Импульсные схемы - Краткое руководство

А Signalне только передает информацию, но также представляет состояние цепи. Функционирование любой схемы можно изучить по сигналу, который она выдает. Поэтому мы начнем это руководство с краткого введения в сигналы.

Электронный сигнал

Электронный сигнал подобен обычному сигналу, с которым мы сталкиваемся, который указывает на что-то или который о чем-то сообщает. Графическое представление электронного сигнала дает информацию о периодических изменениях таких параметров, как амплитуда или фаза сигнала. Он также предоставляет информацию о напряжении, частоте, периоде времени и т. Д.

Это представление придает некоторую форму передаваемой информации или полученному сигналу. Такая форма сигнала при формировании в соответствии с определенными вариациями может иметь разные названия, такие как синусоидальный сигнал, треугольный сигнал, сигнал зуба пилы, сигнал прямоугольной волны и т. Д.

Эти сигналы в основном бывают двух типов: однонаправленные и двунаправленные.

• Unidirectional Signal - Когда сигнал течет только в одном направлении, которое является положительным или отрицательным, такой сигнал называется однонаправленным сигналом.

  Example - Импульсный сигнал.

• Bidirectional Signal - Когда сигнал изменяется как в положительном, так и в отрицательном направлении, пересекая нулевую точку, такой сигнал называется двунаправленным сигналом.

  Example - Синусоидальный сигнал.

В этой главе мы обсудим импульсные сигналы и их характерные особенности.

Импульсный сигнал

Форма импульса формируется быстрым или внезапным переходным изменением от базового значения к значению более высокого или более низкого уровня, которое возвращается к тому же базовому значению через определенный период времени. Такой сигнал можно назвать импульсным сигналом.

На следующем рисунке показана серия импульсов.

Импульсный сигнал - это однонаправленный несинусоидальный сигнал, который похож на прямоугольный сигнал, но не является симметричным, как прямоугольный сигнал. Последовательность непрерывных импульсных сигналов просто называется последовательностью импульсов. Последовательность импульсов указывает на внезапный высокий уровень и внезапный переход низкого уровня от базового уровня, который можно понимать как ВКЛ / ВЫКЛ соответственно.

Следовательно, импульсный сигнал указывает на включение и выключение сигнала. Если на электрический выключатель подается импульсный вход, он включается / выключается в соответствии с заданным импульсным сигналом. Эти переключатели, которые вырабатывают импульсные сигналы, можно обсудить позже.

Термины, относящиеся к импульсным сигналам

Есть несколько терминов, относящихся к импульсным сигналам, которые следует знать. Это можно понять с помощью следующего рисунка.

Из рисунка выше

• Pulse width - Длина пульса

• Period of a waveform - Измерение от любой точки в одном цикле до той же точки в следующем цикле

• Duty cycle - отношение ширины импульса к периоду

• Rise time - Время, необходимое для увеличения от 10% до 90% максимальной амплитуды.

• Fall time - Временной сигнал падает с 90% до 10% от его максимальной амплитуды.

• Overshoot - Говорят, что это происходит, когда передний фронт сигнала превышает свое нормальное максимальное значение.

• Undershoot - Говорят, что это происходит, когда задний фронт сигнала превышает свое нормальное максимальное значение.

• Ringing - Как недолет, так и перерегулирование сопровождаются затухающими колебаниями, известными как звон.

Затухающие колебания - это вариации сигнала, которые указывают на уменьшение амплитуды и частоты сигнала, которые бесполезны и нежелательны. Эти колебания представляют собой простые возмущения, известные какringing.

В следующей главе мы объясним концепцию переключения в электронике, выполненную с помощью BJT. Мы уже обсуждали переключение с использованием диодов в нашем учебнике ЭЛЕКТРОННЫЕ ЦЕПИ. Пожалуйста, обратитесь.

Коммутатор - это устройство, которое makes или же breaksцепь или контакт. Кроме того, он может преобразовывать аналоговые данные в цифровые. Основные требования к переключателю, чтобы он был эффективным, - быть быстрым и переключаться без искрообразования. Важнейшими частями являются переключатель и связанные с ним схемы.

Есть три types of Switches. Они -

• Механические переключатели
• Электромеханические переключатели или реле
• Электронные переключатели

Механические переключатели

Механические переключатели - это переключатели старого типа, которые мы использовали ранее. Но они были заменены электромеханическими переключателями, а позже и электронными переключателями также в некоторых случаях, чтобы преодолеть недостатки первых.

Недостатки механических переключателей следующие:

• У них высокая инерция, что ограничивает скорость работы.
• Они создают искры при размыкании контакта.
• Контакты переключателя сделаны тяжелыми, чтобы выдерживать большие токи.

Механические переключатели выглядят так, как на рисунке ниже.

Эти механические переключатели были заменены электромеханическими переключателями или реле, которые имеют хорошую скорость работы и уменьшают искрение.

Реле

Электромеханические переключатели еще называют Relays. Эти переключатели частично механические, частично электронные или электрические. Они больше по размеру, чем электронные переключатели, и меньше по размеру, чем механические переключатели.

Строительство реле

Реле выполнено таким образом, что замыкающий контакт обеспечивает питание нагрузки. Во внешней цепи у нас есть источник питания нагрузки для нагрузки и источник питания катушки для управления работой реле. Внутри рычаг соединен с железным ярмом с жесткой пружиной, чтобы удерживать рычаг вверх. К ярму подключен соленоид, вокруг которого намотана рабочая катушка. Эта катушка подключена к источнику питания катушки, как уже упоминалось.

Рисунок ниже объясняет устройство и работу реле.

Работа реле

Когда переключатель замкнут, устанавливается электрический путь, который питает соленоид. Рычаг связан тяжелой пружиной, которая поднимает рычаг и удерживает его. Когда соленоид находится под напряжением, тянет рычаг к себе, преодолевая силу натяжения пружины. Когда рычаг тянется, подвижный контакт встречается с неподвижным контактом, чтобы подключить цепь. Таким образом, соединение цепи включено или установлено, и лампа горит, указывая на это.

Когда переключатель находится в положении ВЫКЛ, соленоид не получает тока и обесточивается. Это оставляет рычаг без какого-либо притяжения к соленоиду. Пружина тянет рычаг вверх, что разрывает контакт. Таким образом, соединение цепи отключается.

На рисунке ниже показано, как выглядит практичное реле.

Давайте теперь посмотрим на преимущества и недостатки электромагнитного переключателя.

Преимущества

• Реле потребляет меньше энергии даже для обработки большой мощности нагрузки.
• Оператор может находиться на большем расстоянии, даже при работе с высоким напряжением.
• Нет искры при включении или выключении.

Недостатки

• Медленная работа
• Детали подвержены износу

Типы защелок в реле

В зависимости от режима работы существует множество типов реле, таких как электромагнитное реле, твердотельное реле, тепловое реле, гибридное реле, герконовое реле и т. Д.

Реле устанавливает соединение с помощью защелки, как показано на следующем рисунке.

В реле есть четыре типа защелкивающихся соединений. Они -

• Single Pole Single Throw (SPST) - Эта защелка имеет один полюс и перекидывается на один бросок для соединения.

• Single Pole Double Throw (SPDT)- Эта защелка имеет одинарный полюс и двойной ход для соединения. У него есть выбор для соединения с двумя разными цепями, для которых были подключены два броска.

• Double Pole Single Throw (DPST)- Эта защелка имеет двойной полюс и одинарный ход для соединения. Любой из двух контуров может сделать соединение с контуром доступным за один проход.

• Double Pole Double Throw (DPDT) - Эта защелка имеет двойной полюс и перекидывается на двойной ход для одновременного выполнения двух соединений.

На следующем рисунке показано схематическое изображение всех четырех типов защелок.

Электронный переключатель

Следующий тип переключателя, который следует обсудить, - это электронный переключатель. Как упоминалось ранее, транзистор - наиболее часто используемый электронный переключатель дляhigh operating speed и absence of sparking.

На следующем рисунке показана практическая электронная схема, позволяющая транзистору работать как переключатель.

Транзистор работает как переключатель в состоянии ВКЛ, когда он работает в области насыщения. Он работает как выключатель в выключенном состоянии, когда он работает в отключенной зоне. Он работает как усилитель в линейной области, которая находится между транзистором и отсечкой. Чтобы получить представление об этих областях работы, обратитесь к главе, посвященной транзисторам, в учебнике BASIC ELECTRONICS.

Когда внешние условия настолько устойчивы и преобладают высокие температуры, простой и нормальный транзистор не годится. Специальное устройство под названиемSilicon Control Rectifierпросто SCRиспользуется для таких целей. Это будет подробно рассмотрено в руководстве POWER ELECTRONICS.

Преимущества электронного переключателя

У электронного переключателя много преимуществ, таких как

• Меньше по размеру
• Легче по весу
• Блестящая операция
• Нет движущихся частей
• Менее подвержен износу
• Бесшумная работа
• Более быстрая работа
• Дешевле, чем другие переключатели
• Меньше обслуживания
• Безотказное обслуживание благодаря твердотельному

А transistorэто простой электронный переключатель с высокой скоростью работы. Это твердотельное устройство, и все контакты просты, что позволяет избежать искрения во время работы. Мы обсудим этапы переключения в транзисторе в следующей главе.

А transistor используется в качестве электронного переключателя, приводя его либо в saturation или в cut off. Область между этими двумя является линейной областью. В этой области транзистор работает как линейный усилитель. Насыщенность и вырезoff государства являются важным фактором в этом отношении.

Включенное и выключенное состояния транзистора

В работе транзистора есть две основные области, которые мы можем рассматривать как ON и OFFсостояния. Они насыщенные и урезанныеoffсостояния. Давайте посмотрим на поведение транзистора в этих двух состояниях.

Работа в состоянии отключения

На следующем рисунке показан транзистор в области отсечки.

Когда на базу транзистора подается отрицательное значение, транзистор переходит в состояние отключения. Коллекторный ток отсутствует. Следовательно, I _C = 0.

Напряжение V _CC, приложенное к коллектору, появляется на резисторе R _C коллектора . Следовательно,

V _CE = V _CC

Работа в области насыщения

На следующем рисунке показан транзистор в области насыщения.

Когда напряжение базы является положительным и транзистор переходит в насыщение, я _С протекает через R _C .

Тогда V _CC падает на R _C . Выход будет нулевым.

$$I_C = I_{C(sat)} \: = \: \frac{V_{CC}}{R_C} \: and \: V_{CE} = 0$$

Собственно, это идеальное состояние. Практически протекает некоторый ток утечки. Следовательно, мы можем понять, что транзистор работает как переключатель, когда его приводят в насыщение, и отсекают области, подавая положительное и отрицательное напряжение на базу.

Следующий рисунок дает лучшее объяснение.

Обратите внимание на линию нагрузки постоянного тока, которая соединяет I _C и V _CC . Если транзистор находится в состоянии насыщения, I _C протекает полностью и V _CE = 0, что обозначается точкойA.

