Импульсные схемы — Сигнал

Сигнал не только несет информацию, но также представляет состояние цепи. Функционирование любой цепи может быть изучено по сигналу, который она производит. Следовательно, мы начнем этот урок с краткого введения в сигналы.

Электронный сигнал

Электронный сигнал подобен обычному сигналу, с которым мы сталкиваемся, который указывает на что-то или сообщает о чем-то. Графическое представление электронного сигнала дает информацию о периодических изменениях параметров, таких 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 определенным изменением может иметь разные названия, такие как синусоидальный сигнал, треугольный сигнал, сигнал зубца пилы и сигнал прямоугольной формы и т. Д.

Эти сигналы в основном бывают двух типов, называемых однонаправленными и двунаправленными сигналами.

• Однонаправленный сигнал — сигнал, когда он течет только в одном направлении, который является положительным или отрицательным, такой сигнал называется однонаправленным сигналом.

  Пример — импульсный сигнал.

• Двунаправленный сигнал — сигнал, когда изменяется как в положительном, так и отрицательном направлениях, пересекающих нулевую точку, такой сигнал называется двунаправленным сигналом.

  Пример — синусоидальный сигнал.

Однонаправленный сигнал — сигнал, когда он течет только в одном направлении, который является положительным или отрицательным, такой сигнал называется однонаправленным сигналом.

Пример — импульсный сигнал.

Двунаправленный сигнал — сигнал, когда изменяется как в положительном, так и отрицательном направлениях, пересекающих нулевую точку, такой сигнал называется двунаправленным сигналом.

Пример — синусоидальный сигнал.

В этой главе мы собираемся обсудить импульсные сигналы и их характерные особенности.

Импульсный сигнал

Форма импульса формируется быстрым или внезапным переходным переходом от базового значения к более высокому или более низкому значению 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 квадратный 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 электрический выключатель получает импульсный вход, он включается / выключается в соответствии с заданным импульсным сигналом. Эти переключатели, которые генерируют импульсные сигналы, могут быть обсуждены позже.

Термины, относящиеся к импульсным сигналам

Есть несколько терминов, связанных с импульсными сигналами, которые следует знать. Это можно понять с помощью следующего рисунка.

Из приведенного выше рисунка

• Ширина импульса — длина импульса

• Период сигнала — измерение от любой точки на одном цикле до той же точки на следующем цикле

• Рабочий цикл — отношение ширины импульса к периоду.

• Время нарастания — время, необходимое для подъема с 10% до 90% максимальной амплитуды.

• Время спада — время сигнала падает от 90% до 10% его максимальной амплитуды.

• Overshoot — Происходит, когда передний фронт сигнала превышает его нормальное максимальное значение.

• Undershoot — Сказано, что происходит, когда задний фронт сигнала превышает его нормальное максимальное значение.

• Звон — как за недолетом, так и за размахом следуют затухающие колебания, известные как звон.

Ширина импульса — длина импульса

Период сигнала — измерение от любой точки на одном цикле до той же точки на следующем цикле

Рабочий цикл — отношение ширины импульса к периоду.

Время нарастания — время, необходимое для подъема с 10% до 90% максимальной амплитуды.

Время спада — время сигнала падает от 90% до 10% его максимальной амплитуды.

Overshoot — Происходит, когда передний фронт сигнала превышает его нормальное максимальное значение.

Undershoot — Сказано, что происходит, когда задний фронт сигнала превышает его нормальное максимальное значение.

Звон — как за недолетом, так и за размахом следуют затухающие колебания, известные как звон.

Затухающие колебания — это изменения сигнала, которые указывают на уменьшение амплитуды и частоты сигнала, которые бесполезны и нежелательны. Эти колебания представляют собой простые помехи, известные как звон .

В следующей главе мы объясним концепцию переключения в электронике, выполненной с использованием BJT. Мы уже обсуждали переключение с использованием диодов в нашем руководстве по электронным схемам. Пожалуйста, обратитесь.

Импульсные схемы — переключатель

Переключатель — это устройство, которое создает или разрывает цепь или контакт. Кроме того, он может конвертировать аналоговые данные в цифровые данные. Основные требования к коммутатору должны быть быстрыми и переключаться без искрения. Основными частями являются переключатель и связанные с ним схемы.

Есть три типа выключателей . Они —

• Механические выключатели
• Электромеханические переключатели или реле
• Электронные выключатели

Механические переключатели

Механические выключатели — это выключатели более старого типа, которые мы ранее использовали. Но они были заменены электромеханическими переключателями, а затем и электронными переключателями в нескольких приложениях, чтобы преодолеть недостатки первого.

Недостатки механических переключателей заключаются в следующем —

• Они имеют высокую инерцию, что ограничивает скорость работы.
• Они производят искры при разрыве контакта.
• Контакты переключателя сделаны тяжелыми, чтобы нести большие токи.

Механические переключатели выглядят как на рисунке ниже.

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

Реле

Электромеханические переключатели также называются реле . Эти переключатели являются частично механическими и частично электронными или электрическими. Они больше по размеру, чем электронные переключатели, и меньше по размеру, чем механические переключатели.

Строительство Эстафеты

Реле выполнено так, что замыкание контакта подает питание на нагрузку. Во внешней цепи у нас есть источник питания для нагрузки и источник питания катушки для управления работой реле. Внутри рычаг соединен с железным ярмом жесткой пружиной для удержания рычага вверх. Соленоид соединен с ярмом с намотанной на него рабочей катушкой. Эта катушка связана с источником питания катушки, как упоминалось.

Рисунок ниже объясняет конструкцию и работу реле.

Работа реле

Когда выключатель замкнут, устанавливается электрический путь, который возбуждает соленоид. Рычаг соединен тяжелой пружиной, которая поднимает рычаг и удерживает его. Когда соленоид получает питание, он тянет рычаг к нему, против силы натяжения пружины. Когда рычаг тянут, движущийся контакт встречает неподвижный контакт, чтобы соединить цепь. Таким образом, соединение цепи включено или установлено, и лампа светится, указывая на это.

Когда переключатель выключен, соленоид не получает ток 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 того, чтобы справиться с большой мощностью в нагрузке.
• Оператор может находиться на большем расстоянии, даже справиться с высоким напряжением.
• Нет искрения при включении или выключении.

