- •146 Цифровая схемотехника Конспект цифровая схемотехника
- •2. Формирователи прямоугольных импульсов
- •10. Программируемые логические матрицы, программируемая матричная логика, базовые матричные кристаллы.
- •1.2 Прохождение импульсов через rc-цепи.
- •1.2.1 Напряжение и ток в rc-цепях под воздействием единичного скачка.
- •1.2.2 Дифференцирующая (укорачивающая) и разделительная rc-цепи.
- •1.2.3 Реальные rc-цепи при импульсном воздействии.
- •1.3 Фиксаторы уровня в дифференцирующих rc-цепях.
- •1.4 Интегрирующие rc-цепи.
- •Погрешности интегрирующей цепи:
- •2. Формирователи прямоугольных импульсов
- •2.1 Диодные ограничители последовательного и параллельного типа.
- •2.2 Линейные модели транзистора в режиме большого сигнала.
- •2.3 Расчет транзисторных ключей.
- •2.4 Транзисторный усилитель ограничитель.
- •2.5 Динамические характеристики транзисторных ключей.
- •3. Мультивибраторы
- •3.2 Транзисторный мультивибратор. Принцип действия, осциллограм-мы работы мультивибратора
- •3.3 Расчет периода колебаний мультивибратора
- •3.4 Регулировка частоты, термостабилизация и улучшение формы выходного напряжения мультивибратора.
- •3.5 Транзисторный одновибратор. Принцип действия, осциллограммы.
- •4. Потенциальные логичекие элементы
- •4.2 Диодная логика. Логика «и»
- •Логика «или»
- •Недостатки диодной логики: схемы критичны к внутреннему сопротивлению источников эдс (), обладают нестабильными уровнями логического «0» и «1».
- •4.3 Диодно-транзисторная логика (дтл)
- •4.4 Транзистор-транзисторная логика (ттл)
- •4.5 Логические элементы на моп и кмоп-структурах.
- •5.1 Мультивибраторы на потенциальных логических элементах.
- •5.2 Одновибраторы на потенциальных логических элементах.
- •5.2 Одновибраторы на потенциальных логических элементах.
- •Расчет длительности импульса одновибратора.
- •6.1 Кодирование временных интервалов.
- •6.2 Кодирование напряжение.
- •6.3 Аналогово-цифровые преобразователи (ацп). Основные характеристики и параметры.
- •6.3.1 Ацп на параллельных компараторах;
- •6.3.2 Ацп поразрядного кодирования.
- •6.4 Цифро-аналоговые преобразователи (цап). Структура, основные характеристики и параметры.
- •6.4.1 Взвешенная схема, управляющая напряжением.
- •6.5 Устройство выборки хранения.
- •7.1 Общая характеристика и принципы построения глин.
- •7.2 Автоколебательные глин на транзисторах.
- •7.3 Ждущие глин на транзисторах.
- •7.4 Глин на оупт.
- •8.2 Автоколебательный блокинг-генератор.
- •8.3 Ждущий блокинг-генератор.
- •8.4 Синхронизация блокинг-генератора.
- •9.1 Оперативные запоминающие устройства (озу) с произвольным доступом.
- •9.2 Статические и динамические зу.
- •9.3 Построение плат памяти.
- •9.4 Программируемые запоминающие устройства (пзу).
- •10. Программируемые логические матрицы, программируемая матричная логика, базовые матричные кристаллы.
- •10.2 Программируемые логические матрицы (плм).
- •10.2.1 Схемотехника плм
- •10.2.2 Подготовка задачи к решению с помощью плм
- •10.2.3 Программирование плм
- •10.2.4 Упрощенное изображение схем плм
- •10.2.5 Воспроизведение скобочных форм переключательных функций
- •10.2.6 Наращивание (расширение) плм
2.2 Линейные модели транзистора в режиме большого сигнала.
В отличие от рассмотренного ранее режима в курсе “Аналоговая схемотехника”, где транзистор работал в режиме малого сигнала и являлся линейным элементом, то в импульсном режиме транзистор, являющийся характерным для цифровых устройств, работает в режиме большого сигнала. В отличие от режима малого сигнала, где отклонение от рабочей точки по постоянному току порядка 20-30%, в режиме большого сигнала транзистор переходит из зоны отсечки через активную область в режиме насыщения и наоборот. Как правило, в импульсной технике транзистор работает в двух противоположных состояниях: в режиме отсечки (транзистор заперт) и в режиме насыщения (транзистор открыт и насыщен). Коэффициент передачи транзистора в этих режимах меньше единицы, т.е. он не обладает усилительными свойствами.
Кроме того, при переключении из одного режима во второй и наоборот транзистор находится в активном режиме, время переключения составляет единицы микросекунд. В переходном (активном) режиме коэффициент передачи транзистора намного больше единицы. В режиме большого сигнала характеристики транзистора нелинейны и принцип наложения неприменим.
