Электроника / ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Положим, что запускающий импульс очень короткий, чтобы не

учитывать его дальнейшее влияние на поведение схемы.

Основным фактором, определяющим время выдержки, является

перезаряд емкости C.

Цепь заряда: " uип " RЭ VT 2 C RК1 " uип "

Цепь разряда: " C " RБ 2 " uип " " uип " RЭ VT1 C

В исходном состоянии емкость C заряжена до напряжения uC(0)=EК - IК0∙RК1 - uT2, причѐм ток через конденсатор близок (равен) нулю.

Следует отметить, что VT2 открыт, так как его база через RБ2 rЭБ2

присоединена к "-EК ", именно поэтому базовое напряжение отрицательное,

но составляет несколько десятых долей вольта.

Обычно RБ2 RК2, поэтому iБ2 iК2, а ток эмиттера:

iЭ 2	iК 2 iБ 2	iК 2			EК		,
				RК 2	RЭ
						rКЭ 2

где rКЭ - сопротивление «коллектор - эмиттер» в состоянии насыщения.

После опрокидывания емкость C разряжается и напряжение uC

стремиться к величине:

uC EК IК 0 RБ uT 1

Когда напряжение uC проходит через «0», открывается VT2, так как насыщенный транзистор VT1 можно считать точкой и принять

uБЭ 2 uC 0

После отпирания VT2 транзистор VT1 быстро выходит из насыщения,

начинается регенерация, в результате которой схема возвращается в исходное состояние за время tв.

Однако, процесс возвращения в исходное состояние не происходит мгновенно - этап восстановления (до полного восстановления схема либо вообще не срабатывает, либо даѐт уменьшенный и укороченный импульс).

Можно осуществить запуск схемы подачей положительного импульса на коллектор VT1 и далее через C на базу открытого транзистора VT2.

133

Врезультате этого uБ2↑, а ток iЭ2↓. Последнее приводит к уменьшению величины падения напряжения на RЭ, то есть uЭ↓, что обуславливает отпирание VT1. Появившийся ток IК1 приводит к росту потенциала коллектора VT1, что вызывает увеличение uБ2 и так далее

Всистеме возникает лавинообразный процесс, в результате которого

VT1 открывается, а VT2 запирается.

Заметим, что после некоторого повышения потенциала коллектора VT1

диод запирается и цепь запуска оказывается отключенной.

Определение времени выдержки и его стабильности.

Процессом, определяющим время выдержки, является перезаряд емкости C:

U

C

0 E

К

I

R

U

T 2

К 0 К1

U

E I R

U

C

К

К 0 Б 2

T1

Выражение для заряда емкости имеет вид:

t

t U

0 U

u

C

U

C

e 1

C

C

Полагаем, что UC(T)=0, тогда получаем:

t

E

К

I

R

U

T 1

E

К

I

R

U

T 2

E

К

I

R

U

T 1

e

1

К 0 Б 2

К 0 К1

К 0 Б 2

Откуда определяем значение Т:

T 1ln 2EК UT 1 UT 2 IК 0 RБ 2 RК1 EК UT1 IК 0 RБ 2

где τ1=C∙RБ2. Учитывая, что

RБ2 RК

UT1<UT2 EК

Упростим полученное выражение:

T 1ln 2EК IК 0 RБ 2 EК IК 0 RБ 2

134

Полученное выражение совпадает с формулой, определяющей

полупериод в мультивибраторе.

T CRБ 2ln 2

1

где IК 0 RБ 2 - фактор теплового тока.

EК

Уменьшение времени выдержки достигается уменьшением емкости C.

Время восстановления.

Потенциал транзистора VT2 непосредственно после обратного опрокидывания можно найти, учитывая, что в этот момент UC(T)=0, следовательно, RК1 RБ2.

С учѐтом изложенного, можно использовать формулу узлового

	напряжения:
	UT		Ei gi
			gi
	где gi - проводимость ветвей;
	Ei - ЭДС в этих ветвях.
			EК

RК

EБ

RБ

RЭ

EЭ

Рисунок 8.10 –

135

UT

+

-

gБ = 1 RБ

EБ

+

-

gК = 1 RК

EК

+

-

gЭ = 1 RЭ

EЭ

Рисунок 8.11 -

Транзисторный ключ в режиме насыщения и его эквивалентная схема.

Тогда получаем следующее:

		0	EК gК 2 gБ 2 g				К1
	UT 2
			gК 2 gБ 2 gК1		gЭ
	*			EК gК 2 gБ 2
		UT 2
				gК 2 gБ 2 gЭ

|UT2(0)|>|UT2|

Заряд C происходит по цепи состоящей из RК1 и параллельно соединенных сопротивлений, сходящихся в «узловую точку» T2. Обычно основное значение имеет RК1, поэтому

τ2=C·RК1

с такой же постоянной времени потенциал uT2(t) возвращается к исходному значению, в соответствии с выражением:

							t
u	t U	T 2	U	0 U	T 2	e	2
T 2			T 2

Уровень UT2, на котором определяется время восстановления, условен.

