Základným logickým prvkom série je logický prvok AND-NOT. Na obr. Obrázok 2.3 ukazuje schémy troch počiatočných prvkov NAND TTL. Všetky obvody obsahujú tri hlavné stupne: tranzistorový vstup VT1, implementujúca logickú funkciu AND; fázový separačný tranzistor VT2 a výstupný stupeň push-pull.

Obr. 2.3.a. Schematický diagram základného prvku série K131

Princíp činnosti logického prvku série K131 (obr. 2.3.a) je nasledovný: pri príjme nízkoúrovňového signálu (0 - 0,4V) na niektorom zo vstupov, prechod báza-emitor multi -emitorový tranzistor VT1 je predpätý (odomknutý) a takmer celý prúd pretekajúci cez odpor R1 je rozvetvený k zemi, v dôsledku čoho sa VT2 zatvára a pracuje v režime odpojenia. Prúd pretekajúci cez odpor R2 nasýti bázu tranzistora VT3. Tranzistory VT3 a VT4 zapojené podľa Darlingtonovho obvodu tvoria kompozitný tranzistor, ktorý je emitorovým sledovačom. Funguje ako výstupný stupeň na zosilnenie výkonu signálu. Na výstupe obvodu sa generuje signál vysokej logickej úrovne.

Ak je na všetky vstupy privádzaný signál vysokej úrovne, prechod báza-emitor multiemitorového tranzistora VT1 je v uzavretom režime. Prúd pretekajúci cez odpor R1 nasýti bázu tranzistora VT1, v dôsledku čoho je tranzistor VT5 odomknutý a na výstupe obvodu je nastavená úroveň logickej nuly.

Pretože v momente spínania sú tranzistory VT4 a VT5 otvorené a cez ne preteká veľký prúd, do obvodu je zavedený obmedzovací odpor R5.

VT2, R2 a R3 tvoria fázovú separačnú kaskádu. Je potrebné zapnúť výstupných n-p-n tranzistorov jeden po druhom. Kaskáda má dva výstupy: kolektor a emitor, signály na ktorých sú protifázové.

Diódy VD1 - VD3 sú ochranou proti negatívnym impulzom.

Obr. 2.3.b, c. Schematické schémy základných prvkov série K155 a K134

V mikroobvodoch série K155 a K134 je koncový stupeň postavený na nekompozitnom opakovači (iba tranzistor VT3) a saturovateľný tranzistor VT5 so zavedením diódy na posun úrovne VD4(obr. 2.3, b, c). Posledné dva stupne tvoria komplexný invertor, ktorý implementuje logickú operáciu NOT. Ak zavediete dve fázy oddeľujúce fázy, potom sa implementuje funkcia OR-NOT.

Na obr. 2.3 a zobrazuje základný logický prvok série K131 (zahraničný analóg - 74N). Základný prvok série K155 (zahraničný analóg - 74) je znázornený na obr. 2.3, b, a na obr. 2.3, c - prvok série K134 (zahraničný analóg - 74L). Teraz sa tieto série prakticky nevyvíjajú.

Mikroobvody TTL počiatočného vývoja sa začali aktívne nahrádzať mikroobvodmi TTLSh, ktoré majú vo svojej vnútornej štruktúre spoje so Schottkyho bariérou. Tranzistor Schottkyho prechodu (Schottkyho tranzistor) je založený na známom zapojení nenasýteného tranzistorového spínača (obr. 2.4.a).

Obrázok 2.4. Vysvetlenie princípu získania štruktúry so Schottkyho prechodom:
a - nenasýtený tranzistorový spínač; b - tranzistor so Schottkyho diódou; c - symbol Schottkyho tranzistora.

Aby sa tranzistor nedostal do saturácie, je medzi kolektor a základňu pripojená dióda. Použitie spätnoväzbovej diódy na elimináciu saturácie tranzistora ako prvý navrhol B. N. Kononov.V tomto prípade sa však môže zvýšiť na 1 V. Ideálnou diódou je Schottkyho bariérová dióda. Je to kontakt vytvorený medzi kovom a jemne dotovaným n-polovodičom. V kove sú len niektoré elektróny voľné (tie mimo valenčnej zóny). V polovodiči existujú voľné elektróny na hranici vodivosti vytvorenej pridaním atómov nečistôt. Pri absencii predpätia je počet elektrónov prechádzajúcich cez bariéru na oboch stranách rovnaký, t.j. neexistuje žiadny prúd. Keď sú predpäté dopredu, elektróny majú energiu na to, aby prekročili potenciálnu bariéru a prešli do kovu. Keď sa predpätie zvyšuje, šírka bariéry sa zmenšuje a dopredný prúd sa rýchlo zvyšuje.

Pri spätnom predpätí vyžadujú elektróny v polovodiči viac energie na prekonanie potenciálnej bariéry. Pre elektróny v kove potenciálna bariéra nezávisí od predpätia, takže preteká malý spätný prúd, ktorý zostáva prakticky konštantný, kým nedôjde k lavínovému rozpadu.

Prúd v Schottkyho diódach je určený väčšinovými nosičmi, takže je väčší pri rovnakom predpätí dopredu, a preto je pokles napätia v priepustnom smere na Schottkyho dióde menší ako pri bežnom p-n prechode pri danom prúde. Schottkyho dióda má teda prahové otváracie napätie rádovo (0,2-0,3) V na rozdiel od prahového napätia bežnej kremíkovej diódy 0,7 V a výrazne znižuje životnosť menšinových nosičov v polovodiči.

V diagrame na obr. 2,4, b tranzistor VT1 je chránený pred saturáciou Shatkyho diódou s nízkym prahom otvorenia (0,2...0,3) V, takže napätie sa mierne zvýši v porovnaní s nasýteným tranzistorom VT1. Na obr. 2.4, c znázorňuje obvod so „Schottkyho tranzistorom“. Na základe Schottkyho tranzistorov boli vyrobené mikroobvody dvoch hlavných sérií TTLSh (obr. 2.5).

Na obr. 2.5 a ukazuje schému vysokorýchlostného logického prvku používaného ako základ mikroobvodov série K531 (cudzí analóg - 74S), (S je začiatočné písmeno priezviska nemeckého fyzika Schottkyho). V tomto prvku je emitorový obvod kaskády oddeľujúcej fázy vyrobený na tranzistore VT2, generátor prúdu je zapnutý - tranzistor VT6 s odpormi R4 A R5. To vám umožní zvýšiť výkon logického prvku. Inak je tento logický prvok podobný základnému prvku radu K131. Zavedenie Schottkyho tranzistorov však umožnilo znížiť tzd.r zdvojnásobil.

