Сделай Сам Свою Работу на 5

Интегральные и дифференциальные цепочки.

На логических элементах можно построить многочисленные схемы импульсных генераторов, формирователей импульсов, устройств задержки. Для этого используют сочетания логических элементов с конденсаторами и сопротивлениями. На рис. показаны наиболее употребительные цепочки, состоящие из конденсатора С и резистора R: цепочка бывает дифференцирующей или интегрирующей.

 

На вход цепочки подаем скачок напряжения U0. Эпюры напряжений показывают характер выходных напряжений цепочек. Поскольку напряжение на конденсаторе не может измениться скачком, то в дифференцирующей цепочке скачок напряжения в начальный момент передается на выход, а затем напряжение на выходе уменьшается до нуля.

В интегрирующей цепочке напряжение на выходе в начальный момент равно нулю, а затем возрастает до U0. В обоих случаях напряжение изменяется по показательному закону: Uвых =

U0×e(-t/T), Uвых =U0×[1- e(-t/T)]. Величина T=R×C называется постоянной времени цепочки и соответствует изменению выходного напряжения на 63% от исходного (е-1 = 0,37).

Если после дифференцирующей цепочки установить логический элемент (инвертор), то при подаче на вход скачка напряжения, напряжение в точке “A” на некоторое время будет 0, превышать пороговое напряжение элемента Uпор, а значит, напряжение на выходе инвертора вначале изменится от логической “1” до логического “0”, а когда напряжение в точке “A” станет меньше Uпор , вернется снова в логическую “1”. Таким образом, на выходе инвертора будет сформирован импульс, длительность которого определяется из соотношения: U0e(-tи/T)=Uпор, где tи– длительность импульса. После логарифмирования и преобразований получим

tи=T×ln(Uпор/U0),можно проследить, что интегрирующая цепочка на входе логического элемента приводит к задержке скачка напряжения на время tз = T ln[(U0 – Uпор)/U0].

ЭЛЕКТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Электронный генератор — это устройство, преобра­зующее электрическую энергию источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колеба­ний заданной формы и частоты. Электронные генераторы широко используют в ра­диоаппаратуре, измерительной технике, устройствах автоматики, электронно-вычислительных машинах и т. д.По способу возбуждения генераторы подразделяют на генераторы с независимым возбуждением и генераторы с самовозбуждением (автогене­раторы). Генераторы с независимым возбуждением являются усилителями колебаний, которые вырабаты­вают посторонние источники. Автогенераторы сами создают незатухающие колебания за счет использо­вания энергии источника питания.



Среди автогенераторов можно выделить генераторы синусоидальных колебаний и импульс­ные генераторы. Генераторы синусоидальных коле­баний подразделяют на автогенераторы типа LC и автогенераторы типа RC.

ТРАНЗИСТОРНЫЙ АВТОГЕНЕРАТОР ТИПА LC

Автогенераторы типа LC различают по способу создания положительной обратной связи. Рассматриваем автогене­ратор с индук­тивной (трансформаторной) связью. Он состоит из колебательного контура, в котором возбуждаются колебания нужной частоты; усилительного элемента (транзистора), усиливающего сигнал, попадающий на его вход через цепь обратной связи; цепи положитель­ной обратной связи, обеспечивающей подачу энергии с выхода схемы на ее вход в нужном количестве и в должной фазе; источника с постоянной ЭДС, энер­гия которого преобразуется в колебательную энергию в контуре.

При подключении к источнику питания Ек конденсатор контура Ск заря­жается по цепи: +Ек, резистор R3, эмиттер, база, коллектор транзистора Т, Ск ( — Ек). Конденсатор Ск и индуктивная катушка образуют параллельный коле­бательный контур, и, так как конденсатор Ск накопил определенную энергию, в контуре возникают свобод­ные колебания с частотой fр( ),которая определяется параметрами этого контура. В результате индуктивной связи между катушками LK и Loc в катушке обратной связи Loc наводится переменное напряжение той же частоты, что и в контуре. Это напряжение подводится к участку эмиттер — база транзистора, что вызывает пульсацию коллекторного тока с частотой f0. Если обратная связь положительная, переменная составляющая коллекторного тока усиливает колеба­ния в контуре, что вызывает увеличение амплитуды переменного напряжения на входе транзистора. Это, в свою очередь, вызывает новое увеличение амплитуды переменной составляющей коллекторного тока и т. д. Нарастание амплитуды переменной составляющей коллекторного тока ограничено.Для установления режима незатухающих колебаний в контуре недостаточно только обеспечить положительную обратную связь. Необходимо, чтобы потери энергии в контуре и передача энергии на выход были полностью скомпенсированы усилителем за счет энер­гии источника постоянного тока. Таким образом, незатухающие колебания в контуре генератора устанавливаются при выполнении двух условий, которые называют условиями самовоз­буждения. Это условие баланса фаз, которое обеспечивается положительной обратной связью, и условие баланса амплитуд, зависящее от зна­чения коэффициента обратной связи β.

ТРАНЗИСТОРНЫЙ АВТОГЕНЕРАТОР ТИПА RC

Автогенераторы типа LC применяют в основном на частотах выше 20 кГц, так как для более низких частот конструкция таких колебательных контуров громоздка. Для получения синусоидальных колебаний на низких частотах применяют более простые и де­шевые генераторы типа RC.