Недостатки

• Медленно в работе
• Части 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 выполняет соединение с помощью защелки, как показано на следующем рисунке.

Существует четыре типа защелок в реле. Они —

• Однополюсный однопроходный (SPST) — этот фиксатор имеет однополюсный и брошен в один бросок для установления соединения.

• Однополюсный двойной ход (SPDT) — этот фиксатор имеет однополюсный и двойной ход для соединения. У него есть возможность установить соединение с двумя разными цепями, для которых были подключены два броска.

• Двухполюсный однопроходный (DPST) — этот фиксатор имеет двухполюсный и однопроходный для соединения. Любая из двух цепей может сделать подключение доступным для одной цепи.

• Double Pole Double Throw (DPDT) — эта защелка имеет двойной полюс и брошена в двойной ход, чтобы выполнить два соединения одновременно.

Однополюсный однопроходный (SPST) — этот фиксатор имеет однополюсный и брошен в один бросок для установления соединения.

Однополюсный двойной ход (SPDT) — этот фиксатор имеет однополюсный и двойной ход для соединения. У него есть возможность установить соединение с двумя разными цепями, для которых были подключены два броска.

Двухполюсный однопроходный (DPST) — этот фиксатор имеет двухполюсный и однопроходный для соединения. Любая из двух цепей может сделать подключение доступным для одной цепи.

Double Pole Double Throw (DPDT) — эта защелка имеет двойной полюс и брошена в двойной ход, чтобы выполнить два соединения одновременно.

На следующем рисунке показан схематический вид всех четырех типов соединений с защелкой.

Электронный переключатель

Следующий тип переключателя, который будет обсуждаться, — это электронный переключатель. Как упоминалось ранее, транзистор является наиболее часто используемым электронным переключателем из-за его высокой скорости работы и отсутствия искрения .

На следующем рисунке показана практичная электронная схема, созданная для обеспечения работы транзистора в качестве переключателя.

Транзистор работает как переключатель во включенном состоянии, когда он работает в области насыщения. Он работает как переключатель в состоянии ВЫКЛ, когда он работает в отключенной области. Он работает как усилитель в линейной области, которая лежит между транзистором и отсечкой. Чтобы иметь представление об этих областях работы, обратитесь к главе о транзисторах из учебного пособия ОСНОВНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА.

Когда внешние условия настолько устойчивы и преобладают высокие температуры, тогда простой и нормальный транзистор не подойдет. Для таких целей используется специальное устройство под названием Silicon Control Rectifier , просто SCR . Это будет подробно обсуждаться в учебнике POWER ELECTRONICS.

Преимущества электронного выключателя

Есть много преимуществ электронного переключателя, таких как

• Меньше по размеру
• Легче в весе
• Сверкающая операция
• Нет движущихся частей
• Менее подвержен износу
• Шум меньше операции
• Быстрая операция
• Дешевле, чем другие переключатели
• Меньше обслуживания
• Безотказный сервис из-за твердого состояния

Транзистор — это простой электронный переключатель, имеющий высокую рабочую скорость. Это твердотельное устройство, и все контакты просты, и поэтому во время работы исключается искрение. Мы обсудим этапы переключения в транзисторе в следующей главе.

Импульсные схемы — транзистор как переключатель

Транзистор используется в качестве электронного переключателя, приводя его либо в насыщение, либо в отключение . Область между этими двумя является линейной областью. Транзистор работает как линейный усилитель в этой области. Состояния насыщения и обрезания являются важным фактором в этом отношении.

ВКЛЮЧЕНО-ВЫКЛЮЧЕНО состояния транзистора

В работе транзистора есть две основные области, которые мы можем рассматривать как состояния ВКЛ и ВЫКЛ . Это состояния насыщения и обрезания. Давайте посмотрим на поведение транзистора в этих двух состояниях.

Работа в состоянии отключения

На следующем рисунке показан транзистор в отсечной области.

Когда база транзистора имеет отрицательное значение, транзистор переходит в отключенное состояние. Коллектор тока отсутствует. Следовательно, я _C = 0.

Напряжение V _CC, приложенное к коллектору, появляется на коллекторе резистора R _C. Следовательно,

V _CE = V _CC

Операция в области насыщения

На следующем рисунке показан транзистор в области насыщения.

Когда базовое напряжение положительное и транзистор переходит в насыщение, I _C протекает через R _C.

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

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

На самом деле, это идеальное состояние. Практически течет некоторая утечка тока. Следовательно, мы можем понять, что транзистор работает в качестве переключателя при включении в области насыщения и отсечки областей путем приложения к базе положительных и отрицательных напряжений.

Следующий рисунок дает лучшее объяснение.

Обратите внимание на линию нагрузки постоянного тока, которая соединяет I _C и V _CC . Если транзистор приводится в состояние насыщения, I _C течет полностью и V _CE = 0, что обозначено точкой A.

Если транзистор вводится в отсечку, I _C будет нулевым, а V _CE = V _CC, который обозначен точкой B. Линия, соединяющая точку насыщения A и отсеченную B, называется линией нагрузки . Поскольку приложенное напряжение является постоянным, оно называется линией нагрузки постоянного тока .

Практические соображения

Хотя все вышеупомянутые условия являются убедительными, существуют некоторые практические ограничения для получения таких результатов.

Во время состояния отключения

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

Но на практике меньший ток утечки протекает через коллектор.

Следовательно, I _C будет несколько мкА.

Это называется током утечки из коллектора, что, конечно, ничтожно мало.

Во время состояния насыщения

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

Но на практике V _CE уменьшается до некоторого значения, называемого напряжением колена .

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

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

Следовательно, тот максимальный ток I _C, который поддерживает V _CE при напряжении колена, известен как ток коллектора насыщения .

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

Транзистор, который изготовлен только для того, чтобы он работал для целей коммутации, называется коммутирующим транзистором . Это работает либо в насыщенности, либо в отрезанной области. В состоянии насыщения ток насыщения коллектора протекает через нагрузку, а в состоянии отключения ток утечки коллектора протекает через нагрузку.

