скачиваний: 0
ется |
сравнительно медленно, то влияние инерционности |
проявля |
|||
ется |
слабо и им можно |
пренебречь. В этом |
случае длительность |
||
фронта |
и спада tcn |
выходного сигнала |
определяется |
практи |
|
чески только параметрами сигнала на входе и может быть найде
на, например, по формуле (13.7) |
(для синусоидального напряже |
ния). Иначе говоря, при условии |
справедлива элементар |
ная теория ограничения. |
|
Режим двухстороннего ограничения используется не только для преобразования формы сигналов, но и для других целей. В устрой ствах автоматики, телеуправления и вычислительной техники час то требуется фиксировать во времени выполнение арифметических или логических операций, для че
го |
подменяется |
схема |
(рис. |
|
||||
13.49). |
|
состоянии |
тран |
|
||||
В |
исходном |
|
||||||
зистор |
заперт |
благодаря |
вклю |
|
||||
чению источника Е б , создающего |
|
|||||||
на базе положительное напряже |
|
|||||||
ние. В результате выполнения |
|
|||||||
какой-то операции управляющее |
|
|||||||
устройство (УУ) вырабатывает |
|
|||||||
отрицательный импульс с ампли |
|
|||||||
тудой, |
достаточной |
для |
насыще |
|
||||
ния |
транзистора, |
|
который |
пере |
|
|||
дается на базу через емкость Ср. |
|
|||||||
Под |
|
действием |
этого |
импульса |
|
|||
транзистор |
отпирается |
и быстро |
|
|||||
переходит в |
состояние |
насыще Рис. |
13.49. Схема транзистор |
|||||
ния. |
После |
окончания |
входного |
ного ключа. |
||||
управляющего импульса |
транзис |
|
||||||
тор снова запирается. На выходе схемы |
(на коллекторе транзисто |
|||||||
ра) образуется импульс положительной полярности, свидетельст вующий о выполнении операции управляющим устройством.
Поскольку в |
состоянии |
насыщения |
транзистор |
имеет малое |
|||
внутреннее сопротивление |
(порядка |
10—100 ом), |
определяемое |
||||
наклоном линии |
насыщения |
на |
статическиххарактеристиках, |
||||
то напряжение |
на коллекторе |
ик |
оказывается также весьма |
ма |
|||
лым (порядка 0,1—0,3 в). |
Пренебрегая |
этим напряжением |
по |
||||
сравнению с Е к, т. е. полагая |
ик~ 0, можно считать |
насыщенный |
|||||
транзистор замкнутым ключом. В запертом состоянии он представ ляет собою разомкнутый ключ.
Обычно ставится задача быстрой фиксации срабатывания уп равляющего устройства. Поэтому в кем образуется управляющий импульс почти прямоугольной формы, имеющий длительность фронта ^фвх, сравнимую или даже меньшую, чем При этом условии длительность перехода транзистора из запертого состоя ния в насыщенное и обратно определяется, главным образом, его
9 С. И. Виглин. |
129 |
инерционными свойствами, а не входным сигналом. Далее рас сматриваются процессы при ^ф„х = 0.
Режим работы транзистора называется ключевым, если тран зистор длительное время находится либо в запертом, либо в насы щенном состоянии, а переход из одного состояния в другое осуще ствляется под действием скачков входного сигнала, причем фор ма напряжений и токов в транзисторе во время перехода опреде ляется его инерционными свойствами. Схема нелинейного усили тельного каскада (рис. 13.49), в которой транзистор работает ь ключевом режиме, носит название транзисторного ключа.
Укажем основные достоинства ключевого режима работы. В состав управляющего устройства, выполняющего арифметические и логические операции, входят маломощные диодные или ферри товые элементы, чувствительные к изменению внешней нагрузки. Применение транзисторного ключа позволяет, во-первых, усилить управляющий импульс по мощности.
Так как в насыщенном состоянии мк=0, |
то амплитуда импуль |
|||||||
|
са на выходе |
|
|
|
|
|
|
|
|
UK |
Ек |
Щк ] |
|
Е к. |
|
|
|
|
Поскольку UKне зависит от RH, то, во-вто |
|||||||
|
рых, транзисторный |
ключ |
не |
чувствителен |
||||
|
к изменению сопротивления нагрузки. |
|
||||||
|
В-третьих, транзисторный |
ключ играет |
||||||
|
роль разделительного |
элемента, |
благодаря |
|||||
|
которому связь между управляющим уст |
|||||||
|
ройством и нагрузкой имеет место лишь в |
|||||||
|
течение длительности |
управляющего |
сиг |
|||||
|
нала, когда транзистор открыт. Это умень |
|||||||
|
шает взаимное влияние каскадов в слож |
|||||||
|
ной схеме и |
улучшает |
ее |
надежность, |
||||
Рис. 13.50. Базовая |
вследствие того, что каждый |
элемент |
схе |
|||||
цепь транзисторного |
мы (управляющее |
устройство, |
нагрузка) |
|||||
ключа при запертом |
работает независимо, пока транзисторный |
|||||||
транзисторе. |
||||||||
|
ключ заперт. |
|
|
|
|
|
|
|
Ключевой режим |
работы транзистора используется также в ге |
|||||||
нераторах импульсов.
