promel (967628), страница 44
Текст из файла (страница 44)
б б. обр Длительности 1Ф, (р, 1, характеризуют б ы с т р од ей ст в транзисторного ключа. Как следует из выражений (3.9), (3.12), (3.1 они зависят от частотных свойств используемого транзистора и па" метров импульса базового тока. Порядок их величин составляет ' долей единицы до единиц микросекунды.
В настоящее время широко иепольвуетея (особенно в интегральн микросхемах) нмочевой режим работы кдгмниевых гпранзиегпоров т~ п-о-п. По построению и характеру работы ключевая схема иа транзист' ре типа п-р-и аналогична схеме рнс. 3.3, а. Отличие заключается. противоположных полярностях напряжения питания Е„и отпира щего напряжения (у,„.
„„, а также в противоположных направл ниях токов базы, эмиттера, коллектора. Кремниевые транзисторы, в частности типа п-р-п, имеют довол но малый тепловой ток (,щ, ВлиЯние тока (яб в выхоДной и вхоДно цепях закрытого транзистора пренебрежимо малб. По втой причи запирание этих транзисторов осушестпимо при (1., „, = ()б, = О. Э особенность кремниевых транзисторов дает важное практическое пр имущество — возможность исключить дополнительные источники з пирающего напряжения в базовых цепях, необходимые для германн' вых транзисторов.
й З.З. ИМПУЛЬСНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ КОМПАРАТОРЫ. ТРИГГЕР ШМИТТА Интегральные операционные усилители находят широкое приме' пение в импульсной технике. Уровни входного сигнала ОУ в импульсе ном режиме работы превышают значения, соответствующие линейной области амплитудной характеристики (см, рис. 2.41). В связи с этим,' выходное напряжение ОУ в процессе работы определяется либо на-, ПРЯжением (звяк ~п ах либО Увых в а х. Работу ОУ в импульсном режиме рассмотрим на примере к о м п а-, р а т о р а, оеуи1еотвляюи(его сравнение измеряемого входного напри ' жения (и„„) с опорным напряжением (()„я). Опорное напряжение пред ставляст собой неизменное по величине напряжение положительной, или отрицательной полярности, входное напряжение изменяется во времени. При достижении входным напряжением уровня опорног~: напряжения происходит изменение полярности напряжения на вы ходе Оу, например с 0",„„,„на (),, „.
При (/,„=' О комля осуществл т вляет фиксацию момента перехода входного напряже- РатоР ниль. Компаратор часто называют нуль-органом, посколь- переключение происходит при и,„ — ",„ через ниль. хх О оры нашли применение в системах автоматического управия и в измер ерительной технике, а также для построения различных КомпаРато льсного и цифрового действия (в частности, аналого-цнфтов импульс Уз' нфро-аналоговых преобразователей), Р оных н дх цв» Рис. 3.5. Схема компаратора на операционном усилителе (а), его псрсдаточиая характеристика (б), схема компара.
тора с входными делителями напряжения (в) Простейшая схема компаратора на операционном усилителе приведена на рис, 3.5, а. Ее характеризует симметричное подключение измеряемого и опорного напряжений ко входам Оу. Разность напряжений и — (х' является входным напряжением и, ОУ, что и опре- ах оп делает передаточную характеристику компаратора (рис. 3.5, б). При пех( ()оп напряжение ие( О, в связи с чем ием = (гао мох (см. Рнс, 2.41). Прн мох (l,п напряжение и, ) О и иана = (),мх Изменение полярности выходного напряжения происходит при "'Реходе входного измеряемого напряжения через значение (х„,. ~виду большого значения коэффициента усиления ОУ это изменение носит ступенчатый характер при ио =- и,„— ()„ж О. Если источ'шк" входного и опорного напряжений в схеме рис.
