Электротехника Касаткин (967630), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Из (10.50) следует К К вЂ” К (щ)К (сс)еу(б (и1) Е (щ)) = 1, 304 т. е. (10.51а) (1051 б) Киу( ) ио с( О'(ш) + д"(ш) = 2ял, Рис, 10.94 Рис. 10.95 где л=0,1,2,3 ... Условия (10.51) должны выполняться при одной угловой частоте— угловой частоте работы автогенератора си. Самовозбужденне генератора, начиная с момента времени его подклю.
чения к источнику знергии, определяется условием К„(и1)К„е с(си) > > 1, которое после завершения переходного процесса йереходит в условие установившегося режима работы автогенератора (10.51а) вследствие уменьшения значения К при увеличении амплитуды сннусоидальных иу колебаний, обусловленного нелинейными свойствами транзисторов (рис. 10.76) . Различают ЬС. н гСавтогенераторы.
Первые содержат в целях обрат. ной связи катушки нндуктивностн и конденсаторы н используют явле. ния резонансов напряжений и токов, вторые — резисторы и конденса. торы Вторые прове для реализации в виде интегральных микросхем, в частности на основе ОУ. Примеры нх реализации будут рассмотрены. На рис. 10.95 приведена схема гС.автогенератора на основе ОУ, моста Вина (см. рис. 4.9, а) в цепи положительной обратной связи и делителя напряжения из резисторов гт и гс в цепи строительной обратной связи. При угловой частоте генерации ссе =1/4,~гМ ~Ст 1см. (4.11)) напряжение нй резисторе гт моста Вина равно одной трети напряжения на выходе усилителя (10.52)~ и совпадает с ним по фазе (рис.
4.9, б) . Пренебрегая током входной цепи ОУ, составляем уравнение по вто- ' рому закону Кирхгофа для контура, отмеченного на рнс. 10,95 штриховой линией: «о (1053) сз+ Из (10.52), (10.53) и условий идеального ОУ (10.36) следует озотношение гз/го = 2, которому должна удовлетворять цепь отрицательной обратной связи для генерации колебаний с максимальной амплитудой и угловой частотон ссо.
Вместо моста Вина в гС-автогенераторе может быль также двойной Т.образный мост (см. рис. 4.10) . то.ат. кляссипикяцип импульсных И ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ Полупроводниковые нмпульснью н цифровые устройства обаеднняют обширную группу устройств, которые применяются в системах управления технологическими процессами, прн передаче информации, в измерительной и вычислительной технике. В современных импульсных и цифровых устройствах работают ОУ в импульсном режиме н транзисторы в качестве бесконтактных ключей, Работу ОУ в импульсном режиме объясним на примере пепи, показанной на рис. 10.96, в которой к неинвертирувяцему входу ОУ подключен источник постоянной ЭДС Ео, а к инвертирующему входу — иеточник сигнала с линейно изменяющейся во времени ЭДС е, с йг (рис.
10.97,а) . Для упрощения анализа примем, что ОУ идеальный. По второму закону Кирхгофа для контура, отмеченного на рис. 10.96 штриховой линией, составим уравнение: и = е — Ео. вх с В момент времени го = Ео/й у напряжения и „отрицательное значение заменяется положительным (рис. 10.97„6). Одновременно в соответствии с амплитудной характеристикой идеального ОУ (рис. 10.76, б — ломаная линия !) напряжение на его выходе скачком Зоб Ер гн и) о "рх Рис.
10.96 -Ер рьи Е Ю) 0 г '.1олт -Е изменится от положительного до отрицательного значения ЭДС Е источника питания (рис. 10.97, в). Импульсный режим работы ОУ используется в устройствах сравнения измеряемого напряжения с опорным напряженнем, называемых комларагорами, и других устройствах на их основе, Работу транзистора в режиме ключа рассмотрим на примере биполярного транзистора с ОЭ (рнс. 10.98, а) . Если постоягшое напряжение на входе ключа (7 < О, то токи в цепях коллектора н базы практически вх одинаковые и равны току через обратно включенный р-л переход между базой и коллектором. Этот режим соответствует разомкнутому положению ключа (рис. 10.98, б, точка М). При постоянном напряжении ЕГ „> 0 и токе базы больше тока насыщения 78, ток коллектора Баас практически равен Е, /г (рис. 10.98, б, точка Ф).