Действие переключения транзистора

Транзистор имеет три области работы. Чтобы понять эффективность работы, необходимо учитывать практические потери. Итак, давайте попробуем понять, насколько эффективно работает транзистор в качестве переключателя.

В состоянии отключения (ВЫКЛ)

Базовый ток I _B = 0

Коллектор тока I _C = I _{генерального директора} (ток утечки коллектора)

Потеря мощности = выходное напряжение × выходной ток

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

Поскольку I _CEO очень маленький, а V _CC также низок, потери будут очень низкими. Следовательно, транзистор работает как эффективный переключатель в выключенном состоянии.

Во время состояния насыщения (ВКЛ)

Как обсуждалось ранее,

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

Выходное напряжение V _колена .

Потеря мощности = выходное напряжение × выходной ток

=Vколено timesIc(сел) $$= \: V_ {колено} \ times I_ {c (сел)}$$

Поскольку V _колено будет иметь небольшую ценность, потери будут низкими. Следовательно, транзистор работает как эффективный переключатель во включенном состоянии.

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

Импульсный транзистор имеет импульс на входе, а импульс с небольшими изменениями будет выходным. Есть несколько терминов, которые вы должны знать относительно времени переключения импульсного выхода. Давайте пройдемся по ним.

Пусть длительность входного импульса = T

При подаче входного импульса ток коллектора требует некоторого времени для достижения значения установившегося состояния из-за паразитных емкостей. Следующий рисунок объясняет эту концепцию.

Из рисунка выше,

• Временная задержка (t _d ) — Время, которое ток коллектора достигает от своего начального значения до 10% от своего конечного значения, называется временной задержкой .

• Время нарастания (t _r ) — Время, за которое ток коллектора достигает от 10% своего начального значения до 90% своего конечного значения, называется временем нарастания .

• Время включения (T _ON ) — сумма времени задержки (t _d ) и времени нарастания (t _r ) называется временем включения .

  T _ON = t _d + t _r

• Время хранения (t _s ) — Интервал времени между задним фронтом входного импульса до 90% от максимального значения выхода называется временем хранения .

• Время падения (t _f ) — Время, за которое ток коллектора достигает от 90% своего максимального значения до 10% от его первоначального значения, называется временем падения .

• Время выключения (T _OFF ) — Сумма времени хранения (t _s ) и времени спада (t _f ) определяется как время выключения .

  T _OFF = t _s + t _f

• Ширина импульса (Вт) — длительность выходного импульса, измеренная между двумя 50% -ными уровнями восходящей и падающей формы волны, определяется как ширина импульса .

Временная задержка (t _d ) — Время, которое ток коллектора достигает от своего начального значения до 10% от своего конечного значения, называется временной задержкой .

Время нарастания (t _r ) — Время, за которое ток коллектора достигает от 10% своего начального значения до 90% своего конечного значения, называется временем нарастания .

Время включения (T _ON ) — сумма времени задержки (t _d ) и времени нарастания (t _r ) называется временем включения .

T _ON = t _d + t _r

Время хранения (t _s ) — Интервал времени между задним фронтом входного импульса до 90% от максимального значения выхода называется временем хранения .

Время падения (t _f ) — Время, за которое ток коллектора достигает от 90% своего максимального значения до 10% от его первоначального значения, называется временем падения .

Время выключения (T _OFF ) — Сумма времени хранения (t _s ) и времени спада (t _f ) определяется как время выключения .

T _OFF = t _s + t _f

Ширина импульса (Вт) — длительность выходного импульса, измеренная между двумя 50% -ными уровнями восходящей и падающей формы волны, определяется как ширина импульса .

Импульсные схемы — Обзор мультивибратора

Цепь мультивибратора — это не что иное, как схема переключения . Он генерирует несинусоидальные волны, такие как прямоугольные волны, прямоугольные волны и волны зубьев пилы и т. Д. Мультивибраторы используются в качестве генераторов частоты, делителей частоты и генераторов задержек времени, а также в качестве элементов памяти в компьютерах и т. Д.

Транзистор в основном функционирует как усилитель в своей линейной области. Если выходной каскад транзисторного усилителя соединен с предыдущим каскадом усилителя, такое соединение называется соединенным. Если резистор используется в соединении двух ступеней такой схемы усилителя, он называется резистивным усилителем . Для получения более подробной информации обратитесь к учебному пособию УСИЛИТЕЛИ.

Что такое мультивибратор?

Согласно определению, мультивибратор представляет собой двухступенчатый резистивный усилитель с положительной обратной связью с выхода одного усилителя на вход другого .

Два транзистора соединены в обратной связи, так что один контролирует состояние другого. Следовательно, состояния ВКЛ и ВЫКЛ всей цепи и периоды времени, в течение которых транзисторы приводятся в насыщение или отключаются, управляются 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, а транзистор Q ₂ включается. Эти два состояния взаимозаменяемы в течение определенных периодов времени в зависимости от условий цепи.

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

Нестабильный мультивибратор

Астабильный мультивибратор — это такая схема, что он автоматически непрерывно переключается между двумя состояниями без применения какого-либо внешнего импульса для своей работы. Так как при этом получается непрерывный прямоугольный выходной сигнал, он называется автономным мультивибратором . Источник постоянного тока является общим требованием.

Период времени этих состояний зависит от постоянных времени используемых компонентов. Поскольку мультивибратор продолжает переключаться, эти состояния известны как квазистабильные или полустабильные состояния. Следовательно, для нестабильного мультивибратора существуют два квазистабильных состояния .

Моностабильный мультивибратор

Моностабильный мультивибратор имеет стабильное состояние и квазистабильное состояние . Это имеет триггерный вход для одного транзистора. Таким образом, один транзистор автоматически изменяет свое состояние, а другому требуется триггерный вход для изменения его состояния.

Поскольку этот мультивибратор вырабатывает один выходной сигнал для каждого импульса запуска, он называется однократным мультивибратором . Этот мультивибратор не может оставаться в квазистабильном состоянии в течение более длительного периода, пока он остается в стабильном состоянии, пока не будет получен импульс запуска.

Бистабильный мультивибратор

Бистабильный мультивибратор имеет оба стабильных состояния . Для изменения состояний требуется два триггерных импульса. Пока не будет введен триггерный вход, этот мультивибратор не может изменить свое состояние. Он также известен как мультивибратор триггера .

