Главная Движение носителей электрических зарядов



происходит накапливание избыточных неосновных носителей (дырок в транзисторе р-и-р-типа). Из-за этого выключение транзистора не может произойти сразу, так как требуется определенное время на рассасывание этих носителей в базе, что снижает быстродействие отключения транзисторного ключа. Итак, биполярный транзистор нельзя считать безынерционным прибором.

При переходе транзистора из режима отсечки в режим насыщения на выходе ключа (точка 2-2) создается перепад напряжения «вых ~ Uкэотс - - Скэнас » £к - 1ксДк - Скэнас « к, так как /кок и t/кэнас практи-чески очень малы. Время выключения значительно больще, чем время включения, и составляет сотни наносекунд - единицы микросекунд. Бремя выключения тем больще, чем глубже насьпцение. Однако при глубоком насыщении уменьшается время включения, поэтому для увеличения быстродействия импульсных схем следует избегать глубокого насыщения транзистора, для чего в цепь базы включают соответствующий ограничивающий резистор.

Иногда для ускорения выключения транзистора к его коллектору подключают полупроводниковый диод, отпирающийся при насьпце-нии транзистора и ограничивающий глубину насыщения. Следует отметить, что если транзистор работает в ключевом режиме, то его вьгооды коллектор - эмиттер можно использовать в качестве бесконтактного выключателя.

Глава 20

РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА

§ 20.1. Принципы построения

и режи№>1 работы регенеративных

импульсных устройств

Для работы различных импульсных устройств часто требуется обеспечить подачу на их вход или в другие цепи импульсов напряжений прямоугольной формы требуемой амплитуды U и длительности t„ (периодических с периодом Гили непериодических) или крутых перепадов напряжений AU, вырабатываемых в нужные моменты. Положительные и отрицательные перепады образуют импульсы. Крутые перепады напряжения (тока) могут создаваться нелинейными системами в результате возникновения в них регенеративных процессов.

Регенеративными называются процессы, протекающие лавинообразно под воздействием положительной обратной связи нля туннельного эффекта.

Устройства, в которых в результате регенеративных процессов возникают крутые перепады напряжения и тока, называют регенеративными импульсными устройствами. Среди них наибольшее распространение получили устройства, основанные на использовании усилителей с



положительной обратной связью. По построению и назначению регенеративные импульсные устройства подразделяют на две большие группы. Одна из них - это генераторы, вырабатывающие импульсы напряжения требуемой амплитуды U и длительности t„, форма которых близка к прямоугольной. Вторая группа - это триггеры, вырабатывающие перепады напряжения.

Триггеры имеют два устойчивых состояния, из которых они выходят под воздействием запускающих импульсов. В состав генераторов входят времязадающие цепи (обычно в виде ЯС-цепей). В генераторах импульсов в течение регенеративного процесса формируется фронт импульса, затем во времязадающей цепи начинает протекать релаксационный процесс (поэтому эти генераторы иногда назьшают релаксационными). На стадии релаксационного процесса формируется рабочая часть импульса - вершина. Длительность этого процесса определяет длительность импульсов и частоту их повторения. Затем вновь наступает регенеративный процесс, протекающий в противоположном направлении, во время которого формируется фез вырабатываемого импульса. За ним начинает снова протекать релаксационнь1Й процесс, длительность которого определяет интервал времени между генерируемыми импульсами. Далее процесс повторяется. При этом генераторы не имеют ни одного состояния устойчивого равновесия, вследствие чего они непрерывно генерируют импульсы.

Однако возможен режим, в котором генераторы имеют одно состояние устойчивого равновесия. Итак, релаксационный генератор может работать в одном из режимов: автоколебательном, ждущем, синхронизации и деления частоты. Релаксационные генераторы можно разделить на два типа: мультивибраторы и блокинг-генераторы.

§ 20.2. Мультивибраторы

Мультивибраторы вырабатывают колебания (импульсы) почти прямоугольной формы, имеющие широкий спектр частоты, т. е. это генератор множества колебаний. Схемы мультивибраторов строятся на усилителях с положительной обратной связью и включают времязадающие ЯС-цепочки. В качестве активных элементов в них используют транзисторы и туннельные диоды. Мультивибраторы выпускают как на отдельных (дискретных) элементах, так и в интегральном исполнении. Они бывают симметричные и

несимметричные. Рассмотрим

мультивибраторы на биполяр- < , , к

ных транзисторах. M-.-.o-V "йМ „

автоколебанэш. Рассмотрим схему с коллекторно-базовыми связями (рис. 20.1). Она представляет собой двухкаскадный усилитель на биполярных транзисторах Ti и Г2. База одного


Ркс. 20.1



транзистора соединена с коллектором другого через конденсаторы Ci и С2, которые обеспечивают положителытую обратную связь. Резисторы Kg] и R2 осуществляют подачу напряжения смещения на базы соответственно транзисторов и Г2 и входят в состав время-задающих ЯС-цепей. Схема симметрична по структуре, а параметры симметричных элементов одинаковы, т. е. = кг; = Re2> Ci = С2, а транзисторы и Т2 одного типа. Такой мультивибратор называют симметричным. При рассмотрении процессов, происходящих в мультивибраторе, надо помнить, что потенциалы баз и коллекторов каждого транзистора равны соответственно:

Фб1 = -£к + EiEi и Фб2 = -Ек + Яб2(б2; (20.1)

ФК1 = -Ек+ KlJKl и фк2 = -Ек + K2«K2- (20.2)

Так как далее напряжение определяется между точкой с заданным потенциалом и точкой с нулевым потенциалом, то напряжение и равно потенциалу ф. Зарядка и разрядка конденсаторов Ci = С2 = С происходит по экспоненциальному закону с постоянной времени г = КС.

Напряжение на конденсаторе и ток во время зарядки изменяются по закону, который в общем случае имеет вид

=£к(1-е-/%);

Ч=~е-/ъ, (20.3)-

где Тз = ЯкС - постоянная времени цепи зарядки конденсатора.

Напряжение на конденсаторе и ток во время зарядки изменяются по закону

-е-Ар, (20.4)

где Тр = RC - постоянная времени цепи разрядки конденсатора.

При работе импульсных устройств наряду с зарядкой и разрядкой конденсатора имеет место процесс перезарядт, когда предварительно заряженный конденсатор подключается через резистор встречно к источнику питания. В этом случае конденсатор сначала разряжается, а после того, как напряжение на нем станет равным нулю, заряжается по той же цепи до напряжения противоположной полярности. В общем случае процесс перезарядки описывается уравнением

«сг= +Ссе-Ап+ t/ai - е-Ап),

где х„ = RC - постоянная времени цепи перезарядки конденсатора.

В рассматриваемых далее процессах в мультивибраторе конденсатор заряжается до напряжения Uc = +Е или Uc = - Ек и, если бы он полностью перезаряжался, напряжение на нем становилось бы равным Uc = -Ек или Uc = -ЬЕк- Тогда напряжение на конденсаторе во время перезарядки

Исп = ЕкС-/п - Ек (1 - е)-An или исп = -Ек + 2Еке-Ап, (20.5) где Тп = ReC, так как перезарядка происходит через резистор R. 408



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 [134] 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0119