Если транзистор переведен в режим отсечки, I _C будет равно нулю и V _CE = V _CC, что обозначено точкой B. Линия, соединяющая точку насыщения A и точку отсечки B, называетсяLoad line. Поскольку здесь приложено напряжение постоянного тока, оно называетсяDC Load line.

Практические соображения

Хотя все вышеупомянутые условия убедительны, есть несколько практических ограничений для получения таких результатов.

В состоянии отключения

Идеальный транзистор имеет V _CE = V _CC и I _C = 0.

Но на практике через коллектор протекает меньший ток утечки.

Следовательно, I _C будет несколько мкА.

Это называется Collector Leakage Current что, конечно, ничтожно мало.

Во время состояния насыщения

Идеальный транзистор имеет V _CE = 0 и I _C = I _{C (sat)} .

Но на практике V _CE уменьшается до некоторого значения, называемогоknee voltage.

Когда V _CE уменьшается больше, чем напряжение колена, β резко уменьшается.

Поскольку I _C = βI _B, это уменьшает ток коллектора.

Следовательно, максимальный ток I _C, который поддерживает V _CE при напряжении колена, известен какSaturation Collector Current.

Ток коллектора насыщения = $I_{C(sat)} \: = \: \frac{V_{CC} - V_{knee}}{R_C}$

Транзистор, который изготовлен только для того, чтобы заставить его работать в целях переключения, называется Switching Transistor. Это работает либо в насыщенности, либо в области обрезки. В состоянии насыщенияcollector saturation current протекает через нагрузку, и в отключенном состоянии collector leakage current протекает через нагрузку.

Переключающее действие транзистора

Транзистор имеет три режима работы. Чтобы понять эффективность работы, необходимо учитывать практические потери. Итак, давайте попробуем понять, насколько эффективно транзистор работает как переключатель.

В состоянии отключения (ВЫКЛ.)

Базовый ток I _B = 0

Ток коллектора I _C = I _CEO (ток утечки коллектора)

Потери мощности = выходное напряжение × выходной ток

$$= V_{CC} \times I_{CEO}$$

Поскольку I _CEO очень маленький, а V _CC также невелик, убыток будет очень низким. Следовательно, в выключенном состоянии транзистор работает как эффективный переключатель.

В состоянии насыщения (ВКЛ.)

Как обсуждалось ранее,

$$I_{C(sat)} = \frac{V_{CC} - V_{knee}}{R_C}$$

Выходное напряжение V_knee.

Потери мощности = выходное напряжение × выходной ток

$$= \:V_{knee} \times I_{c(sat)}$$

Поскольку V-образное _колено будет иметь небольшое значение, потери будут небольшими. Следовательно, во включенном состоянии транзистор работает как эффективный переключатель.

Во время активного региона

Транзистор находится между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ. Транзистор работает как линейный усилитель, где небольшие изменения входного тока вызывают большие изменения выходного тока (ΔI _C ).

Время переключения

Переключающий транзистор имеет импульс на входе, а импульс с небольшими вариациями будет на выходе. Вы должны знать несколько терминов относительно времени импульсного выхода переключения. Давайте пройдемся по ним.

Пусть длительность входного импульса = T

Когда подается входной импульс, току коллектора требуется некоторое время, чтобы достичь значения установившегося состояния из-за паразитных емкостей. На следующем рисунке поясняется эта концепция.

На рисунке выше

• Time delay(t_d) - Время, необходимое току коллектора для достижения от его начального значения до 10% от его конечного значения, называется Time Delay.

• Rise time(t_r) - Время, необходимое для достижения током коллектора от 10% от его начального значения до 90% от его конечного значения, называется Rise Time.

• Turn-on time (T_ON)- Сумма временной задержки (t _d ) и времени нарастания (t _r ) называетсяTurn-on time.

  Т _ВКЛ = t _d + t _r

• Storage time (t_s) - Интервал времени между задним фронтом входного импульса и 90% максимального значения выхода называется Storage time.

• Fall time (t_f) - Время, необходимое для достижения током коллектора от 90% его максимального значения до 10% его начального значения, называется Fall Time.

• Turn-off time (T_OFF)- Сумма времени хранения (t _s ) и времени спада (t _f ) определяется какTurn-off time.

  T _ВЫКЛ = t _s + t _f

• Pulse Width(W) - Длительность выходного импульса, измеренная между двумя 50% уровнями нарастающей и спадающей формы волны, определяется как Pulse Width.

А multivibrator цепь не что иное, как switching circuit. Он генерирует несинусоидальные волны, такие как прямоугольные волны, прямоугольные волны, зубчатые волны и т. Д. Мультивибраторы используются в качестве генераторов частоты, делителей частоты и генераторов временных задержек, а также в качестве элементов памяти в компьютерах и т. Д.

Транзистор в своей линейной области в основном работает как усилитель. Если выходной каскад транзисторного усилителя соединен с предыдущим каскадом усилителя, такое соединение называется соединенным. Если для соединения двух каскадов такой схемы усилителя используется резистор, он называетсяResistance coupled amplifier. Для получения дополнительной информации см. Руководство по усилителям.

Что такое мультивибратор?

Согласно определению, мультивибратор - это двухкаскадный усилитель с резистивной связью с положительной обратной связью с выхода одного усилителя на вход другого .

Два транзистора соединены обратной связью, так что один контролирует состояние другого. Следовательно, состояния ВКЛ и ВЫКЛ всей схемы, а также периоды времени, в течение которых транзисторы приводятся в состояние насыщения или отключения, контролируются условиями схемы.

На следующем рисунке показана блок-схема мультивибратора.

Типы мультивибраторов

Есть два возможных состояния мультивибратора. На первом этапе транзистор Q ₁ включается, а транзистор Q ₂ выключается. На втором этапе транзистор Q ₁ выключается, в то время как транзистор Q ₂ включается. Эти два состояния меняются местами в течение определенных периодов времени в зависимости от условий цепи.

В зависимости от того, как эти два состояния меняются местами, мультивибраторы подразделяются на три типа. Они есть

Астабильный мультивибратор

Астабильный мультивибратор - это такая схема, что она automatically switchesмежду двумя состояниями непрерывно без применения какого-либо внешнего импульса для его работы. Поскольку это дает непрерывный выходной сигнал прямоугольной формы, он называетсяFree-running Multivibrator. Источник питания постоянного тока - обычное требование.

Период времени этих состояний зависит от постоянных времени используемых компонентов. Поскольку мультивибратор продолжает переключаться, эти состояния известны как квазистабильные или полустабильные состояния. Следовательно, естьtwo quasi-stable states для нестабильного мультивибратора.

Моностабильный мультивибратор

Моностабильный мультивибратор имеет a stable state и a quasi-stable state. Это триггерный вход для одного транзистора. Таким образом, один транзистор изменяет свое состояние автоматически, а другому требуется триггерный вход для изменения своего состояния.

Поскольку этот мультивибратор выдает один выходной сигнал для каждого триггерного импульса, это известно как One-shot Multivibrator. Этот мультивибратор не может оставаться в квазистабильном состоянии в течение более длительного периода, пока он остается в стабильном состоянии до тех пор, пока не будет получен запускающий импульс.

Бистабильный мультивибратор

Бистабильный мультивибратор имеет как two states stable. Для изменения состояний требуется два триггерных импульса. Пока не задан триггерный вход, мультивибратор не может изменить свое состояние. Он также известен какflip-flop multivibrator.

Поскольку запускающий импульс устанавливает или сбрасывает выходной сигнал и некоторые данные, то есть высокий или низкий, сохраняются до тех пор, пока они не будут нарушены, этот мультивибратор может быть вызван как Flip-flop. Чтобы узнать больше о шлепанцах, обратитесь к нашему руководству по ЦИФРОВЫМ СХЕМАМ по адресу:https://www.tutorialspoint.com/digital_circuits/index.htm

Чтобы получить четкое представление о приведенном выше обсуждении, давайте взглянем на следующий рисунок.

Все эти три мультивибратора подробно рассматриваются в следующих главах.

Нестабильный мультивибратор имеет no stable states. Когда мультивибратор включен, он просто изменяет свое состояние самостоятельно через определенный период времени, который определяется постоянными времени R _C. Для ее работы на схему подается источник постоянного тока или V _cc .

Конструкция нестабильного мультивибратора

Два транзистора с названиями Q ₁ и Q ₂ связаны друг с другом обратной связью. Коллектор транзистора Q ₁ соединен с базой транзистора Q ₂ через конденсатор C ₁ и наоборот. Эмиттеры обоих транзисторов заземлены. Резисторы нагрузки коллектора R ₁ и R ₄ и резисторы смещения R ₂ и R ₃ имеют равные значения. Конденсаторы C ₁ и C ₂ имеют одинаковые номиналы.

На следующем рисунке показана принципиальная схема нестабильного мультивибратора.

Работа нестабильного мультивибратора

При подаче напряжения V _cc ток коллектора транзисторов увеличивается. Поскольку ток коллектора зависит от тока базы,

$$I_c = \beta I_B$$

Поскольку у транзисторов нет одинаковых характеристик, один из двух транзисторов говорит, что Q ₁ имеет повышенный ток коллектора и, следовательно, проводит. Коллектор Q ₁ подается на базу Q ₂ через C ₁ . Это соединение позволяет повышенному отрицательному напряжению на коллекторе Q ₁ прикладываться к базе Q _2, и ток его коллектора уменьшается. Это продолжительное действие заставляет ток коллектора Q _{2 еще} больше уменьшаться. Этот ток, приложенный к базе Q _1, делает его более отрицательным, и с кумулятивными действиями Q ₁ переходит в насыщение, а Q ₂ отключается. Таким образом, выходное напряжение Q ₁ будет V _{CE (sat),} а Q ₂ будет равно V _CC .

Конденсатор C ₁ заряжается через R _1, и когда напряжение на C ₁ достигает 0,7 В, этого достаточно, чтобы перевести транзистор Q ₂ в состояние насыщения. Когда это напряжение подается на базу Q ₂ , он достигает насыщения, уменьшая ток коллектора. Это снижение напряжения в точке B прикладывается к базе транзисторов с Q ₁ по C _2, что вызывает обратное смещение Q ₁ . Последовательность этих действий отключает транзистор Q _1, а транзистор Q ₂ - насыщение. Теперь точка A имеет потенциал V _CC . Конденсатор C ₂ заряжается через R ₂ . Напряжение на этом конденсаторе C _2, когда достигает 0,7 В, включает транзистор Q ₁ до насыщения.

Следовательно, выходное напряжение и форма выходного сигнала формируются путем попеременного переключения транзисторов Q ₁ и Q ₂ . Период времени этих состояний ВКЛ / ВЫКЛ зависит от значений используемых резисторов смещения и конденсаторов, то есть от используемых значений R _C. Поскольку оба транзистора работают поочередно, выходной сигнал имеет прямоугольную форму с пиковой амплитудой V _CC .

Формы волны

Формы выходных сигналов на коллекторах Q ₁ и Q ₂ показаны на следующих рисунках.