Поскольку триггерный импульс устанавливает или сбрасывает выходной сигнал, а некоторые данные, т. Е. Высокие или низкие, сохраняются до тех пор, пока они не будут нарушены, этот мультивибратор можно назвать триггером . Чтобы узнать больше о шлепанцах, обратитесь к нашему руководству по ЦИФРОВЫМ ЦЕПЯМ на: 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 четко обсуждаются в следующих главах.

Импульсные схемы — нестабильный мультивибратор

Нестабильный мультивибратор не имеет стабильных состояний . Когда мультивибратор включен, он просто самостоятельно меняет свои состояния после определенного периода времени, который определяется постоянными времени R _C. Источник питания постоянного тока или V _cc подается в цепь для своей работы.

Конструкция нестабильного мультивибратора

Два транзистора с именами Q ₁ и Q ₂ соединены в обратной связи друг с другом. Коллектор транзистора Q ₁ соединен с базой транзистора Q ₂ через конденсатор С ₁ и наоборот. Эмиттеры обоих транзисторов подключены к земле. Нагрузочные резисторы коллектора R ₁ и R ₄ и резисторы смещения R ₂ и R ₃ имеют одинаковые значения. Конденсаторы C ₁ и C ₂ имеют одинаковые значения.

На следующем рисунке показана принципиальная схема нестабильного мультивибратора.

Работа нестабильного мультивибратора

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

$$I_c = \ beta I_B$$

Поскольку никакие транзисторные характеристики не похожи, один из двух транзисторов говорит, что Q ₁ имеет увеличение тока коллектора и, следовательно, проводит. Коллектор Q ₁ применяется к основанию от Q ₂ до C ₁ . Это соединение позволяет применять повышенное отрицательное напряжение на коллекторе Q ₁ к базе Q _2, и его ток на коллекторе уменьшается. Это непрерывное действие заставляет ток коллектора Q ₂ дополнительно уменьшаться. Этот ток при приложении к основанию Q ₁ делает его более отрицательным и при совокупных действиях Q ₁ попадает 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 повернуть транзистор Q ₂ до насыщения. Когда это напряжение подается на базу Q ₂ , оно попадает в насыщение, уменьшая ток коллектора. Это снижение напряжения в точке B применяется к базе транзисторов Q ₁ -C _2, что делает обратное смещение Q ₁ . Последовательность этих действий приводит к отключению транзистора Q ₁ и насыщению транзистора Q ₂ . Теперь точка А имеет потенциал V _CC . Конденсатор C ₂ заряжается через R ₂ . Напряжение на этом конденсаторе C _2, когда оно 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, т. Е. От используемых значений R _C. Поскольку оба транзистора работают попеременно, выходной сигнал представляет собой прямоугольную форму с пиковой амплитудой V _CC .

Волновые

Выходные сигналы 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 как

t ₁ = 0,69R ₁ C ₁

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

t ₂ = 0,69R ₂ C ₂

Следовательно, общий период времени 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

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

преимущества

Преимущества использования нестабильного мультивибратора следующие:

• Внешний запуск не требуется.
• Схема проста
• недорогой
• Может функционировать непрерывно

Недостатки

Недостатки использования нестабильного мультивибратора следующие:

• Поглощение энергии больше внутри цепи.
• Выходной сигнал имеет низкую энергию.
• Рабочий цикл, меньший или равный 50%, не может быть достигнут.

Приложения

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

Импульсные схемы — моностабильный мультивибратор

Моностабильный мультивибратор, как следует из названия, имеет только одно стабильное состояние . Когда транзистор проводит, другой остается в непроводящем состоянии. Стабильное состояние — это такое состояние, когда транзистор остается без изменений, если он не нарушен каким-либо внешним триггерным импульсом. Поскольку Monostable работает по тому же принципу, у него есть другое название, называемое One-shot Multivibrator .

Конструкция моностабильного мультивибратора

Два транзистора Q ₁ и Q ₂ соединены в обратной связи друг с другом. Коллектор транзистора Q ₁ соединен с базой транзистора Q ₂ через конденсатор C ₁ . База Q ₁ подключена к коллектору Q ₂ через резистор R ₂ и конденсатор C. Другое напряжение питания постоянного тока -V _BB подается на базу транзистора Q ₁ через резистор R ₃ . Пусковой импульс 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 .

Один из транзисторов, когда попадает в устойчивое состояние, подается внешний триггерный импульс для изменения его состояния. После изменения своего состояния транзистор остается в этом квазистабильном состоянии или в 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 цепь включена, транзистор Q ₁ будет в выключенном состоянии, а Q ₂ — во включенном состоянии. Это стабильное состояние. Поскольку Q ₁ выключен, напряжение коллектора будет V _CC в точке A, и, следовательно, C ₁ заряжается. Положительный импульс запуска, приложенный к базе транзистора Q _1, включает транзистор. Это уменьшает напряжение коллектора, которое отключает транзистор Q ₂ . Конденсатор C ₁ начинает разряжаться в этот момент времени. Когда положительное напряжение от коллектора транзистора Q ₂ подается на транзистор Q ₁ , оно остается во включенном состоянии. Это квазистабильное состояние или метастабильное состояние.

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

Выходные сигналы

Выходные сигналы на коллекторах Q ₁ и Q ₂ вместе с триггерным входом, заданным в основании 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 как

$$T = 0.69R_1 C_1$$

Заданный вход триггера будет очень коротким, чтобы инициировать действие. Это запускает схему, чтобы изменить ее состояние со Стабильного состояния на Квазистабильное или Метастабильное или Полустабильное состояние, в котором цепь остается в течение короткого периода времени. Для одного импульса запуска будет один выходной импульс.

преимущества

Преимущества моностабильного мультивибратора следующие:

• Достаточно одного пускового импульса.
• Схема проста
• недорогой

Недостатки

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

Приложения

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

Импульсные схемы — бистабильный мультивибратор

Бистабильный мультивибратор имеет два стабильных состояния . Схема находится в любом из двух стабильных состояний. Он продолжается в этом состоянии, если только не дан внешний импульс запуска. Этот мультивибратор также известен как триггер . Эта схема называется просто Binary .

