Глотов А.Н., Жаркова Н.А. Учебное пособие Типовые узлы цифровых устройств (2013) (1092077), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

R2<Eсм/Iк0.Ток Iк0 имеет сильную температурную зависимость, что может привести коткрыванию транзистора при повышении температуры перехода. Поэтому в расчете Iк0полагают равным Iк0мах, который соответствует току при максимальной рабочейтемпературе. Оценить увеличение обратного тока коллектора можно приближенно:ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»7Iк0 (ТIк0 (Тмах)= Iк0(+20 С) 2мах)= Iк0(+20 С) 300Т мах  2010Т мах  2010- для кремниевых транзисторов,- для германиевых транзисторов.В) Режим насыщения.Оба перехода смещены в прямом направлении. На входных характеристикахрежиму соответствует кривая, где Uкэ0, на выходных - начальные участки кривых.Режим описывается соотношениями:Iб>Iбн , Iкн=Eк/Rк, Iбн=Iкн/=Eк/Rк, Uбэ>0, Uкэ0,.Для выполнения первого условия нужно определить Iб.

Для этого пользуютсяэквивалентной схемой содержащей 3 источника рисунок.1.3.IбR1I1+Uвх_R2I2_Eсм+RвхI3+Uбэн_Рисунок.1.3.Uбэн – падение напряжения на переходе база-эмиттер в режиме насыщения.Находим базовый ток как сумму трех токов: Iб=I1+I2+I3. Ток Iб – имеет направлениесоответственно стрелке.С учетом того, что при насыщенном транзисторе Rвх мало (Rвх=0) и . Uбэн << Uвх,эта эквивалентная схема упрощается и необходимо найти только токи I1= Uвх /R1 и I2=Eсм/R2.Iб = U1/R1 - Eсм/R2.Если условие Iб>Iбн = Eк/Rк выполняется, то транзистор находить в режименасыщения..Диаграммы работы ключевой схемы представлены на рисунке.1.4.ОглавлениеН.А.

Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»8UвхE1E0tUбUбэоUбзtUk=Ek-Ik0 RkUвыхEkUktIkIkнIk0tРисунок.1.4.1.2. Ключи на полевых транзисторахПолевые транзисторы (ПТ) - униполярные п/п приборы. Проводимость ПТобусловлена только свободными основными носителями. Различают по типу затвора:ЗПТ1)ССЗа)ИРис.1.52)б)затворомввидезакрытого p/n – перехода рис.1.5 а.ТранзисторыИсрежимеэтоготипаобеднения,т.е.работаютвувеличениеразности потенциалов между затвором иистоком уменьшает проводимость канала.ПТ с изолированным затвором на основе металл-диэлектрик-п\п (МДП) иметалл-окисел-п\п (МОП) рис.6 б.

В зависимости от технологии изготовления МДПмогут работать, как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения.Обычно у полевых транзисторов рассматривают выходные IC=f(Uс) и проходныеIC=f(Uз) характеристики (рис.1.6 а,б), т.к. входное сопротивление велико и входныехарактеристики не имеют практического смысла.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»9icic«левая»3«правая»12а)ПроходнаяхарактеристикаUзиUсиРис.1.6IC(Uзи)можетб)быть«левая»,«правая»и«симметричная», в зависимости от расположения относительно оси координат. Вцифровых и импульсных устройствах больше находят применение с «правыми»характеристиками.При подаче на вход усилителя на ПТ импульсного сигнала различают, так жекак и БПТ три режима работы: активный (1), отсечки (2), и насыщения (3).В отличие от биполярных ПТ в выключенном состоянии они имеют значительнобольшее сопротивление, и, следовательно, меньшую потребляемую мощность.

Этообстоятельство и обусловило широкое применение в цифровой и импульсной техникеПТ.1.3. Методы повышения быстродействияКоротко рассмотрим методы позволяющие сократить длительности переходныхпроцессов в ключе с ОЭ. Подробно смотри в [1].Выше рассмотренный транзисторный ключ относится к классу насыщенныхключей, т.к. входит в состояние насыщения и глубокой осечки. При переключении изодного режима работы в другой необходимо быстро рассосать избыточный накопившийся заряд в базе или быстро разрядить входные емкости транзистора.1) Форсированное включение.

В [1] показано, что сокращение длительностифронтов переходного процесса может быть достигнуто при форсированном включениии выключении, а время рассасывания избыточного заряда достигается уменьшениемнасыщения транзистора. Форсированное включение предполагает, что форма базовоготока должна быть такой как показано на рис.1.7 а.ОглавлениеН.А.

Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»10СуIб1iбRк+EкТIбнRгRбttфEгIб0tp+tcа)б)Рисунок 1.7Хорошее приближение к такой форме базового тока достигается использование ускоряющей емкости в базовой цепи: рисунок 1.7 б. Если в цепи только сопротивление Rб(нет емкости), то токE 1  U бзE1I ; т.к.

RГ  Rб , rб  Rб и E 1  U бз , то I б1 .RГ  rб  RбRб1бПри включении емкости в первый момент будет гораздо больший ток:E 1  U с  U бзI ;RГ  rб  Rб1бт.к. U c (0)  0, U бзE1 E , то I .RГ  rб11бПостоянная времени перезаряда емкости в базовой цепи:су = Су (Rб//(RГ+Rб)) = СуRэкв,Вследствие нелинейности Rб су оказывается различной при включении и выключении. Обычно выбирают:C ус  усRб //( Rг  rб );С ус  усRб.Реальный ток базы имеет вид, показанный на рис.9а пунктиром.Таким образом Cус позволяет:-получить крутой положительный фронт при слабом последующем насыщении,-крутой отрицательный фронт, т.к. способствует быстрому рассасыванию избыточного заряда.ОглавлениеН.А.

Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»11Ненасыщенные ключи. Устранение режима насыщения может быть до-2)стигнуто еще двумя способами а) использование фиксации коллекторного потенциала иб) использование нелинейной обратной связи.а) Если Еф>Uкн, то при достижении на кол-+Eк+Eфлекторе напряжения Uк<Еф диод рисунок.1.8. открывается и на коллекторе фиксируется напряжениеRкIб1Uк = Еф. (Еф не на много больше Uкн).Еф выбираетсятаким, чтобы ток коллектора насыщения при этомДфбыл бы меньше, чем для насыщенного ключа:Т1I кнРисунок 1.8.EфrпрEк.Rкб) Нелинейная обратнаясвязь (ОС).

Вкачестве ОС используется диод,впрямомнаправленииДRкЕфрису-Диод открывается и темRб+EкТнает работать обратная связь принок1.9.самым начи-Uвыхтора:включенныйтоке коллек-Рисунок 1.9I к' Eк  Eф  U бэRк,т.е. при Uкб  Еф .Диод открывается при Eф+Uбэ=Eк-Iк'Rк, и транзистор фиксируется в активномрежиме.Дальнейший прирост тока базы не выводит транзистор из активного режима.Приращение тока коллектора происходит, но оно почти полностью уходит в цепь обратной связи и через нее в базу транзистора, уменьшая его ток. За счет обратной связиполучаем: Iб=I-IкI’б = I’к/.В активном режиме у транзистора:Относительно приращений:Iк = Iб.Из этого следует: Iб = I/(1+).Задержка, связанная с рассасыванием избыточного заряда, фактически отсутствует.ОглавлениеН.А.

Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»12Схема не является рабочей, т.к. использо-RкДос+Eквание не заземленного источника Еф и тем болеев виде гальванической батареи неприемлемо. ВRбреальных схемах смещение Еф получают за счетТАпадения напряжения на сопротивлении от тогоили иного тока рисунок 1.10.R2-EсмОднако при небольшой величине базово-Рисунок.1.10го тока довольно затруднительно обеспечить Rменьше 103 Ом.

В этом случае включают дополнительный источник базового смещенияЕсм. Это увеличивает ток через резистор R, в результате удается обеспечить необходимую величину Еф даже при небольших значениях R.В отсутствии входного тока (сигнала) транзистор заперт за счет Есм. Отпираниепроисходит при: I = Eсм/Rб2, (Uб=0).Цепь ОС начинает работать при Uкб = UА, т.е.: Eсм I к1 Eк  I Rк    R  U бэ ; R21кОтсюда находим ток Iк1, затем Iб1=Iк1/ и смещение Еф=(Iб1+Есм/R2)R.

Сопротивление R нужно выбирать таким, чтобы Еф превышала максимальное падение напряжение на диоде при токе I1: R U д maх.E смEк Rк R 2Если не требуется начальное запирание, цепь смещения отсутствует.Роль резистора может выполнять второй диод,ДосRк+Eквключенный в прямом направлении (рисунок 1.11) идополнительно выполняющий, роль низковольтногоRбстабилитрона.ТДсмРисунок 1.11R2-EсмВ этом случае сопротивление R получается:RU дпр ( I вх мах )  U кбн;EсмEкRк R2 0,3В для GeU дпр  . 0,7 В для SiНедостаток схемы: 1) наличие резистора приводит к увеличению времени включения и выключения транзистора т.к. увеличивается сопротивление эквивалентного геОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н.

Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»13нератора (R’Г=RГ+R). Устраняет этот недостаток включение ускоряющей емкости, 2)ненасыщенные ключи чувствительнее к импульсным наводкам и помехам, по сравнению с насыщенными ключами.3) Фиксация коллекторного напряжения. Для уменьшения фронта выключенияприменяют фиксацию Uк.

При этом транзистор не входит в режим глубокой отсечки. Всхеме (рисунок 9) фиксирующий диод включают наоборот и Еф выбирают не многоменьше Ек. Когда потенциал коллектора становиться больше Еф диод открывается и Uк Еф. В результате фронт выключения становиться короче и дальше при включенииэкономиться время на перезаряд емкостей.ОглавлениеН.А. Жаркова, А.Н. Глотов «Типовые узлы цифровых устройств»142 ТРИГГЕРЫТриггером называется логическое устройство, имеющее два устойчивых состояния, в одно из которых оно может быть установлено под воздействием внешних управляющих сигналов и оставаться в этом состоянии после их окончания неограниченноевремя до следующего управляющего воздействия. В цифровой технике высокому инизкому уровню приписывается смысл логических состояний ВКЛ и ВЫКЛ или цифрдвоичной арифметики 1 и 0. Свойство длительно сохранять логическое состояние позволяет применять триггер как ячейку двоичной электронной памяти и строить на ее основе целую серию цифровых устройств: регистров, счетчиков, цифровых процессоровразличной сложности.

Работа триггера может быть описана с помощью временных диаграмм, логических формул, таблиц истинности или графов. Для построения триггеровиспользуются элементы, способные инвертировать логический сигнал, такие как транзисторные ключи, логические элементы и другие.Как было показано выше, транзисторный ключвыполняет логическую функцию инверсии сигнала, поступающего на его вход. На рисунке 2.1 показана схемаключа на биполярном транзисторе.Логический сигнал, поступающий на вход A,Рисунок 2.1определяет режим работы транзистора VT1.

Характеристики

Список файлов книги