lektsii_ORE_2015

При возрастании напряжения U1 в первоначальный момент времени возрастает напряжение на нагрузке U2 и напряжение обратной связи Uoc, снимаемое с нижнего плеча делителя напряжения R4. Напряжение ошибки Uε увеличивается, потенциал эмиттера транзистора VT2 остается постоянным, апотенциал базы становится наиболее положительным.

Транзистор VT2 открывается, что приводит к увеличению тока ІК2- По закону Кирхгофа для узла: Iб1 = I1 – 1К2, поэтому ток базы транзистора VT1 уменьшается и транзистор призакрывается.

Падение напряжения ∆UKЭ1

	увеличивается, а напряжение в
нагрузке восстанавливается.
	Компенсационный		стабилизатор
	напряжения параллельного типа
	В качестве гасящего устройства в
этих	стабилизаторах	применяются резисторы
(R1	на схеме) или при высоких требованиях с
	стабильности	выходного	напряжения
	стабилизатора	применяется	стабилизатор
тока	на БТ, имеющий большое внутреннее
	сопротивление.
Аналогичное уравнение ( при увеличении входного напряжения) для
регулирующего VT1	Iб1 = 1К2– IR3 след с ростом входного и далее

выходного напряжения VT1 будет открываться и больший ток пойдет через него и гасящий резистор R, что уменьшит выходное напряжение.

Стабилизаторы параллельного типа имеют невысокий КПД и применяются сравнительно редко, в случае стабилизации повышенных напряжений и токов, а также при переменных нагрузках в отличие от стабилизаторов последовательного типа.

Их недостатком является то, что при возможном резком увеличении тока нагрузки (например, при коротком замыкании на выходе) к регулирующему элементу будет прикладываться повышенное напряжение, величина которого может превысить допустимое значение.

ЛЕКЦИЯ №26

15.Системы защиты компенсационных стабилизаторов

В компенсационных стабилизаторах наиболее часто применяются три вида защиты:

–от повышения выходного напряжения;

–от понижения выходного напряжения;

–от перегрузки по току или короткого замыкания в нагрузке.

Защита от превышения и понижения выходного напряжения реализуется за счет введения в стабилизатор дополнительных устройств сравнения (УС) и исполнительного элемента. Устройство сравнения имеет такое же схемное построение, как и применяемое в КСН. А в качестве исполнительного элемента применяется реле или полупроводниковый прибор – транзистор или тиристор. Типовая схема защиты от повышения выходного напряжения имеет вид, показанный на рис.21.6.

Рис.15.1 Схема защиты источника питания

Если в некоторый момент времени выходное напряжение, формируемое КСН, превысит значение UН max, задаваемое резистором RP, то транзистор VT откроется, что повлечет срабатывание исполнительного элемента – реле SA, которое одновременно снимает своими контактами 1-2 напряжение питания UП со входа КСН и блокирует контактами 3-4 коллектор транзистора VT.

Достоинство подобной схемы заключается в возможности гальванического отключения одной (или обеих) шин потребителя. А основной недостаток состоит в значительной ее инерционности. Время реакции схемы защиты в данном случае в основном определяется временем срабатывания электромеханического реле и составляет обычно несколько миллисекунд.

Для сокращения времени срабатывания защиты в качестве исполнительного элемента применяются транзисторы. При этом возникающая задержка измеряется единицами микросекунд.

Защита от перегрузки по току в стабилизаторах может быть выполнена с

ограничением на постоянном уровне ^ IК.З., превышающем номинальное значение IНОМ (рис. 21.7а), или же с резким уменьшением тока потребления до IК.З0 в режиме короткого замыкания (рис. 15.2б).

В первом случае режим перегрузки по току характеризуется большей мощностью, выделяемой на регулирующем транзисторе КСН. Поэтому в таких случаях обычно выключают напряжение питания на входе КСН при помощи реле. Во втором случае потребляемая от источника мощность значительно меньше мощности, выделяемой на силовом транзисторе КСН при IНОМ. Поэтому выключение питания в такой схеме необязательно.

Рис.15.1. Характеристика устройства защиты

Схема с ограничением тока короткого замыкания на постоянном уровне и последующим выключением напряжения питания Показана на рис.21.8.

Рис.15.2. Схема с ограничением тока короткого замыкания

Резистор R1 является датчиком тока, а делитель R2-RP служит для установки порога срабатывания IК.З. В рабочем состоянии КСН транзистор VT1 закрыт. При перегрузке по току VT1 открывается и подает одновременно запирающее напряжение на базу регулирующего транзистора VT2-VT3 КСН и на обмотку реле SA, которое включается и снимает напряжение с входа стабилизатора.