Существует несколько типов бистабильных мультивибраторов. Они как показано на следующем рисунке.

Строительство бистабильного мультивибратора

Два аналогичных транзистора Q ₁ и Q ₂ с нагрузочными резисторами R _L1 и R _L2 соединены в обратной связи друг с другом. Базовые резисторы R ₃ и R ₄ соединены с общим источником -V _BB . Резисторы обратной связи R ₁ и R ₂ шунтируются конденсаторами C ₁ и C _2, известными как коммутационные конденсаторы . Транзистор Q ₁ получает триггерный вход на базе через конденсатор C _3, а транзистор Q ₂ получает триггерный вход на своей базе через конденсатор C ₄ .

Конденсаторы C ₁ и C ₂ также известны как ускоряющие конденсаторы , так как они уменьшают время перехода , что означает время, необходимое для передачи проводимости от одного транзистора к другому.

На следующем рисунке показана принципиальная схема самосмещенного бистабильного мультивибратора.

Работа бистабильного мультивибратора

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

Применяя отрицательный триггер на базе транзистора Q ₁ или применяя положительный триггерный импульс на базе транзистора Q ₂ , это стабильное состояние не изменяется. Итак, давайте разберемся с этим, рассмотрев отрицательный импульс на базе транзистора Q ₁ . В результате увеличивается напряжение на коллекторе, что смещает транзистор Q ₂ вперед. Ток коллектора Q ₂ при подаче на базу Q ₁ , обратные смещения Q ₁ и это кумулятивное действие отключают транзистор Q ₁ и включают транзистор Q ₂ . Это еще одно стабильное состояние мультивибратора.

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

Выходные сигналы

Выходные осциллограммы на коллекторах Q ₁ и Q ₂ вместе с триггерными входами, заданными на основаниях Q _W и Q ₂ , показаны на следующих рисунках.

преимущества

Преимущества использования бистабильного мультивибратора следующие:

• Сохраняет предыдущий вывод, если не нарушен.
• Схема проста

Недостатки

Недостатки бистабильного мультивибратора заключаются в следующем —

• Требуются два вида триггерных 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.

Binary с фиксированным смещением

Бинарная схема с фиксированным смещением аналогична нестабильному мультивибратору, но с простым переключателем SPDT. Два транзистора соединены в обратной связи с двумя резисторами, причем один коллектор соединен с основанием другого. На рисунке ниже показана принципиальная схема двоичного файла с фиксированным смещением.

Чтобы понять операцию, давайте посмотрим, что переключатель находится в положении 1. Теперь транзистор Q ₁ будет выключен, так как база заземлена. Напряжение на коллекторе на выходной клемме V _O1 будет равно V _CC, что включает транзистор Q ₂ . Выход на клемме V _O2 становится НИЗКИМ. Это стабильное состояние, которое может быть изменено только внешним триггером. Переключатель в положение 2 работает как триггер.

Когда переключатель изменяется, база транзистора Q ₂ заземляется, переводя его в состояние ВЫКЛ. Напряжение коллектора на V _O2 будет равно V _CC, которое подается на транзистор Q _1, чтобы включить его. Это другое стабильное состояние. Запуск в этой схеме осуществляется с помощью SPDT-переключателя.

Существует два основных типа триггеров, предоставляемых двоичным цепям. Они есть

• Симметричный запуск
• Асимметричный запуск

Шмитт Триггер

Другим типом двоичной цепи, которую следует обсудить, является двоичная цепь с эмиттерной связью . Эта схема также называется триггерной цепью Шмитта . Эта схема рассматривается как особый тип в своем роде для своих приложений.

Основное отличие в конструкции этой схемы состоит в том, что отсутствует связь между выходом C ₂ второго транзистора и базой B1 первого транзистора, и теперь обратная связь получается через резистор R _e . Эта схема называется регенеративной, поскольку она имеет положительную обратную связь и не имеет инверсии фазы . Схема триггера Шмитта с использованием BJT показана ниже.

Изначально у нас есть Q ₁ OFF и Q ₂ ON. Напряжение, приложенное к базе Q _2, составляет V _CC через R _C1 и R ₁ . Таким образом, выходное напряжение будет

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

Когда Q ₂ включен, на R _E будет падение напряжения, которое будет (I _C2 + I _B2 ) R _E. Теперь это напряжение подается на эмиттер Q ₁ . Входное напряжение увеличивается, и до тех пор, пока Q _{1 не} достигнет напряжения включения для включения, выход остается НИЗКИМ. При включенном Q ₁ выход будет увеличиваться, так как 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 этой точке будет V _CC и остается постоянным, хотя входное напряжение еще больше увеличится.

Когда входное напряжение возрастает, 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, называется UTP (Upper Trigger Point). 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, для которого входное напряжение будет V _2, при котором Q ₂ переходит в состояние ВКЛ, называется LTP (нижняя точка запуска).

Выходные сигналы

Выходные сигналы получаются, как показано ниже.

Цепь триггера Шмитта работает как компаратор и, следовательно, сравнивает входное напряжение с двумя различными уровнями напряжения, которые называются UTP (верхняя точка запуска) и LTP (нижняя точка запуска). Если вход пересекает этот UTP, он считается ВЫСОКИМ, а если он опускается ниже этого LTP, он принимается как НИЗКИЙ. Выход будет двоичным сигналом, показывающим 1 для ВЫСОКОГО и 0 для НИЗКОГО. Следовательно, аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал. Если вход имеет промежуточное значение (между HIGH и LOW), то предыдущее значение будет выходным.

Эта концепция зависит от явления, называемого гистерезисом . Передаточные характеристики электронных схем имеют петлю, называемую гистерезисом . Это объясняет, что выходные значения зависят как от настоящих, так и от прошлых значений ввода. Это предотвращает нежелательное переключение частоты в триггерных цепях Шмитта

преимущества

Преимущества триггерной схемы Шмитта:

• Идеальные логические уровни поддерживаются.
• Это помогает избежать метастабильности.
• Предпочтительнее, чем обычные компараторы для его формирования импульса

Недостатки

Основными недостатками триггера Шмитта являются

• Если вход медленный, выход будет медленнее.
• Если на входе шумно, на выходе будет шумнее.

