Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Так, например, счет,''в4ртенные компараторы среднего быстродействия К1401СА2 имеют время , задержки распространения меньше 3 мкс, ток потребления 2мА, коэффици: ент усиления 90 дБ и напряжение смещения нулевого уровня меньше 5 мВ Многие компараторы общего назначения имеют на выходе транзистор :::: е пткргятым коллектором, что позволяет подключать нагрузку этого трапзис,;::,'тора к внешнему источнику питания, напряжение которого выбирается в зависимости от типа используемой логики .
Прецизионные компараторы отличаются от компараторов общего назпа- ::: Чдния рядом улучшенных характеристик. Они имеют повьппенпый коэффи': т4йеит усиления, меньшее пороговое напряжение перектючения, понижен:.;- НБЕ'напряжение смещения нулевого уровня и малый входной ток. Быстродей„'Фтаие этих компараторов обычно не очень высокое, время переключения обыч- но''меньше 300 нс. В качестве примера можно привести отечественный ком=,': цаРачор К554СА3, имеющий коэффициент усиления 110 дБ, напряжение смещения 3 мВ, входной ток 3 нА, время переключения 200 нс Быстродействующий компаратор напряжения КМ597СА2, имеющий на :.:- -вМВЯе уровни ТТЛ-логики, обладает параметрами: время задержки распро- вбтйднения 12 нс, напряжение смешения 2 мВ, входной ток 1О нА ГЛАВА 15 ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛ ЮЧИ В отличие от рассмотренного ранее режима, где транзистор работал в режиме малого сигнала и являлся линейным элементом, в импульсном режи..
ме, являюшимся характерным для цифровых устройств, транзистор работаь г в режиме большого сигнала. В отличие от режима малого сигнала, где отклонение от рабочей точки по постоянному току порядка 20 — 30%, в режиме большого сигнала транзистор переходит из зоны отсечки через активную область в режим насыщения и наоборот. Как правило, в импульсной технике транзистор работает в двух противоположных состояниях: в режиме отсечки (транзистор заперт) и в режиме насыщения (транзистор открыт и насьпцен). Коэффициент передачи транзистора в этих режимах меньше единицы„те.
он не обладаег усилительными свойствами. Кроме того, при переключении из одного режима во второй и наоборот транзистор находится в активном режиме, время переключения составляет единицы микросекунд. В переходном (активном) режиме коэффициент передачи транзистора намного больше единицы. В режиме большого сигнала характеристики транзистора нелинейны. В качестве электроннььх ключей в настоящее время применяются биполярные и полевые транзисторы, причем все большее применение находят ключи на полевых транзисторах.
Это, в первую очередь, определяется возможностью уменьшения рассеиваемой мощности, что согласуется с требованием комплексной миниатюризации элехтронных устройств. В то же время применение биполярных транзисторов в качестве электронных ключей позволяет реализовать большее быстродействие схем коммутации, чем и объясняется их широкое использование в устройствах импульсной и цифровой электроники наряду с полевыми транзисторами. Распространены электронные ключи, в выходных цепях которых используются источники постоянного напряжения (источники питания). г1азначение таких ключей состоит в том, чтобы создать на выходе напряжение, близкое к нулю при открытом состоянии ключа, или напряжение, близкое к напряжению питания при закрытом ключе.
Такая работа характерна для ключей цифровой электроники (их называют цифровыми ключами), В информационной электронике используются также и ключи, имеющие другое назначение. Оно состоит в том, чтобы соединить или отключить источник входного, содержащего информацию аналогового сигнала и приемник сиг. 186 ~;.цяа, Такие устройства принято называть аналоговыми ключами или аналого- '~маги,коммутаторами.
15.1. Аналоговые коммутаторы Янплагавый коммутатор служит для коммутации аналоговых входных ': *' 'в)мтзалов. Если коммутатор находится в состоянии «вюпочено», его выходное .;~'*:,;:зьПРЯжение должно по возможности точно РавнЯтьсЯ входномУ; если же комх)~т)вф~ор находится в состоянии «выключено», оно должно стать равным нулю Существуют различные схемные решения коммутаторов, удовлетворя;:~ткцгмие указанным условиям. Их принцип действия показан на рис.
15.1 а, б, в !.",; г!О:Примере механических переключателей На рис. 15.1 а представлен последовательный комлб татар. Пока кон:,'.яектэзамкнут, Увык = Увк. Когда контакт размыкается, выходное напряжение '-:,',:.!-'~еиовится равным нулю. Все это справедливо, вообще говоря, для ненагру:..';"щр)зной схемы. При наличии емкостной нагрузки выходное напряжение вслед-. "р!!!вцв конечной величины выходного сопротивления схемы Явах = !г падает -:: дй:,нулевого значения не мгновенно Зтот недостаток отсутствует у схемы параллельного коммутатора, изоб"','фов5енного на рисунке 15.1 б а) б) в) ;Рис. 15.!. Коммутаторы: а) последовательный; б) параллельный; в) последовательно-параллельный Последовагпельно-параллельный коммутатор, показанный на рисун' МЕ45.! в, обладает преимущес~вами обеих предыдущих схем В любом ра-.':,"Р<гчем состоянии он имеет выходное сопротивление, близкое к нулю Аналоговые коммутаторы могут быть реализованы электронными мето~фйи Путем замены механического контакта элементом с управляемым сопро ~гивяеиием, имеющим малое минимальное и достаточно большое максималь,:~уе,'Значения.
для этих целей могут использоваться полевые транзисторы, ди' ~Фьт;.биполярные транзисторы и другие управляемые электронные приборы 187 15.2. Ключи на биполярных транзисторах Рис. 15.2. Транзисторный ключ В схеме должны выполняться следующие условия: (! 5.1) (15.2) У вввх > ввв при У хв < Ув, Б вых < ЬВв при в/ хпв ) Ув . Этн условия должны выполняться даже для самого неблагоприятного случая, т,е.
