DP_M (722188), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

При длительности выходного импульса одновибратора t³Т (гдеТ- период задающих импульсов, например в точке д) генератор может работать неустойчиво и его выходная частота будет меньше частоты задающего генератора 1. Для устранения примерно за 0,5 мкс до поступления отрицательного импульса на вход одновибратора на вывод 12 элемента Д2.4 подается отрицательный импульс с выхода элемента Д1.4 (выход формирователя 2). Если t<Т, то этот импульс не влияет на работу устройства ( та как на другом входе элемента Д2.4 также потенциал логического 0); если t³Т то таким сигналом выходной импульс одновибратора обрезается, элемент Д2.3 устанавливается в положении с логическим 0 на выходе и конденсатор С5 начинает разряжаться. Таким образом устраняются возможные сбои генерации из-за неправильной настройки величины сдвига импульсов генератора резисторами R8 и R9 (соответственно R16 и R17) при эксплуатации прибора.

Одновибраторы 6 и 10 состоят из двух логических элементов д3.2-Д3.3 и Д4.4-Д5.1 соответственно и формируют выходной отрицательный импульс, длительность которого приближенно определяется формулой t»RС (при 1 мкс £ t £ 100 мкс), где R=12+R13 ( или R20+R21), а С=С7 или С8. Работа одновибратора поясняется эпюрами напряжений входной импульс должен быть короче выходного. В противном случае происходит затягивание заднего фронта выходного импульса. Сопротивление резисторов невелико, так как падение напряжение на них при отключенном конденсаторе должно быть меньше порога переключения ТТЛ- элементов. Поэтому для получения больших длительностей выходных импульсов приходится использовать конденсаторы большой емкости.

Чтобы получить выходные импульсы различно полярности, сигналы одновибратора могут дополнительно инвертироваться элементом Д3.4 (или Д5.2 для другого одновибратора), Переключение полярности осуществляется переключателями S6,S9. Резисторы R13 и R2` служит для плавной регулировки длительности выходных импульсов.

Коммутатор 11 выполнен на логическом элементе Д7.1 2И-2ИЛИ-НЕ. Такой элемент обеспечивает инверсное прохождение на его выход входных сигналов при совпадении по времени положительных сигналов на обоих входах любой входной схемы совпадений И. Путем переключения тумблеров S7-канал 1 на общий выход и S8 - канал 2 на общий выход на генератор одиночного импульса можно подавать сигналя любого канала отдельно или вместе. (Проходят сигналы того канала, тумблер которого подает на вход микросхемы Д7.1 положительный потенциал.).

Генератор одиночных импульсов (ГОИ)12 состоит из трех RS триггеров и трех схем совпадений и собран на элементах Д5.3, Д5.4, Д9 и Д10. Генератор одиночных импульсов имеет два режима работы, а выбор необходимого осуществляется «тумблером S11». «Общий выход: 1 импульс - «Когда с помощью этого тумблера вывод 3 элемента Д9.2 заземляется, на выходе элемента Д9.2 и, соответственно, на выводе 4 элемента Д10.2 будет высокий логический потенциал. Триггер Тг№ (элементы Д5.3 и Д5.4), служащий для устранения нежелательного влияния «дребезга» контактов кнопки (т.е. возникновения при ее нажатии пачки импульсов), в исходный момент находится в единичном состоянии и нулевой потенциал с элемента Д5.3 и удерживает триггеры Тг1 (элементы Д9.2 и Д9.3 и Тг2) (элементы Д10.3 и Д10.4) также в единичном состоянии. При нажатии кнопки S12 триггер Тг№ изменяет свое состояние и подает высокий логический потенциал на триггеры Тг1, Тг2 и схему совпадений Д9.1. Пришедший затем положительный импульс синхронизации пройдет только через элемент Д9.1 ( так как на выходе 2 элемента Д10.1 нулевой потенциал триггера Тг1 на нулевое. На вход элемента Д10.2 поступает положительный потенциал, который разрешит прохождение на выход ГОИ импульсов по шине Н. После этого первый же положительный импульс на этой шине изменит состояние триггера Тг2 на нулевое.

