Разновидности схем транзисторных генераторов пилообразного напряжения

На рис. 2,а приведена простейшая схема генератора пилообразного напряжения с зарядом конденсатора через резистор. В исходном состоянии транзистор VT1 открыт и насыщен. Поэтому напряжение на его коллекторе U_КЭ, а следовательно, и на конденсаторе С2, близко к нулю (рис. 2,б).

. (4)

С приходом на базу положительного запускающего импульса транзистор запирается, а конденсатор начинает заряжаться по цепи: 0, С2, R2, - Е_к с постоянной времени τ = R2*C2. Напряжение на конденсаторе, изменяясь по экспоненциальному закону, стремится к величине –Е_к

. (5)

 

а) б)

 

Рисунок 2

 

При t = t_р напряжение на выходе достигает наибольшего по абсолютной величине значения

. (6)

При амплитуда выходных импульсов составляет

. (7)

По окончании запускающего импульса транзистор VT1 отпирается и конденсатор С2 быстро через него разряжается. Т.к. внутреннее сопротивление открытого транзистора мало, постоянная времени разряда конденсатора оказывается меньше постоянной времени заряда.

Коэффициент нелинейности в схеме равен

. (8)

Для уменьшения коэффициента нелинейности приходится увеличивать напряжение питания E_к, которое может превысить максимально допустимое напряжение U_КЭmax. Для предотвращения пробоя транзистора к его коллектору подключается диод VD1, который фиксирует потенциал коллектора на уровне –Е_ф. Напряжение источника питания Е_ф выбирается так, чтобы

. (9)

Если отрицательное напряжение на коллекторе транзистора превысит -Е_ф, диод открывается и пропускает через себя ток, защищая транзистор от пробоя.

Одним из недостатков рассмотренной схемы является малая величина t_p/t₀. Устраняется он в схеме, приведенной на рис. 3.

 

 

Рисунок 3

 

В схеме используется дополнительная цепочка R3, VD1. Во время рабочего хода диод закрыт, и ток заряда конденсатора проходит через резистор R3. Конденсатор при этом заряжается с постоянной времени τ = (R2 + R3)*C2. Разряд конденсатора С2 осуществляется током транзистора, протекающим через открытый диод, который, имея незначительное сопротивление, шунтирует резистор R3. Если выбрать R3 >> R2, то можно, сохранив неизменной постоянную времени заряда для получения заданной длительности рабочего хода импульса t_p, уменьшить емкость С2 и тем самым значительно сократить постоянную времени разряда, а следовательно, и длительность обратного хода t₀.

На рис. 4,а приведена одна из наиболее высококачественных схем генераторов пилообразного напряжения с отрицательной обратной связью, которая позволяет получить линейно изменяющееся напряжение с коэффициентом нелинейности, равном единицам или даже десятым долям процента.

В исходном состоянии транзистор заперт небольшим положительным напряжением на базе , которое обеспечивается надлежащим выбором напряжения вспомогательного источника Е_Б, сопротивлений резисторов R1, R2 и внутреннего сопротивления открытого диода. При этом правая обкладка конденсатора С2 имеет отрицательный потенциал, близкий к –Е_к, а левая – положительный потенциал, равный потенциалу базы запертого транзистора.

Входной импульс отрицательной полярности длительностью t_и.вх, равной длительности рабочего хода t_р пилообразного напряжения (рис. 4,б), запирает диод. При этом транзистор отделяется от источника Е_Б, а база через резистор R1 от источника Ек приобретает некоторый отрицательный потенциал . Величина скачка напряжения на базе с приходом запускающего импульса составляет

. (10)

а) б)

 

Рисунок 4

Отрицательный скачок напряжения на базе через конденсатор С2 передается на коллектор, из-за чего на коллекторе напряжение понижается на такую же величину ΔU1.

После отпирания транзистора конденсатор С2 начинает разряжаться через резистор R1, источник Е_к и открытый транзистор VT1. Ток разряда конденсатора равен

. (11)

При разряде напряжение U_C на конденсаторе снижается. Однако при этом потенциал базы U_БЭ = U_C – U_КЭ становится более отрицательным, коллекторный ток увеличивается, а коллекторное напряжение U_КЭ по абсолютной величине уменьшается. Поэтому напряжение U_БЭ остается практически неизменным, а это означает, что величина тока разряда конденсатора I_p поддерживается неизменной. Таким образом, роль отрицательной обратной связи между коллектором и базой транзистора (через конденсатор С2) проявляется в том, что уменьшение тока разряда конденсатора вызывает противодействие схемы, препятствующее этому изменению. В результате можно считать, что разряд конденсатора осуществляется практически постоянным током

. (12)

Следствием разряда конденсатора в течение рабочего хода почти по линейному закону является почти линейное уменьшение напряжения на конденсаторе С2 и, соответственно, почти линейное возрастание напряжения U_КЭ, являющегося выходным напряжением генератора.

После окончания действия входного запирающего импульса диод открывается, а транзистор вновь запирается, и напряжения на коллекторе и базе постепенно достигают значений, соответствующих исходному состоянию.

Длительность рабочего хода t_р генерируемых пилообразных импульсов определяется длительностью входных импульсов; длительность обратного хода t₀ – временем заряда конденсатора С2

, (13)

где R_{д пр} – прямое сопротивление открытого диода.

Коэффициент нелинейности генератора с отрицательной обратной связью

. (14)

Практически схема, приведенная на рис. 4,а, позволяет получить ε = (0,5…5)% при коэффициенте использования напряжения источника питания ξ = 0,85…0,95; длительность рабочего хода соответствует микросекундному диапазону.

 

Триггер на транзисторах

 

Триггер (рис. 5,а) представляет собой элемент памяти, имеющий два устойчивых состояния. Переход из одного состояния в другое происходит под воздействием внешних сигналов S и R.

В исходном состоянии один из транзисторов находится в закрытом состоянии, а второй – в насыщенном. При поступлении положительного сигнала в базу закрытого транзистора триггер переходит во второе устойчивое состояние.

Емкости С1 и С2 являются ускоряющими и предназначены для повышения быстродействия схемы.

Диаграммы напряжений, поясняющие работу схемы, приведены на рис. 5,б.

 

а) б)

 

Рисунок 5

ЛИТЕРАТУРА

 

Основная

 

1. Касаткин В.С., Немцов М.В., Электротехника. - М.; Энергоатомиздат, 2000.

2. Основы промышленной электроники /Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1985.

3. Основы теории цепей; Учебник для ВУЗов. /В.П.Бакалов и др. 2-ое изд. перераб. и доп. – М.; 2000.

4. Сборник задач по электротехнике и основам электроники / Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1987.

5. Прянишников В.А. Электроника. - СПб; Корона принт, 2002.

6. Хоровиц П., Хилл У.. Искусство схемотехники.- М.:Мир, 1997.

7. Амочаева Г.Г. Электронный конспект лекций.

 

Дополнительная

 

1. Алексеенко А.Г., Шагурин Н.И. Микросхемотехника. Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1990.

2. Жеребцов И.П. Основы электроники.- Л.: Энергоатомиздат, 1990.

3. Попов В.П., Основы теории цепей.- Учебник для ВУЗов.- 3-е изд. испр.-М.: Высшая школа, 2000.

4. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench. в 2-х томах, Под ред. Д.И. Панфилова ДОДЭКА, 1999.-т.1-Электроника.

5. Электротехника/Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1985.

Лекция №17 – 18

⇐ Предыдущая22232425262728293031Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: