Предыдущая страница реферата | 13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 | Следующая страница реферата

4.1. Классификация электронных схем

Все электронные схемы принято делить на два класса:

1. Цифровые схемы (ЦС).

2. Аналоговые схемы (АС).

В цифровых схемах сигнал преобразуется и обрабатывается по закону дискретной функции. В основе цифровых схем лежат простейшие транзисторные ключи (рис. 4.1, а), для которых характерны два устойчивых состояния ( разомкнутое и замкнутое. На основе простейших ключей строятся более сложные схемы (например, логические элементы, триггерные устройства и тому подобные схемы).

В аналоговых схемах сигнал преобразуется и обрабатывается по закону непрерывной функции. В основе аналоговых схем лежат простейшие усилительные ячейки, на основе которых строятся сложные многоступенные усилители, стабилизаторы напряжения и тока, генераторы синусоидальных колебаний и тому подобные схемы.

Особенности режимов цифровых и аналоговых схем можно объяснить, используя передаточную характеристику (рис. 4.1, б), которая выглядит одинаково для того и другого класса схем, однако, использование этой характеристики для каждого класса принципиально отличается.

Обозначения, принятые для передаточной характеристики (рис. 4.1, б):

Uвх 0 ( уровень низкого напряжения на входе ( уровень логического нуля;

Uвх 1 ( уровень высокого напряжения на входе ( уровень логической единицы;

Uвых 0 ( уровень низкого напряжения на выходе ( уровень логического нуля;

Uвых 1 ( уровень высокого напряжения на выходе ( уровень логической единицы; еп1 ( уровень напряжения помехи на входе для цифровых схем; еп2 ( уровень напряжения помехи на входе для аналоговых схем;

[pic]

[pic]

В транзисторном ключе два его устойчивых соcтояния (замкнутое и разомкнутое) соответствуют точкам А и В. Входные и выходные сигналы могут иметь лишь два уровня( Uвх.А и Uвх.В, или Uвых.А и Uвых.В. Форма передаточной характеристики между точками А и В несущественна, так как при ее деформации выходные параметры остаются без изменения (на рис. 4.1, б деформация характеристики показана пунктирной линией). Следовательно, транзисторные ключи (и цифровые схемы) мало чувствительны к разбросу параметров, к температурному дрейфу, временному дрейфу, к внешним электромагнитным помехам и к собственным шумам.

В усилительных каскадах используется участок характеристики между точками СD. Следовательно, входные и выходные сигналы могут принимать любые значения в пределах этого отрезка характеристики. Учитывая возможную деформацию характеристики, делаем вывод о том, что усилительные каскады
(аналоговые схемы) очень чувствительны к разного рода помехам, к разбросу параметров, к температурному дрейфу, временному дрейфу.

4.2. Параметры транзисторного ключа

1. Остаточное напряжение и остаточный ток.

Под остаточным напряжением надо понимать уровень напряжения на выходе открытого до насыщения транзистора. Величина остаточного напряжения находится в прямой зависимости от степени насыщения транзистора: чем глубже насыщение транзистора, тем меньше остаточное напряжение на его выходе.
Глубокое насыщение наступает в том случае, если транзистор переходит в режим двойной инжекции: инжекция в базу идет и из эмиттера, и из коллектора. Обычное значение остаточного напряжения на выходе насыщенного биполярного транзистора лежит в пределах Uост=0,05(0,1В. У полевого транзистора эта величина может быть гораздо меньше.

Под остаточным током подразумевается ток неосновных носителей через закрытый транзистор. Его величина очень незначительна и чаще всего им пренебрегают, но при повышении температуры и частоты с ним приходится считаться.