Импульсы по шине Н будут проходить на выход ГОИ до прихода следующего импульса синхронизации, который пройдет через элемент Д10.1 и вернет триггер Тг1 в исходное 1 состояние. При этом на вывод 4 элемента Д10.2 поступит нулевой потенциал, прекращающий прохождение сигналов с его вывода 5 на выход.

В таком состоянии ГОИ будет находиться (независимо от следующих импульсов синхронизации) до отпускания кнопки «Разовый импульс». Тогда триггер Тг3 вернется в исходное единичное состояние и вернет в это состояние и триггер Тг2.

Таким образом, на выходе ГОИ после нажатия кнопки и прихода импульса синхронизации до следующего синхроимпульса будут формироваться одиночные импульсы отрицательной полярности, инверсные относительно поступающих по шине Н.

Мощные выходные каскады представляют собой элементы К1ЛБ557 с открытым коллектором, сила тока через которые может быть до 40 мА.

Источник питания. Принципиальная схема источника приведена на рис.6. Его коэффициент стабилизации более 80. При номинальном напряжении сети пульсации на выходе источника (при полной нагрузке) не более 5 мВ. При изменении напряжения сети на +-20% величина пульсации практически не меняется.

Трансформатор Т1 намотан на сердечнике 17х32. Первичная обмотка содержит 1980 витков провода ПЭВ - 1 0,1, вторичная до витков провода ПЭВ-1 0,45. Площадь радиатора транзистора V7 не менее 100 см².

2. Расчетная часть

Исследование инвертора резисторно - транзисторной логики

Логика работы инвертора «НЕ»

Инвертор (элемент НЕ )реализует операцию «логическое отрицание» то есть инверсию. Представляет собой двоичный логический элемент, единица на выходе которого имеет место в том случае, если на входе будет нуль.

На рис. 2.1 (а) показано условное графическое обозначение инвертора на функциональных схемах, где х-вход; у-выход. Инвертор имеет один вход и один выход. Логика работы инвертора представлена таб.2.1, называемой таблицей состояний или истинности.

Логическое уравнение работы инвертора , составленное по таб. 2.1. записывается в виде:

у=` х 2.1

Уравнение (2.1.) характеризует состояние входа и выхода элемента. Например, применительно к табл. Уравнение 2.1 можно пояснить так: «Единица на выходе инвертора будет в том случае, если на входе нуль, и, наоборот, если на входе единица, то на выходе будет нуль. В уравнение (2.1.) черта над х соответствует инверсии, т.е. логическому отрицанию, и уравнение читается так : «игрек равен не икс».

2.1. Анализ статического режима

Принцип работы

На рис. 2.1. (б) приведена временная диаграмма работы инвертора положительной логики с положительным питанием. Из временной диаграммы следует, что если на вход инвертора поступает положительный сигнал то с выхода снимается отрицательный сигнал (инвертированный).

По виду сигналов инверторы бывают импульсные и потенциальные. В потенциальном инверторе на выходе элемента уровень напряжения высокий, если на входе низкий уровень напряжения и наоборот.

По полярности логики инверторы бывают положительной и отрицательной логики. По физической реализации наибольшее распространение получили инверторы на транзисторах. На рис.2.1.(в) показана принципиальная схема инвертора на транзисторе типа n-p-n положительной логики с положительным питанием .

2.2. Методика получения основных статических характеристик

Основным статическим характеристикам относятся характеристики: входная, передаточная и выходная.

2.3. Входная характеристика.

Входная характеристика представляет собой зависимость входного тока от изменения входного напряжения , т.е.

I_вх=f (U_вх)

На рис.2.2, (а) приведена схема для снятия входной характеристики, где R_к=1 кОм; R₁=3 кОм; R₂=4,3к Ом; U_ИП1=12 В; U_ИСМ=-3 В; b_min=30; К_нас=1,5; U_кэнас =0,3 В; I_э^*=1 мА; при U^*_БЭ=0,7 В; U_З =-0,3 В;

На рис.2.2.(б) показана входная характеристика.