Этот режим соответствует замкнутому положению ключа. Динамические свойства ключа определяются временем включения т „„и выключения г,„л (рис. 10.98, в). Для уменьшения времени г „„резистор в цепи базы шунтируется конденсатором, а для уменьшения времени г „,„в цепь базы вклялгрется ЭДС ЕБ (ноказаны штриховой линией на рнс. 10,98,и). Применение транзистора в качестве ключа вместо других типов ключей, например электромеханических„имеет ряд преимуществ: транзисторный ключ не содержит подвижных частей, подвержениых изрюсу, имеет больпюе быстродействие н малые размеры. Для управления транзисторным ключом требуется источник энергии малой мощности. Различают импульсные устройстна с несколькими устойчивыми В с несколькими временно устойчивыми состояниями. В импульсном зш Е„/и„ Вис, 10.98 устройстве первого типа для изменениа устойчивого состояния необходимо однократное внешнес воздействие, измсня~сщее режим ОУ или транзисторного ключа.
В импульсном устройстве с временно устойчивымн состонниями нроисхоцнт периодическое переключение ОУ или открывание и закрывание транзисторного ключа без внешнего воздействия или их состояние восстанавливается через некоторое время после однократного внешнего воздействия. В цифровых устройствах применяются логические элементы, на основе которых реализуются логические автоматы с памятью и без памяти. Рабочее состояние логических автоматов первого типа зависит не только от набора сигналов управления в данный момент времени, но н от его предшествуюшего состояния. Рабочее состояние логических автоматов второго типа зависит только от набора сигналов управления. Ф В дальнейшем работу всех импульсных и цифровых устройств будем рассматривать, полагая, что ОУ н транзисторные ключи идеальные, 10.22.
ЛОГИЧЕСКИЕ ЗЛЕМЕНТЫ для своевременного подключения и отключения необходимого обо. рудования в целях поддержания режимов технологических процессов необходимо принимать те или иные решения в зависимости от конкретных условий. Если наличие или отсутствие каждого условия отождествить с напряжением злектрического сигнала различного уровня, то принятие 308 решения можно осуществить при помощи цифровых устройств на основе логических элементов. Такие устройства реализуют логическое преобразование совокупности сигналов об условиях работы в совокупность сигналов управления технологическим процессом. В зависимости от схемотехнической реализации логических элементов сигналы на их входах и выходах имеют либо отличное от нуля напряжение (положительное или отрицательное), либо напряжение, близкое к нулю, которые принято условно отождествлять с логической единицей и нулем, При этом работу логического элемента мож.
но описать зависимостью логического значения выходного сигнала г" от совокупности логических значений входных сигналов х. Такую зависимость принято представлять габлиией истинности. Можно доказать, что для любых логических преобразований достаточно иметь три элементарных логических элемента, выполняющих операции; логическое отрицание (логическое НЕ), логическое сложение (логическое ИЛИ) и логическое умножение (логическое И). Логический элемент НЕ (инвертор) реализует логическую функцию элемент ИЛИ (дизъюнктор) на два входа Р' = х1 + хз илн г' = х! Ч хз, элемент И (конъюнктор) на два входа г'=х, Лх,.
Р' = х1хз или Их условные обозначения, временные диаграммы работы и таблицы истинности приведены на рис. 10.99 — 10.101 соответственно, На практике часто используется расширенный набор логических элементов, К ним относятся элементы: ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса), показанный на рис, 10,102, а и реализующий функцию 1с .= х~ + хз', И-НЕ (штрих Шеффера), показанный на рис. 10.102, б и реализующий функцию Рис. 1С99 309 И-НЕ И-НЕ Рис. 10403 транзисторная логика на биполярных транзисторах (рис. 10.103, б) ], МДПТЛ 1то же на МЛП-транзисторах (рис. 10.103, е) ], КМДПТЛ ]то же на взаимодополнянпцих' или,комплементарных МЛП-транзисторах (рис. 10.103, г) ], ТТЛШ (то же с транзисторами Шатки), ЭЛС ]змнттерна.