Na obr. 2.5, b je znázornená schéma základného logického prvku série K555 (zahraničný analóg - 74LS). V tomto obvode je namiesto viacemitorového tranzistora na vstupe použitá matica Schottkyho diód. Zavedenie Shatkyho diód eliminuje hromadenie prebytočných základných nábojov, ktoré zvyšujú dobu vypnutia tranzistora, a zaisťuje stabilitu spínacieho času v teplotnom rozsahu.

Rezistor R6 horného ramena koncového stupňa vytvára potrebné napätie na báze tranzistora VT3 aby ste ho otvorili. Na zníženie spotreby energie, keď je brána zatvorená (), odpor R6 pripojiť nie na spoločnú zbernicu, ale na výstup prvku.

Dióda VD7, zapojený do série s R6 a paralelne s kolektorovým zaťažovacím odporom kaskády oddeľujúcej fázy R2, umožňuje znížiť oneskorenie zapnutia obvodu pomocou časti energie uloženej v zaťažovacej kapacite na zvýšenie kolektorového prúdu tranzistora VT1 v prechodovom režime.

Tranzistor VT3 je realizovaný bez Schottkyho diód, keďže pracuje v aktívnom režime (sledovač emitora).

Ak si vezmeme napríklad tranzistor MJE3055T má maximálny prúd 10A a zosilnenie je len asi 50; preto, aby sa úplne otvoril, potrebuje do základne načerpať asi dvesto miliampérov prúdu. Bežný výstup MK toho veľa nezvládne, ale ak medzi ne pripojíte slabší tranzistor (nejaký BC337) schopný utiahnuť týchto 200 mA, je to jednoduché. Ale to preto, aby vedel. Čo ak si budete musieť z improvizovaných odpadkov vyrobiť riadiaci systém – príde vám to vhod.

V praxi hotové tranzistorové zostavy. Vonkajšie sa nelíši od bežného tranzistora. Rovnaké telo, rovnaké tri nohy. Len má veľa sily a riadiaci prúd je mikroskopický :) V cenníkoch sa väčšinou neobťažujú a píšu jednoducho - Darlingtonov tranzistor alebo kompozitný tranzistor.

Napríklad pár BDW93C(NPN) a BDW94С(PNP) Tu je ich vnútorná štruktúra z údajového listu.

Okrem toho existujú Darlingtonské zhromaždenia. Keď je viacero naraz zabalených do jedného balíka. Nepostrádateľná vec, keď potrebujete riadiť nejaký výkonný LED displej alebo krokový motor (). Vynikajúci príklad takejto zostavy - veľmi populárny a ľahko dostupný 2003 ULN, schopný ťahať až 500 mA pre každú z jeho siedmich zostáv. Výstupy sú možné zahrnúť paralelne na zvýšenie aktuálneho limitu. Celkovo môže jeden ULN preniesť až 3,5 A, ak sú všetky jeho vstupy a výstupy paralelné. Čo ma na tom teší je, že východ je oproti vchodu, pod ním je veľmi výhodné smerovať dosku. Priamo.

Datasheet ukazuje vnútornú štruktúru tohto čipu. Ako vidíte, nachádzajú sa tu aj ochranné diódy. Napriek tomu, že sú nakreslené ako operačné zosilňovače, výstup je tu typu s otvoreným kolektorom. To znamená, že môže skratovať iba zem. Čo je zrejmé z rovnakého údajového listu, ak sa pozriete na štruktúru jedného ventilu.

7.1 Výpočet pracovného bodu. Tranzistor VT2

Obrázok 7.1 - Obvod predbežného zosilňovača

Zoberme si Rk = 80 Ohm.

Okrem toho pri výbere tranzistora by ste mali vziať do úvahy: f = 17,5 MHz.

Tranzistor 2T3129A9 tieto požiadavky spĺňa. Údaje o jeho parametroch pri danom prúde a napätí sú však nedostatočné, preto volíme nasledujúci pracovný bod:

Iko = 15 mA,

Tabuľka 7.1 - Parametre použitého tranzistora

názov	Označenie	hodnoty
	Kapacita prechodu kolektora
	Kapacita prechodu vysielača
	Medzná frekvencia tranzistora
	Koeficient prenosu statického prúdu v obvode s OE
	Teplota okolia
	Konštantný kolektorový prúd
	Prechodová teplota
	Konštantný stratový výkon (bez chladiča)

Vypočítajme parametre ekvivalentného obvodu pre daný tranzistor pomocou vzorcov 5.1 - 5.13.

rb= = 10 Ohm; gb==0,1 cm, kde

odolnosť na báze rb,

rе= ==2,5 Ohm, kde

odpor reemitorov.

gbe===3,96 mSm, kde

vodivosť emitora gbe,

Ce===2,86 pF, kde

Kapacita vysielača,

Ri= = 400 Ohm, kde

7.1.1 Výpočet korekcie žiariča

kde je hĺbka spätnej väzby;

f v kaskáde sa rovná:

Prijmime teda:

f v kaskáde sa rovná:

7.1.2 Výpočet schémy tepelnej stabilizácie

Používame stabilizáciu emitora, keďže bol zvolený nízkovýkonový tranzistor, navyše vo vypočítanom zosilňovači je už použitá stabilizácia emitora. Obvod tepelnej stabilizácie žiariča je znázornený na obrázku 4.1.

Postup výpočtu:

1. Zvoľte napätie emitora, prúd deliča a napájacie napätie;

2. Potom budeme počítať.

Napätie emitora je zvolené tak, aby sa rovnalo objednávke. Poďme si vybrať.

Prúd deliča je zvolený tak, aby sa rovnal, kde je základný prúd tranzistora a vypočíta sa podľa vzorca:

Napájacie napätie sa vypočíta podľa vzorca: V

Hodnoty odporu sa vypočítajú pomocou nasledujúcich vzorcov:

V teplotnom rozsahu od 0 do 50 stupňov pre obvod vypočítaný podobným spôsobom výsledná strata pokojového prúdu tranzistora spravidla nepresahuje (10-15) %, to znamená, že obvod má celkom prijateľnú stabilizáciu .