Характерная точка 1. Транзистор Т в режиме отсечки. Считаем, что U_вх1=U_кэ=0,3 В. Определим напряжение U_з на переходе база -эмиттер, пренебрегая током I_к0 из коллектора в базу закрытого транзистора:

U_КЭНАС /R₁+U_ИСМ/R₂

U₃ = ----------------------------- = - 1, 07 В

1/R₁+1/R₂

`Тогда I_ВХ1=(U_ВХ1- U₃) / = 0,43 мА .

Характерная точка 2 . Транзистор Т на границе отсечки, когда U₃=U_ОТС=j_тln (1+b_min=0,089 В

Напряжение на входе, обеспечивающее этот режим, определим из соотношения

U_ВХ2/R₁+U_ИСМ/R₂

----------------------------- = U_ОТС ,

1/R₁+1/R₂

откуда U_ВХ =2, 17 В .

Тогда I_ВХ2 = (U_ВХ2 - U_ОТС )/R₁=0,753 мА .

Характерная точка 3. Ток коллектора I_КЗ транзистора Т составляет 0, 1 I_{К НАС} :

I_КЗ=01 I_{К НАС} =0,1[(U_К- U_{К Э НАС} )]=1,17 мА ;

а ток базы

I_БЗ = I_КЗ/b_min = 39 мкА ; I^*_Б = I_Э/(1+b_min) = 32 ,2 мкА

Тогда U_{Б Э З} =U^*_БЭ - j_тln (I_БЗ/I_Б) = 0,695 В

Напряжение на входе, обеспечивающее U_БЭЗ, найдем из соотношения

U_ВХ3/R₁+U_ИСМ/R₂ - I_БЗ

---- ------------------------ = U_БЭЗ ,

1/R₁+1/R₂

откуда U_ВХ3 = 3,73 В .

Тогда I_ВХ3= (U_ВХ3 - U_БЭЗ)/ R₁ = 1.01 мА

Характерная точка 4. Ток коллектора транзистора Т составляет 0,9 I_КНАС :

I_К4 = 0,9 I_КНАС = 10,52 мА,

а ток базы

I_Б4 = I_К4/b_min = 351 мкА

Тогда U_БЭ4 = U^*_БЭ - j_тln (I^*_Б/I_Б4) = 0,762 В

Напряжение на входе, обеспечивающее U_БЭ4, определим из соотношения

U_ВХ4/R₁+U_ИСМ/R₂ - I_Б4

_{----------------------------------------------} = U_БЭ4,

1/R₁+1/R₂

откуда U_БЭ4 = 4, 92 В

Тогда I_ВХ4 = (U_ВХ4 - U_БЭ4) = /R₁ = 1,38 мА

Характерная точка 5. Транзистор на границе насыщения, поэтому

I_БНАС = I_КНАС/b_min = 390 мА

I^*_Б

Тогда U_БНАС = U^*_БЭ - j_т ln ---------- = 0,765 В

I_БНАС

Напряжение на входе, обеспечивающее границу насыщения транзистора, определим из соотношения

U_ВХ5/R₁+U_ИСМ/R₂ - I_БНАС

---------------------------------- = U_БЭНАС

1/R₁+1/R₂

откуда U_ВХ5 = 5, 06 В

Тогда I_ВХ5 = (U_ВХ5 - U_БЭНАС)/R₁ = 1,43 мА

Характерная точка 6. Транзистор в режиме насыщения. Считаем, что на входе напряжение U¹_ВХ1, при К_раз=3

U_ип1/R_к+ К_разU_БЭнас /R₁

U_ВХ6 = ------------------------------- = 6, 39 В

R_к+К_раз/R₁

Тогда I_вх6 = (U_вх6 - U_БЭнас)/R₁ = 1,87 мА

2.4. Передаточная характеристика

Передаточная характеристика представляет собой зависимость выходного напряжения от входного напряжения, т.е. U_вых = f (U_вх) .Для снятия передаточной характеристики используем схему , изображенную на рис. 2.1 (а) . На рис 2.1 (в) приведена передаточная характеристика (к_раз=3), методику построения которой рассмотрим по характерным точкам .

Характерная точка 1. Транзистор находится на границе режима отсечки :

U = U_отс . В этом случае (U_вх)₁ = U_вх2 = 2,17 В; (U_вых)₁ = U_вх6 = 6,38 В; (здесь и дальше в скобках обозначены параметры входной характеристики, а без скобок -параметры передаточной характеристики).