Применение триггера Шмитта

Цепи триггера Шмитта используются в качестве амплитудного компаратора и схемы возведения в квадрат. Они также используются в схемах кондиционирования и заточки импульсов.

Это схемы мультивибратора с использованием транзисторов. Те же самые мультивибраторы разработаны с использованием операционных усилителей, а также схем таймера IC 555, которые обсуждаются в дальнейших руководствах.

Обзор генераторов временной базы

После обсуждения основ импульсных цепей, давайте теперь рассмотрим различные схемы, которые генерируют и имеют дело с волнами зубьев пилы . Волна зубьев пилы увеличивается со временем линейно и имеет внезапное уменьшение. Это также называется сигналом временной базы . На самом деле, это идеальный выход генератора временной базы.

Что такое генератор временной базы?

Электронный генератор, который генерирует высокочастотные пилообразные волны, можно назвать Генератором временной базы . Его также можно понимать как электронную схему, которая генерирует выходное напряжение или форму волны тока, часть которой изменяется линейно со временем . Горизонтальная скорость генератора временной базы должна быть постоянной.

Чтобы отобразить изменения сигнала относительно времени на осциллографе, напряжение, которое изменяется линейно во времени, должно быть приложено к отклоняющим пластинам. Это дает сигнал развернуть луч горизонтально по экрану. Следовательно, напряжение называется Sweep Voltage . Генераторы временной базы называются цепями развертки .

Особенности сигнала временной базы

Чтобы сформировать временную форму волны в CRO или кинескопе, отклоняющее напряжение линейно возрастает со временем. Обычно используется генератор временной базы, в котором луч линейно отклоняется по экрану и возвращается в свою начальную точку. Это происходит в процессе сканирования . Катодно-лучевая трубка, а также кинескоп работают по тому же принципу. Луч отклоняется по экрану с одной стороны на другую (обычно слева направо) и возвращается в ту же точку.

Это явление называется следом и отступлением . Отклонение луча по экрану слева направо называется трассировкой , в то время как возврат луча справа налево называется возвратом или вылетом назад . Обычно этот откат не виден. Этот процесс выполняется с помощью генератора пилообразных волн, который устанавливает период времени отклонения с помощью используемых компонентов RC.

Попробуем разобраться в части зубчатой ​​волны.

В приведенном выше сигнале время, в течение которого выходной сигнал линейно увеличивается, называется временем развертки (T _S ), а время, необходимое для возврата сигнала к его начальному значению, называется временем восстановления, временем возврата или временем восстановления ( T). _г ) Оба этих периода времени вместе образуют период времени одного цикла базового сигнала времени.

Фактически, эта осциллограмма напряжения развертки, которую мы получаем, является практическим выходом схемы развертки, тогда как идеальным выводом должна быть форма волны зубца пилы, показанная на рисунке выше.

Типы генераторов базы времени

Есть два типа Генераторов базы времени. Они —

• Генераторы временной базы напряжения — Генератор временной базы, который обеспечивает форму волны выходного напряжения, которая изменяется линейно со временем, называется Генератором временной базы напряжения.

• Генератор текущей временной базы — Генератор временной базы, который обеспечивает выходной сигнал тока, который изменяется линейно со временем, называется Генератором текущей временной базы.

Генераторы временной базы напряжения — Генератор временной базы, который обеспечивает форму волны выходного напряжения, которая изменяется линейно со временем, называется Генератором временной базы напряжения.

Генератор текущей временной базы — Генератор временной базы, который обеспечивает выходной сигнал тока, который изменяется линейно со временем, называется Генератором текущей временной базы.

Приложения

Генераторы временной базы используются в CRO, телевизорах, дисплеях RADAR, системах точного измерения времени и временной модуляции.

Ошибки развертки сигналов

После генерации сигналов развертки пришло время передать их. Переданный сигнал может подвергаться отклонению от линейности. Чтобы понять и исправить возникшие ошибки, мы должны знать некоторые распространенные ошибки.

Отклонение от линейности выражается тремя различными способами. Они —

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

Давайте обсудим это подробно.

Ошибка наклона или скорости разворота ( _с )

Напряжение развертки должно увеличиваться линейно со временем. Скорость изменения напряжения развертки во времени должна быть постоянной. Это отклонение от линейности определяется как Ошибка скорости наклона или Ошибка скорости развертки .

Скорость наклона или развертки eror e _s =  fracразницавнаклонвначалоиконецизразверткиначальныйзначениеиз :наклон$\ frac {разница \: в \: наклон \: в \: \: начало \: и \: конец \: из \: развертки} {начальный \: значение \: из \ : наклон}$

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

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(фактическаяскорость) thicksim(линейнаяразверткачтопроходитначалоиокончаниеofактуальнаяразвертка)амплитудаofsweepattheendofsweeptime$\ frac {(фактическая \: скорость) \ thicksim (линейная \: развертка \: что \: проходит \: начало \: и \: окончание \: of \: актуальная \: развертка)} {амплитуда \: of \: sweep \: at \: the \: end \: of \: sweep \: time}$

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

Где V _s — фактическая развертка, а V — линейная развертка.

Ошибка передачи (e _t )

Когда сигнал развертки проходит через цепь верхних частот, выход отклоняется от входа, как показано ниже.

Это отклонение выражается как ошибка передачи.

Ошибка передачи = $\ frac {(входная информация) \: \ thicksim \ 🙁 выходная информация}} {входная информация \: at \: \: end \: of \: the \: sweep}$

$$e_t = \ frac {V′_s - V} {V′_s}$$

Где V ‘ _s является входом, а V _s является выходом в конце развертки, т.е. при t = T _s .

Если отклонение от линейности очень мало и напряжение развертки может быть аппроксимировано суммой линейных и квадратичных слагаемых в t, то три вышеуказанные ошибки связаны как

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

$$e_s = 2e_t = 8e_d$$

Ошибка скорости развертки является более доминирующей, чем ошибка смещения.

Типы генераторов базы времени

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

Напряжение Генератор времени базы

Генератор временной базы, который обеспечивает форму волны выходного напряжения, которая изменяется линейно во времени, называется Генератором временной базы напряжения.