7.2 Tranzistor VT1

Ako tranzistor VT1 používame tranzistor 2T3129A9 s rovnakým pracovným bodom ako pre tranzistor VT2:

Iko = 15 mA,

Zoberme si Rk = 80 Ohm.

Vypočítajme parametre ekvivalentného obvodu pre daný tranzistor pomocou vzorcov 5.1 - 5.13 a 7.1 - 7.3.

Sk(povinné)=Sk(vyhovuje)*=12=12 pF, kde

Sk (požadovaná) - kapacita kolektorového prechodu pri danom Uke0,

Sk(pasp) je referenčná hodnota kapacity kolektora pri Uke(pasp).

rb= = 10 Ohm; gb==0,1 cm, kde

odolnosť na báze rb,

Referenčná hodnota konštanty spätnej väzby.

rе= ==2,5 Ohm, kde

odpor reemitorov.

gbe===3,96 mSm, kde

vodivosť emitora gbe,

Referenčná hodnota koeficientu prenosu statického prúdu v obvode so spoločným emitorom.

Ce===2,86 pF, kde

Kapacita vysielača,

ft referenčná hodnota medznej frekvencie tranzistora, pri ktorej =1

Ri je výstupný odpor tranzistora,

Uke0(pridať), Ik0(pridať) - hodnoty prípustného napätia na kolektore na štítku a konštantnej zložky prúdu kolektora.

Vstupný odpor a vstupná kapacita zaťažovacieho stupňa.

Horná limitná frekvencia je za predpokladu, že každý stupeň má skreslenie 0,75 dB. Je vhodné zaviesť nápravu.

7.2.1 Výpočet korekcie žiariča

Korekčný obvod emitora je znázornený na obrázku 7.2.

Obrázok 7.2 - Korekčný obvod žiariča medzistupňa

Korekcia emitora je zavedená na korekciu skreslenia frekvenčnej odozvy spôsobeného tranzistorom, čím sa zvyšuje amplitúda signálu na prechode báza-emitor so zvyšujúcou sa frekvenciou zosilneného signálu.

Kaskádový zisk je opísaný výrazom:

kde je hĺbka spätnej väzby;

v a parametre vypočítané pomocou vzorcov 5.7, 5.8, 5.9.

Vzhľadom na hodnotu F je hodnota daná:

f v kaskáde sa rovná:

Prijmime teda:

f v kaskáde sa rovná:

Prepínací zosilňovač

Ako už bolo uvedené, tranzistor GT320A bol vybraný na prevádzku v prípravných fázach. Hodnoty parametrov uvedené v referenčných knihách boli namerané pri určitých hodnotách CEC a IKO...

Výpočet zosilňovacieho zariadenia

Pracovný bod je fixovaný odpormi R12 a R22. Podľa výstupných charakteristík tranzistora IBa2 = 53,33 μA. Podľa vstupných charakteristík tranzistora UBEa2 = 698 mV...

Zosilňovač impulzov

Pracovný bod vypočítame dvoma spôsobmi: 1. Pri použití aktívneho odporu Rк v obvode kolektora. 2. Pri použití tlmivky v kolektorovom okruhu. 1...

Zosilňovač impulzov

Počiatočné údaje pre návrh kurzu sú v technických špecifikáciách. Priemerný štatistický tranzistor dáva zisk 20 dB, podľa nášho návodu je to 40 dB, odtiaľ vychádzame, že náš zosilňovač bude mať minimálne 2 stupne...

Korektor zosilňovača

Vypočítajme pracovný bod tranzistora pre odporový a tlmivkový stupeň pomocou vzorcov: , (4.1) kde amplitúda napätia na výstupe zosilňovača, odpor záťaže...

Ako je uvedené vyššie, ako výstupný stupeň použijeme kaskádu s paralelnou zápornou napäťovou spätnou väzbou, ktorá má najväčšiu šírku pásma pri prevádzke na kapacitnej záťaži...

Zosilňovač laserového modulátora

Pri výpočte požadovaného jednosmerného režimu tranzistora medziľahlého a vstupného stupňa by ste sa mali zamerať na pomery uvedené v odseku 3.3.1, berúc do úvahy, čo je nahradené vstupným odporom nasledujúceho stupňa. Ale...Výkonový zosilňovač pre 1-12 TV kanálov

Pri výpočte režimu predterminálnej kaskády súhlasíme s tým, že všetky kaskády sú napájané z jedného zdroja napätia s menovitou hodnotou Ep. Keďže Ep=Uk0, potom sa Uk0 vo všetkých kaskádach berie rovnako...

Zoberme Uout 2-krát väčší ako špecifikovaná hodnota, pretože časť výstupného výkonu sa stráca pri ochrane životného prostredia. Uout=2Uout(set)=2 (V) Vypočítajte výstupný prúd: Iout===0,04 (A) Vypočítajte kaskády s rezistorom a indukčnosťou v obvode kolektora: Obrázok 2.2.1...

Zosilňovač prijímacej jednotky širokopásmového lokátora

Pri výpočte požadovaného režimu tranzistora medziľahlých a vstupných stupňov pre jednosmerný prúd by ste sa mali zamerať na pomery uvedené v odseku 2.2.1, berúc do úvahy, čo je nahradené vstupným odporom nasledujúceho stupňa. Ale...

Zosilňovač spätnej väzby

Pracovný bod vyberáme pomocou vzorcov: mA. UkA=Umn+Umin=V PkA=UkAIkA=100 mW Vyberte tranzistor s parametrami: Ikmax=22 mA, Ukmax=18 V, Pmax=400 mW. Takýto tranzistor by mohol byť KT339A. Tento pracovný bod zodpovedá základnému prúdu 275 μA a napätiu Ueb = 0...

Zosilňovač spätnej väzby

7.2 Tranzistor VT1

Ako tranzistor VT1 používame tranzistor KT339A s rovnakým pracovným bodom ako pre tranzistor VT2:

Vezmime si Rk = 100 (Ohm).

Vypočítajme parametre ekvivalentného obvodu pre daný tranzistor pomocou vzorcov 5.1 - 5.13 a 7.1 - 7.3.