Вместо колебательного контура в схеме включен резистор Rн, а положительная обратная связь осуще­ствляется через фазовращательную цепь, состоящую из трех звеньев RC(каждое из которых должно давать сдвиг фаз на 60 градусов). Если выход данной схемы соеди­нить непосредственно с входом, обеспечив при этом условия самовозбуждения, то генерируемые колебания не будутсинусоидальными. Для того чтобы схема вырабатывала именно синусоидальные колебания, по­ложительная обратная связь должна обеспечиваться только для одной определенной гармоники несину­соидальных колебаний. Эту функцию и выполняет фазовращательная цепь RC.

Напряжения на коллекторе и на базе должны находиться в противофазе. Это и есть условие баланса фаз. Частота синусоидальных колебании в схеме определяется параметрами цепи RC и при условии С1 = С2= С3 = С; R1 = R2= R3 + R2’ =R; f0=1/(2π RC). Для выполнения условия баланса амплитуд коэф­фициент усиления усилителя должен быть больше ос­лабления, вносимого фазовращательной цепью RC. Это ослабление равно 29.

Генератор ЛИН.

Для повышения стабильности работы генератора ЛИН используют генераторы с посторонним возбуж­дением. Схема такого генератора, собранного на тран­зисторе. В исходном состоя­нии транзистор Т открыт и насыщен. Следовательно, напряжение на его коллекторе и конденсаторе С близко к нулю. В момент времени t1 на базу транзистора Т подают положительный запускающий импульс и транзистор запирается, а конденсатор С начинает заряжаться по цепи +Eк, C, R, Eк. Таким образом, в течение времени действия запускающего импульса Т3 напряжение на конденсаторе растет . По окончании действия запускающего импульса, в момент времени t2, транзистор открывается и конденсатор С быстро разряжается через транзистор Т. В мо­мент времени tз процесс зарядки повторяется и т. д. Существенным недостатком рассмотренных схем является плохое использование напряжения источника Ек, так как для получения напряжения, близкого к линейному, конденсатор должен заряжаться до напря­жения Um, которое значительно меньше, чем Eк. В бо­лее совершенных схемах используют элементы, кото­рые обеспечивают постоянство тока зарядки конден­сатора.

МУЛЬТИВИБРАТОР

Мультивибратор представляет собой генератор несинусоидальных колебаний, близких по форме к пря­моугольным. Рассмотрим симметричный мультивибратор, рабо­тающий в режиме автоколебаний. В нем ; ;

; транзисторы Т1 и Т2 одинаковые (одинаковой маркировки). При подключении данной схемы к источнику питания Ек возникает режим неустойчивого равновесия, так как, несмотря на симметрию схемы, в любой момент может нарушиться равенство коллекторных токов из за незначительных отличий в параметрах элементов.

 

 

Если, например, несколько уменьшится ток iк1, то это приведет к уменьшению потенциала на коллекторе Т1. А так как напряжение на конденсаторе C1 не мо­жет измениться мгновенно, то отрицательный скачок напряжения на коллекторе Т1 передается на участок база — эмиттер транзистора T2. Это вызовет увеличе­ние тока коллектора iк2 и, следовательно, повышение потенциала коллектора T2. Повышение потенциала коллектора T2 через конденсатор С2 передается на базу Т1 и ток iк1 еще больше уменьшается и т. д. Дан­ный процесс нарастает лавинообразно, тем более что скачки напряжения на базах увеличиваются за счет усилительного действия транзисторов. В итоге тран­зистор Т1 окажется запертым, а потенциал его кол­лектора практически равным — Ек. Транзистор T2 будет полностью открыт и насыщен, а потенциал на его коллекторе — близким к нулю. В исходном состоянии (до опрокидывания схемы) конденсаторы С1 и С2 были заряжены с полярностью, до напряжения —Eк + Rкiк. Во время опрокидывания схемы напряже­ние на конденсаторах не успевает измениться. После опрокидывания схемы конденсатор С1 относительно быстро заряжается до напряжения Ек по цепи: +Eк, переход эмиттер — база открытого Т2, С1,Rк1 — Ек. Конденсатор С2 после запирания Т1 перезаряжается по цепи: +Eк, Т2, С2, Rб1—Ек- фактически через ре­зистор Rб в первый момент проходит ток под дейст­вием 2Eк и, следовательно, к участку база — эмиттер Т1 приложено напряжение +Eк, надежно запираю­щее Т1. При медленной перезарядке С2 ток уменьшает­ся, напряжение на Rб1 падает и, когда uc2 0, напря­жение на участке база — эмиттер Т1 близко к нулю. Транзистор Т1 открывается, потенциал его коллектора начинает расти, что приводит к росту потенциала ба­зы Т2 и уменьшению потенциала его коллектора, а следовательно, и потенциал базы T1. Таким образом, возникает новый лавинообразный процесс и схема сно­ва опрокидывается. При этом T1 открыт и насыщен, Т2 заперт. После опрокидывания конденсатор С2 быст­ро заряжается через Rk2 до напряжения Eк, a C1 на­чинает медленно перезаряжаться аналогично пере­зарядке С2.Частота колебаний регулируется изменением величин Rб и С, амплитуда – Rk.

 



©2015- 2021 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.