Частота колебаний

Время включения транзистора Q ₁ или время выключения транзистора Q ₂ определяется выражением

t ₁ = 0,69R ₁ C ₁

Аналогично, время выключения транзистора Q ₁ или время включения транзистора Q ₂ определяется выражением

t ₂ = 0,69R ₂ C ₂

Следовательно, общий период прямоугольной волны

t = t ₁ + t ₂ = 0,69 (R ₁ C ₁ + R ₂ C ₂ )

Поскольку R ₁ = R ₂ = R и C ₁ = C ₂ = C, частота прямоугольной волны будет

$$f = \frac{1}{t} = \frac{1}{1.38 R C} = \frac{0.7}{RC}$$

Преимущества

Преимущества использования нестабильного мультивибратора следующие:

• Внешний запуск не требуется.
• Схемотехника проста
• Inexpensive
• Может работать непрерывно

Недостатки

Недостатки использования нестабильного мультивибратора следующие:

• Поглощение энергии больше внутри контура.
• Выходной сигнал имеет низкую энергию.
• Рабочий цикл меньше или равен 50% не может быть достигнут.

Приложения

Нестабильные мультивибраторы используются во многих приложениях, таких как любительское радиооборудование, генераторы кода Морзе, схемы таймера, аналоговые схемы и телевизионные системы.

Моностабильный мультивибратор, как следует из названия, имеет только one stable state. Когда транзистор проводит, другой остается в непроводящем состоянии. Стабильное состояние - это такое состояние, при котором транзистор остается без изменений, если только его не нарушает внешний импульс запуска. Поскольку Monostable работает по тому же принципу, у него есть другое имя, называемоеOne-shot Multivibrator.

Конструкция моностабильного мультивибратора

Два транзистора Q ₁ и Q ₂ связаны друг с другом обратной связью. Коллектор транзистора Q ₁ подключен к базе транзистора Q ₂ через конденсатор C ₁ . База Q ₁ подключена к коллектору Q ₂ через резистор R ₂ и конденсатор C. Еще одно постоянное напряжение питания –V _BB подается на базу транзистора Q ₁ через резистор R ₃ . Импульс запуска подается на базу Q ₁ через конденсатор C ₂ для изменения его состояния. R _L1 и R _L2 - нагрузочные резисторы Q ₁ и Q ₂ .

Когда один из транзисторов переходит в стабильное состояние, выдается внешний пусковой импульс для изменения его состояния. После изменения своего состояния транзистор остается в этом квазистабильном состоянии или метастабильном состоянии в течение определенного периода времени, который определяется значениями постоянных времени RC, и возвращается в предыдущее стабильное состояние.

На следующем рисунке показана принципиальная схема моностабильного мультивибратора.

Работа моностабильного мультивибратора

Во-первых, когда схема включена, транзистор Q ₁ будет в выключенном состоянии, а Q ₂ будет во включенном состоянии. Это стабильное состояние. Поскольку Q ₁ выключен, напряжение коллектора будет V _CC в точке A и, следовательно, C ₁ будет заряжаться. Положительный импульс запуска, приложенный к базе транзистора Q _1, включает транзистор. Это снижает напряжение коллектора, которое выключает транзистор Q ₂ . В этот момент конденсатор C ₁ начинает разряжаться. Когда положительное напряжение с коллектора транзистора Q ₂ подается на транзистор Q ₁ , он остается во включенном состоянии. Это квазистабильное состояние или метастабильное состояние.

Транзистор Q ₂ остается в выключенном состоянии, пока конденсатор C ₁ полностью не разрядится. После этого транзистор Q ₂ включается под напряжением, подаваемым через разряд конденсатора. Это включает транзистор Q ₁ , что является предыдущим стабильным состоянием.

Формы выходных сигналов

Формы выходных сигналов на коллекторах Q ₁ и Q ₂ вместе с триггерным входом, заданным на базе Q ₁ , показаны на следующих рисунках.

Ширина этого выходного импульса зависит от постоянной времени RC. Следовательно, это зависит от значений R ₁ C ₁ . Длительность импульса определяется выражением

$$T = 0.69R_1 C_1$$

Подача сигнала триггера будет очень короткой продолжительностью, только чтобы инициировать действие. Это приводит к тому, что схема меняет свое состояние со стабильного на квазистабильное, метастабильное или полустабильное состояние, в котором схема остается на короткое время. На один пусковой импульс будет один выходной импульс.

Преимущества

Преимущества моностабильного мультивибратора следующие:

• Достаточно одного пускового импульса.
• Схемотехника проста
• Inexpensive

Недостатки

Основным недостатком использования моностабильного мультивибратора является то, что время между приложениями запускающего импульса T должно быть больше постоянной времени RC цепи.

Приложения

Моностабильные мультивибраторы используются в таких приложениях, как телевизионные схемы и схемы систем управления.

Бистабильный мультивибратор имеет two stable states. Схема остается в одном из двух стабильных состояний. Он продолжается в этом состоянии, если не подан внешний пусковой импульс. Этот мультивибратор также известен какFlip-flop. Эта схема просто называетсяBinary.

Есть несколько типов бистабильных мультивибраторов. Они показаны на следующем рисунке.

Конструкция бистабильного мультивибратора

Два подобных транзистора Q ₁ и Q ₂ с нагрузочными резисторами R _L1 и R _L2 соединены по обратной связи друг с другом. Базовые резисторы R ₃ и R ₄ подключены к общему истоку –V _BB . Резисторы обратной связи R ₁ и R ₂ шунтируются конденсаторами C ₁ и C _2, известными какCommutating Capacitors. На транзистор Q ₁ подается триггерный вход на базе через конденсатор C _3, а на транзистор Q ₂ подается триггерный вход на его базе через конденсатор C ₄ .

Конденсаторы C ₁ и C ₂ также известны какSpeed-up Capacitors, поскольку они уменьшают transition time, что означает время, необходимое для передачи проводимости от одного транзистора к другому.

На следующем рисунке показана принципиальная схема бистабильного мультивибратора с самосмещением.

Работа бистабильного мультивибратора

Когда схема включена, из-за некоторого дисбаланса схемы, как в Astable, один из транзисторов, скажем, Q _1, включается, а транзистор Q ₂ выключается. Это стабильное состояние бистабильного мультивибратора.

Путем применения отрицательного триггера на базе транзистора Q ₁ или применения положительного триггерного импульса на базе транзистора Q ₂ это стабильное состояние не изменяется. Итак, давайте разберемся в этом, рассмотрев отрицательный импульс на базе транзистора Q ₁ . В результате напряжение коллектора увеличивается, что смещает транзистор Q _{2 в} прямом направлении . Коллекторный ток Q _2, приложенный к базе Q ₁ , смещает Q _{1 в} обратном направлении, и это совокупное действие делает транзистор Q ₁ выключенным, а транзистор Q ₂ включенным. Это еще одно стабильное состояние Мультивибратора.

Теперь, если это стабильное состояние необходимо снова изменить, то применяется либо отрицательный импульс запуска на транзисторе Q _2, либо положительный импульс запуска на транзисторе Q ₁ .

Формы выходных сигналов

Формы выходных сигналов на коллекторах Q ₁ и Q ₂ вместе с триггерными входами, заданными на базах Q _W и Q ₂ , показаны на следующих рисунках.

Преимущества

Преимущества использования бистабильного мультивибратора следующие:

• Сохраняет предыдущий вывод, если его не беспокоить.
• Схемотехника проста

Недостатки

Недостатки бистабильного мультивибратора следующие:

• Требуются два вида запускающих импульсов.
• Немного дороже, чем другие мультивибраторы.

Приложения

Бистабильные мультивибраторы используются в таких приложениях, как генерация импульсов и цифровые операции, такие как подсчет и хранение двоичной информации.

Двоичный с фиксированным смещением

Двоичная схема с фиксированным смещением похожа на нестабильный мультивибратор, но с простым переключателем SPDT. Два транзистора соединены обратной связью с двумя резисторами, причем один коллектор соединен с базой другого. На рисунке ниже показана принципиальная схема двоичной системы с фиксированным смещением.

Чтобы понять принцип действия, давайте предположим, что переключатель находится в положении 1. Теперь транзистор Q ₁ будет выключен, поскольку база заземлена. Напряжение коллектора на выходе V _O1 будет равно V _CC, который включает транзистор Q ₂ . Выход на клемме V _O2 становится НИЗКИМ. Это стабильное состояние, которое можно изменить только с помощью внешнего триггера. Перевод переключателя в положение 2 работает как спусковой крючок.

Когда переключатель изменяется, база транзистора Q ₂ заземляется, переводя его в состояние ВЫКЛ. Напряжение коллектора на V _O2 будет равно V _CC, которое прикладывается к транзистору Q ₁ для его включения. Это другое стабильное состояние. Запуск осуществляется в этой схеме с помощью переключателя SPDT.

Для двоичных цепей используются два основных типа запуска. Они есть

• Симметричный запуск
• Асимметричный запуск

Триггер Шмитта

Еще один тип двоичной схемы, который следует обсудить, - это Emitter Coupled BinaryСхема. Эта схема также называетсяSchmitt Triggerцепь. Эта схема считается особой в своем роде для своих приложений.

Основное различие в конструкции этой схемы состоит в том, что связь между выходом C ₂ второго транзистора и базой B1 первого транзистора отсутствует, и теперь обратная связь получается через резистор R _e . Эта схема называетсяRegenerative circuit для этого есть positive feedback и no Phase inversion. Схема триггера Шмитта с использованием BJT показана ниже.

Первоначально у нас Q ₁ выключен, а Q ₂ включен. Напряжение, приложенное к базе Q _2, составляет V _CC через R _C1 и R ₁ . Таким образом, выходное напряжение будет

$$V_0 = V_{CC} - (I_{C2}R_{c2})$$

Как Q ₂ включена, то будет падение напряжения на R _E , который будет (я _С2 + I , _В2 ) Р _Е . Теперь это напряжение подается на эмиттер Q ₁ . Входное напряжение увеличивается, и до тех пор, пока Q _{1 не} достигнет напряжения включения для включения, на выходе останется НИЗКИЙ. Если Q ₁ включен, выход будет увеличиваться, поскольку Q ₂ также включен. Когда входное напряжение продолжает расти, напряжение в точках C ₁ и B ₂ продолжает падать, а E ₂ продолжает расти. При определенном значении входного напряжения Q ₂ выключается. Выходное напряжение в этот момент будет равно V _CC и останется постоянным, хотя входное напряжение будет увеличиваться.

По мере увеличения входного напряжения выход остается НИЗКИМ, пока входное напряжение не достигнет V _1, где

$$V_1 = [V_{CC} - (I_{C2}R_{C2})]$$

Значение, при котором входное напряжение равно V ₁ , позволяет транзистору Q ₁ войти в насыщение, называетсяUTP(Верхняя точка запуска). Если напряжение уже превышает V ₁ , оно остается там до тех пор, пока входное напряжение не достигнет V ₂ , что является переходом низкого уровня. Следовательно, значение, при котором входное напряжение будет V _2, при котором Q ₂ перейдет в состояние ВКЛ, называетсяLTP (Нижняя точка срабатывания).