Ьввввх не должно быть меньше, чем при Ухпв = И., и Увых не должно быть больше, чем при Ывв = Ьвв. Такие условия могут быть выполнены соот- 188 В линейных схемах потенциал коллектора транзистора устанавливается таким, чтобы его величина находилась в пределах между напряжением питания в Е и напряхкением на коллекторе в режиые насыщения Иквхс. При этом усиление сигнала осуществляется в окрестности установленной рабочей точки. Отличительной особенностью линейных схем является то, что величина входного сигнала остаегся настолько малой, что выходное напряжение линейно зависит от входного и не выходит за пределы верхней и нижней границ линейного участка характеристики, так как в противном случае появились бы заметные искажения сигнала.
В отличие от линейных схем цифровое схемы работают только в двух характерных рабочих состояниях. Этн состояния характеризуются тем, что выходное напряжение может быть либо больше некоторого заданного напряжения Ьвв, либо меньше заданного напряженняЮ., причем Ьгв < Ин. Бели выходное напряжение превышаетЬгв, то говорят, что схема находится в состоянии Н (Ый)з — высокий), если же оно меньше, чем Ьгв, говорят, что она находится в состоянии Ь 11овп — низкий). Величины уровней Ьвв и И, зависят только от используемой схемотехники, Чтобы можно было однозначно интерпретировать выходной сигнал, уровни, лежащие между значениями Ин и Ы., считаются запрещенными. Схемотехнические особенности, определяемые этими требованиями, рассмотрим на примере транзисторного ключа, представленного на рис.
15.2. Щ~ФГ"'": ' ,:;,йс.. :!": ~~ствующим выбором уровней Ул и сч, а также величин сопротивлений Ак и '~:::::„:ааьЯередаточная характеристика транзисторного ключа показана на рис. 15. 3 Е'выем, В а з~ ц Ела В Ы бч Рис. 15.3. Передаточная характеристика ключа Чтобы исследовать возможности использования в качестве коммутатора .' биполярного транзистора, рассмотрим его характеристики вблизи нулевой ;;„'гаечки, На рис.
15.4, а изображен ключ на биполярном транзисторе в схеме с ''',;;",, офцим эмиттером, а на рис.15.4, б — семейство выходных характеристик для :;..'-аквдых положительных и отрицательных напряжений коллектор-эмиттер )" ::.::;Рис; 15.4. Ключ на биполярном транзисторе в схеме с общим эмиттером (а); семейство его выходных характеристик 1'б) Н первом квадранте находится уже рассмотренное семейство выход- .::ЖЫХ,Характеристик транзистора, Если изменить полярность напряжения кол.' лектор-эмиттер, це меняя базового тока транзистора, получим семейство ха;: Раатеристик в третьем квадранте.
При таком обратном включении транзис :.!тчР'обладает существенно мепыпим коэффициентом усиления тока базы, ! ,:::.еОртавляющим примерно . Максимально допустимое при таком режиме ЗО.д' 189 работы напряжение коллектор-эмнттер равно напряжению запнрания перехода эмнттер-база авэо. Это объясняется тем, что при таком режиме работы транзистора переход база-коллектор открыт, а переход база-эмиттер закрыт, Этот режим работы транзистора называется инверсным, а саответствуюший ему коэффипиент усиления тока — инверсным коэффициентом усиления 11, Точка перехода коллекторного тока через нуль соответствует напряжению коллектор-эмитгер от 10 до 50 мВ. Если базовый ток превышает несколько мнл лнампер, остаточное напряжение, соответствуюшее!к = О, возрастает; прн малых базовых токах оно остается практически постоянным.
Остаточное напряжение, соответствующее й = О, можно сушественно сюн зить, если в момент перехода коммутируемого тока через нуль транзистор будег работать в инверсном режиме, Для этого достаточно поменять местами выводы коллектора и эмитгера транзистора. На рис. 15.5, а изображен ключ на биполярном транзисторе в инверсном включении, а семейство его выходных характеристик показано на рис. 15 5, б. Напряжение бгхэ транзистора при таком вюпоченин для достаточно больших значений выходного тока зависит от тока примерно так же, как и для прямого включения транзистора (рис.
15.4, а). Причина этого явления состоит в том, что в инверсной схеме включения выходным током является ток эм итгера, который мало отличается от тока коллектора. ) а! Рисунок 15.5. Ключ на биполярном транзисторе в инверсном включении (а), семейство его выходных характеристик (б) В окрестности нулевой точки графики (рис, 15.4, б и 15.5, б) существенно различаются. Это обьясняется тем, что в этой области током базы нельзя пренебрегать по сравнению с выходным током. Если в прямом включении транзистора выходной ток установить равным нулю, то ток базы транзистора будет равен току коллектора.
При этом переход коллектор-база будет открыт (инверсное включение транзистора). Возникающее напряжение смеюения будег приблизительно в 10 раз меньше, чем при прямом включении транзистора, знак же его, как и при прямом включении, будет положительным, так 190 ,.:"':~;и 'и схеме на рис. 15.5, а Укор = - Укэ. Ти ':.)нейе в этом режиме лежат в пределах от ,'..:"-''~~~ив биполярных транзисторов в качеств "'~"::фцйпчать, Поменяв местами выводы колле -::::;",;поддерживать эмиттерный ток достаточно '-:~аь'тоньки в инверсном режиме Паршосльный ключ. Применение бип .".'~щФллельиого ключа показано на рис. 15.6 ! Г Ь значения напряжения сме- В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