2. Степень насыщения транзистора в схеме ключа. Существует понятие формального критерия насыщения ( когда на коллекторе действует прямое напряжение. Но транзистор обычно работает в режиме заданного тока, поэтому для оценки степени насыщения транзистора более удобен токовый критерий

[pic]

(4.1) где Iкн ( ток насыщения транзистора; ( ( статический коэффициент передачи тока базы; I+б ( отпирающий базовый ток. Чтобы оценить силу неравенства
(4.1), вводится особый параметр ( степень насыщения S(

[pic]

(4.2)

3. Быстродействие ( время отклика схемы на сигнал, то есть это время, в течение которого транзистор переходит из закрытого состояния в открытое и наоборот. При этом самым важным параметром можно считать среднее время задержки распространения сигнала tср.зд.. Чем глубже насыщение транзистора, тем хуже быстродействие ключа в целом. Чтобы не допустить ощутимой инжекции со стороны коллектора в то время, когда потенциал коллектора изменился на противоположный, коллекторный переход шунтируется диодом Шоттке, падение напряжения на котором не превышает 0,2(0,4 В (рис. 1.8). При этом несколько увеличивается остаточное напряжение на транзисторе, но это окупается высоким быстродействием ключа.

4. Помехоустойчивость ( устойчивость схемы против ложного срабатывания.

Статическая помехоустойчивость ( максимально допустимое напряжение статической помехи, при которой еще не происходит изменения выходного напряжения. Под статической помехой понимают паразитные напряжения и токи, длительность которых значительно больше времени переключения схемы из одного состояния в другое. Измеряют помехоустойчивость обычно в вольтах. По отношению к полярности входного сигнала помехоустойчивость может быть существенно разной.

Динамическая помехоустойчивость возникает в переходных процессах.

5. Нагрузочная способность ключа.

Типичным для ключевых схем является сочетание нескольких ключей, соединенных последовательно или параллельно. В последовательной цепочке
(рис. 4.2) каждый ключ может управлять не одним, а несколькими ключами.
Поэтому нагрузочной способностью ключа называют количество параллельно включенных ключей, которыми способен управлять данный ключ.

[pic]

Рис. 4.2. Ключевая цепочка

В схеме рис. 4.2 показано, что второй транзистор VT2 управляет не только ключом VT3, но и еще рядом ключей ( VT4, VT5, VT6.

Величина тока, отпирающего ключ VT2,

[pic]

(4.3) где U* ( напряжение отпирания эмиттерного перехода втранзисторе; Rк ( резистор нагрузки в коллекторной цепи VT1, который играет роль резистора смещения в цепи базы VT2.

Коллекторный ток в последовательной цепочке

[pic]

Следовательно, коллекторный и базовый токи в последовательной цепочке почти одинаковы.

Обозначим число ключей, нагруженных на VT2, через n. Если допустить, что отпирающий ток (Iб) равномерно распределяется между базами всех параллельных ключей, то в цепи базы каждого ключа будет протекать ток

[pic]

(4.4)

Отпирающий ток должен удовлетворять токовому критерию насыщения (4.1), из которого можно получить принципиальное ограничение на нагрузочную способность ключа. Кроме того, учитывая, что ограничение должно быть достаточно жестким, то есть необходимо не просто обеспечить насыщение, а минимальную степень насыщения транзистора Sмин (4.2) получаем

[pic]

(4.5) где ( ( коэффициент передачи базового тока при нормальном включении транзистора.

В реальных схемах наблюдается неравномерное распределение токов между базами параллельно соединенных ключей. Дело в том, что крутизна входных ВАХ транзисторов очень высокая и малейшее несовпадение характеристики одного транзистора с характеристикой другого вызывает большой разброс в базовых токах (рис. 4.3)

Чтобы выровнять базовые токи транзисторов необходимо уменьшить крутизну
ВАХ. С этой целью последовательно с базами каждого транзистора включают резисторы одного номинала. На рис. 4.2 эти резисторы показаны штриховыми линиями.

На рис. 4.3 второй пучок входных ВАХ транзистора соответствует схемам ключей с резисторами в цепях базы. Наклон характеристик соответствует сопротивлению R.

К сведению, сопротивление базы играет ту же роль, что и резистор R, но его величина не превышает 100(150 Ом. За счет сопротивления резистора R общее сопротивление базы будет больше, за счет чего и прямое напряжение на эмиттерном переходе Uэ увеличивается до 1,2 В.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: изложение материала, культурология, сочинения по литературе.





Предыдущая страница реферата | 13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 | Следующая страница реферата