Формы выходных сигналов

Формы выходных сигналов получены, как показано ниже.

Схема триггера Шмитта работает как Comparator и, следовательно, сравнивает входное напряжение с двумя разными уровнями напряжения, называемыми UTP (Верхняя точка запуска) и LTP(Нижняя точка срабатывания). Если вход пересекает этот UTP, он считается ВЫСОКИМ, а если он становится ниже этого LTP, он принимается как НИЗКИЙ. На выходе будет двоичный сигнал, показывающий 1 для HIGH и 0 для LOW. Следовательно, аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал. Если вход находится на промежуточном значении (между HIGH и LOW), то предыдущее значение будет выходом.

Эта концепция зависит от явления, называемого Hysteresis. Передаточные характеристики электронных схем демонстрируютloop называется как Hysteresis. Он объясняет, что выходные значения зависят как от настоящих, так и от прошлых значений входных данных. Это предотвращает нежелательное переключение частоты в цепях триггера Шмитта.

Преимущества

Преимущества схемы триггера Шмитта:

• Поддерживаются идеальные логические уровни.
• Это помогает избежать мета-стабильности.
• Предпочтительнее обычных компараторов для его формирования импульсов.

Недостатки

Основные недостатки триггера Шмитта:

• Если ввод медленный, вывод будет медленнее.
• Если на входе шум, на выходе будет больше шума.

Применение триггера Шмитта

Цепи триггера Шмитта используются в качестве компаратора амплитуды и схемы возведения в квадрат. Они также используются в схемах формирования импульсов и повышения резкости.

Это схемы мультивибратора на транзисторах. Те же мультивибраторы разработаны с использованием операционных усилителей, а также схем таймера IC 555, которые обсуждаются в следующих руководствах.

После обсуждения основ импульсных схем, давайте теперь рассмотрим различные схемы, которые генерируют и обрабатывают Saw tooth waves. Волна зуба пилы линейно увеличивается со временем и внезапно уменьшается. Это также называетсяTime base signal. Фактически, это идеальный результат генератора временной развертки.

Что такое генератор временной развертки?

Электронный генератор, генерирующий high frequency saw tooth waves можно назвать Time Base Generator. Его также можно понимать как электронную схему, которая генерирует форму выходного напряжения или тока, часть которойvaries linearly with time. Горизонтальная скорость генератора временной развертки должна быть постоянной.

Чтобы отобразить на осциллографе изменения сигнала во времени, к отклоняющим пластинам необходимо приложить напряжение, линейно изменяющееся во времени. Это заставляет сигнал перемещать луч горизонтально по экрану. Следовательно, напряжение называетсяSweep Voltage. Генераторы временной базы называютсяSweep Circuits.

Характеристики сигнала временной развертки

Чтобы генерировать осциллограмму временной развертки в CRO или кинескопе, отклоняющее напряжение линейно увеличивается со временем. Обычно используется генератор временной развертки, когда луч линейно отклоняется по экрану и возвращается в исходную точку. Это происходит в процессеScanning. Электронно-лучевая трубка, а также кинескоп работают по тому же принципу. Луч отклоняется по экрану из стороны в сторону (обычно слева направо) и возвращается в ту же точку.

Это явление называется Trace и Retrace. Отклонение луча над экраном слева направо называетсяTrace, а возврат луча справа налево называется Retrace или же Fly back. Обычно этот откат не виден. Этот процесс выполняется с помощью генератора зубчатых волн, который задает период отклонения с помощью используемых компонентов RC.

Попробуем разобраться в составляющих пилообразной волны.

В приведенном выше сигнале время, в течение которого выходная мощность линейно увеличивается, называется как Sweep Time (T_S) и время, необходимое для возврата сигнала к своему начальному значению, называется Restoration Time или же Fly back Time или же Retrace Time (T_r). Оба этих периода времени вместе образуют период времени одного цикла базового сигнала времени.

Фактически, эта форма волны напряжения развертки, которую мы получаем, является практическим выходом схемы развертки, тогда как идеальным выходным сигналом должна быть форма волны с зубчатым венцом, показанная на рисунке выше.

Типы генераторов временной базы

Есть два типа генераторов временной развертки. Они -

• Voltage Time Base Generators - Генератор временной развертки, который обеспечивает форму выходного напряжения, линейно изменяющуюся во времени, называется генератором временной развертки напряжения.

• Current Time Base Generator - Генератор временной развертки, который обеспечивает форму выходного тока, линейно изменяющуюся со временем, называется генератором текущей временной развертки.

Приложения

Генераторы временной развертки используются в CRO, телевизорах, радиолокационных дисплеях, системах точного измерения времени и временной модуляции.

Ошибки сигналов развертки

После генерации сигналов развертки пора передать их. Переданный сигнал может отличаться от линейности. Чтобы понять и исправить возникшие ошибки, мы должны иметь некоторые знания об общих возникающих ошибках.

Отклонение от линейности выражается тремя разными способами. Они -

• Погрешность наклона или скорости развертки
• Ошибка смещения
• Ошибка передачи

Обсудим их подробнее.

Наклон или скорость развертки ошибки (е _s )

Напряжение развертки должно линейно возрастать со временем. Скорость изменения напряжения развертки во времени должна быть постоянной. Это отклонение от линейности определяется какSlope Speed Error или же Sweep Speed Error.

Ошибка наклона или скорости развертки e _s =$\frac{difference \: in\: slope\: at \: the\: beginning\: and\: end\: of\: sweep}{initial \: value \:of \: slope}$

$$= \frac{\left (\frac{\mathrm{d} V_0}{\mathrm{d} t} \right )_{t = 0} - \left( \frac{\mathrm{d} V_0}{\mathrm{d} t} \right)_{t = T_s}}{\left( \frac{\mathrm{d} V_0}{\mathrm{d} t}\right )_{t = 0}}$$

Ошибка смещения (e _d )

Важным критерием линейности является максимальная разница между фактическим напряжением развертки и линейной разверткой, которая проходит через начальную и конечную точки фактической развертки.

Это можно понять из следующего рисунка.

Ошибка смещения e_d определяется как

e _d =$\frac{(actual\: speed)\thicksim (linear\: sweep \: that\: passes\: beginning \: and \: ending\: of\: actual\: sweep)}{amplitude\: of\: sweep\: at\: the \: end\: of\: sweep\: time}$

$$= \: \frac{(V_s - V′_s)_{max}}{V_s}$$

Где V _s фактическая зачистка и V» _s является линейной разверткой.

Ошибка передачи (e _t )

Когда сигнал развертки проходит через схему верхних частот, выходной сигнал отклоняется от входа, как показано ниже.

Это отклонение выражается как ошибка передачи.

Ошибка передачи = $\frac{(input)\: \thicksim \:(output)}{input\: at \: the\: end\: of\: the\: sweep}$

$$e_t = \frac{V′_s − V}{V′_s}$$

Где V» _ы является входом и V _s является выход в конце развертки т.е. при Т = Т _с .

Если отклонение от линейности очень мало и напряжение развертки может быть аппроксимировано суммой линейных и квадратичных членов по t, то указанные выше три ошибки связаны следующим образом:

$$e_d = \frac{e_s}{8} = \frac{e_t}{4}$$

$$e_s = 2e_t = 8e_d$$

Ошибка скорости развертки более важна, чем ошибка смещения.

Поскольку у нас есть идея, что существует два типа генераторов временной развертки, давайте попробуем узнать об основных схемах этих схем генератора временной развертки.

Генератор временной развертки напряжения

Генератор временной развертки, который обеспечивает форму выходного напряжения, линейно изменяющуюся во времени, называется генератором временной развертки напряжения.

Давайте попробуем понять основной генератор временной развертки напряжения.

Простой генератор временной развертки напряжения

Базовый простой RC-генератор временной развертки или генератор линейного изменения или схема развертки состоит из конденсатора C, который заряжается через V _CC через последовательно подключенный резистор R ₂ . Он содержит BJT, база которого подключена через резистор R ₁ . Конденсатор заряжается через резистор и разряжается через транзистор.

На следующем рисунке показана простая RC-схема развертки.

При подаче положительного импульса напряжения транзистор Q включается до насыщения, и конденсатор быстро разряжается через Q и R ₁ до V _{CE (насыщ.)} . Когда входной импульс заканчивается, Q выключается, и конденсатор C начинает заряжаться и продолжает заряжаться до следующего входного импульса. Этот процесс повторяется, как показано на диаграмме ниже.

Когда транзистор включается, он обеспечивает путь с низким сопротивлением для быстрой разрядки конденсатора. Когда транзистор находится в состоянии ВЫКЛ, конденсатор будет экспоненциально заряжаться до напряжения питания V _{CC в} соответствии с уравнением

$$V_0 = V_{CC}[1 - exp(-t/RC)]$$

где

• V _O = мгновенное напряжение на конденсаторе в момент времени t
• V _CC = напряжение питания
• t = затраченное время
• R = значение последовательного резистора
• C = емкость конденсатора

Давайте теперь попробуем узнать о различных типах генераторов временной развертки.

Схема, которую мы только что обсуждали, представляет собой схему генератора временной развертки напряжения, поскольку она предлагает выходной сигнал в виде напряжения.

Генератор текущей временной развертки

Генератор временной развертки, который обеспечивает форму выходного тока, линейно изменяющуюся со временем, называется генератором текущей временной развертки.

Давайте попробуем понять основной генератор текущей временной развертки.

Простой генератор текущей временной развертки

Базовый простой RC-генератор временной базы или генератор линейного изменения или схема развертки состоит из транзистора с общей базой и двух резисторов, один из которых находится в эмиттере, а другой - в коллекторе. V _CC подается на коллектор транзистора. Принципиальная схема основного генератора пилообразного тока показана ниже.

У транзистора, подключенного по схеме с общей базой, ток коллектора изменяется линейно с током эмиттера. Когда ток эмиттера поддерживается постоянным, ток коллектора также будет близким к постоянному значению, за исключением очень меньших значений напряжений базы коллектора.

Когда входное напряжение V _i прикладывается к базе транзистора, оно появляется на эмиттере, который создает ток эмиттера i _E, и он линейно увеличивается по мере увеличения V _i от нуля до своего пикового значения. Ток увеличивается коллектор в качестве эмиттерного тока увеличивается, потому что _С приблизительно равно отношению я _Е .

Мгновенное значение тока нагрузки равно

$$i_L i_C \thickapprox (v_i - V_{BE})/R_E$$

Формы сигналов на входе и выходе показаны ниже.

Генератор начальной развертки - это схема генератора временной развертки, выходной сигнал которой возвращается на вход через обратную связь. Это увеличит или уменьшит входное сопротивление цепи. Этот процессbootstrapping используется для достижения постоянного зарядного тока.