Рассмотрим основные условия, обеспечивающие ключевой ре
жим работы. В запертом транзисторе протекает |
ток /,<о • На |
ре |
|||
зисторе R6 |
(рис. 13.50) он создает напряжение, |
действующее |
на |
||
встречу Е6 |
. Поэтому в исходном состоянии схемы |
|
|||
|
|
мб —Е 6 |
I кОR(, |
(13.48) |
|
Для |
запирания транзистора должно быть «б > 0 , |
что обеспечива |
|||
ется, |
если |
|
|
|
|
|
|
Eft |
/кО R& |
(13.49) |
|
130
Неравенство |
(13.49) |
является |
условием |
запирания |
транзистора. |
|
Оно показывает, что в базовой |
цепи нельзя включать |
слишком |
||||
большое сопротивление R& , так .как это |
потребует |
чрезмерного |
||||
увеличения |
напряжения Е 6 источника смещения. |
|
известное |
|||
Для насыщения |
транзистора должно |
выполняться |
||||
условие |
|
|
|
|
|
(13.50) |
|
|
|
|
|
|
|
где /бм — максимальный базовый ток, создаваемый управляющим импульсом. Величина Д*р определяется графоаналитически. По строим линию нагрузки АВ (рис. 13.51) по уравнению
«К —~ |
{ Е к |
Д R k ) |
(13.51) |
для заданного сопротивления R K и найдем точку С |
пересечения |
||
с линией насыщения. Величина |
/6 кр |
соответствует той статичес |
|
кой характеристике, для которой точка С лежит на границе между линейной областью и линией насыщения (рис. 13.51).
Рис.. 13.51. К определению основных параметров состояния насыщения.
Найдем связь между ДкР и параметрами схемы. Так как при изменении базового тока в пределах 0 < Д < / бкр коллекторный ток /к изменяется пропорционально Д . то для расчета макси мальной величины /км, соответствующей /6кР, воспользуемся со отношением (3.62), пренебрегая малой величиной До • Тогда по лучим
откуда
КМ |
(13.52) |
|
С другой стороны, на основании уравнения (13.51)
Нк мин г~ |
( Д к |
Д м /? « )• |
9* |
131 |
Так как на линии насыщения приближенно ик мии ~ 0, to
|
/•* |
К М |
^ |
п |
• |
(13.53) |
|
|
|
------ |
|
||
|
|
|
|
Дк |
|
|
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
/- |
|
- |
А |
|
(13.54) |
|
0 к |
р |
р /?к • |
|
||
Подставляя эту величину в соотношение (13.50), находим |
||||||
|
R k |
> |
£'к |
|
(13.55) |
|
|
з L |
|
||||
Это |
неравенство определяет |
выбор |
величины |
сопротивления R K, |
||
требуемой для насыщения. Чем |
больше R K, тем |
меньше величина |
||||
/6кр |
по сравнению с /бм и тем |
глубже насыщение транзистора. |
||||
Чтобы транзистор работал в линейном режиме, должно выпол няться условие
А)м |
А> *Р‘ |
Подставляя выражение (13.54), |
получим |
R к < 5 |
(13.56) |
э / ,бм
Переходные процессы в транзисторном ключе
Изучим форму импульсов коллекторного тока и напряжения на коллекторе в транзисторном ключе, .когда на входе воздействует управляющий импульс прямоугольной формы. Считая, что для импульсного сигнала разделительная емкость Ср и источник Еб замкнуты накоротко, получим эквивалентную схему входной цепи (рис. 13.52). Здесь управляющее устройство как источник сигнала
|
|
JL |
—г— |
-о |
гЦ |
|
rL |
|
|
я„ |
я* |
ядз, |
|
|
4 11 |
|
|||
|
Х - с О Г |
т |
■ о |
|
Рис. 13.52. Эквивалентная схема входной цепи при действии управляющего импульса.
заменено на его выходных зажимах 1— 1 генератором тока с внут ренним сопротивлением R H, а транзистор представлен его входным
сопротивлением R6s. |
R K достаточно |
велико |
(R„ > |
|
Если |
сопротивление источника |
|||
» R6 |
/?б9), то ток генератора /„ |
замкнется в основном |
через |
|
базовую |
цепь транзистора, создавая отпирающий |
импульс |
тока |
|