Характерная точка 2. Для транзистора Т ток I_к2 = 0,01 I_кнас. В этом случае транзисторы нагрузок насыщены и следовательно,

U_ип/R_к+К_разU_БЭнас/R₁ - R_к2

(U_вых)₂ = ----------------------------------- = 6,324 В ;

1/R_к+К_раз/R₁

(I_БЭ)₂=0,01 I_кнас/b_min= 3,9 мкА ;

I^*_Б

(U_БЭ)₂=U^*_БЭ - j_т ln --------- = 0,645 В

(I_Б)₂

Напряжение на входе, обеспечивающее (U_БЭ)₂ , найдем из соотношения

(U_вх)₂/R₁+U_исм/R₂ - I_Б2

---------------------------- = (U_БЭ)₂

1/R₁+1/R₂

откуда (U_вх)₂ = 3, 55 В

Характерная точка 3. Транзистор Т в активном режиме , тогда ток коллектора транзисторов нагрузок I_кн = 0,9 I_кнас . В этом случае

(U_вых)₃ = U_вх4 = 4,92 В ;

(I_н)₃= 3I_вх4=4,608 мА ; (I_RK)₃=U_ип=(U_вых)₃/R_к=7,08 мА ;

(I_к)₃ = (I_RK)₃ - (I_H)₃ = 2, 47 мА ;

I^*_Б =I^*_Э/(1+b_min) =32,3 мкА ; (I_Б)₃ = (I_к)₃=(I_к)₃/b_min = 82, 4 мкА ;

I^*_Б

(U_БЭ)₃ = U^*_БЭ - j_т ln ------- = 0,724 В

(I_Б)₃

Из выражения

(U_вх)₃/R₁+U_исм/R₂ - (I_Б)₃

------------------------------- = (U_БЭ)₃

1+/R₁+1/R₂

найдем (U_вх)₃ = 3,9 В

Характерная точка 4. Транзистор Т в активном режиме, ток коллектора транзисторов нагрузок I_кн = 0,1 I_кнас . Тогда (U_вых)₄ = U_вх3 =3,73 В ;

(I_н)₄ =3I_вх3 = 3,495 мА; (I_RK)₄ =(U_ип - (U_вых)₄/R_к =8,27 мА

(I_к)₄ = (I_RK)₄ -(I_Н)₄ = 4,78 мА ;

(I_к)₄ = (I_RK)₄ /b_min = 1,593 мА ;

(I_БЭ)₄ = U^*_БЭ - j_т ln[I^*_Б/(I_Б)₄] = 0,74

Из выражения

(U_вх)₄ = /R₁+U_исм/R₂

_{----------------------------------------------} = (U_БЭ)₄

1/R₁+1/R₂

найдем (U_вх)₄ = 4,2 В

Характерная точка 5. Транзистор Т на границе насыщения . В этом случае (U_вх)₅ = U_вх5 = 5,06 В; (U_вых)₅ = U_КЭнас = 0,3 В .

2.5.Выходная характеристика

Выходная характеристика представляет собой зависимость выходного тока от выходного напряжения, т.е. I_вых = f(U_вых). Для снятия выходной характеристики используем схемы, показанную на рис.2.1 (а). Выходная характеристика строится при отсутствии нагрузки, так как ток нагрузки и является выходным током для двух состояний схемы - открытого и закрытого.

В процессе снятия выходной характеристики подаем напряжение U_вых на выход инвертора , измеряя ток I_вых прибором, включенным между точкой а и выходом. За положительное направление тока I_вых принимаем такое направление, когда ток I_вых втекает в схему элемента. Характеристика снимается для двух состояний элемента : когда на входе «1» (напряжение U¹_вх) , на выходе «0» (напряжение U⁰_вых) элемент открыт,«включен» и когда на входе «0» (напряжение U⁰_вх), на выходе «1» (напряжение U¹_вых) , т.е. элемент включен

На рис.2.1.(г) приведена выходная характеристика . Рассмотрим методику её построения .