Для анализа схем с транзисторами, работающими в режимах большого сигнала, применяют методы анализа нелинейных схем.
Такими методами являются:
Метод аппроксимации нелинейных ВАХ транзистора несколькими кривыми. Метод точен, однако сложен и трудоёмок.
Метод, основанный на рядах и интегралах Фурье (разложение на гармонические составляющие). Трудоёмок, сложен.
Метод аппроксимации нелинейных ВАХ кусочно-линейными функциями. Он более простой, однако, погрешность аппроксимации порядка 10-15%.
В инженерной практике он нашёл широкое применение. Рассмотрим метод аппроксимации нелинейной ВАХ кусочно-линейными функциями.
Сущность метода: для отдельных областей (отсечка, насыщение, переходная область) производится аппроксимация нелинейных ВАХ кусочно-линейными функциями. В каждой области на основе аппроксимирующих функций ВАХ представляются рядом Тейлора. На основе оговоренной линейной аппроксимацией всеми производными, начиная со второй, можно пренебречь (ряд ограничится двумя слагаемыми ), постоянную составляющую необходимо учитывать.
На основании полученных уравнений для каждой из областей с учётом постоянных составляющих, синтезируют электрическую модель транзистора. При этом модели получаются линейными, для всех трёх областей и разные. Широко применяют модели транзисторов в системе h-параметров.
Рассмотрим аппроксимацию входных и выходных характеристик биполярного транзистора (схема с ОЭ) и полевого транзистора (с индуцированным каналом).
На рис.2.15 представлены выходные характеристики биполярного транзистора. Область отсечки (1) расположена между характеристиками ис соответствующими значениями токов коллектораи. Область насыщения (3) соответствует минимальным значениям напряжения. Сопротивление транзистора в режиме насыщенияопределяется тангенсом угла наклона линии 3, т.е.. Между ними находится область активного режима – 2. На входных характеристиках транзистора (см. рис.2.16) также указаны эти три основные области.
Рис. 2.15 Выходные характеристики биполярного транзистора
Рис. 2.16 Входные характеристики биполярного транзистора
Линейная аппроксимация входных характеристик биполярного транзистора с указанием характерных областей приведена на рис.2.17.
Рис. 2.17 Аппроксимация входных и выходных характеристик биполярного транзистора
Характеристики полевого транзистора с индуцированным каналом, аналогичны рассмотренным и их аппроксимация для трёх областей см.рис.2.18 аналогична.
Рис. 2.18 Входные и выходные характеристики полевого транзистора с индуцированным каналом
Установим значения токов коллектора для транзисторов, находящихся в области отсечки. Для схемы с общей базой при между базой и коллектором протекает обратный (теневой) ток величиной(см. рис.2.19 а). Для схемы с общим эмиттером для обеспечениянеобходимо через эмиттерно-базовый переход пропускать ток(см. рис.2.19 б). При этом ток коллектора будет, т.е. враз больше, чем для схемы с общей базой. Уменьшить токдо величиныможно путём запирания транзистора положительным потенциалом на базу, пропуская ток из базы в эмиттер величиной, в результате чего, а(см.рис.2.19 в).
Рис. 2.19 Токи коллекторов в области отсечки
Для рассмотренных трёх областей представим характеристики транзистора электрической моделью в системе h-параметров:
; (1) или;
; (2)
Эти уравнения должны учитывать постоянные составляющие. После преобразований получаем:
; (1)
; (2)
Синтезируем электрическую модель транзистора с учётом второго (1) и первого (2) законов Кирхгофа (см. рис.2.20).
Рис. 2.20 Электрическая модель транзистора для области 2
Эта модель справедлива для области активного режима (2). Модель транзистора в области отсечки (), что обеспечивается подачей положительного потенциала на базу относительно эмиттера (общей шины) имеет вид представленный на рис.2.21.
Рис. 2.21 Электрическая модель транзистора для области отсечки (1)
Для области насыщения (3), модель транзистора имеет вид (см. рис.2.22), где определяется при аппроксимации входной характеристики(см. рис.2.17),(рис.2.17),(рис.2.15).
Рис. 2.22
Следовательно модель транзистора в активной области соответствует линейной модели транзистора в усилительном режиме, дополненной постоянными составляющими и. Модель транзистора в области отсечки представляет собой разрыв эмиттера относительно базо-коллекторного промежутка, через который протекает ток.
Модель транзистора в режиме насыщения представляет собой практически замкнутые электроды – база, коллектор и эмиттер, т.к. ;;. Для обеспечения режима насыщения транзистора необходимо подать ток в базу превышающий ток базы насыщения.