Sk(požiadavka)=Sk(vyhovuje)*=2×=1,41 (pF), kde

Sk (požadovaná) - kapacita kolektorového prechodu pri danom Uke0,

Sk(pasp) je referenčná hodnota kapacity kolektora pri Uke(pasp).

rb= = 17,7 (Ohm); gb==0,057 (Cm), kde

odolnosť na báze rb,

Referenčná hodnota konštanty spätnej väzby.

rе= ==6,54 (Ohm), kde

odpor reemitorov.

gbe===1,51 (mS), kde

vodivosť emitora gbe,

Referenčná hodnota koeficientu prenosu statického prúdu v obvode so spoločným emitorom.

Ce===0,803 (pF), kde

C je kapacita vysielača,

ft referenčná hodnota medznej frekvencie tranzistora, pri ktorej =1

Ri= = 1000 (Ohm), kde

Ri je výstupný odpor tranzistora,

Uke0(pridať), Ik0(pridať) - hodnoty prípustného napätia na kolektore na štítku a konštantnej zložky prúdu kolektora.

– vstupný odpor a vstupná kapacita zaťažovacieho stupňa.

Horná limitná frekvencia je za predpokladu, že každý stupeň má skreslenie 0,75 dB. Táto hodnota f spĺňa technické špecifikácie. Nie je potrebná žiadna korekcia.

7.2.1 Výpočet schémy tepelnej stabilizácie

Ako bolo povedané v odseku 7.1.1, v tomto zosilňovači je tepelná stabilizácia emitora najprijateľnejšia, pretože tranzistor KT339A má nízky výkon a navyše stabilizáciu emitora je možné ľahko implementovať. Obvod tepelnej stabilizácie žiariča je znázornený na obrázku 4.1.

Postup výpočtu:

1. Zvoľte napätie emitora, prúd deliča a napájacie napätie;

2. Potom budeme počítať.

Prúd deliča je zvolený tak, aby sa rovnal, kde je základný prúd tranzistora a vypočíta sa podľa vzorca:

Napájacie napätie sa vypočíta podľa vzorca: (V)

Hodnoty odporu sa vypočítajú pomocou nasledujúcich vzorcov:

8. Skreslenie spôsobené vstupným obvodom

Schematický diagram kaskádového vstupného obvodu je znázornený na obr. 8.1.

Obrázok 8.1 - Schéma kaskádového vstupného obvodu

Za predpokladu, že vstupná impedancia kaskády je aproximovaná paralelným RC obvodom, je koeficient prenosu vstupného obvodu vo vysokofrekvenčnej oblasti opísaný výrazom:

– vstupný odpor a vstupná kapacita kaskády.

Hodnota vstupného obvodu sa vypočíta pomocou vzorca (5.13), kde sa hodnota dosadí.

9. Výpočet Cf, Rf, Cr

Schéma zapojenia zosilňovača obsahuje štyri väzbové kondenzátory a tri stabilizačné kondenzátory. Technické špecifikácie hovoria, že skreslenie plochého vrcholu impulzu by nemalo byť väčšie ako 5%. Preto by každý väzbový kondenzátor mal deformovať plochý vrchol impulzu maximálne o 0,71 %.

Skreslenie plochej hornej časti sa vypočíta podľa vzorca:

kde τ a je trvanie impulzu.

Vypočítajme τ n:

τ n a C p súvisia vzťahom:

kde R l, R p - odpor vľavo a vpravo od kapacity.

Vypočítajme C r. Vstupný odpor prvého stupňa sa rovná odporu paralelne zapojených odporov: vstupný tranzistor, Rb1 a Rb2.

R p = R in || R b1 || R b2 = 628 (Ohm)

Výstupný odpor prvého stupňa sa rovná paralelnému zapojeniu Rк a výstupnému odporu tranzistora Ri.

Rl =Rk||Ri=90,3 (Ohm)

R p = R in || R b1 || R b2 = 620 (Ohm)

Rl =Rk||Ri=444 (Ohm)

R p = R in || R b1 || R b2 = 48 (Ohm)

Rl =Rk||Ri=71 (Ohm)

Rp = Rn = 75 (Ohm)

kde C p1 je oddeľovací kondenzátor medzi Rg a prvým stupňom, C 12 - medzi prvou a druhou kaskádou, C 23 - medzi druhým a tretím, C 3 - medzi koncovým stupňom a záťažou. Umiestnením všetkých ostatných nádob na 479∙10 -9 F zabezpečíme pokles, ktorý je menší, ako je požadované.

Vypočítajme R f a C f (U R Ф = 1 V):

10. Záver

V tomto projekte kurzu bol vyvinutý impulzný zosilňovač s použitím tranzistorov 2T602A, KT339A a má nasledujúce technické vlastnosti:

Horná medzná frekvencia 14 MHz;

Zisk 64 dB;

Odpor generátora a záťaže 75 Ohm;

Napájacie napätie 18V.

Obvod zosilňovača je znázornený na obrázku 10.1.

Obrázok 10.1 - Obvod zosilňovača

Pri výpočte charakteristík zosilňovača bol použitý softvér: MathCad, Work Bench.

Literatúra

1. Polovodičové zariadenia. Tranzistory stredného a vysokého výkonu: Adresár / A.A. Zajcev, A.I. Mirkin, V.V. Mokryakov a ďalší. Upravil A.V. Golomedova.-M.: Rádio a komunikácia, 1989.-640 s.

2. Výpočet vysokofrekvenčných korekčných prvkov zosilňovacích stupňov pomocou bipolárnych tranzistorov. Edukačná a metodická príručka o tvorbe kurzov pre študentov rádiotechnických odborov / A.A. Titov, Tomsk: Sv. štát Univerzita riadiacich systémov a rádioelektroniky, 2002. - 45 s.

Práca priamo. Pracovná čiara prechádza bodmi Uke=Ek a Ik=Ek÷Rn a pretína grafy výstupných charakteristík (základných prúdov). Na dosiahnutie najväčšej amplitúdy pri výpočte impulzného zosilňovača bol pracovný bod zvolený bližšie k najnižšiemu napätiu, pretože konečný stupeň bude mať záporný impulz. Podľa grafu výstupných charakteristík (obr. 1) boli zistené hodnoty IKpost = 4,5 mA, ....