Построение генератора временной развертки начальной загрузки

Схема генератора временной развертки начальной загрузки состоит из двух транзисторов: Q ₁ действует как переключатель, а Q ₂ действует как эмиттерный повторитель. Транзистор Q ₁ подключен с использованием входного конденсатора C _B на его базе и резистора R _B через V _CC . Коллектор транзистора Q ₁ соединен с базой транзистора Q ₂ . Коллектор Q ₂ подключен к V _CC, а его эмиттер снабжен резистором R _E, через который снимается выход.

Берется диод D, анод которого соединен с V _CC, а катод соединен с конденсатором C _2, который соединен с выходом. Катод диода D также подключен к резистору R, который, в свою очередь, подключен к конденсатору C ₁ . Эти C ₁ и R соединены через базу Q ₂ и коллектор Q ₁ . Напряжение, которое появляется на конденсаторе C _1, обеспечивает выходное напряжение V _o .

На следующем рисунке поясняется конструкция генератора временной развертки загрузочной ленты.

Работа генератора временной развертки начальной загрузки

Перед применением стробирующего сигнала в момент времени t = 0, когда транзистор получает достаточно базового сигнала от V _CC до R _B , Q ₁ включен, а Q ₂ выключен. Конденсатор C ₂ заряжается до V _CC через диод D. Затем отрицательный пусковой импульс от стробирующего сигнала моностабильного мультивибратора прикладывается к базе Q _1, который выключает Q ₁ . Конденсатор C ₂ теперь разряжается, и конденсатор C ₁ заряжается через резистор R. Поскольку конденсатор C ₂ имеет большую емкость, его уровни напряжения (заряд и разряд) изменяются с меньшей скоростью. Следовательно, он разряжается медленно и поддерживает почти постоянное значение во время генерации линейного изменения на выходе Q ₂ .

Во время нарастания диод D смещен в обратном направлении. Конденсатор C ₂ обеспечивает небольшой ток I _C1 для зарядки конденсатора C ₁ . Поскольку значение емкости велико, хотя он обеспечивает ток, это не имеет большого значения для его заряда. Когда Q ₁ включается в конце времени линейного изменения, C ₁ быстро разряжается до своего начального значения. Это напряжение появляется на V _O . Следовательно, диод D снова смещается в прямом направлении, и конденсатор C ₂ получает импульс тока, чтобы восстановить свой небольшой заряд, потерянный во время зарядки C ₁ . Теперь схема готова к следующему выходу линейного изменения.

Конденсатор C2 который помогает в обеспечении некоторого тока обратной связи конденсатора C1, действует как boot strapping capacitor что обеспечивает постоянный ток.

Формы выходных сигналов

Формы выходных сигналов показаны на следующем рисунке.

Импульс, подаваемый на входе, и напряжение V _C1, которое обозначает зарядку и разрядку конденсатора C _1, вносящего вклад в выходной сигнал, показаны на рисунке выше.

Преимущество

Основным преимуществом этого генератора рампы начальной загрузки является то, что линейное изменение выходного напряжения является очень линейным, а амплитуда линейного изменения достигает уровня напряжения питания.

Схема генератора временной базы Миллера на транзисторе является популярной Miller integratorсхема, которая выдает колебательный сигнал. Это в основном используется в схемах горизонтального отклонения.

Давайте попробуем понять устройство и работу схемы генератора развертки времени Миллера.

Конструкция генератора развертки Миллера

Схема генератора временной развертки Миллера состоит из переключателя и схемы синхронизации на начальном этапе, вход которой берется из схемы генератора затвора Шмитта. Секция усилителя следующая, которая имеет три каскада, первая из которыхemitter follower, второй amplifier и третий тоже emitter follower.

Схема эмиттерного повторителя обычно действует как Buffer amplifier. Оно имеетlow output impedance и high input impedance. Низкое выходное сопротивление позволяет схеме управлять большой нагрузкой. Высокое входное сопротивление предохраняет схему от нагрузки от предыдущей. Последняя секция эмиттерного повторителя не загружает предыдущую секцию усилителя. Из-за этого коэффициент усиления усилителя будет высоким.

Конденсатор C, расположенный между базой Q ₁ и эмиттером Q _3, является конденсатором синхронизации. Значения R и C и изменение уровня напряжения V _BB изменяют скорость развертки. На рисунке ниже показана схема генератора временной развертки Миллера.

Работа генератора развертки Миллера

Когда на выходе генератора триггера Шмитта подается отрицательный импульс, транзистор Q ₄ включается, и ток эмиттера течет через R ₁ . Эмиттер находится под отрицательным потенциалом, и то же самое приложено к катоду диода D, что делает его смещенным вперед. Поскольку конденсатор C здесь отключен, он не заряжается.

Применение триггерного импульса устанавливает высокий уровень на выходе затвора Шмитта, который, в свою очередь, выключает транзистор Q ₄ . Теперь на эмиттер Q ₄ подается напряжение _{10 В,} которое заставляет ток течь через R _1, что также вызывает обратное смещение диода D. Когда транзистор Q ₄ находится в состоянии отсечки, конденсатор C заряжается от V _BB через R и обеспечивает выходной сигнал развертки на эмиттере Q ₃ . Конденсатор C разряжается через D и транзистор Q ₄ в конце развертки.

Учитывая влияние емкости C ₁ , крутизна скорости или погрешность скорости развертки определяется выражением

$$e_s = \frac{V_s}{V} \left( 1- A + \frac{R}{R_i} + \frac{C}{C_i} \right )$$

Приложения

Схемы развертки Миллера - наиболее часто используемые схемы интегратора во многих устройствах. Это широко используемый генератор зубьев пилы.

Однопереходный транзистор - это такой транзистор, который имеет единственный PN переход, но все же не диод. Однопереходный транзистор, или простоUJTимеет эмиттер и две базы, в отличие от обычного транзистора. Этот компонент особенно известен своим свойством отрицательного сопротивления, а также его применением в качестве релаксационного генератора.

Строительство UJT

Считается, что стержень из высокорезистивного кремния n-типа формирует базовую структуру. На обоих концах нарисованы два омических контакта, которые являются основаниями. К нему прикреплена конструкция в виде алюминиевого стержня, которая становится излучателем. Этот эмиттер находится рядом с базой 2 и немного дальше от базы 1. Оба они соединяются, образуя соединение PN. Поскольку присутствует одиночный PN-переход, этот компонент называетсяUnijunction transistor.

Внутреннее сопротивление, называемое intrinsic resistanceприсутствует внутри стержня, значение сопротивления которого зависит от концентрации легирования стержня. Конструкция и символ UJT показаны ниже.

В символе эмиттер обозначен наклонной стрелкой, а два оставшихся конца указывают на основания. Поскольку UJT понимается как комбинация диода и некоторого сопротивления, внутренняя структура UJT может быть обозначена эквивалентной схемой для объяснения работы UJT.

Работа UJT

Работу UJT можно понять по его эквивалентной схеме. Напряжение, приложенное к эмиттеру, обозначено как V _E, а внутреннее сопротивление обозначено как R _B1 и R _B2 на базах 1 и 2 соответственно. Оба сопротивления, присутствующие внутри, вместе называютсяintrinsic resistance, обозначенный как R _BB . Напряжение на RB1 можно обозначить как V ₁ . Постоянное напряжение, прикладываемое к схеме, составляет V _BB .

Эквивалентная схема UJT приведена ниже.

Первоначально, когда напряжение не подается,

$$V_E = 0$$

Затем напряжение V _BB подается через R _B2 . Диод D будет иметь обратное смещение. Напряжение на диоде будет равно VB, которое является напряжением барьера эмиттерного диода. Благодаря применению V _BB , некоторое напряжение появляется в точке А. Таким образом, общее напряжение будет V + V , _В .

Теперь, если напряжение эмиттера V _E увеличивается, ток I _E течет через диод D. Этот ток вызывает прямое смещение диода. Носители индуцируются, и сопротивление R _B1 продолжает уменьшаться. Следовательно, потенциал на R _B1, что означает V _B1, также уменьшается.

$$V_{B1} = \left( \frac{R_{B1}}{R_{B1} + R_{B2}} \right )V_{BB}$$

Поскольку V _BB является постоянным и R _B1 уменьшается до своего минимального значения из-за концентрации легирования канала, V _B1 также уменьшается.

Фактически, внутренние сопротивления вместе называются intrinsic resistance, обозначенный как R _BB . Упомянутое выше сопротивление можно обозначить как

$$R_{BB} = R_{B1} + R_{B2}$$

$$\left( \frac{R_{B1}}{R_{BB}} \right ) = \eta$$

Символ η используется для обозначения приложенного полного сопротивления.

Следовательно, напряжение на V _B1 представляется как

$$V_{B1} = \eta V_{BB}$$

Напряжение эмиттера определяется как

$$V_E = V_D + V_{B1}$$

$$V_E = 0.7 + V_{B1}$$

Где V _D - напряжение на диоде.

Поскольку диод смещен в прямом направлении, напряжение на нем будет 0,7 В. Таким образом, оно постоянно, и V _B1 продолжает уменьшаться. Следовательно, V _E продолжает уменьшаться. Он уменьшается до наименьшего значения, которое можно обозначить V _V, называемоеValley voltage. Напряжение, при котором включается UJT, являетсяPeak Voltageобозначается как V _P .

VI Характеристики UJT

Обсуждаемая до сих пор концепция ясно видна из следующего графика, показанного ниже.

Первоначально, когда V _E равно нулю, некоторый обратный ток IE течет до тех пор, пока значение VE не достигнет точки, в которой

$$V_E = \eta V_{BB}$$

Это точка, в которой кривая касается оси Y.

Когда V _E достигает напряжения, при котором

$$V_E = \eta V_{BB} + V_D$$

В этот момент диод смещается вперед.

Напряжение в этой точке называется V _P (Peak Voltage), а ток в этой точке называется I _P (Peak Current). Участок на графике до сих пор обозначается какCut off region поскольку UJT был в выключенном состоянии.

Теперь, когда V _E еще больше увеличивается, сопротивление R _B1, а затем и напряжение V ₁ также уменьшаются, но ток через него увеличивается. ЭтоNegative resistance property и поэтому эта область называется Negative resistance region.

Теперь напряжение V _E достигает определенной точки, дальнейшее увеличение которой приводит к увеличению напряжения на R _B1 . Напряжение в этой точке называется V _V (Valley Voltage), а ток в этой точке называется I _V (Valley Current). Область после этого называетсяSaturation region.

Приложения UJT

UJT чаще всего используются в качестве релаксационных осцилляторов. Они также используются в схемах управления фазой. Кроме того, UJT широко используются для обеспечения синхронизации для цифровых схем, управления синхронизацией для различных устройств, управляемого срабатывания тиристоров и импульсной синхронизации для схем горизонтального отклонения в CRO.

An oscillatorэто устройство, которое генерирует сигнал самостоятельно, без какого-либо ввода. Хотя для работы устройства применяется некоторое постоянное напряжение, оно не будет формировать сигнал на входе. Релаксационный осциллятор - это устройство, которое производитnon-sinusoidal waveformсамостоятельно. Эта форма волны обычно зависит от постоянных времени зарядки и разрядки конденсатора в цепи.