Элемент включен . При напряжениях U_вых> 0,5 В транзистор переходит из режима насыщения в активный режим работы которого справедливо выражение I_к = bI_вх . В этом случае для выходной характеристики на участке 1.

I_вых =bI_вх - (U_ип - U_вых)/R_к.

Так как I_вх зависит от К_раз управляющего элемента, выходную характеристику следует строить для различных значений К_раз. Надо помнить, что одна нагрузка для управляющего элемента - рассматриваемый элемент . На участке 2 рис.2.2(г) выходной характеристики I_вых » I_вх .

2.6. Исследование основного элемента транзисторно-транзисторной логики

Логика работы ТТЛ.

На рис.2.6. (а) показано условное обозначение элемента Шеффера на функциональных схемах , где х₁ , х₂, х₃...х_n- входы ; у- выход .

Минимальное число входов равно двум. Логика работы элемента Шеффера на три входа представлена таблицей истинности или состояний (табл.2.6) .

Логическое уравнение работы элемента, составленное по табл.1, записывается в виде _____

у=-х₁ х₂ х₃ ;

На рис.2.6 (б) приведена временная диаграмма работы элемента на три входа (здесь U_н ,U_в - нижний и верхний уровни напряжений, соответствующие состояниям «0» и «1» ).

2.7. Расчет нагрузочной способности элемента ТТЛ

Нагрузочная способность элемента определяется коэффициентом разветвления К_раз, характеризующим количество аналогичных элементов, подключаемых к выходу данного элемента. На рис.2.6 (а) приведена схема для определения К_раз . Принимаем , что у транзистора U_БЭнас = 0,7 В ; U _Кэнас = 0,3 В ; для ПМЭТ U_БКМ =0,7 В ;

Cчитая все транзисторы идентичными, пренебрегаем объемным сопротивлением базы и коллектора. При включенном элементе на всех входах - напряжение U¹_вх , на выходе - напряжение U⁰_вых .

Для тока базы МЭТ

I_БМ=(U_ип - U_бкм - U_{БЭнаст1} - U_{БЭнаст3}) /R₁; (1)

I¹_КМ= I_{бнас т1} =I¹_БМ(1+К_обb_i) (2)

где b_i - инверсный коэффициент усиления по току для МЭТ

I_к1 = (U_ип - U_БКМ - U_{БЭнаст1}-U_{БЭнаст3})/R₂ ; (3)

I_Э1=I_к1+I_б1=(U_МП -U_{кэнаст1}-U_{бэнасТ3})/R₂+(U_ип-

- U_БКМ-U_{БЭнаст1}-U_{БЭнаст3})/R₁(1+К_обb_i); (4)

I_R3=U_{БЭнаст3}/R₃ ; (5)

I_БнасТ3 =I_Э1-I_R3=(U_ип-U_{КЭнасТ1}-U_{БЭнасТ3})/R₂+(U_ип - U_БКМ-U_{БЭнасТ3})/ R₁ (1+К_обb_i)-

(U_{БЭнасТ3})/R₃ (6)

Ток коллектора насыщенного транзистора

I_кнасТ3=I_н=К_раз I⁰_вх=К_раз[1+(К_обN-1)b_i]=

К_раз[(U_ип-U_БЭМ-U_{КЭнасТ3})]/R₁[1+(К_обN-1)b_i] , (7)

где I_Н1=I_Н2=...=I⁰_вх=[1+(К_обN-1)b_i] (8)

Коэффициент разветвления по выходу определим из условия

I_БнасТ3=К_насТ3 I_кнасТ3/b_min . (9)

Подставив (6) и (7) в (9) получим

(10)

Оценим числовое значение К_раз в нормальных условиях при следующих исходных данных:

U_uп = 1 к Ом, R₄ = 150 Ом; (для МЭТ);

К_нас = 1,5; ; (для транзисторов Т1-Т3). После подстановки этих значений в (10) получим К_раз = 38.

Существует другой упрощенный вариант определения К_раз исходя из максимального допустимого тока коллектора транзистора Т3.