Výpočet Sf, Rf, St 10. Záver Literatúra TECHNICKÁ ZADANIE č.2 pre návrh kurzu v disciplíne „Obvody jadrových elektrární“ pre študenta 180 Kurmanov B.A. Téma projektu: Impulzný zosilňovač Odpor generátora Rg = 75 Ohm. Zosilnenie K = 25 dB. Trvanie impulzu 0,5 μs. Polarita je „pozitívna“. Záťažový pomer 2. Doba usadzovania 25 ns. Uvoľniť...

Že na zosúladenie s odporom záťaže je potrebné za zosilňovacie stupne osadiť emitorový sledovač, nakreslíme obvod zosilňovača: 2.2 Výpočet statického režimu zosilňovača Vypočítame prvý zosilňovací stupeň. Vyberáme pracovný bod pre prvý zosilňovací stupeň. Jeho vlastnosti:...

Odpor zdroja vstupného signálu a teda zmena stavu optimality počas ožarovania nevedie k dodatočnému zvýšeniu šumu. Účinky žiarenia v IOU. Vplyv AI na parametre IOU. Integrované operačné zosilňovače (IOA) sú vysokokvalitné presné zosilňovače, ktoré patria do triedy univerzálnych a multifunkčných analógových...

V tomto článku si povieme niečo o multivibrátore, ako to funguje, ako pripojiť záťaž k multivibrátoru a výpočte tranzistorového symetrického multivibrátora.

Multivibrátor je jednoduchý obdĺžnikový generátor impulzov, ktorý pracuje v režime vlastného oscilátora. Na jeho prevádzku potrebujete iba napájanie z batérie alebo iného zdroja energie. Uvažujme o najjednoduchšom symetrickom multivibrátore pomocou tranzistorov. Jeho schéma je znázornená na obrázku. Multivibrátor môže byť komplikovanejší v závislosti od vykonaných potrebných funkcií, ale všetky prvky uvedené na obrázku sú povinné, bez nich multivibrátor nebude fungovať.

Činnosť symetrického multivibrátora je založená na procesoch nabíjania a vybíjania kondenzátorov, ktoré spolu s odpormi tvoria RC obvody.

O tom, ako fungujú RC obvody, som už písal v mojom článku Kondenzátor, ktorý si môžete prečítať na mojej stránke. Ak na internete nájdete materiál o symetrickom multivibrátore, je prezentovaný stručne a nie zrozumiteľne. Táto okolnosť neumožňuje začínajúcim rádioamatérom nič pochopiť, ale iba pomáha skúseným elektronickým inžinierom zapamätať si niečo. Na žiadosť jedného z návštevníkov mojej stránky som sa rozhodol túto medzeru odstrániť.

Ako funguje multivibrátor?

V počiatočnom momente napájania sú kondenzátory C1 a C2 vybité, takže ich prúdový odpor je nízky. Nízky odpor kondenzátorov vedie k „rýchlemu“ otvoreniu tranzistorov spôsobenému tokom prúdu:

— VT2 pozdĺž cesty (zobrazené červenou farbou): „+ napájanie > rezistor R1 > nízky odpor vybitého C1 > spojenie báza-emitor VT2 > — napájanie“;

— VT1 pozdĺž cesty (zobrazené modrou farbou): „+ napájanie > rezistor R4 > nízky odpor vybitého C2 > spojenie báza-emitor VT1 > — napájanie.“

Toto je „nestabilný“ režim prevádzky multivibrátora. Trvá veľmi krátko, závisí len od rýchlosti tranzistorov. A neexistujú žiadne dva tranzistory, ktoré by mali absolútne rovnaké parametre. Ktorý tranzistor sa otvorí rýchlejšie, zostane otvorený – „víťaz“. Predpokladajme, že v našom diagrame sa ukáže, že ide o VT2. Potom sa cez nízky odpor vybitého kondenzátora C2 a nízky odpor prechodu kolektor-emitor VT2 skratuje báza tranzistora VT1 na emitor VT1. V dôsledku toho bude tranzistor VT1 nútený zavrieť - „stane sa porazeným“.

Keďže tranzistor VT1 je uzavretý, dochádza k „rýchlemu“ nabíjaniu kondenzátora C1 pozdĺž cesty: „+ napájanie > rezistor R1 > nízky odpor vybitého C1 > prechod báza-emitor VT2 > — napájanie“. Tento náboj sa vyskytuje takmer až do napätia napájacieho zdroja.

Súčasne sa kondenzátor C2 nabíja prúdom s obrátenou polaritou pozdĺž cesty: „+ zdroj energie > rezistor R3 > nízky odpor vybitého C2 > spojenie kolektor-emitor VT2 > — zdroj energie“. Trvanie nabíjania je určené hodnotením R3 a C2. Určujú čas, v ktorom je VT1 v zatvorenom stave.

Keď je kondenzátor C2 nabitý na napätie, ktoré sa približne rovná napätiu 0,7-1,0 V, jeho odpor sa zvýši a tranzistor VT1 sa otvorí s napätím aplikovaným pozdĺž cesty: „+ napájanie > rezistor R3 > prechod báza-emitor VT1 > - Zdroj." V tomto prípade sa napätie nabitého kondenzátora C1 cez otvorený prechod kolektor-emitor VT1 aplikuje na spojenie emitor-báza tranzistora VT2 s obrátenou polaritou. V dôsledku toho sa VT2 zatvorí a prúd, ktorý predtým prešiel cez otvorený prechod kolektor-emitor VT2, potečie obvodom: „+ napájanie > rezistor R4 > nízky odpor C2 > spojenie báza-emitor VT1 > — napájanie. “ Tento obvod rýchlo dobije kondenzátor C2. Od tohto momentu začína režim samogenerovania „ustáleného stavu“.

Prevádzka symetrického multivibrátora v režime generovania „ustáleného stavu“.

Začína sa prvý polcyklus činnosti (oscilácia) multivibrátora.

Keď je tranzistor VT1 otvorený a VT2 je zatvorený, ako som práve napísal, kondenzátor C2 sa rýchlo dobije (z napätia 0,7...1,0 V jednej polarity na napätie zdroja energie opačnej polarity) pozdĺž obvodu. : „+ napájanie > rezistor R4 > nízky odpor C2 > prechod báza-emitor VT1 > - napájanie.“ Okrem toho sa kondenzátor C1 pomaly dobíja (z napätia zdroja jednej polarity na napätie 0,7...1,0 voltov opačnej polarity) pozdĺž obvodu: „+ zdroj energie > rezistor R2 > pravá doska C1 > ľavá doska C1 > kolektor-emitorový prechod tranzistora VT1 > - - zdroj energie.”