Строительство и работа

Эмиттер UJT соединен с резистором и конденсатором, как показано. Постоянная времени RC определяет время выходного сигнала релаксационного генератора. Обе базы соединены по резистору каждая. Дано напряжение постоянного тока V _BB .

На следующем рисунке показано, как использовать UJT в качестве генератора релаксации.

Первоначально напряжение на конденсаторе равно нулю.

$$V_c = 0$$

UJT находится в выключенном состоянии. РезисторR обеспечивает путь для конденсатора C для зарядки через приложенное напряжение.

Конденсатор заряжается в соответствии с напряжением

$$V = V_0(1 - e^{-t/RC})$$

Конденсатор обычно начинает заряжаться и продолжает заряжаться до максимального напряжения V _BB . Но в этой схеме, когда напряжение на конденсаторе достигает значения, которое позволяет UJT включиться (пиковое напряжение), конденсатор перестает заряжаться и начинает разряжаться через UJT. Теперь этот разряд продолжается до минимального напряжения, которое отключает UJT (минимальное напряжение). Этот процесс продолжается, и при отображении напряжения на конденсаторе на графике наблюдается следующая форма волны.

Таким образом, зарядка и разрядка конденсатора дает форму волны развертки, как показано выше. Время зарядки увеличивает развертку, а время разряда - уменьшение развертки. Повторение этого цикла формирует непрерывную форму выходного сигнала развертки.

Поскольку выходной сигнал имеет несинусоидальную форму, говорят, что эта схема работает как релаксирующий генератор.

Применение осциллятора релаксации

Релаксационные генераторы широко используются в функциональных генераторах, электронных звуковых сигналах, импульсных источниках питания, инверторах, поворотниках и генераторах, управляемых напряжением.

В любой системе, имеющей разные генераторы сигналов, все они должны работать синхронно. Синхронизация - это процесс достижения двух или более генераторов сигналов в некоторой контрольной точке цикла точно в одно и то же время.

Типы синхронизации

Синхронизация может быть следующих двух типов -

Индивидуальная основа

• Все генераторы работают на одной частоте.

• Все они достигают некоторой точки отсчета в цикле точно в одно и то же время.

Синхронизация с частотным разделением

• Генераторы работают на разной частоте, которая кратна друг другу.

• Все они достигают некоторой точки отсчета в цикле точно в одно и то же время.

Устройства для релаксации

Схемы релаксации - это схемы, в которых временной интервал устанавливается посредством постепенной зарядки конденсатора, причем временной интервал завершается внезапной разрядкой (релаксацией) конденсатора.

Examples - Мультивибраторы, схемы развертки, генераторы блокировки и т. Д.

Мы наблюдали в схеме генератора релаксации UJT, что конденсатор перестает заряжаться, когда включается устройство отрицательного сопротивления, такое как UJT. Затем конденсатор разряжается через него до минимального значения. Обе эти точки обозначают точки максимума и минимума напряжения развертки.

Синхронизация в релаксационных устройствах

Если необходимо снизить высокое напряжение, пиковое напряжение или напряжение пробоя формы волны развертки до более низкого уровня, можно подать внешний сигнал. Применяемый сигнал представляет собой синхронизированный сигнал, действие которого снижает пиковое напряжение или напряжение пробоя на время импульса. Синхронизирующий импульс обычно подается на эмиттер или на базу устройства с отрицательным сопротивлением. Последовательность импульсов, состоящая из регулярно расположенных импульсов, применяется для достижения синхронизации.

Хотя применяется сигнал синхронизации первых импульсы не будут иметь никакого влияния на генераторе развертки в качестве амплитуды сигнала развертки при возникновении импульса, в дополнении с амплитудой импульса меньше , чем V _P . Следовательно, генератор развертки работает несинхронизировано. Точный момент, в который включается UJT, определяется моментом возникновения импульса. Это точка, в которой сигнал синхронизации достигает синхронизации с сигналом развертки. Это видно из следующего рисунка.

Где,

• T _P - период времени импульсного сигнала
• T _O - период времени развертки сигнала
• V _P - пиковое напряжение или напряжение пробоя.
• V _V - минимальное или поддерживаемое напряжение

Для достижения синхронизации интервал синхронизации импульсов T_P должен быть меньше периода времени генератора развертки T_O, чтобы преждевременно завершить цикл развертки. Синхронизация не может быть достигнута, если интервал синхронизации импульсовT_Pбольше, чем период времени генератора развертки T _O, а также, если амплитуда импульсов недостаточно велика, чтобы преодолеть разрыв между пробоем в покое и напряжением развертки, хотя T _P меньше, чемT_O.

Частотное деление в схемах развертки

В предыдущем разделе мы заметили, что синхронизация достигается при выполнении следующих условий. Они есть

• Когда T _P <T _O

• Когда амплитуда импульса достаточна для преждевременного прекращения каждого цикла.

Удовлетворяя этим двум условиям, несмотря на то, что синхронизация достигается, мы можем часто сталкиваться с определенным интересным паттерном в развертке, касающемся времени синхронизации. Следующий рисунок иллюстрирует этот момент.

Можно заметить , что амплитуда V» _S разверток после синхронизации меньше , чем несинхронизированная амплитуда V _S . Также период времени T ₀ развертки регулируется в соответствии с периодом времени импульса, но оставляется промежуточный цикл. Это означает, что один цикл развертки равен двум циклам импульсов. Синхронизация достигается для каждого альтернативного цикла, в котором говорится

$$T_o > 2T_P$$

Времени развертки Т _О быть ограничено T _S и его амплитуда уменьшается до V» _S .

Поскольку каждый второй импульс создается синхронно с циклом развертки, этот сигнал можно понимать как схему, которая демонстрирует частотное деление в 2 раза. Следовательно, схема частотного деления получается путем синхронизации.

Генератор - это схема, которая обеспечивает alternating voltage или же current by its own, без каких-либо введенных данных. Осциллятор нуждается вamplifier а также feedbackс выхода. Обеспечиваемая обратная связь должна быть регенеративной обратной связью, которая наряду с частью выходного сигнала содержит компонент в выходном сигнале, который находится в фазе с входным сигналом. Генератор, который использует регенеративную обратную связь для генерации несинусоидального выходного сигнала, называетсяRelaxation Oscillator.

Мы уже видели релаксационный осциллятор UJT. Другой тип релаксационного осциллятора - это блокирующий осциллятор.

Блокирующий осциллятор

Блокирующий генератор - это генератор сигналов, который используется для создания узких импульсов или импульсов запуска. Получая обратную связь от выходного сигнала, он блокирует обратную связь после цикла в течение определенного заранее определенного времени. Эта особенностьblocking the output будучи an oscillator, получает имя блокирующего осциллятора.

В конструкции блокирующего генератора транзистор используется как усилитель, а трансформатор используется для обратной связи. Используемый здесь трансформаторPulse transformer. Обозначение импульсного трансформатора показано ниже.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор - это трансформатор, который соединяет источник прямоугольных импульсов электрической энергии с нагрузкой. Сохранение формы и других свойств импульсов без изменений. Это широкополосные трансформаторы сminimum attenuation и ноль или минимум phase change.

Мощность трансформатора зависит от заряда и разряда подключенного конденсатора.

Регенеративная обратная связь упрощается за счет использования импульсного трансформатора. Выход может быть подан обратно на вход в той же фазе, если правильно выбрать полярность обмотки импульсного трансформатора. Блокирующий генератор - это такой генератор свободного хода, сделанный с использованием конденсатора и импульсного трансформатора вместе с одним транзистором, который отключен на большую часть рабочего цикла, производя периодические импульсы.

Используя блокирующий генератор, возможны нестабильные и моностабильные операции. Но бистабильная работа невозможна. Давайте пройдемся по ним.

Моностабильный блокирующий осциллятор

Если блокирующему генератору требуется один импульс, чтобы изменить его состояние, он называется моностабильной схемой блокирующего генератора. Эти моностабильные блокирующие генераторы могут быть двух типов. Они есть

• Моностабильный блокирующий генератор с базовой синхронизацией
• Моностабильный блокирующий генератор с синхронизацией эмиттера

В обоих случаях резистор R синхронизации регулирует ширину затвора, которая при размещении в базе транзистора становится схемой синхронизации базы, а при размещении в эмиттере транзистора становится схемой синхронизации эмиттера.

Чтобы иметь четкое представление, давайте обсудим работу моностабильного мультивибратора с базовой синхронизацией.

Транзисторный моностабильный блокирующий генератор с синхронизацией по базе

Транзистор, импульсный трансформатор для обратной связи и резистор в базе транзистора составляют цепь моностабильного блокирующего генератора с синхронизацией по базе, запускаемого транзистором. Используемый здесь импульсный трансформатор имеет коэффициент трансформацииn: 1 где базовая схема имеет nоборотов на каждый оборот коллекторной цепи. Сопротивление R подключено последовательно к базе транзистора, который регулирует длительность импульса.

Первоначально транзистор находится в состоянии ВЫКЛ. Как показано на следующем рисунке, VBB считается нулевым или слишком низким, что незначительно.

Напряжение на коллекторе составляет V _CC , поскольку устройство выключено. Но когда на коллекторе срабатывает отрицательный триггер, напряжение снижается. Из-за полярности обмотки трансформатора напряжение на коллекторе падает, а напряжение базы растет.

Когда напряжение от базы к эмиттеру становится больше, чем напряжение включения, т. Е.

$$V_{BE} > V_\gamma$$

Затем наблюдается небольшой базовый ток. Это увеличивает ток коллектора, что снижает напряжение коллектора. Это действие накапливается дальше, что увеличивает ток коллектора и дополнительно снижает напряжение коллектора. При использовании регенеративной обратной связи, если коэффициент усиления контура увеличивается, транзистор быстро переходит в насыщение. Но это не стабильное состояние.

Затем наблюдается небольшой базовый ток. Это увеличивает ток коллектора, что снижает напряжение коллектора. Это действие накапливается дальше, что увеличивает ток коллектора и дополнительно снижает напряжение коллектора. При использовании регенеративной обратной связи, если коэффициент усиления контура увеличивается, транзистор быстро переходит в насыщение. Но это не стабильное состояние.

Когда транзистор переходит в состояние насыщения, ток коллектора увеличивается, а ток базы остается постоянным. Теперь ток коллектора медленно начинает заряжать конденсатор, и напряжение на трансформаторе падает. Из-за полярности обмотки трансформатора напряжение базы увеличивается. Это, в свою очередь, снижает базовый ток. Это кумулятивное действие переводит транзистор в состояние отключения, которое является стабильным состоянием схемы.

В output waveforms следующие -

Главный disadvantageв этой схеме заключается в том, что ширина выходного импульса не может поддерживаться стабильной. Мы знаем, что ток коллектора

$$i_c = h_{FE}i_B$$

Поскольку h _FE зависит от температуры, и ширина импульса изменяется линейно с этим, ширина выходного импульса не может быть стабильной. Также h _FE зависит от используемого транзистора.