Попробуем разобраться с базовым напряжением временной базы генератора.

Простой генератор времени и напряжения

Базовый простой RC генератор с временной базой или генератор линейного изменения или схема развертки состоит из конденсатора C, который заряжается через V _CC через последовательно соединенный 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 схема развертки RC.

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

Когда транзистор включается, он обеспечивает низкое сопротивление для быстрого разряда конденсатора. Когда транзистор находится в выключенном состоянии, конденсатор будет заряжаться экспоненциально до напряжения питания V _CC , согласно уравнению

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

куда

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

Давайте теперь попробуем узнать о различных типах генераторов временной базы.

Схема, которую мы только что обсудили, является цепью генератора времени и напряжения, поскольку она предлагает выход в виде напряжения.

Генератор текущего времени

Генератор временной базы, который обеспечивает выходную форму волны тока, которая изменяется линейно во времени, называется Генератором текущей временной базы.

Попробуем разобраться в базовом генераторе текущего времени.

Простой генератор времени

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

Транзистор, подключенный в конфигурации с общей базой, имеет ток коллектора, линейно изменяющийся с током эмиттера Когда ток эмиттера поддерживается постоянным, ток коллектора также будет близок к постоянному значению, за исключением очень меньших значений базовых напряжений коллектора.

Когда входное напряжение V _i прикладывается к базе транзистора, оно появляется на эмиттере, который вырабатывает ток эмиттера i _E, и он линейно увеличивается при увеличении V _i от нуля до его пикового значения. Ток коллектора увеличивается с увеличением тока эмиттера, поскольку i _C близко равен i _E.

Мгновенное значение тока нагрузки

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

Форма входного и выходного сигналов показана ниже.

Bootstrap Time Base Generator

Генератор развертки начальной загрузки является схемой генератора временной базы, выход которой подается на вход через обратную связь. Это увеличит или уменьшит входное сопротивление цепи. Этот процесс начальной загрузки используется для достижения постоянного зарядного тока.

Строительство Bootstrap Time Base Generator

Цепь генератора временной базы багажного ремня состоит из двух транзисторов, Q _1, который действует как переключатель, и Q _2, который действует как повторитель эмиттера. Транзистор Q ₁ подключен с использованием входного конденсатора C _B на его базе и резистора с R _B по V _CC . Коллектор транзистора Q ₁ соединен с базой транзистора Q ₂ . Коллектор Q ₂ подключен к V _{CC, в} то время как его эмиттер снабжен резистором R _E, через который проходит выход.

Взят диод D, анод которого подключен к V _CC, а катод подключен к конденсатору C _2, который подключен к выходу. Катод диода D также подключен к резистору R, который, в свою очередь, подключен к конденсатору C ₁ . Это C ₁ и R связаны 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 базы загрузочного ремня.

Работа Bootstrap Time Base Generator

Перед применением стробирующего сигнала при t = 0, поскольку транзистор получает достаточно базового привода от V _CC через R _B , Q ₁ включен, а Q ₂ выключен. Конденсатор C ₂ заряжается до V _CC через диод D. Затем отрицательный импульс запуска от стробирующего сигнала моностабильного мультивибратора подается на основание Q _1, которое выключает Q ₁ . Конденсатор C ₂ теперь разряжается, и конденсатор C ₁ заряжается через резистор R. Поскольку конденсатор C ₂ имеет большое значение емкости, его уровни напряжения (заряд и разряд) изменяются с более медленной скоростью. Следовательно, он разряжается медленно и поддерживает почти постоянное значение во время генерации линейного изменения на выходе Q ₂ .

В течение времени нарастания диод D смещен в обратном направлении. Конденсатор C ₂ обеспечивает небольшой ток I _C1 для зарядки конденсатора C ₁ . Поскольку значение емкости высокое, хотя оно и обеспечивает ток, его заряд не имеет большого значения. Когда Q ₁ включается в конце времени замедления, C ₁ быстро разряжается до своего начального значения. Это напряжение появляется через V _O. Следовательно, диод D снова смещается вперед, и конденсатор C ₂ получает импульс тока, чтобы восстановить свой небольшой заряд, потерянный во время зарядки C ₁ . Теперь схема готова к производству другого линейного выхода.

Конденсатор C2, который помогает в подаче некоторого тока обратной связи на конденсатор C1, действует как обвязочный конденсатор, который обеспечивает постоянный ток.

Выходные сигналы

Выходные сигналы получаются, как показано на следующем рисунке.

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

преимущество

Основное преимущество этого генератора рампы загрузки состоит в том, что рампа выходного напряжения очень линейная, а амплитуда рампы достигает уровня напряжения питания.

Импульсные схемы — Генератор развертки Миллера

Транзисторная схема генератора времени по Миллеру является популярной интегральной схемой Миллера, которая генерирует форму развертки. Это главным образом используется в горизонтальных кругооборотах.

Давайте попробуем понять конструкцию и работу схемы генератора времени по Миллеру.

Конструкция развертки Миллера

Цепь генератора временной базы Миллера состоит из переключателя и схемы синхронизации на начальной стадии, чей вход берется из схемы генератора затвора Шмитта. Следующая секция усилителя имеет три каскада, первый из которых является повторителем излучателя , второй — усилителем, а третий — также повторителем излучателя .

Схема повторителя излучателя обычно действует как буферный усилитель . Он имеет низкий выходной импеданс и высокий входной импеданс . Низкий выходной импеданс позволяет цепи работать с большой нагрузкой. Высокий входной импеданс удерживает цепь от не нагружения предыдущей цепи. Последняя секция следящего излучателя не будет загружать предыдущую секцию усилителя. Из-за этого усиление усилителя будет высоким.

Конденсатор C, помещенный между основанием Q ₁ и эмиттером Q _3, является временным конденсатором. Значения R и C, а также изменение уровня напряжения V _BB изменяют скорость развертки. На рисунке ниже показана схема генератора временной базы Миллера.

Работа генератора развертки Миллера

Когда на выходе триггерного генератора Шмитта подается отрицательный импульс, транзистор Q ₄ включается, и ток эмиттера протекает через R ₁ . Излучатель находится под отрицательным потенциалом, и то же самое применяется на катоде диода D, что делает его смещенным вперед. Поскольку конденсатор C здесь обойден, он не заряжен.

