План лекции
1. Ключевой режим транзистора
2. Способы импульсного управления мощностью
3. Генератор прямоугольных импульсов на транзисторах
4. Ждущий мультивибратор
5. Мультивибраторы на ОУ
1. Ключевой режим транзистора
Ключевой режим транзистора означает, что транзистор может находиться лишь в двух устойчивых состояниях – насыщения и отсечки.
Запишем 2-й закон Кирхгофа для выходной цепи, изображённой на рис. 13.1
 |
Насыщением называют режим, при котором ток коллектора транзистора равен максимально возможной величине, называемой током насыщения.
Рис. 13.1 Ключевой режим работы транзистора
Это означает, что в состоянии насыщения величина выходного напряжения равна нулю.
Отсечкой называют такой режим работы, при котором ток коллектора достигает минимально возможной величины, приближённо равной нулю. При этом выходное напряжение равно напряжению питания.
Ключевой режим транзистора весьма востребован в современной электронике, поскольку позволяет проектировать устройства с чрезвычайно высоким КПД. Причина этого состоит в том, что в обоих состояниях мощность на переходе коллектор-эмиттер практически равна нулю. А это означает, что вся, передаваемая мощность, поступает в нагрузку.
2. Способы импульсного управления мощностью
В импульсных устройствах существуют определённые способы управления мощностью, целью которых является организация схемного решения, при котором подаваемая в нагрузку мощность может быть, каким-либо образом отрегулирована.
При широтно-импульсном управлении (ШИ-управлении) мощность в нагрузку регулируется величиной длительности импульса tи при постоянной величине периода импульса T, как показано на рис. 13.2.
Рис. 13.2 Широтно-импульсное (слева) и частотно-импульсное (справа) управления мощностью.
ШИ-управление можно организовать по схеме 13.3, подключив к одному из входов компаратора генератор треугольного (или пилообразного) напряжения, а к другому – источник управляющего напряжения. Тогда изменение управляющего напряжения будет изменять величину длительности импульсов на выходе компаратора, управляя выходной мощностью.
Рис. 13.3 Осциллограммы (справа) и блок-схема ШИ-управления (слева)
При частотно-импульсном (ЧИ) управлении, изменяется частота следования импульсов фиксированной длительности, при этом, чем больше импульсов в единицу времени, тем больше мощности поступает в нагрузку.
Для организации ЧИ-управления нужен генератор прямоугольных импульсов с частотой, управляемой напряжением. Блок-схема ЧИ-управления сложнее и здесь не представлена.
3. Генератор прямоугольных импульсов на транзисторах
Генераторы импульсов преобразуют энергию постоянного тока в последовательность импульсов. Принцип действия их основан на циклически происходящих переходных процессах в RC- или RL- цепях, причиной которых является наличие двух устойчивых состояний в этих схемах, при этом ни одно из этих состояний не является стабильным и, достигнув его, схема начинает изменять своё электрическое состояние для того, чтобы перейти в другое и так далее.
Рис. 13.4 Схема мультивибратора
На рис. 13.4 показана схема мультивибратора. Предположим, что в момент включения напряжения питания транзистор Т1 начинает открываться. Это приводит к увеличению его коллекторного тока Iк1 и снижению потенциала положительной обкладки конденсатора C1. А это, в свою очередь, приводит к закрыванию транзистора Т2, поскольку приводит к снижению разности потенциала базы транзистора Т2. Закрывание транзистора Т2 приводит к уменьшению его тока коллектора Iк2 и увеличению потенциала положительной обкладки конденсатора С2, что также способствует открыванию транзистора Т1.
Но если потенциал на положительной обкладке конденсатора С1 станет равен нулю, то потенциал его отрицательной обкладке станет равен – 5,4 В, поскольку конденсатор не может мгновенно изменить своего состояния. Это приведёт к началу процесса перезаряда конденсатора С1 через резистор R3 по цепи питания в результате которого правая обкладка С1 зарядится положительно, а левая – отрицательно. А это приведёт к началу процесса открывания транзистора Т2 и к закрыванию транзистора Т1. Далее процесс повторяется.