3.5, а поменять ' естамн или изменить полярность их подключения, то произойдет инверсия передаточной характеристики компаратора. условию и„( ( ('он будет отвечать равенство нных = (l„мамах, а условию и,„) ) (/ оп — и „, схема рис. 3.5, а применима тогда, когда измеряемое н опорное апряження не превышают допустимых паспортных значений входных напряжений Оу. В противном случае они подключаются к ОУ помон(ью делителей напряжения (рис. 3.5, в). )яз Широкое применение получил также комгаратор, в котором охвачен положительной обратной связью, осуществляемой по пенна" тнрующему входу с помощью резисторов )тк, )гз (рис. 3.6, а). Та компаратор обладает передаточной характеристикой с гистеризис (рис.
3.6, б). Схема известна под названием т р и г г е р а Ш м и т или порогового устройства. дат лак а) Рис. 3.6. Схема коыпаратора с положительной обратной связью (а) и его идеализированная передаточная харак- теристика (б) Переключение схемы в состояние ()„ы„пы„происходит при д стижении ив„напряженна (порога) срабатывания (у,р а возвращен~в в исходное состояние ивы, = (ув,ы,„— при сниж ' нип и,„донапряжеиия (порога) огпу скання ()„,. Зн чения йороговых напряжений находят по схеме, положив нс = (7 (), вык тах оп )к и+ — и ср оп г + (7 () вых тах + оп )> ()- +и отп оп . 1 1 в откуда ширина зоны гнстерезиса р (уо (()вык ыак + (.)вык игах) . г ср отп . + Схема рис.
3.7ля является частным случаем предыдущей схем ': при 0„= О, Ее пороговые напряжения н зона гистерезиса-' (рис, 3.7, б) составляют: ь)с = к()'ых пых (7, = кК,ык ыак и (/г = к((7 х ты -~- (),~, Д где к = йт!Ят + )га). Схема рис. 3.7, а служит основой при построении генераторов импульсов( на ОУ (см. р 3.4, 3.5). Важнейшим показателем операционных усилителей, работающих), в импульсном режиме, является их б ы с т р од е й с т в и е, которое.; оценивается задержкой срабатывания и временем нарастания выходного напряжения.
За-'": держка срабатывания (время задержки выходного импульса) ОУ об.,' щего применения составляет единицы микросекунд, а время нараста-: ния выходного напряжения — доли микросекунды. ~ чп,им быстродействием обладают специализированные ОУ, пред- ч ные непосредственно для импульсного режима работы и пол чинш , ие общее название «компараторы».
Задержка срабатывания лу кросхем составляет менее 1 мкс, а время нарастания — сотые кнх мн и микросекунды. Более высокое быстродействие достигается, в доли и сти, за счет уменьшения та интегральных транзисторов и исключастно чения ия режима их насыщения в схеме ОУ, ил, лх лл б) а) Рис. З.7. Схема компаратора с положительной обратной связью и нулевым опорным напряжением (а), его передаточная характеристика (б) й Зии й)УЛЬТИВИБРАТОРЫ Му л ь т и в и б р а то р ы относятся к классу узлов импульсной техники, предназначенных для генерирования периодической последовательности импульсов напряжения прямоугольной формы с требуемыми параметрами (амплитудой, длительностью, частотой следования и др.).
Подобно генераторам синусоидальных колебаний, мультивибраторы работают в режиме самовозбуждения: для формирования импульсного сигнала в мультнвибраторах не требуется внешнее воздействие, например подача входных сигналов. Процесс получения импульсного напряжения основывается на преобразовании энергии источника постоянного тока. МУльтмаибратор в подавляющем большинстве случаев выполняет ФУнкцию задиюцего (ведущего) еенератора, формирующего запускающие входные импульсы для последующих узлов и блоков в системе импульсного или цифрового действия. Существует большое разнообразие средств и методов построения схем "ультнвибраторов.
В настоящее время для построения мультипибраторов наибольшее распространение получили операционные ус" лители в интегральном исполнении. Бозможность создания мультивибратора на операционнсм усилителе основывается на использовании ОУ в качестве порогового узла (компаратора) Схема симметричного мультивибра- о Р а на ОУ приведена на рис.
