1. Диодные ключи

Простейший тип электронных ключей – диодные ключи. В качестве активных элементов в них используются полупроводниковые или электровакуумные диоды.

При положительном входном напряжении диод открыт и ток через него

        , где   - прямое сопротивление диода.

Выходное напряжение                         .

Обычно  , тогда  . При отрицательном входном напряжении ток идет через диод                          , где   - обратное сопротивление диода.

При этом выходное напряжение                   .

Как правило,   и  . При изменении полярности включения диода график функции   повернется на угол   вокруг начала координат.

Рис. 1.2. Схема и передаточная характеристика последовательного диодного ключа с нулевым уровнем включения.

 

Приведенной выше схеме соответствует нулевой уровень включения (уровень входного напряжения, определяющий отрицание или запирание диода). Для изменении уров­ня включения в цепь ключа вводят источник напряжения смещения  . В этом случае при   диод открыт и  , а при   - закрыт и  . Если изменить поляр­ность источника  , то график функции приобретет вид, показанный пунктирной линией.

Рис. 1.3. Схема и передаточная характеристика последовательного диодного ключа с ненулевым уровнем включения.

 

В качестве источника   часто используют резистивный делитель напряжения, подключенный к общему для электронного устройства источнику питания. Применяя переменный резистор как регулируемый делитель напряжения, можно изменять уровень включения.

Диодные ключи не позволяют электрически разделить управляющую и управляемые цепи, что часто требуется на практике. В этих случаях используются транзисторные ключи. 

2. Транзисторные ключи

 

Рис. 1.4. Схема и характеристики режима работы ключа на биполярном транзисторе.

 

Входная (управляющая) цепь здесь отделена от выходной (управляемой) цепи. Транзистор работает в ключевом режиме, характеризуемой двумя состояниями. Первое состояние определяется точкой   на выходных характеристиках транзистора; его называют режимом отсечки. В режиме отсечки ток базы  , коллекторный ток   равен начальному коллекторному току, а коллекторное напряжение  . Режим отсечки реализуется при отрицательных потенциалах базы. Второе состояние определяется точкой   и называется режимом насыщения. Он реализуется при положительных потенциалах базы. При этом ток базы определяется в основном сопротивлением резистора   и  , поскольку сопротивление открытого эмиттерного перехода мало. Коллекторный переход тоже открыт, и ток коллектора  ,   а коллекторное напряжение  . Из режима отсечки в режим насыщения транзистор переводится под воздействием положительного входного напряжения. При этом повышению входного напряжения (потенциала базы) соответствует понижение выходного напряжения (потенциала коллектора), и наоборот. Такой ключ называется инвертирующим (инвертором). В рассмотренном транзисторном ключе уровни выходного напряжения, соответствующие режимам отсечки и насыщения стабильны и почти не зависят от температуры. Повторяющий ключ выполняют по схеме эмиттерного повторителя.

Время переключения ключей на биполярных транзисторах определяется барьерными емкостями p-n-переходов и процессами накопления и рассасывания неосновных носителей заряда в базе. Для повышения быстродействия и входного сопротивления применяют ключи на полевых транзисторах.

29.

Электронные генераторы гармонических колебаний осуществляют преобразование электрической энергии источника питания (пост тока) в синусоидальный ток заданной частоты и амплитуды.

для устойчивой работы генератора необх выполнение 2-х условий:

1)условие баланса фазы (сумма сдвигов фаз усилителя и звена ПОС должна быть кратна 2.

2)условие баланса амплитуд

физический смысл этих условий: электрический сигнал на входе усилителя, усиленный в k раз на выходе и ослабленный в звене обратной связи в k раз появляется на входе усилителя в той же фазе, но с большей амплитудой. Следовательно амплитуда сигнала возрастает.

LC-генератор так называется, потому что в нём используется LC-контур. Это, в принципе, понятно. Итак, обобщенная схема LC-автогенратора показана на рисунке 1.

Рис.1 - LC-автогенератор

Вот такая несложная схемка. Элементы R1, R2, R3C3 обеспечивают необходимый режим по постоянному току усилительного элемента и его термостабилизации. Элементы L2C2 образуют параллельный колебательный контур.

