Электронные ключи и простейшие формирователи импульсов
Электронные ключи и простейшие формирователи импульсов - раздел Приборостроение, ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭЛЕКТРОНИКИ
В Состав Многих Импульсных Устройств Входят Электронн...
В состав многих импульсных устройств входят электронные ключи. Основу любого электронного ключа составляет активный элемент (полупроводниковый диод, транзистор, операционный усилитель), работающий в ключевом режиме. Ключевой режим характеризуется двумя состояниями ключа: “Включено” – “Выключено”. На рис.3.5., а – в приведены упрощенная схема и временные диаграммы идеального ключа. При разомкнутом ключе i=0, uвых=E, при замкнутом ключе i=E/R, uвых=0. При этом предполагается, что сопротивление разомкнутого ключа бесконечно велико, а сопротивление замкнутого ключа равно нулю. В реальных ключах токи, а также уровни выходного напряжения, соответствующие состояниям “Включено” – “Выключено”, зависит от типа и параметров применяемых активных элементов и переход из одного состояния в другое происходит не мгновенно, а в течение времени, обусловленного инерционностью активного элемента и наличием паразитных емкостей и индуктивности цепи. Качество электронного ключа определяется следующими основными параметрами:
· падением напряжения на ключе в замкнутом состоянии u3;
· током через ключ в разомкнутом состоянии iр;
Рис. 3.5. Схема - а, временные диаграммы тока - б и
выходное напряжение – в идеального ключа
· временем перехода ключа из одного состояния в другое (временем переключения) tпер.
Чем меньше значения величин U, iр и tпер, тем выше качество ключа. Простейший тип электронных ключей – диодные ключи. В качестве активных элементов в них используют полупроводниковые или электровакуумные диоды. На рис.3.6,а - приведена схема последовательного диодного ключа, а на рис.6,б – его
а б
Рис. 3.6. Схема - а и передаточная характеристика – б последовательного диодного ключа с нулевым уровнем включения.
передаточная характеристика. При положительном входном напряжении диод открыт и ток через него
,
Rпр – прямое сопротивление диода.
а б
Рис. 3.7. Схема - а и передаточные характеристики - б последовательного двоичного ключа с ненулевым уровнем включения.
Выходное напряжение
.
Обычно Rпр << R, тогда Uвых ≈ Uвх. При входном отрицательном напряжение обратный ток через диод
,
где Rобр – обратное сопротивление диода.
При этом выходное напряжение
.
Как правило, Rобр>>R и Uвых≈R(Uвх/Rобр)<<Uвх. При изменении полярности включения диода график функции Uвых=f(Uвх) повернется на угол π вокруг начала координат. Схеме рис.3.6,а соответствует нулевой уровень включения(уровень входного напряжения, определяющий отпирание или запирание диода). Для изменения уровня включения в цепь ключа вводят источник напряжения смещения E0 (рис.3.7,а). В этом случае при Uвх>E0 диод открыт и Uвых≈Uвх, а при Uвх< E0 – закрыт и Uвых=E0 (рис.3.7,б). Если изменить полярность источника E0, то график функции Uвых (Uвх ) приобретет вид, показанный на рис.3.7,б – пунктирной линией.
а б
Рис. 3.8. Схема - а и передаточные характеристики - б параллельного диодного ключа с ненулевым уровнем включения.
а б
Рис.3.9.Схема - а и передаточная характеристика - б двойного диодного ключа.
Используя выше приведенный принцип анализа работы диодных ключей можно построить различные ключевые схемы. Для примера на рис.3.8 и 3.9 приведены схемы и передаточные характеристики параллельного и двойного диодных ключей. Диодные ключи не позволяют электрически разделить управляющую и управляемую цепи, что часто требуется на практике. В этих случаях используют транзисторные ключи. На рис.3.10,а приведена схема ключа на биполярном транзисторе. Входная (управляющая) цепь отделена от выходной (управляемой) цепи. Ключ мало отличается от усилителя, выполненного по схеме с общим эмиттером. Однако транзистор работает включевом режиме, характеризуемом двумя состояниями. Первое состояние определяется точкой А1 на выходных характеристиках транзистора; его называют режимом отсечки. В режиме отсечки ток базы I6=0, коллекторный ток Iк1 равен начальному коллекторному току, а коллекторное напряжение Uн=UК1≈Eк (рис.3.10,б). Режим отсечки реализуется при отрицательных потенциалах базы. Второе состояние определяется точкой А2 и называется режимом насыщения. Он реализуется при положительных потенциалах базы. При этом ток базы определяется в основном сопротивлением резистора R6 и Iб2=Uвх / R6, поскольку сопротивление открытого эмиттерного перехода мало. Коллекторный переход также открыт, и ток коллектора Iк2≈Eк/Rк, а коллекторное напряжение Uк2≈0. Из режима отсечки в режим насыщения транзистор переводится воздействием положительного входного напряжения. При этом повышению входного напряжения (потенциала базы) соответствует понижение входного напряжения (потенциала коллектора), и наоборот. Такой ключ называют инвертирующим (инвертором). В рассмотренном транзисторном ключе уровни выходного напряжения, соответствующие режимам отсечки и насыщения, стабильны и почти не зависят от температуры.