3.8, а. Ее основой служит компара. тор "а ОУ с положительной обратной связью (см. Рнс. 3.7, а), обла. "а'ощий передаточной характеристикой вида рис. 3.7, б. Автоколеба тельнь " ьнь'и Режим работы создается благодаря подключению к инвертн ему входу Оу времязадающей цепи из конденсатора С и рези стора )(. Принцип действия схемы иллюстрируют временные диагр мы, приведенные на рис. 3.8, б — г. Предположим, что до момента времени тт напряжение между в дами Оу ив) О. Это определяет напряжение на выходе ОУ и,„„- Увых твх и на его неинвертирующем входе и,.(, = — х У,„„ (рис.
3.8, б, в), где х = )г>)()(> + г(в) — коэффициент передачи це положительной обратной связи. На чие на выходе схемы напряжен — У„„ „,„ обусловливает процесс заря' 0 '-' — ив.х конденсатора С через резистор )( с п -(+) лярностью, указанной на рис. 3.8, а б и, скобок. В момент времени (> экспон, и) циально изменяющееся напряжение Р )(г инвертирующем входе ОУ (рис. 3.8, достигает напряжения на неинвертиру, ЩСМ ВХОДЕ ХУаых >аах.
НаПРЯЖЕНИЕ па становится равным нули>. что вызьша изменение полярности напряжения ! вых выходе ОУ: и„„„= У;,„ы„(рис. 3.8, б Напряжение и(а.> изменяет знак и стаи вится равным хУ;„ы „в„(рис. 3.8, г что соответствует ив( О и и,„„ = Увых мах. С момента времени )! начинается п, резаряд конденсатора от уровня напри жщ(ни — Х Увы. вв х. К»ида>ЧСат Ор мится перезарядиться в цепи с рези тором )т до уровня У;ы„„а поляр' ностью напряжения, указанной на рис' 3.8, а в скобках. В момент времени напряжение на конденсаторе достигае ' значения хУ; „,„. Напряжение и становится равным нулю, что вызывает переключение ОУ в противоположное состояние (рис.
3.8, б — г)..Г(алее процессы в схеме протекают аналогично,-' Частота следования импульсов симметричного мультивибратора 0) 0 и>н 0) 0 ! и,, (и ) и) 0 Рис. З.а. Схема симметричного мультивибратора на ОУ (а) н его временные диаграммы (б — г) ! ! ! 7 (ы> + (нв 2(а Время Г, можно определить по длительности интервала (риа. 3.8, 6), характеризующего перезаряд конденсатора С в цепи с резистором )( и напряжением Увых ~~ От х Увых ывх до х Увых >аах (риш 3.8, г).
Процеса перезаряда описывается известным из ТОЭ уравнением пс (в) = пс (оо) — (мс (оо) — ис (0)) е + мо (оо) = ( вых ~пах ~ мо (О) = к()вых паах т = С)к. где Отсюда (3.18) — — сСк ио (с) = (' вых мах (1'вых паах + х()вых мах) е г)сложив в выражении (3.18) ссо(с ) = х(свих мак, находим: „! 0+ 1„= т!и вых ~пах вых так П+ - вых так к- вык мах (3.19) (3.20) с/+ вых ~пах + вых шпак 2а !я П+ "вых тах к- вык гпах ВОЛИ Прииятв ддя ОУ (/вых мах = ()пых мах ТО СООТНОШЕНИЯ (3 19), (3 20) примут вид и ( + )Сс~)ка)' (3.21) (3.22) 2т 1и(1+ 211 Яа) с!11 и с б) а) сг Рис З.З.
Схема несимметричного мулвтивибратора на ОУ (и), кривая его выходного напряжения (б) 189 На рис. 3.9, а приведена схема несимметричного и у л ь т и в и б р а т о р а на ОУ, для которого 1и, э~ )иа Несимметричному режиму работы отвечают неодинаковые постоянные времени времязадающих цепей мультивибратора по полупернодам. В схеме рис. 3.9, а это достигается вкл!очением вместо резистора )т' двух параллельных ветвей, состоящих из резистора и диода. Диод Дс открыт прн положительной полярности выходного напряжения, а диод Да — при отрицательной. В первом случае тс = СК, во втором т, = СК'. Вид кривой выходного напряжения при К'-» )та' показан на рис. 3.9, б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