В любом случае, этот недостаток можно устранить, если поместить резистор в эмиттер, а значит, решение является emitter timing circuit. Когда возникает вышеуказанное условие, транзистор выключается в схеме синхронизации эмиттера, и таким образом получается стабильный выходной сигнал.

Астабильный блокирующий осциллятор

Если блокирующий генератор может изменять свое состояние автоматически, он называется нестабильной схемой блокирующего генератора. Эти нестабильные блокирующие генераторы могут быть двух типов. Они есть

• Астабильный блокирующий генератор с диодным управлением
• RC-управляемый нестабильный блокирующий генератор

В нестабильном блокирующем генераторе с диодным управлением диод, помещенный в коллектор, изменяет состояние блокирующего генератора. В то время как в RC-управляемом нестабильном блокирующем генераторе синхронизирующий резистор R и конденсатор C образуют сеть в секции эмиттера для управления синхронизацией импульсов.

Чтобы иметь четкое представление, давайте обсудим работу блокирующего генератора Astable с диодным управлением.

Астабильный блокирующий генератор с диодным управлением

Астабильный блокирующий генератор с диодным управлением содержит в цепи коллектора импульсный трансформатор. Конденсатор подключен между вторичной обмоткой трансформатора и базой транзистора. Первичная обмотка трансформатора и диод соединены в коллекторе.

An initial pulse подается на коллектор транзистора для запуска процесса и оттуда no pulses are requiredи схема ведет себя как нестабильный мультивибратор. На рисунке ниже показана схема генератора нестабильной блокировки с диодным управлением.

Первоначально транзистор находится в выключенном состоянии. Для инициирования цепи на коллекторе подается отрицательный пусковой импульс. Диод, анод которого соединен с коллектором, будет в обратном смещении и будет выключен подачей этого отрицательного триггерного импульса.

Этот импульс подается на импульсный трансформатор, и из-за полярности обмотки (как показано на рисунке) индуцируется одинаковое количество напряжения без какой-либо инверсии фазы. Это напряжение течет через конденсатор к базе, внося некоторый базовый ток. Этот базовый ток создает некоторое напряжение между базой и эмиттером, которое, когда пересекает напряжение включения, переводит транзистор Q ₁ в состояние ВКЛ. Теперь коллекторный ток транзистора Q ₁ возрастает, и он подается как на диод, так и на трансформатор. Диод, который изначально был ВЫКЛЮЧЕН, теперь загорается. Напряжение, которое индуцируется в первичной обмотке трансформатора, вызывает некоторое напряжение во вторичной обмотке трансформатора, с помощью которого конденсатор начинает заряжаться.

Поскольку конденсатор не будет передавать ток во время зарядки, ток базы i _B перестает течь. Это выключает транзистор Q ₁ . Следовательно, состояние изменилось.

Теперь на диоде, который был включен, на нем есть напряжение, которое прикладывается к первичной обмотке трансформатора и индуцируется во вторичной обмотке. Теперь ток течет через конденсатор, что позволяет конденсатору разрядиться. Следовательно, ток базы i _B течет, снова включая транзистор. Формы выходных сигналов показаны ниже.

Поскольку диод помогает транзистору изменять свое состояние, эта схема управляется диодом. Кроме того, поскольку импульс запуска применяется только во время инициирования, тогда как схема продолжает изменять свое состояние самостоятельно, эта схема является нестабильным генератором. Отсюда и название «нестабильный блокирующий генератор с диодным управлением».

Другой тип схемы использует комбинацию R и C в эмиттерной части транзистора и называется RC управляемой схемой нестабильного блокирующего генератора.

До сих пор мы встречали разные импульсные схемы. Иногда возникает необходимость ограничить применение таких импульсных входов определенными периодами времени. Схема, которая помогает нам в этом аспекте, - этоSampling gate circuit. Их также называютlinear gates или же transmission gates или же selection circuits.

Эти вентили выборки помогают в выборе сигнала передачи в определенном интервале времени, для которого выходной сигнал такой же, как входной сигнал, или равен нулю в противном случае. Этот период времени выбирается с помощьюcontrol signal или же selection signal.

Ворота для отбора проб

Для строба дискретизации выходной сигнал должен быть таким же, как входной, или пропорционален входному сигналу в выбранном временном интервале, а в противном случае должен быть равен нулю. Этот выбранный период времени называетсяTransmission Period а другой период времени называется Non-transmission Period. Это выбирается с помощьюcontrol signalобозначены V _C . Следующий рисунок поясняет этот момент.

Когда управляющий сигнал V _C находится на уровне V ₁ , вентиль выборки закрыт, а когда V _C равен V ₂ , он открыт. Ширина импульса T _g указывает период времени, в течение которого применяется стробирующий импульс.

Типы ворот для отбора проб

Типы ворот для отбора проб включают:

• Unidirectional sampling sgates- Этот тип ворот для отбора проб может пропускать через них как положительные, так и отрицательные импульсы. Они построены с использованием диодов.

• Bidirectional sampling gate- Этот тип вентилей для отбора проб может пропускать через них как положительные, так и отрицательные импульсы. Они построены с использованием диодов или BJT.

Типы используемых переключателей

Вентили для отбора проб могут быть сконструированы с использованием последовательных или шунтирующих переключателей. Период времени, в течение которого переключатель должен быть открыт или закрыт, определяется сигналом стробирующего импульса. Эти переключатели заменены активными элементами, такими как диоды и транзисторы.

На следующем рисунке показаны блок-схемы пробоотборных вентилей, использующих последовательные и шунтирующие переключатели.

Сэмплерный вентиль с использованием последовательного переключателя

В переключателе этого типа, если переключатель S замкнут, выход будет точно равен входу или пропорционален ему. Этот период времени будетTransmission Period.

Если переключатель S разомкнут, на выходе будет нулевой сигнал или сигнал заземления. Этот период времени будетNon-transmission Period.

Строб отбора проб с использованием шунтирующего переключателя

В переключателе этого типа, если переключатель S замкнут, на выходе будет нулевой сигнал или сигнал заземления. Этот период времени будетNon-transmission Period.

Если переключатель S разомкнут, выход будет точно равен входу или пропорционален ему. Этот период времени будетTransmission Period.

Вентили выборки полностью отличаются от логических вентилей цифровых схем. Они также представлены импульсами или уровнями напряжения. Но это цифровые ворота, и их выход не является точной копией входа. В то время как схемы затворов выборки являются аналоговыми затворами, выход которых является точной копией входа.

В следующих главах мы обсудим типы ворот для отбора проб.

Пройдя через концепцию вентилей выборки, давайте теперь попробуем понять типы вентилей выборки. Однонаправленные вентили отбора проб могут пропускать через них как положительные, так и отрицательные импульсы. Они построены с использованием диодов.

Однонаправленный вентильная схема выборки состоит из конденсатора С, диод D и два резистора R ₁ и R _L . Входной сигнал подается на конденсатор, а управляющий вход - на резистор R ₁ . Выход берется через резистор нагрузки R _L . Схема такая, как показано ниже.

Согласно принципу функционирования диода, он проводит только тогда, когда анод диода более положительный, чем катод диода. Если диод имеет положительный сигнал на входе, он проводит. Период времени, в который включен стробирующий сигнал, является периодом передачи. Следовательно, именно в тот период, когда передается входной сигнал. В противном случае передача невозможна.

На следующем рисунке показаны временные периоды входного сигнала и стробирующего сигнала.

Входной сигнал передается только в течение периода времени, в течение которого ворота включены, как показано на рисунке.

Из схемы мы имеем

На анод диода подаются два сигнала (V _S и V _C ). Если напряжение на аноде указано как V _P, а напряжение на катоде указано как V _N, то выходное напряжение получается как

$$V_o = V_P = (V_S + V_C) > V_N$$

Итак, диод находится в прямом смещенном состоянии.

$$V_O = V_S + V_1 > V_N$$

потом

$$V_O = V_S$$

Когда V ₁ = 0,

потом

$$V_O = V_S + V_1 \: Which \: means \: V_O = V_S$$

Идеальное значение V ₁ = 0.

Итак, если V ₁ = 0, на выходе появляется весь входной сигнал. Если значение V ₁ отрицательное, то часть входа теряется, а если V ₁ положительное, на выходе появляется дополнительный сигнал вместе с входом.

Все это происходит в период передачи.

В период отсутствия передачи

$$V_O = 0$$

Поскольку диод находится в обратном смещении

Когда напряжение на аноде меньше напряжения на катоде,

$$V_S + V_C < 0 \: Volts$$

В период отсутствия передачи

$$V_C = V_2$$

$$V_S + V_2 < 0$$

Величина V ₂ должна быть очень высокой, чем V _s .

$$|V_2| ≫ V_S$$

Поскольку для того, чтобы диод имел обратное смещение, сумма напряжений V _S и V _C должна быть отрицательной. V _C (который сейчас является V ₂ ) должен быть как можно более отрицательным, чтобы, хотя V _{S было} положительным, сумма обоих напряжений должна давать отрицательный результат.

Особые случаи

Теперь давайте рассмотрим несколько случаев для различных значений входных напряжений, когда управляющее напряжение имеет отрицательное значение.

Случай 1

Давайте возьмем пример, где V _S = 10 В и V _C = от -10 В (V ₁ ) до -20 В (V ₂ ).

Теперь, когда подаются эти два сигнала (V _S и V _C ), тогда напряжение на аноде будет

$$V_P = V_S + V_C$$

Поскольку речь идет о периоде передачи, для V _C рассматривается только V ₁ .

$$V_O = (10V) + (-10V) = 0V$$

Следовательно, выходной сигнал будет нулевым, хотя на него подается некоторое количество входного напряжения. Следующий рисунок поясняет этот момент.

Случай 2

Давайте возьмем пример, где V _S = 10 В и V _C = от -5 В (V ₁ ) до -20 В (V ₂ ).

Теперь, когда подаются эти два сигнала (V _S и V _C ), тогда напряжение на аноде будет

$$V_P = V_S + V_C$$

Поскольку речь идет о периоде передачи, для V _C рассматривается только V ₁ .

$$V_O = (10V) + (-5V) = 5V$$

Следовательно, выход будет 5 В. Следующий рисунок поясняет этот момент.

Случай 3

Давайте возьмем пример, где V _S = 10 В и V _C = 0 В (V ₁ ) до -20 В (V ₂ ).

Теперь, когда подаются эти два сигнала (V _S и V _C ), тогда напряжение на аноде будет

$$V_P = V_S + V_C$$

Поскольку речь идет о периоде передачи, для V _C рассматривается только V ₁ .

$$V_O = (10V) + (0V) = 10V$$

Следовательно, на выходе будет 10 В. Следующий рисунок поясняет этот момент.

Случай 4

Давайте возьмем пример, где V _S = 10 В и V _C = 5 В (V ₁ ) до -20 В (V ₂ ).

Теперь, когда подаются эти два сигнала (V _S и V _C ), тогда напряжение на аноде будет

$$V_P = V_S + V_C$$

Поскольку речь идет о периоде передачи, для V _C рассматривается только V ₁ .

$$V_O = (10V) + (5V) = 15V$$

Следовательно, на выходе будет 15 В.