В момент включения питания в коллекторной цепи транзистора VT появляется коллекторный ток, зараяжающий емкость С2 контура L2С2. В следующий момент времени заряженный кондер разряжается на катушку индуктивности. В контуре возникают свободные затухающие колебания частотой f₀ = 1 / 2π√L2C2.

Переменный ток контура, проходя через катушку L2 создает вокруг неё переменное магнитное поле, а это поле в свою очередь наводит в катушке L1 переменное напряжение, которое вызывает пульсации тока коллектора транзистора VT. Переменная составляющая коллекторного тока восполняет потери энергии в контуре, создавая на нём усиленное переменное напряжение.

RC

Наиболее простым RC-генератором является так называемая схема с трехфазной фазирующей цепочкой, которая ещё называется схемой с реактивными элементами одного знака. Она показана на рис. 1.

Рис. 1 - RC-автогенератор с фазовращающей цепочкой

Из схемы видно, что это всего-навсего усилитель, между выходом и входом которого включена цепь, которая переворачивает фазу сигнала на 180º. Эта цепь называется фазовращающей. Фазовращающая цепочка состоит из элементов С1R1, C2R2, C3R3. С помощью одной цепочки из резика и кондера можно получить сдвиг фаз не более чем на 90º. Реально же сдвиг получается близким к 60º. Поэтому для получения сдвига фазы на 180º приходится ставить три цепочки. С выхода последней RC-цепи сигнал подается на базу транзистора.

Работа начинается в момент включения источника питания. Возникающий при этом импульс коллекторного тока содержит широкий и непрерывный спектр частот, в котором обязательно будет и необходимая частота генерации. При этом колебания частоты, на которую настроена фазовращающая цепь, станут незатухающими. Для колебаний остальных частот условия самовозбуждения выполняться не будут и они, соответственно, быстро затухают. Частота колебаний определяется по формуле:

При этом должно соблюдаться условие:

R1=R2=R3=R C1=C2=C3=C

Такие генераторы способны работать только на фиксированной частоте.

30.

Эл. импульс - это ток или напряжение отличающиеся от нуля и имеющие постоянное значение в течение времени соизмеримого со временем переходного процесса в схеме устройства. Длительность между импульсами значительно больше длительности самого импульса. Импульсные сигналы могут быть период-ми и непериодическими. Период. Сигналы при разложении в ряд Фурье могут быть распознаны спец. Аппаратурой. По виду импульсные сигналы различают: видеоимпульсы и радиоимпульсы. Видеоимпульс заполненный высокочастотной составляющей напряжения явл. радиоимпульсом. Электронные устройства работающие в импульсном режиме имеют следующие преимущества: 1)в имп. режиме во время действия импульса достигается значительная мощность при относительно небольшом значении средней мощности за период повторения импульса(например в системе релаксации) 2)т.к. полу-проводниковые приборы в имп. схемах работают в режиме электронного лу-ча(включено-выключено), то разброс параметров элементов и влияние температур окруж. среды слабо влияет на работу устройсива в целом. 3)имп. режим работы электронных устройств позволяет значительно повысить скорость передачи информации и ослабить влияние помех на ее достоверность. 4)для построения даже самых сложных имп. устройств ЭВМ необходимы простые однотипные элементы выполненные в виде интегральных микросхем. Параметры реального прямоугольного импульса

В общем случае импульсы характеризуются двумя основными параметрами — амплитудой (размахом) и длительностью (обозначается τ или t_и). Длительность пилообразных и треугольных импульсов определяется по основанию (от начала изменения напряжения до конца), для остальных типов импульсов длительность принято брать на уровне напряжения 50 % от амплитуды, для колокольных импульсов иногда используется уровень 10 %, длительность искусственно синтезированных колокольных импульсов (с чётко выраженным основанием) и полуволн синусоиды часто измеряется по основанию.

Для разных типов импульсов существуют дополнительные параметры, уточняющие форму или характеризующие степень её неидеальности. Например, для описания неидеальности прямоугольных импульсов используются такие параметры, как, длительности фронта и среза (в идеале должны стремиться к нулю), неравномерность вершины, а также размер выбросов напряжения после фронта и среза, возникающих в результате паразитных процессов