Keď v dôsledku dobíjania C1 napätie na báze VT2 dosiahne hodnotu +0,6 voltu vzhľadom na emitor VT2, tranzistor sa otvorí. Preto bude napätie nabitého kondenzátora C2 cez otvorený kolektor-emitorový prechod VT2 aplikované na prechod emitor-báza tranzistora VT1 s obrátenou polaritou. VT1 sa zatvorí.

Začína sa druhý polovičný cyklus činnosti (oscilácia) multivibrátora.

Keď je tranzistor VT2 otvorený a VT1 zatvorený, kondenzátor C1 sa rýchlo dobije (z napätia 0,7...1,0 V jednej polarity na napätie zdroja opačnej polarity) pozdĺž obvodu: „+ napájanie > rezistor R1 > nízky odpor C1 > základný emitorový prechod VT2 > - napájanie.“ Okrem toho sa kondenzátor C2 pomaly dobíja (z napätia zdroja energie jednej polarity na napätie 0,7...1,0 V opačnej polarity) pozdĺž obvodu: „pravá platňa C2 > prechod kolektor-emitor tranzistor VT2 > - napájanie > + napájanie zdroja > rezistor R3 > ľavá doska C2". Keď napätie na základni VT1 dosiahne +0,6 voltu vzhľadom na emitor VT1, tranzistor sa otvorí. Preto bude napätie nabitého kondenzátora C1 cez otvorený kolektor-emitorový prechod VT1 aplikované na prechod emitor-báza tranzistora VT2 s obrátenou polaritou. VT2 sa zatvorí. V tomto bode končí druhý polcyklus oscilácie multivibrátora a opäť začína prvý polcyklus.

Proces sa opakuje, kým sa multivibrátor neodpojí od zdroja energie.

Spôsoby pripojenia záťaže k symetrickému multivibrátoru

Obdĺžnikové impulzy sú odstránené z dvoch bodov symetrického multivibrátora– tranzistorové kolektory. Keď je na jednom kolektore „vysoký“ potenciál, na druhom kolektore je „nízky“ potenciál (chýba) a naopak – keď je na jednom výstupe „nízky“ potenciál, potom je „vysoký“ potenciál na druhej strane. To je jasne znázornené v časovom grafe nižšie.

Záťaž multivibrátora musí byť zapojená paralelne s jedným z kolektorových odporov, ale v žiadnom prípade nie paralelne s prechodom kolektor-emitor tranzistora. Tranzistor nemôžete obísť záťažou. Ak táto podmienka nie je splnená, zmení sa minimálne trvanie impulzov a maximálne nebude multivibrátor fungovať. Obrázok nižšie ukazuje, ako správne pripojiť záťaž a ako to nerobiť.

Aby záťaž neovplyvňovala samotný multivibrátor, musí mať dostatočný vstupný odpor. Na tento účel sa zvyčajne používajú vyrovnávacie tranzistorové stupne.

Príklad ukazuje pripojenie nízkoimpedančnej dynamickej hlavy k multivibrátoru. Prídavný odpor zvyšuje vstupný odpor vyrovnávacieho stupňa, a tým eliminuje vplyv vyrovnávacieho stupňa na multivibračný tranzistor. Jeho hodnota by nemala byť menšia ako 10-násobok hodnoty kolektorového odporu. Zapojenie dvoch tranzistorov do „kompozitného tranzistorového“ obvodu výrazne zvyšuje výstupný prúd. V tomto prípade je správne zapojiť obvod báza-emitor vyrovnávacieho stupňa paralelne s kolektorovým odporom multivibrátora, a nie paralelne s prechodom kolektor-emitor multivibračného tranzistora.

Na pripojenie vysokoimpedančnej dynamickej hlavy k multivibrátoru vyrovnávacia fáza nie je potrebná. Namiesto jedného z kolektorových odporov je pripojená hlava. Jedinou podmienkou, ktorá musí byť splnená, je, že prúd pretekajúci dynamickou hlavou nesmie prekročiť maximálny kolektorový prúd tranzistora.

Ak chcete k multivibrátoru pripojiť bežné LED diódy– na vytvorenie „blikajúceho svetla“, nie sú na to potrebné kaskády vyrovnávacích pamätí. Môžu byť zapojené do série s kolektorovými odpormi. Je to spôsobené tým, že prúd LED je malý a pokles napätia na ňom počas prevádzky nie je väčší ako jeden volt. Preto nemajú žiadny vplyv na činnosť multivibrátora. Pravda, neplatí to pre superjasné LED diódy, pri ktorých je prevádzkový prúd vyšší a pokles napätia môže byť od 3,5 do 10 voltov. Ale v tomto prípade existuje východisko - zvýšte napájacie napätie a použite tranzistory s vysokým výkonom, ktoré poskytujú dostatočný kolektorový prúd.

Upozorňujeme, že oxidové (elektrolytické) kondenzátory sú svojimi kladmi spojené s kolektormi tranzistorov. Je to spôsobené tým, že na báze bipolárnych tranzistorov napätie nestúpne nad 0,7 voltu vzhľadom na žiarič a v našom prípade sú žiariče mínusom napájacieho zdroja. Ale na kolektoroch tranzistorov sa napätie mení takmer z nuly na napätie zdroja energie. Oxidové kondenzátory nie sú schopné vykonávať svoju funkciu, keď sú zapojené s obrátenou polaritou. Prirodzene, ak používate tranzistory inej štruktúry (nie N-P-N, ale štruktúry P-N-P), potom okrem zmeny polarity zdroja energie musíte zapnúť LED diódy s katódami „hore v okruhu“ a kondenzátory s plusmi k bázam tranzistorov.

Poďme na to teraz Aké parametre prvkov multivibrátora určujú výstupné prúdy a frekvenciu generovania multivibrátora?