ЛЕКЦИЯ №27

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОСТРОЕНИЯ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

Теория построения современных логических или цифровых устройств опирается на основные логические высказывания, , то есть основные положения булевой алгебры, которая полностью опирается на двоичную переменную и, основы которой, спустя почти сто лет, были реализованы в

виде		первых		цифровых		устройств.
Булем	двоичная	переменная была		введена	следующим	образом:
1-	если	не	ложь,	то	истина	(правда);
2-	если		не	правда,	то	ложь.

В алгебре логики известны три основные логические операции:

			Операция И (AND) [коньюнкция]
Операция ИЛИ (OR) [дизьюнкция]
			0 · 0 = 0 – ложь и ложь есть ложь;
0 0 = 0	– ложь или ложь есть ложь;
			0 · 1 = 0 – ложь и правда есть ложь;
0 1 = 1	– ложь или правда есть правда;
			1 · 0 = 0 – правда и ложь есть ложь;
1 0 = 1	– правда или ложь есть правда;
			1 · 1 = 1 – правда и правда есть прав
1 1 = 1	– правда или правда есть правда

Операция НЕ x ϵ правда, 1

Если x ≠ 0, то x = 1; Если x ≠ 1, то x = 0

это операция отрицания или инверсии (НЕ);

Таким образом, выполнение сколь угодно сложной логической операции может быть сведено к трем вышеперечисленным операциям. Следовательно, имея некоторые технические устройства, реализующие операции И, ИЛИ, НЕ, можно построить сколь угодно сложное цифровое устройство. Такие устройства называются соответственно логическими элементами И, ИЛИ, НЕ (рис. 2) и образуют основной базис или функционально полную систему логических элементов.

а б в Рис. 2. Условное обозначение логических элементов на электрических

схемах: И (а), ИЛИ (б), НЕ (в)

В интегральной цифровой электронике широко используются элементы других базисов: ИЛИ – НЕ (стрелка Пирса A↓B), а также И – НЕ (штрих

Шеффера A│B), каждый из которых также является функционально полной системой элементов.

Операция ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (XOR)

		y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Рассмотренные выше логические высказывания оказались наиболее подходящими для организации вычислений и другой математической обработки в рамках двоичной системы счисления.

Системы счисления и основные теоремы Булевой алгебры

Под системой счисления понимают совокупность правил и созданный алфавит цифр для подсчета количества чего – либо. Были разработаны четыре основные системы счисления:

1. Анатомического происхождения, то есть когда для подсчета чего–либо люди использовали строение человеческого организма, это:

десятеричная, двенадцатеричная, двадцатеричная.

2. Алфавитного происхождения: для отображения чего–либо используется уже существующий алфавит

.3. Машинные системы счисления: сформировались в процессе развития цифровой техники. Они включают в себя:

двоичную {0,1};

восьмеричную {0,1,2,3,4,5,6,7};

шестнадцатеричную {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}

Цифровая электроника работает только в рамках двоичной системы счисления.

Адресное пространство удобно в шестнадцатеричной системе счисления. 4. Прочие системы счисления (обычно римская и вавилонская). Независимо от происхождения, все системы счисления

подразделяются на позиционные и непозиционные.

В позиционных системах счисления каждый символ из алфавита цифр несет двойную нагрузку: с одной стороны позиция отображает вес, порядок или разряд числа, с другой стороны – указывает на количество чего–либо. Это позволяет любое число формализовать, т.е. представить в следующем

виде: число = , где - символ из алфавита цифр; b – основание; I – номер позиции справа-налево;m – количество разрядов при написании числа.

Это выражение является основой для организации вычислений с помощью электронно-вычислительных машин.

Например:

=

К непозиционным системам счисления относят такие, где правила вычислений формализовать нельзя (например, римская):

IV = V – I VIII = V I I I XI = X I

Таким образом, в вычислительной технике возможно использование только позиционной системы счисления, и применительно к булевой алгебре, такой системой счисления является двоичная система счисления.

Основные теоремы Булевой алгебры

Вся Булева алгебра, которая является теоретической основой для построения логических схем, опирается на основные теоремы. Они сформулированы для двоичной переменной: X,Y,Z,…,A,B,C,D,E ϵ {0,1}.

Как правило, они доказываются простым перебором, либо с помощью ранее сформулированных теорем. Они разбиты на два класса: а) с одной переменной:

б)	теоремы	с	двумя	и	более	переменными:
Коммутативный						закон:

.

Ассоциативный закон:

.

Дистрибутивный закон:

.

Правило повторения:

.

Правило отрицания:

.

Правило двойного отрицания:

.

Правило склеивания:

.

Теорема Моргана

.

Операции с 0 и 1:

ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ НА БИПОЛЯРНЫХ И ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ.

Основные параметры ЭК

Электронный	ключ представляет собой устройство, которое может
находиться в	одном из двух рабочих состояний – разомкнутом и замкнутом

и изменяет состояние на время действия переключающего сигнала.

В качестве переключающих элементов таких схем могут быть использованы

полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры и т.д.