Поэтому будем полагать, что при tв:

UT 2 tв UT 2 UT 2

Тогда

136

	tв		2ln	UT 2 0	UT 2
				UT 2

Учитывая, что RБ2 RЭ; RК1 = RК2, а также следующие выражения:

		IБ 2					EК UT 2
							RБ 2
							EК UT 2
		IК 2
							RК 2
I			I			,т.е. R		R
	К 2	2		Б 2			Б 2		2 К 2

где 2			2	- коэффициент передачи тока базы.
			2
	1

Здесь α - коэффициент передачи коллекторного тока.

Используя (*) получаем связь между RЭ и RК2.

EК (

1

1

)

EК RЭ 2 1

UT 2

RК 2

2 RК 2

1

1

1

2

1 RЭ 2 RК 2

R

R

R

К 2

2 К 2

Э

Откуда следует

RЭ

UT 2 2

RК 2

EК

UT 2

2

1

Либо

RЭ

UT 2

RК 2

2

EК UT 2

Так какRБ2 RЭ, то gБ можно пренебречь. В этом случае формулы (*, **)

примут следующий вид:

			UT 2 0			EК 2gК
						2gК gЭ
					EК 2gК
			UT 2
					gК		gЭ
			EК UT 2	gК			(полагая 2 1)
	gЭ
			UT 2

137

Тогда

UT 2 0 UT 2

2gК EК

gК EК

EК gК gЭ

2g

К

g

Э

g

К

g

Э

2g 2

3g

К

g

Э

g 2

К

Э

Либо

g 2

E

К

E

К

U

T 2

K

UT 2 0 UT 2

UT 2

2g

2

3g3

EК UT 2

g

2

EК UT 2 2

K

K

U

T 2

K

U

2

T 2

UT 2 EК EК UT 2

UT 2 EК EК UT 2

2U 2

3U

T 2

E

К

U

T 2

E

К

U

T 2

2

EК EК UT 2

T 2

UT 2 0 UT 2

UT 2 EК UT 2

EК

UT 2

Тогда время восстановления:

UT 2

EК UT 2

tв CRК1ln

UT 2

EК UT 2

Желательно при разработке одновибраторов уменьшать tв, так как это позволяет уменьшать допустимый интервал следования запускающих импульсов.

Полагая EК UT2 и ϑ=0, получаем:

	tв		RК		ln(UT 2 / UT 2 )
	T		R		ln2

Типичные значения:

UT 2 (0,1 0, 01)UT 2

RБ 2 10 20 RК

тогда

Ttв 0,15 0, 6

138

8.5.Реализация одновибратора на ОУ.

	VD1	VD2	Rw
	C	Rоос
		u-	uвых
		∞
C3	VD3
uвх
		Rпос
	R3	Rвх
		Рисунок 8.12 -

В схему введена цепь запуска: C3, R3, VD3.

uвх

t

u+

t

+um

t

u-

-um uвых

Рисунок 8.13 -

139

В исходном состоянии на выходе устанавливается -um, так как VD1 и

VD2 – открыты, uC=uVD1 (диод VD1 препятствует заряду C).

На не инвертирующем входе устанавливается отрицательное напряжение, образованное делителем Rпос и Rвх R3, через VD3.

При подаче положительного входного импульса, его передний фрон дифференцируется RC цепочкой и на не инвертирующем входе появляется короткий импульс положительного напряжения.

На выходе ОУ образуется +um, запирающее диоды VD1, VD2 и

начинается заряд конденсатора C по цепи:

ОУ→Rоос→C→источник

τ = C∙Rоос

Как только uC превышает значение

u um Kпос ,

	Kпос			Rвх
			Rвх	Rпос

ОУ изменит выходное напряжение на -um. После этого VD1, VD2 –

открываются и конденсатор разряжается со скоростью определяемой величиной тока открытого диода VD1. После разряда конденсатора схема переходит в исходное состояние.

В случаи подаче на вход отрицательного импульса VD3 пропустит положительный импульс от заднего фронта запускающего импульса.

Поэтому на выходе схемы импульс появится в момент окончания входного.

Длительность входного импульса должна быть больше, чем время переходного процесса ОУ.

Длительность генерируемого импульса.

	t E E U		(0) e	t
u		C
C

UC 0 Uпр VD1

140

в исходном состоянии uC=uпрVD1

UC T um Kпос

E um

В результате получаем:

t

um Kпос um um

uпр VD1 e

Откуда

T ln

um uпр VD1

;

um (1 Kпос )

1 u

пр VD1

/ u

m

T ln

1 Kпос

Rоос C

Если положить, что uпрVD1 um, то

1

Rвх

T ln

ln

1

1 Kпос

Rпос

Аналогично можно определить время восстановления.

UC 0 UC T um Kпос

UC tв Uпр VD1

E um

Тогда

um um um Kпос e

tв

Uпр VD1

Откуда следует

tв

u

m

U

пр VD1

u

m

(1 K

пос

)e

u

m

(1 K

пос

)

tв

ln

U

u

m

пр VD1

141

Если положить um UпрVD1, получаем:

				Rпос 2Rвх
	tв	ln 1 K	пос ln
				Rпос Rвх

Регулировка длительности импульса T может осуществляться:

1)изменением Rоос и C;

2)изменением соотношения Rвх Rпос , которое изменяет напряжение

срабатывания компаратора.

Схемы в ПОС имеют низкую помехоустойчивость.

142