Čo ovplyvňujú hodnoty kolektorových rezistorov? V niektorých priemerných internetových článkoch som videl, že hodnoty kolektorových odporov výrazne neovplyvňujú frekvenciu multivibrátora. To všetko je úplný nezmysel! Ak je multivibrátor správne vypočítaný, odchýlka hodnôt týchto rezistorov o viac ako päťkrát od vypočítanej hodnoty nezmení frekvenciu multivibrátora. Hlavná vec je, že ich odpor je menší ako základné odpory, pretože kolektorové odpory poskytujú rýchle nabíjanie kondenzátorov. Ale na druhej strane, hodnoty kolektorových odporov sú hlavné pre výpočet spotreby energie zo zdroja energie, ktorého hodnota by nemala prekročiť výkon tranzistorov. Ak sa na to pozriete, pri správnom zapojení nemajú ani priamy vplyv na výstupný výkon multivibrátora. Ale trvanie medzi spínaním (frekvencia multivibrátora) je určené „pomalým“ dobíjaním kondenzátorov. Doba nabíjania je určená menovitými hodnotami RC obvodov - základných odporov a kondenzátorov (R2C1 a R3C2).

Multivibrátor, hoci sa nazýva symetrický, sa vzťahuje len na obvody jeho konštrukcie a môže produkovať symetrické aj asymetrické výstupné impulzy v trvaní. Trvanie impulzu (vysoká úroveň) na kolektore VT1 je určené hodnotami R3 a C2 a trvanie impulzu (vysoká úroveň) na kolektore VT2 je určené hodnotami R2 a C1.

Trvanie nabíjania kondenzátorov je určené jednoduchým vzorcom, kde Tau- trvanie pulzu v sekundách, R- odpor odporu v ohmoch, S– kapacita kondenzátora vo Faradoch:

Ak ste teda ešte nezabudli, čo bolo napísané v tomto článku o pár odsekov skôr:

Ak existuje rovnosť R2 = R3 A C1=C2, na výstupoch multivibrátora bude „meander“ - obdĺžnikové impulzy s trvaním rovnajúcim sa prestávkam medzi impulzmi, ktoré vidíte na obrázku.

Celá perióda oscilácie multivibrátora je T rovná sa súčtu trvania impulzu a pauzy:

Oscilačná frekvencia F(Hz) vo vzťahu k perióde T(sec) cez pomer:

Spravidla, ak sú na internete nejaké výpočty rádiových okruhov, sú mizivé. Preto Vypočítajme prvky symetrického multivibrátora pomocou príkladu .

Ako každý tranzistorový stupeň, výpočet sa musí vykonať od konca - výstupu. A na výstupe máme vyrovnávaciu fázu, potom sú tu kolektorové odpory. Kolektorové odpory R1 a R4 plnia funkciu zaťaženia tranzistorov. Kolektorové odpory nemajú žiadny vplyv na frekvenciu generovania. Sú vypočítané na základe parametrov vybraných tranzistorov. Najprv teda vypočítame kolektorové odpory, potom základné odpory, potom kondenzátory a potom vyrovnávaciu fázu.

Postup a príklad výpočtu tranzistorového symetrického multivibrátora

Počiatočné údaje:

Napájacie napätie Ui.p. = 12 V.

Požadovaná frekvencia multivibrátora F = 0,2 Hz (T = 5 sekúnd) a trvanie impulzu sa rovná 1 (jedna sekunda.

Ako záťaž sa používa automobilová žiarovka. 12 voltov, 15 wattov.

Ako ste uhádli, vypočítame „blikajúce svetlo“, ktoré bude blikať každých päť sekúnd a žiara bude trvať 1 sekundu.

Výber tranzistorov pre multivibrátor. Napríklad máme najbežnejšie tranzistory v sovietskych časoch KT315G.

Pre nich: Pmax=150 mW; Imax = 150 mA; h21>50.

Tranzistory pre vyrovnávaciu fázu sa vyberajú na základe zaťažovacieho prúdu.

Aby sa diagram nezobrazoval dvakrát, už som podpísal hodnoty prvkov na diagrame. Ich výpočet je uvedený ďalej v rozhodnutí.

Riešenie:

1. Najprv musíte pochopiť, že prevádzka tranzistora pri vysokých prúdoch v spínacom režime je bezpečnejšia pre samotný tranzistor ako prevádzka v režime zosilnenia. Preto nie je potrebné počítať výkon pre prechodový stav v momentoch prechodu striedavého signálu cez pracovný bod „B“ statického režimu tranzistora - prechod z otvoreného stavu do uzavretého stavu a späť . Pre impulzné obvody postavené na bipolárnych tranzistoroch sa výkon zvyčajne počíta pre tranzistory v otvorenom stave.

Najprv určíme maximálny stratový výkon tranzistorov, ktorý by mal byť o 20 percent menší (faktor 0,8) ako maximálny výkon tranzistora uvedený v referenčnej knihe. Prečo však musíme multivibrátor vháňať do tuhého rámca vysokých prúdov? A dokonca aj so zvýšeným výkonom bude spotreba energie zo zdroja energie veľká, ale bude mať malý prínos. Preto po určení maximálneho rozptylu výkonu tranzistorov ho znížime 3-krát. Ďalšie zníženie straty výkonu je nežiaduce, pretože prevádzka multivibrátora na báze bipolárnych tranzistorov v nízkoprúdovom režime je „nestabilný“ jav. Ak sa zdroj energie používa nielen pre multivibrátor alebo nie je úplne stabilný, frekvencia multivibrátora bude tiež „plávať“.

Maximálny stratový výkon určíme: Pdis.max = 0,8 * Pmax = 0,8 * 150 mW = 120 mW

Menovitý disipovaný výkon určíme: Pdis.nom. = 120/3 = 40 mW

2. Určte kolektorový prúd v otvorenom stave: Ik0 = Pdis.nom. / Ui.p. = 40 mW / 12 V = 3,3 mA

Berme to ako maximálny kolektorový prúd.

3. Zistite hodnotu odporu a výkonu záťaže kolektora: Rk.total = Ui.p./Ik0 = 12V/3,3mA = 3,6 kOhm

Z existujúceho nominálneho rozsahu vyberáme odpory, ktoré sú čo najbližšie k 3,6 kOhm. Nominálna séria odporov má nominálnu hodnotu 3,6 kOhm, takže najprv vypočítame hodnotu kolektorových odporov R1 a R4 multivibrátora: Rk = R1 = R4 = 3,6 kOhm.