а б
Рис. 3.10. Схема - а и характеристики режима работы - б ключа на биполярном транзисторе
Существуют такжеповторяющиеключи, у которых понижению входного напряжения соответствует понижение выходного напряжения. Повторяющий ключ выполняют по схеме эмиттерного повторителя.
Время переключения ключей на биполярных транзисторах, также как диодных ключей, определяется постоянной времени переходного процесса
Рис. 3.11. Диаграммы, поясняющие работу двустороннего ограничителя
Рис. 3.12. Сглаживание вершин импульсов с помощью ограничителя сверху
а) б
Рис. 3.13. Выделение импульсов с помощью ограничителей:
а – по амплитуде, б – по полярности
а б
Рис. 3.14. Схема - а и диаграммы работы - б дифференцирующей цепи.
при включении и выключении р-n-переходов и зависит от их емкости и величины сопротивлений, определяемых технологиями производства элементов ключей. Для повышения быстродействия и входного сопротивления применяют ключи на полевых транзисторах.
Электронные ключи часто используют в устройствах формирования импульсов. Для примера: на рис.3.11. приведена диаграмма поясняющая использования двойного диодного ключа рис.3.9. для преобразования сигналы близкие к прямоугольной форме; на рис.3.12. приведена диаграмма, поясняющая использование параллельного ключа рис.3.8. для сглаживания вершины импульса; на рис.3.13 а и б приведены диаграммы, поясняющие использования ключей для выделения сигналов по амплитуде и полярности. В импульсной технике для формирования импульсов совместно с электронными ключами широко используют дифференцирующие и интегрирующие RC–цепи. Для формирования коротких импульсов служат дифференцирующая цепь – рис.14 а, использование которой преобразует импульс большой длительности в короткие импульсы рис.3.14 б, позволяющие ускорить запуск работы импульсных устройств.
УТВЕРЖДЕНО
Ученым советом МГУПИ
в качестве учебного пособия
предоставлено кафедрой
электротехника и электроника
ИС-7 МГУПИ,
Зав.кафедрой д.т.н.,
проф. Шат
Полупроводниковые материалы
Работа полупроводниковых приборов основана на использовании электрических свойств материалов, называемых полупроводниками.
По электропроводности полупроводники занимают про
P-n-переход и его свойства
В p-n-переходе концентрация основных носителей заряда в p- и n-областях могут быть равными или существенно различаться. В первом случае p-n-переход называется симметричным, во второ
Полупроводниковые диоды
Полупроводниковым диодомназывается прибор, который имеет два вывода (приставка "ди-" означает два) и содержит один p-n-переходов. Все полупроводниковые диоды можно раздел
Биполярные транзисторы
Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий два взаимодействующих между собой р-n-перехода. Технология изготовления биполярных транзисторов может быть разл
Полевые транзисторы
Полевым транзисторомназывают полупроводниковый электропреобразовательный прибор, ток которого управляется электрическим полем и который предназначен для усиления электрической мощн
Тиристоры.
Тиристоры– это полупроводниковые приборы с тремя или более p-n-переходами, которые имеют два устойчивых состояния и применяются как мощные электродные ключи.
Тиристоры име
Интегральные схемы.
Микроэлектроника –это направление электроники, позволяющее с помощью комплекса технологических, конструктивных и схемотехнических средств создавать малогабаритные, высоконадежные и
Параметры и характеристики усилителей
Основным параметром усилительного устройства является его коэффициент усиления.
В соответствии с разделением усилителей на усилители напряжения, тока и мощности различают:
Принцип работы усилителя
Усилительные устройства предназначены для усиления переменных сигналов и, в частности, синусоидальных сигналов, подаваемых на вход усилителя.
Наличие одного только усилительного элемента (
Эмиттерный повторитель
Малое Rвх и высокое Rвых сопротивления является недостатком УОЭ, не позволяющим к его входу подключать высокоомных источник входного сигнала и низкоомное нагрузочное устройств
Усилительный каскад на полевом транзисторе
Большое распространение получили усилительные каскады на полевых транзисторах, так как они обладают значительно большим входным сопротивлением по сравнению с усилительными каск
Истоковый повторитель
Усилительный каскад, аналогичный эмиттерному повторителю может быть построен на полевом транзисторе, называется каскад истоковым повторителем. Схема его приведена на рис.2.11.