связанная логика (рнс. 10.103, д)] и ИзЛ (инхсекционная логика). Рабочие свойства логических элементов определяет ряд параметров: быстродействие — время задержки между сменой состояний входного н выходного сигналов (см. рис, 10.98, и); нагрузочная способность нли коэффициент разветвления — число входов, которые можно подключить к одному выходу; помехоустойчивость — максимальна допустимый уровень напряже. ния помехи, не вызывающий ложного переключения; степень генерирования помех — нщенсивиость колебаний тока при переключении элементов; мощность рассеяния — мощность потерь энергии в элементах.
В табл. 10.4 приведено ранжирование параметров логических элементов: ранг 1 соответствует наилучшему, ранг 10 — наихудшему значению параметра. Элементы ТТЛ имеют время задержки 10 — 30 нс, коэффициент разветвления по входу 2 — 8. е Мдп-транзисторы с р- и и-канапамн иазываютса взанмодопопиающими прн таком их поспедоватепыюм включении, что когда один из иих находитсв в открытом состохнни, то другой будет в закрытом. Это уменьшает ток и мощность потерь. зы твбанча! Й4. Ранг параметров логнческнх элементов Бысгродсп Мощность Разве!вне- Помеха- Степень ге. с!вне рясссянпя ннс по вы- усгоячн- нернровання ходу вость помех Тнп логнческого алсмснта 2 3 !О 9 2 5 1 ЛТЛ ТТЛ МЛПТЛ КМДПТЛ ТТЛШ НтЛ ЭСЛ б б 2 ! а 4 !О 10,23.
импульсные устРОЙстВА с Временно УСТОЙЧИВЫМИ СОСТОЯНИЯМИ где и, =г,и /(г! + гт) н и. — напряжения положительной и отрицавых тельной последовательной обратной связи по напряжению (см. рис. 10.77, а], Пусть в момент времени г =0 напряжение на входе ОУ и х(0) > > 0 (рис. 10.105, е) . Тогда по амплитудной характеристике ОУ (рис„10.76, б, ломаная линия 1) напряжение на его выходе вых( ) 3!2 Импульсные устройства с временно устойчивыми состояниями являются источниками импульсов напряжения, значение н длительность которых, а также частота повторения могут регулироваться в широких пределах.
А, Мультивибратор. Мультивибратором называется устройство с двумя временно устойчивыми состояниями, представлягошее собой генератор импульсов напряжения прямоугольной формы, Обычно он служит для запуска в работу других импульсных устройств при их совместной синхронной работе. Наиболее распространены мультивибраторы на основе ОУ,.
Различают симметричные и несимметричные мультивнбраторы. У первых длительности прямоугольных импульсов и интервалы времени между ними равны, у вторых различны. Схема замешения симметричного мультивибратора приведена на рис, 10.104,а, в которой ОУ является компаратором (см. рис, 10.96 н 10.97).
Рассмотрим один период работы мультивибратора. По второму закону Кирхгофа для контура цепи, отмеченного на рисунке штриховой линией, составим уравнение вх С (10.54) 1« О и, Е Оь т К г Рва. 10.105 Рнс. 10Л04 а напряжения и3(0) = -т,Е~(т, + тз) = — 11, и по (1054) и (О) > и, (О) = -и где Š†напряжен источника питания ОУ (рис. 10.105,а-в). Такое состояние цепи мультивибратора, которому соответствует схема замещения на рис.
10.104, б (ключ К в положении 1), неустойчиво. Действительно, напряжения на выходе мультнвибратора и на конденсаторе различны; и,(0) > н „(О). Поэтому конденсатор будет разряжаться через резистор т цепи отрицательной обратной связи н цепь, подключенную к выходу ОУ, а напряжение на нем — изменятьсн по зкспоненцнальному закону (см. рнс. 5.4), стремясь к значению ~Д (-Е = и „). В момент времени г,, определяемый условием и „(т, ) = О, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