Výkon kolektorových odporov R1 a R4 sa rovná menovitému stratovému výkonu tranzistorov Pras.nom. = 40 mW. Používame odpory s výkonom presahujúcim špecifikovaný Pras.nom. - typ MLT-0,125.

4. Prejdime k výpočtu základných rezistorov R2 a R3. Ich hodnotenie je určené na základe zosilnenia tranzistorov h21. Zároveň pre spoľahlivú prevádzku multivibrátora musí byť hodnota odporu v rozsahu: 5-krát väčšia ako odpor kolektorových odporov a menšia ako súčin Rк * h21. Rmin = 3,6 * 5 = 18 kOhm a Rmax = 3,6 * 50 = 180 kOhm

Hodnoty odporu Rb (R2 a R3) teda môžu byť v rozsahu 18...180 kOhm. Najprv vyberieme priemernú hodnotu = 100 kOhm. Nie je to však konečné, pretože musíme poskytnúť požadovanú frekvenciu multivibrátora a ako som už napísal, frekvencia multivibrátora priamo závisí od základných rezistorov R2 a R3, ako aj od kapacity kondenzátorov.

5. Vypočítajte kapacity kondenzátorov C1 a C2 a v prípade potreby prepočítajte hodnoty R2 a R3.

Hodnoty kapacity kondenzátora C1 a odporu odporu R2 určujú trvanie výstupného impulzu na kolektore VT2. Práve pri tomto impulze by sa nám mala rozsvietiť žiarovka. A v stave bolo trvanie impulzu nastavené na 1 sekundu.

Poďme určiť kapacitu kondenzátora: C1 = 1 s / 100 kOhm = 10 µF

V nominálnom rozsahu je zaradený kondenzátor s kapacitou 10 μF, takže nám vyhovuje.

Hodnoty kapacity kondenzátora C2 a odporu odporu R3 určujú trvanie výstupného impulzu na kolektore VT1. Počas tohto impulzu je na kolektore VT2 „pauza“ a naša žiarovka by sa nemala rozsvietiť. A v podmienke bola špecifikovaná celá perióda 5 sekúnd s trvaním impulzu 1 sekunda. Trvanie pauzy je teda 5 sekúnd – 1 sekunda = 4 sekundy.

Po transformácii vzorca trvania dobíjania sme Poďme určiť kapacitu kondenzátora: C2 = 4 s / 100 kOhm = 40 µF

Kondenzátor s kapacitou 40 μF nie je zahrnutý v nominálnom rozsahu, takže nám nevyhovuje a zoberieme kondenzátor s kapacitou 47 μF, ktorý sa k nemu najviac približuje. Ale ako viete, čas „pauzy“ sa tiež zmení. Aby sme tomu zabránili, my Prepočítajme odpor rezistora R3 na základe trvania pauzy a kapacity kondenzátora C2: R3 = 4 sekundy / 47 uF = 85 kOhm

Podľa nominálnej série je najbližšia hodnota odporu odporu 82 kOhm.

Získali sme teda hodnoty prvkov multivibrátora:

R1 = 3,6 kOhm, R2 = 100 kOhm, R3 = 82 kOhm, R4 = 3,6 kOhm, C1 = 10 µF, C2 = 47 µF.

6. Vypočítajte hodnotu odporu R5 vyrovnávacieho stupňa.

Aby sa eliminoval vplyv na multivibrátor, odpor prídavného obmedzovacieho odporu R5 sa volí tak, aby bol aspoň 2-krát väčší ako odpor kolektorového odporu R4 (a v niektorých prípadoch aj viac). Jeho odpor spolu s odporom spojov emitor-báza VT3 a VT4 v tomto prípade neovplyvní parametre multivibrátora.

R5 = R4 * 2 = 3,6 * 2 = 7,2 kOhm

Podľa nominálnej série je najbližší odpor 7,5 kOhm.

Pri hodnote odporu R5 = 7,5 kOhm sa riadiaci prúd vyrovnávacieho stupňa bude rovnať:

ovládam = (Ui.p. - Ube) / R5 = (12 V - 1,2 V) / 7,5 kOhm = 1,44 mA

Okrem toho, ako som už napísal, zaťaženie kolektora multivibrátorových tranzistorov neovplyvňuje jeho frekvenciu, takže ak takýto odpor nemáte, môžete ho nahradiť iným „blízkym“ hodnotením (5 ... 9 kOhm ). Je lepšie, ak je to v smere poklesu, aby nedochádzalo k poklesu riadiaceho prúdu v vyrovnávacom stupni. Majte však na pamäti, že dodatočný odpor je dodatočnou záťažou pre tranzistor VT2 multivibrátora, takže prúd pretekajúci cez tento odpor sa pripočítava k prúdu kolektorového odporu R4 a predstavuje záťaž pre tranzistor VT2: Itotal = Ik + Icontrol. = 3,3 mA + 1,44 mA = 4,74 mA

Celkové zaťaženie kolektora tranzistora VT2 je v normálnych medziach. Ak prekročí maximálny kolektorový prúd špecifikovaný v referenčnej knihe a vynásobený faktorom 0,8, zvyšujte odpor R4, kým sa záťažový prúd dostatočne nezníži, alebo použite výkonnejší tranzistor.

7. Potrebujeme dodať prúd do žiarovky V = Рн / Ui.p. = 15W / 12V = 1,25 A

Ale riadiaci prúd vyrovnávacieho stupňa je 1,44 mA. Prúd multivibrátora sa musí zvýšiť o hodnotu rovnajúcu sa pomeru:

In / Icontrol = 1,25A / 0,00144A = 870 krát.

Ako to spraviť? Pre výrazné zosilnenie výstupného prúdu použite tranzistorové kaskády zostavené podľa obvodu „kompozitného tranzistora“. Prvý tranzistor je zvyčajne nízkoenergetický (použijeme KT361G), má najvyšší zisk a druhý musí poskytovať dostatočný zaťažovací prúd (zoberme si nemenej bežný KT814B). Potom sa ich koeficienty prenosu h21 vynásobia. Takže pre tranzistor KT361G h21>50 a pre tranzistor KT814B h21=40. A celkový koeficient prenosu týchto tranzistorov zapojených podľa obvodu „kompozitného tranzistora“: h21 = 50 * 40 = 2 000. Toto číslo je väčšie ako 870, takže tieto tranzistory úplne postačujú na ovládanie žiarovky.

No a to je všetko!