Усилители мощности
Рассмотренные ранее усилительные каскады обеспечивают получение на выходе сигналов, мощность которых значительно выше мощности входных сигналов, однако, основным показателем работы этих каскадов яв
Многокаскадные усилители
Рассмотренные выше однокаскадные усилители имеют, как правило, коэффициент усиления порядка нескольких десятков или сотен единиц. Однако, в реальных устройствах промышленной электро
Усилитель постоянного тока
Для многих практических задач необходимо усиливать медленно изменяющиеся во времени электрические сигналы, являющиеся сигналами низкой частоты (в автоматике, системах управления и с
Обратные связи в усилителях
Конструирование различных электронных устройств на основе ОУ производится с использованием обратных связей. Обратной связью (ОС) называется передача части энергии выходного сигнала
Операционный усилитель
Операционный усилитель с отрицательной обратной связью наиболее часто применяется на практике (см. рис.2.21). Отрицательный характер ОС обусловлен подачей U1 на инвертирующий вход ОУ, та
Избирательный усилитель
Рассмотренные выше схемы усилителей предназначены для усиления входных сигналов в широкой полосе частот.
Генераторы электрических сигналов
Генераторы гармонических сигналов предназначены для преобразования энергии источника питания в энергию электрического сигнала синусоидальной формы требуемой частоты и мощности. На
Источники питания электронных устройств
Для работы различных электрических устройств необходимы источники электрической энергии (источники питания) постоянного напряжения. Преобразование переменного напря
Однополупериодный выпрямитель
Схема и временные диаграммынапряжений и токов однополупериодного выпрямителя приведены на рис.2.31. схема содержит Тр, в цепь вторичной обмотки которого включены последовательно, диод Д и сопротивл
Сглаживающие фильтры
Выпрямленное напряжение имеет пульсирующий характер и его нельзя непосредственно использовать для питания электронных устройств. Поэтому для уменьшения коэффициента пульсаций на входе выпрямителя п
Внешняя характеристика выпрямителя
Внешней характеристикой выпрямителя называют зависимость напряжения на нагрузочном устройстве от тока в нем UН = ƒ(IН). Наличие такой зав
Стабилизаторы напряжения
Уменьшение напряжения нагрузки UН при изменении потребляемого тока IН (рис.2.35) или из-за изменения температуры является нежелательным явлением, т.к. снижают надежность работ
Амплитудой импульса А;
длительностью импульса tи обычно определяемой на уровне 0,1 А;
длительностью фронта импульса tф – временем нарастания импульса от 0,
Импулсьный режим работы операционных усилителей
Интегральные операционные усилители (ОУ) находят широкое применение в импульсной технике. Передаточная характеристика ОУ имеет вид рис.3.15, соответствующий передаточной характерист
Триггеры
Одно из наиболее распространённых импульсных устройств, относящимся к базовым элементам цифровой техники, — триггер (от англ. trigger — спусковой крючок).
Триггером
Счетчики импульсов
Подсчёт числа импульсов является наиболее распространённоё операцией в устройствах цифровой обработки информации. Повышенный интерес к таким устройствам объясняется их высокой точно
Регистры, дешифраторы, мультиплексоры
Регистромназывают устройство, предназначенное для записи и хранения дискретного «слова» – двоичного числа или другой кодовой комбинации.
Регистр – один из основных элемент
Преобразователи (ЦАП и АЦП)
Поскольку информация на входах цифровых устройств обычно представляется в двоичном коде, а большинство исполнительных механизмов для автоматизированного управления технологическими
Основные сведения о микропроцессорах
История развития современных средств вычислительной техники насчитывает около 50 лет, однако, за этот период уже сменилось четыре поколения ЭВМ, существенно отличающихся друг от дру
Характеристики измерительных приборов
Основными являются диапазон измерений, чувствительность, порог чувствительности, потребляемая мощность, погрешности.
Диапазон измерений– область значений измеряемой величи
Системы электроизмерительных приборов
В приборах магнитоэлектрической системевращающий момент создается в результате взаимодействия постоянного магнита с проводником с током. Подвижной частью может быть рамка с током и
Условные обозначения на шкале приборов
При практическом применении приборов необходимо определить их пригодность к предстоящему измерению той или иной величины. Данные о приборе в виде условных обозначений указываются на их шкалах и при
Электронные приборы непосредственной оценки
Большое распространение, наряду с вышенаписанным, получили электронные приборы для измерения тока и напряжения. Рассмотрим основные принципы построения электронных вольтметров.
Методы построения приборов сравнения (компенсации)
В большой группе измерительных приборов реализуется метод сравнения измеряемой величины с ее мерой (мерой называется образец, представляющий собой техническое средство, служащее д
Измерение параметров электрических цепей
Основными параметрами электрических цепей являются: для цепи постоянного тока сопротивление R, для цепи переменного тока активное сопротивление
Измерения электрических величин цифровыми приборами
Цифровыми измерительными приборами (ЦИП) называются приборы, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы измерительной информации, т. е. показания которых представлены в цифро
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
а б
передаточная характеристика. При положительном входном напряжении диод открыт и ток через него
а б
Выходное напряжение
Обычно Rпр << R, тогда Uвых ≈ Uвх. При входном отрицательном напряжение обратный ток через диод
а б
а б
а б
а) б
а б
Новости и инфо для студентов