На выходное напряжение влияет приложенное управляющее напряжение. Это напряжение складывается со входом для получения выходного сигнала. Следовательно, это влияет на результат.

На следующем рисунке показано наложение обоих сигналов.

Мы можем заметить, что в то время, когда подается только напряжение затвора, на выходе будет 5 В. Когда применяются оба сигнала, V _Р появляется как V _O . В период отсутствия передачи выходной сигнал равен 0 В.

Как видно из приведенного выше рисунка, разница в выходных сигналах во время периода передачи и периода отсутствия передачи, хотя (при V _S = 0) входной сигнал не применяется, называетсяPedestal. Этот пьедестал может быть положительным или отрицательным. В этом примере мы получаем положительный пьедестал на выходе.

Влияние RC на управляющее напряжение

Если входной сигнал подается до того, как управляющее напряжение достигает устойчивого состояния, на выходе возникают некоторые искажения.

Мы получаем правильный выход только тогда, когда входной сигнал подается, когда управляющий сигнал равен 0 В. Этот 0v является стабильным значением. Если входной сигнал подается до этого, возникает искажение.

Медленный рост управляющего напряжения на A происходит из-за наличия RC-цепи. Постоянная времени, являющаяся результатом RC, влияет на форму этого сигнала.

Плюсы и минусы однонаправленных ворот для отбора проб

Давайте посмотрим на преимущества и недостатки однонаправленного стробоскопа.

Преимущества

• Схема простая.

• Слишком маленькая временная задержка между входом и выходом.

• Его можно расширить до большего количества входов.

• В период отсутствия передачи ток не подается. Следовательно, в состоянии покоя рассеиваемая мощность отсутствует.

Недостатки

• Есть взаимодействие между управляющими и входными сигналами (V _C и V _S )

• По мере увеличения количества входов нагрузка на управляющий вход увеличивается.

• Выход чувствителен к управляющему входному напряжению V ₁ (верхний уровень V _C )

• В один момент времени должен применяться только один ввод.

• Из-за медленного нарастания управляющего сигнала выходной сигнал может искажаться, если входной сигнал подается до достижения установившегося состояния.

Однонаправленные схемы затвора выборки, которые мы обсуждали до сих пор, имеют один вход. В этой главе давайте обсудим еще несколько схем затвора с однонаправленной дискретизацией, которые могут обрабатывать более одного входного сигнала.

Схема затвора однонаправленной выборки состоит из конденсаторов и резисторов одного номинала. Здесь рассматривается двухвходовой однонаправленный диодный стробирующий вентиль с двумя входами. В этой схеме два конденсатора и два резистора одинакового номинала. Они соединены двумя диодами каждый.

Управляющий сигнал подается на резисторы. Выходной сигнал берется через нагрузочный резистор. На рисунке ниже показана принципиальная схема однонаправленного диодного стробирующего затвора с более чем одним входным сигналом.

Когда вводится управляющий сигнал,

При V _C = V ₁ во время периода передачи оба диода D ₁ и D ₂ смещены в прямом направлении. Теперь на выходе будет сумма всех трех входов.

$$V_O = V_{S1} + V_{S2} + V_C$$

Для V ₁ = 0v, что является идеальным значением,

$$V_O = V_{S1} + V_{S2}$$

Здесь у нас есть главное ограничение: в любой момент времени в течение периода передачи должен применяться только один вход. Это недостаток данной схемы.

В период отсутствия передачи

$$V_C = V_2$$

Оба диода будут иметь обратное смещение, что означает разомкнутую цепь.

Это делает вывод

$$V_O = 0V$$

Основным недостатком этой схемы является то, что loading of the circuitувеличивается с увеличением количества входов. Этого ограничения можно избежать с помощью другой схемы, в которой управляющий вход подается после диодов входного сигнала.

Уменьшение пьедестала

Проходя через различные типы вентилей выборки и производимые ими выходные сигналы, мы обнаружили дополнительный уровень напряжения в выходных сигналах, называемый Pedestal. Это нежелательно и создает некоторый шум.

Уменьшение пьедестала в цепи ворот

Разница в выходных сигналах во время периода передачи и периода отсутствия передачи, хотя входные сигналы не применяются, называется Pedestal. Это может быть положительный или отрицательный пьедестал.

Следовательно, это выходной сигнал, наблюдаемый из-за стробирующего напряжения, хотя входной сигнал отсутствует. Это нежелательно и должно быть сокращено. Схема ниже предназначена для уменьшения пьедестала в цепи затвора.

При подаче управляющего сигнала во время периода передачи, то есть при V ₁ , Q ₁ включается, а Q ₂ выключается, и V _CC подается через R _C на Q ₁ . В то время как во время периода отсутствия передачи, то есть в V ₂ , Q ₂ включается, а Q ₁ выключается, а V _CC подается через R _C на Q ₂ . Базовые напряжения –V _BB1 и –V _BB2 и амплитуда сигналов затвора регулируются таким образом, чтобы токи двух транзисторов были идентичными, и в результате уровень выходного напряжения покоя останется постоянным.

Если напряжение импульса затвора велико по сравнению с V _BE транзисторов, то каждый транзистор смещен намного ниже точки отсечки, когда он не проводит. Итак, когда появляется напряжение затвора, Q ₂ будет отключен до того, как Q ₁ начнет проводить, тогда как в конце затвора Q ₁ будет отключен до того, как Q ₂ начнет проводить.

Рисунок ниже поясняет это лучше.

Следовательно, стробирующие сигналы выглядят так, как на рисунке выше. Напряжение стробируемого сигнала будет наложено на эту форму волны. Эти выбросы будут иметь незначительное значение, если время нарастания сигнала затвора мало по сравнению с длительностью затвора.

Там есть несколько drawbacks этой схемы, такой как

• Определенное время подъема и спада, приводит к резким скачкам

• Постоянный ток через RC рассеивает много тепла

• Два напряжения смещения и два источника управляющих сигналов (дополняющих друг друга) усложняют схему.

Помимо этих недостатков, эта схема полезна для уменьшения пьедестала в схеме затвора.

Двунаправленные вентили, в отличие от однонаправленных, передают сигналы как положительной, так и отрицательной полярности. Эти вентили могут быть построены с использованием транзисторов или диодов. Рассмотрим схему из разных типов схем, состоящую из транзисторов, и схему, состоящую из диодов.

Двунаправленные вентили дискретизации с использованием транзисторов

Базовый двунаправленный вентиль выборки состоит из транзистора и трех резисторов. Напряжение входного сигнала V _S и управляющее входное напряжение V _C подаются через суммирующие резисторы на базу транзистора. На приведенной ниже принципиальной схеме показан затвор двунаправленной выборки с использованием транзистора.

Применяемый здесь управляющий вход V _C представляет собой форму импульса с двумя уровнями V ₁ и V ₂ и шириной импульса t _p . Эта ширина импульса определяет желаемый интервал передачи. Стробирующий сигнал позволяет передавать входной сигнал. Когда сигнал стробирования находится на нижнем уровне V ₂ , транзистор переходит в активную область. Таким образом, до тех пор, пока вход стробирования не будет поддерживаться на верхнем уровне, сигналы любой полярности, которые появляются на базе транзистора, будут дискретизированы и усилены на выходе.

Двунаправленный стробоскоп с четырьмя диодами

Схема двунаправленного стробирующего затвора также выполнена на диодах. Двухдиодный двунаправленный стробоскопический вентиль является основным в этой модели. Но у него есть несколько недостатков, таких как

• Имеет низкий коэффициент усиления
• Чувствителен к дисбалансу управляющего напряжения.
• V _{n (min)} может быть чрезмерным
• Утечка емкости диода присутствует

Для улучшения этих характеристик был разработан четырехдиодный двунаправленный стробоскопический вентиль. Схема двунаправленного затвора дискретизации была улучшена добавлением еще двух диодов и двух симметричных напряжений + v или –v, чтобы сделать схему двунаправленного затвора дискретизации из четырех диодов, как показано на рисунке.

Управляющие напряжения V _C и –V _C вызывают обратное смещение диодов D ₃ и D ₄ соответственно. Напряжения + v и –v смещают в прямом направлении диоды D ₁ и D ₂ соответственно. Источник сигнала подключен к нагрузке через резисторы R ₂ и проводящие диоды D ₁ и D ₂ . Поскольку диоды D ₃ и D ₄ смещены в обратном направлении, они открыты и отключают управляющие сигналы от затвора. Таким образом, разбаланс управляющих сигналов не повлияет на выход.

Когда прикладываемые управляющие напряжения равны V _n и –V _n , диоды D ₃ и D ₄ проводят ток. Точки P ₂ и P ₁ фиксируются на этих напряжениях, что приводит к обратному смещению диодов D ₁ и D ₂ . Теперь выход равен нулю.

Во время передачи диоды D ₃ и D ₄ выключены. Коэффициент усиления A схемы определяется выражением

$$A = \frac{R_C}{R_C + R_2} \times \frac{R_L}{R_L + (R_s/2)}$$

Следовательно, выбор приложения управляющих напряжений включает или отключает передачу. Сигналы любой полярности передаются в зависимости от стробирующих входов.

Применение ворот для отбора проб

Есть много применений схем с дискретным затвором. Самые распространенные из них следующие -

• Объемы отбора проб
• Multiplexers
• Цепи выборки и хранения
• Цифро-аналоговые преобразователи
• Усилители рубленого стабилизатора

Среди применений схем затвора выборки преобладает схема осциллографа выборки. Попробуем составить представление о блок-схеме пробоотборника.

Объем выборки

В области выборки дисплей состоит из последовательности выборок входного сигнала. Каждая из этих выборок берется во время с постепенной задержкой по отношению к некоторой контрольной точке в форме волны. Это принцип работы объема выборки, который показан ниже на блок-схеме.

В ramp generator и stair case generatorгенерирует сигналы в соответствии с применяемыми входами триггера. Вcomparator сравнивает оба этих сигнала и генерирует выходной сигнал, который затем передается в схему стробирующего элемента дискретизации в качестве управляющего сигнала.

Когда вход управления высокий, вход на sampling gate доставляется на выход, и всякий раз, когда на управляющем входе низкий уровень, вход не передается.

При отборе образцов они выбираются в моменты времени, которые постепенно задерживаются на равные приращения. Выборки состоят из импульса, длительность которого равна длительности управления стробом выборки, а амплитуда определяется величиной входного сигнала во время выборки. В этом случае ширина импульса будет низкой.

Как и в случае с импульсной модуляцией, сигнал необходимо дискретизировать и удерживать. Но поскольку ширина импульса мала, он усиливается схемой усилителя, чтобыstretch и затем передается в схему комбинации диод-конденсатор, чтобы holdсигнал, чтобы заполнить интервал следующей выборки. Выход этой схемы отдан наvertical deflection plates а выход схемы развертки подается на horizontal deflection plates области выборки для отображения формы выходного сигнала.