В этом случае можно записать

К_раз = I_{k max} / I⁰_вх (11)

Приняв I_{k max} = 30мА, из (8) находим входной ток I⁰_вх = 1,35 мА. Тогда из (11) К_раз, вычисленное по (10) и (11), значительно больше типовой величины К_раз = 10, указываемой в ТУ на элементы ТТЛ, что обусловлено влиянием параметров быстродействия на величину К_раз. Следует отметить что для выключенного элемента, поэтому рассматривать соответствующие аналитические выражения целесообразно.

2.8. Выходная характеристика

Выходная характеристика элемента ТТЛ- типа представляет собой зависимость выходного напряжения, т.е. I_вых = f (U_вых). Выходная характеристика снимается при отключенной нагрузке для двух состояний элемента рис.(2.8. в ) (элемент включен, элемент выключен).

Элемент включен. При этом состоянии транзистор Т3 открыт, на выходе элемента напряжения U ⁰ _вых на всех входах напряжение U¹ _вх.

Элемент выключен. При этом состоянии транзистор Т3 закрыт, на выходе элемента напряжения U¹ _вых и хотя бы одном входе - напряжение U⁰ _вх . В процессе снятия выходной характеристики подключаем внешнее регулирование по напряжению источника питания U_ИП = U _вых , на выход элемента в точку у рис (2.8.в ) . Между точками включаем миллиамперметр для измерения тока I_вых. За положительное напряжение выходного тока принимаем такое направление ,когда выходной ток входит в элемент. Изменяя напряжение U_вых и замеряя ток I_{вых ,} построим выходную характеристику. На рис (2.8 е) приведена выходная характеристика элемента для двух его состояний включен ( на выходе "0" ), выключен ( на выходе "1" ). Выходную характеристику проанализируем .

Элемент будет включен , если транзистор Т3 открыт, а транзистор Т2 и диод Д закрыт. Из рис. (2.8.е ) видно, что выходная характеристика включенного элемента совпадает с выходной характеристикой (ВАХ) транзистора Т3. На характеристике можно выделить ряд участков, характерных для режима работы транзистора Т3;участок 1 соответствует насыщенному режиму работы транзистора участок один соответствует насыщенному режиму работы транзистора Т3 ( при дальнейшем увеличении U_вых ); участок 2- активному режиму работы транзистора Т3 (при дальнейшем увеличении U_вых ); участок 3- инверсному активному режиму работы транзистора Т3 (при уменьшении напряжения, когда U_вых принимает отрицательные значения) :

Элемент будет выключен, если транзистор Т3 закрыт, а транзистор Т2 и диод Д открыты . На рис. (2.8.е ) можно выделить на характеристике ряд участков , характерных для различных режимов работы транзистора Т2; участок 4 соответствует режиму отсечки транзистора Т2 ( напряжение U_вых> U¹ _вых); участок 5 - активному режиму работы Т2 ( U_вых< U¹_вых ) участок 6 - режиму насыщения транзистора Т2 ( U_вых<< U¹ ).

Проанализируем выходные характеристики и при следующих допущениях :

1. считаем, что напряжение на переходе база - эмиттер транзистора Т2, работающего в активном режиме или в режиме насыщения , равна 0,7 В; напряжение на диоде Д также равно 0,7 В;

2. в качестве границы насыщения для транзистора Т2 принимаем условие

U_к- U_Б = 0,6 В 12 а )

-условие технического насыщения.

Для этапа работы транзистора Т2 в активном режиме (рис. 2.8.е ), участок 5 ) можно записать

I_вых= I_Э (12)

I_Б = I_Э ( 1- a ) = I_вых ( 1- a ) ( 13)

Напряжение на базе транзистора Т2

U_Б = U_ИП - I_Б R₂ = U _ИП - I _вых ( 1- a ) R₂ ( 14 )

Выходное напряжение элемента

U_вых = U_Б - U _БЭТ2 - U_Д = U _ИП - I _вых ( 1 - a ) R₂ - U _БЭТ2 - U _Д (15)

Выходное сопротивление элемента в этом случае

dU_вых / d I_вых = ( 1-a ) R₂ = R₂ / ( 1 + b ) (16)

Определим ток I_вых на границе насыщения для транзистора Т2:

U_к = U _{ИП -}- I_к R₄ = U_ИП - aI _выхR_{4 (17)}

Подставив (14) и (17) в условие (12а) , получим.