Независимо от схемных решений и типа используемого ключевого элемента любой электронный ключ характеризуется рядом статических и динамических параметров.

Статические параметры электронных ключей (параметры установившегося режима)

1)Передаточная характеристика —зависимость выходного напряжения ключа от входного Uвых f Uвх .

Рис 16.1. Передаточная характеристика электронного ключа

В электронном ключе два его устойчивых состояния (разомкнутое и замкнутое) соответствуют пологим участкам, ограниченным точками А и В.

1) На пологом участке, соответствующем малым значениям U0вх (точка А), ключ разомкнут (ключ закрыт), и на нем падает большое напряжение –

напряжение логической единицы U 1 .

2) При большом входном сигнале U1 , (точка В) ключ замкнут, выходное

напряжение логического нуля U0вых мало.

По передаточной характеристике можно определить еще два важных статических параметра электронного ключа:

2)Ku = dUвых/dUвхкоэффициент усиления ключа, который определяется в дифференциальной форме.

3) Помехоустойчивость ключа, которая физически выражается напряжением помехи, способной изменить состояние ключа. Величина этой помехи оценивается по передаточной характеристике ключа как разность входных напряжений в точках А и а (помехоустойчивость по уровню единицы – U+п ) и в точках в и В (помехоустойчивость по уровню нуля – U-п).

Точки на характеристике а и в определены таким образом, что соответствуют устойчивым состояниям, в которых Ku = 1. Тогда

помехоустойчивость ключа определится как:

U+п=U0п- U0вх, U-п=- (U1 -U1п) ( рис. 7.1. ),

Где - U1- максимальное напряжение на выходе ключа ,

U+п, U-п - максимальная величина напряжения помехи, не вызывающая ложного переключения.

Динамические параметры электронного ключа определяются скоростью протекания переходных процессов, возникающих в схеме при подаче на вход ключа прямоугольного импульса напряжения или тока. Поэтому динамические параметры ключа называют еще параметрами быстродействия, природу которых необходимо рассматривать на примере конкретной схемы электронного ключа на биполярном транзисторе.

Электронный ключ на биполярном транзисторе

Принципиальная схема	электронного	ключа на БТ с	ОЭ	показана	на
рис. 16.2, а.
В исходном состоянии	при Uвх 0	или Uвх Uвх зап	БТ	закрыт,	т.е.

работает в режиме отсечки.

При использовании в качестве активного элемента кремниевых транзисторов, имеющих малое значение тока Iкб0 , и непосредственной

связи ключа с источником сигнала дополнительный источник напряжения

Uсм можно исключить.
			+ Uип -				+Uип экв -
		Iк+Iн	Rк			Iк	Rк экв
Iвх	R1	Iб		Iвх	R1	Iб
	Iсм	R2	Rн Uвых		Iсм	R2	Uвых
Uвх		-		Uвх		-
		+Uсм				+Uсм
а			б
Рис. 1.
Передаточная			характеристика	ключа		может	быть рассчитана
графоаналитическим методом с				использованием			известных семейств

входных Iб f (Uбэ ) при Uкэ const и выходных Iк f(U кэ ) при Iб const характеристик транзистора. Для этого принципиальную схему ключа приводят к эквивалентной, показанной на рис. 16.2, б, где

Uип экв UипRн / Rк Rн ,	(1 )
Rк экв RкRн / Rк Rн .	(2 )

На семействе выходных ВАХ БТ, как показано на рис. 2, а, строится нагрузочная прямая, описываемая уравнением

Iк (Uкэ ) Uип экв Uкэ Rк экв .

Iк Uип экв

Rк экв

Iкн

Uвых	U'''вых	U''вых
0

а

Рис. 16.2

Iбн

Iб

Uкэ=0

Uкэ

Uвых

Iбн

1

Uвых

I'''б I'''б

I''б I''б

I'б

I'б

0

Uэквип

порбэU

Uвых

выхU'

U'''бэ

Uвых

Uкэ

0

1

Uбэ

Uпор

Uпор Uвх

1

б

в

1)В точках пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками, соответствующими токам базы Iб Iб '; Iб ''; , определяются значения напряжения коллектор — эмиттер, которое

является выходным Uкэ Uвых
2) По входной характеристике БТ Iб f (Uбэ ) при	Uкэ 0 для тех

же значений тока базы находятся соответствующие напряжения база-эмиттер Uбэ Uбэ '; Uбэ ''; , как показано на рис. 2, б.

3) Входное напряжение рассчитывается согласно выражению

Uвх Uбэ Iб Iсм R1		Uбэ		Uсм
	Uбэ Iб						R1.
		R 2

4)По известным парам значений напряжения Uвх , Uвых строится передаточная характеристика, показанная на рис. 2, в.

На передаточной характеристике можно выделить три характерных участка, которые разграничены точками, соответствующими входному пороговому

напряжению нуля U 0пор и единицы U1пор .