4. Ждущий мультивибратор
 |
В практических электронных устройствах часто бывает необходимо использовать механические переключатели, управляющие работой цифровых и импульсных устройств. При этом их непосредственное использование может привести к дребезгу контактов и некорректности процесса установки или предварительной установки управляемых им устройств. В этом случае может быть использован ждущий мультивибратор или одновибратор, схема которого показана на рис. 13.5.
Рис. 13.5 Схема ждущего мультивибратора
Как видно, эта схема не является симметричной, в отличие от рассмотренного ранее самовозбуждающегося мультивибратора. Здесь RC- цепь присутствует только для транзистора Т1, а транзистор Т2 её не имеет, поэтому переходные процессы в нём будут отсутствовать.
В самом деле, у этой схемы есть лишь одно устойчивое состояние, когда транзистор Т2 открыт, а Т1 заперт, поскольку Т2 открывается током, поступающим через открытый диод VD1, создавая на нём необходимое напряжение отпирания. При этом транзистор Т1 запирается, поскольку на его базе присутствует напряжение порядка нескольких десятых вольт.
Однако у схемы есть другое, нестабильное состояние, которое можно получить, подав кратковременный импульс отрицательного напряжения на базу транзистора Т2, после чего тот закроется и начнётся процесс перезаряда конденсатора С1. Это произойдёт потому, что потенциал базы транзистора Т1 повысится, а значит, потенциал коллектор транзистора Т1 станет практически равным потенциалу земли. После снятия отрицательного импульса, по истечение времени переходных процессов, транзистор Т2 опять откроется, а транзистор Т1 – закроется.
Таким образом, с коллектора транзистора Т2 будет снят импульс напряжения, являющийся неким управляющим сигналом.
5. Мультивибраторы на ОУ
Как уже было сказано ранее, операционные усилители обладают целым рядом уникальных свойств, что позволяет использовать их при проектировании самых различных электронных устройств, в частности, для получения схем мультивибраторов.
 |
Схема простого мультивибратора показана на рис. 13.6 и работает следующим образом.
Рис. 13.6 Простой мультивибратор на ОУ
В схеме применены отрицательная (RООС) и положительная (RПОС1 и RПОС2) обратная связь, которые и позволяют осуществить режим генерации импульсов.
При включении напряжения питания, согласно закону коммутации, конденсатор разряжен, и напряжение на инверсном входе равно нулю. В то же время, напряжение на неинверсном входе начинает быстро возрастать благодаря наличию ПОС. Таким образом, напряжение на выходе усилителя становится равным +Uпит. При этом напряжение на неинверсном входе равно
После начинается процесс заряда конденсатора, который ведёт к повышению величины напряжения на конденсаторе, а с ним и величины входного напряжения на инверсном входе. Когда эта величина становится больше величины 
, на выходе усилителя появляется напряжение, равное отрицательному значению питания – Uпит. Далее начинается процесс разряда конденсатора через резистор RООС. Таким образом, на выходе мультивибратора можно наблюдать последовательность двуполярных импульсов напряжения.
Период колебаний такого мультивибратора выражается формулой:
 |
На рис. 13.7 представлена схема мультивибратора с возможностью изменения длительности положительного и отрицательного полупериодов. Это достигается включением в схему диодов VD1 и VD2, которые изменяют коэффициент ООС в зависимости от направления тока: при заряде конденсатора от напряжения Uпит+, ток протекает через резистор RООС2, а при его разряде на потенциал Uпит – , он протекает через резистор RООС1. Таким образом, изменяя величины этих сопротивлений, можно добиться нужного времени «положительного» и отрицательного» импульса на выходе такого мультивибратора.
Рис. 13.7 Мультивибратор с возможностью регулирования времен длительности «положительного» и «отрицательного» импульса
Дата: 2019-03-05, просмотров: 289.