0,6 0,6

I_вых= ------------------- » ---------------- (18)

aR₄-(1-a)R₂ (2a-1)R₄

На границе насыщения R₂ = R₄

Для этапа работы транзистора Т2 в режиме насыщения рис. ( 4.2..е) участок 6) можно записать :

I_Б = ( U_ИП - U _{БЭ наст. Т2} - U _Д - U _вых ) / R₂ ; ( 19 )

I_К = ( U_{ИП -} U_{к энас} Т₂ - U_Д - U _вых ) / R₄ (20)

I_вых = I_Б + I _к = ( U_ИП - U _{Бэ наст. Т2} - U_{Д _-} U_вых ) /R₂ +

+ ( U_ИП - U _{кэ наст т2 -} U_Д - U_вых ) / R₄ (21)

Выходное сопротивление элемента в этом случае

R_вых = d U_вых / d I_вых = R₂R₄/ ( R₂ + R₄ ) ( 22 )

При указанных выше параметрах получим

a = b/ ( 1 + b ) = 0,967.

Из 16 имеем R_вых = 52 Ом.

Выходное напряжение и ток на границе насыщения из ( 15 ) и ( 18 ) I_вых = ( 4,5 - 6,5 ) мА; U_вых = 3,37 В. Выходное сопротивление схемы в режиме транзистора Т2 ровно R_вых = 137 Ом.

При U_вых = 0 , получим выходной ток короткого замыкания I_к=29 мА.

При U_вых > 3,6 В транзистор Т2 находится в режиме отсечки и I_вых = 0 ( т.е. I_вых практически равен тока утечки закрытых транзисторов Т2 и Т3 ). На участке отрицательных значений напряжений U_вых ( участок 3 ,рис 3.5..е ) вид выходной характеристики определяется шунтирующим действием паразитного диода коллектор - подложка транзистора Т3.

2.9. Методы оценки надежности

Основной метод оценки надежности элементов цифровых приборов статический.

В его основе находятся испытания партии изделий на срок службы. Поясним сущность этого метода. Если в партии элементов из N штук за время t произошло n отказов, то вероятность отказа в единицу времени определяется выражением вида

• = n / (Nt) (1)

Величину l-называют средней частотой или интенсивностью отказов. Зная величину l, можно оценить вероятность безотказной (исправной) работы элемента в течение заданного времени эксплуатации по формуле.

Р = е ^{-l t} (2)

Из (2) следует, что каким бы малым ни было значение l,с течением времени вероятность безотказной работы приближается к нулю.

Среднем временем безотказной работы элемента (среднем сроком службы) принято считать величину, получаемую из условия

lt =1 t_ср = 1 / l (3)

Например, если l = 10^-5 1/ч, то t_ср = 10⁵ ч (т.е. около 10 лет).

Многочисленными экспериментально- статистическими данными подтверждаются, что величина l не постоянная, она меняется с течением времени рис.2.9.1. Кривую зависимостью l=f(t) можно разделить на три участка: участка 1, на котором выявляются грубые ошибки при изготовлении элемента, загрязнении поверхности и др.; участок 2, на котором l = const, т.е. отказы обусловлены случайными, неконтролируемы причинами; участок 3, на котором l снова возрастает в результате неизбежного старения элементов, т.е. появления тех химических и физико-химических процессов, от которых неизбежна ни одна реальная структура и которые связаны с причинам действия элемента.

Применительно к элементам ЦВМ и цифровых и цифро-аналоговых преобразователями такими принципиальными факторами являются взаимная диффузия, разнородных материалов, рациональные дефекты, обусловленные космическим излучением, и.т.п. Средний срок службы (3) соответствует границе между участками 2 и 3. Участок 1 обычно устраняется путем тренировки элементов. Тренировка элементов состоит в том, что после проведенных испытаний (механических, электрических, климатических и др.) элементы работают в течение нескольких десятков или сотен часов нормальных эксплуатационных условиях и отказавшие за это время элементы устраняется.

В настоящее время интенсивность отказов элементов и БИС лежит в пределах 10^-8 - 10^-9 1/ч. Для достоверной оценки величины l необходимо

Характеристики

Список файлов реферата