Применение триггерного импульса повышает выходной сигнал затвора Шмитта, что, в свою очередь, отключает транзистор Q ₄ . Теперь на эмиттер Q ₄ подается напряжение _{10 В,} которое заставляет ток течь через R _1, что также делает диод D смещенным в обратном направлении. Когда транзистор Q ₄ находится в состоянии отключения, конденсатор C заряжается от V _BB до R и обеспечивает выходной сигнал развертки по истечению на эмиттере Q ₃ . Конденсатор C разряжается через D и транзистор Q ₄ в конце развертки.

Учитывая влияние емкости C ₁ , ошибка скорости наклона или скорости развертки определяется как

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

Приложения

Цепи развертки Миллера являются наиболее часто используемыми интегральными схемами во многих устройствах. Это широко используемый генератор зубьев пилы.

Импульсные схемы — однопереходный транзистор

Однопереходный транзистор — это такой транзистор, который имеет один PN-переход, но все же не является диодом. Однопереходный транзистор, или просто UJT, имеет эмиттер и две базы, в отличие от обычного транзистора. Этот компонент особенно известен своим свойством отрицательного сопротивления, а также его применением в качестве генератора релаксации.

Строительство UJT

Считается, что стержень из высокоомного кремния n-типа образует базовую структуру. Два омических контакта проведены на обоих концах, являющихся обоими основаниями. К нему прикреплена алюминиевая стержневая структура, которая становится излучателем. Этот излучатель лежит рядом с основанием 2 и немного далеко от основания1. Оба из них соединяются, чтобы сформировать соединение PN. Поскольку присутствует одиночный PN переход, этот компонент называется однопереходным транзистором .

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

В символе излучатель обозначен наклонной стрелкой, а оставшиеся два конца обозначают основания. Поскольку UJT понимается как комбинация диода и некоторого сопротивления, внутренняя структура UJT может быть обозначена эквивалентной диаграммой для объяснения работы UJT.

Работа UJT

Работу UJT можно понять по его эквивалентной схеме. Напряжение, подаваемое на излучатель, обозначается как V _E, а внутреннее сопротивление обозначается как R _B1 и R _B2 на базах 1 и 2 соответственно. Оба сопротивления, присутствующие внутри, вместе называются внутренним сопротивлением , обозначенным как R _BB . Напряжение на RB1 можно обозначить как V ₁ . Напряжение постоянного тока, приложенное для функционирования цепи, 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 в обратном смещении. Напряжение на диоде будет VB, которое является барьерным напряжением эмиттерного диода. Из-за применения V _BB некоторое напряжение появляется в точке A. Таким образом, общее напряжение будет V _A + V _B.

Теперь, если напряжение эмиттера V _E увеличивается, ток I _E течет через диод D. Этот ток делает диод смещенным вперед. Носители индуцируются, и сопротивление R _B1 продолжает уменьшаться. Следовательно, потенциал через 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, сопротивления, присутствующие внутри, вместе называются внутренним сопротивлением , обозначенным как R _BB . Упомянутое выше сопротивление может быть обозначено как

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

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

Символ η используется для обозначения общего сопротивления.

Следовательно, напряжение на V _B1 представляется как

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

Напряжение эмиттера дано как

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

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

Где V _D — напряжение на диоде.

Когда диод смещается вперед, напряжение на нем будет 0,7 В. Итак, это константа, и V _B1 продолжает уменьшаться. Следовательно, V _E продолжает уменьшаться. Он уменьшается до наименьшего значения, которое можно обозначить как V _V, называемое напряжением по долине . Напряжение, при котором включается UJT, является пиковым напряжением, обозначаемым как V _P.

VI Характеристики UJT

Концепция, обсуждаемая до сих пор, ясно понятна 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, где кривая касается оси Y.

Когда V _E достигает напряжения где

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

В этот момент диод смещается вперед.

Напряжение в этой точке называется V _P ( пиковое напряжение ), а ток в этой точке называется I _P ( пиковый ток ). Часть на графике до сих пор называется Обрезанной областью, поскольку UJT находился в состоянии ВЫКЛ.

Теперь, когда V _E дополнительно увеличивается, сопротивление R _B1 и затем напряжение V ₁ также уменьшаются, но ток через него увеличивается. Это свойство отрицательного сопротивления, и, следовательно, эта область называется областью отрицательного сопротивления .

Теперь напряжение V _E достигает определенной точки, где дальнейшее увеличение приводит к увеличению напряжения на R _B1 . Напряжение в этой точке называется V _V ( Напряжение Долины ), а ток в этой точке называется I _V ( Ток Долины ). Область после этого называется областью насыщения .

Приложения UJT

UJTs наиболее заметно используются в качестве релаксационных генераторов. Они также используются в схемах управления фазой. Кроме того, UJT широко используются для обеспечения синхронизации цифровых цепей, управления синхронизацией для различных устройств, контролируемой стрельбы в тиристорах и синхроимпульса для цепей с горизонтальным отклонением в CRO.

UJT как генератор расслабления

Осциллятор — это устройство, которое генерирует сигнал самостоятельно, без какого-либо ввода. Хотя для работы устройства подается некоторое постоянное напряжение, оно не будет генерировать какую-либо форму волны в качестве входного сигнала. Релаксационный генератор — это устройство, которое самостоятельно генерирует несинусоидальную форму волны . Эта форма сигнала обычно зависит от постоянных времени зарядки и разрядки конденсатора в цепи.

Строительство и работа

Эмиттер UJT соединен с резистором и конденсатором, как показано на рисунке. Постоянная времени RC определяет временные характеристики выходного сигнала генератора релаксации. Обе базы соединены резистором каждая. Источник постоянного напряжения V _BB приведен.

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

Первоначально напряжение на конденсаторе равно нулю.

$$V_c = 0$$

UJT находится в состоянии ВЫКЛ. Резистор R обеспечивает путь для зарядки конденсатора С через приложенное напряжение.

Конденсатор заряжается в соответствии с напряжением

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

Конденсатор обычно начинает заряжаться и продолжает заряжаться до достижения максимального напряжения V _BB . Но в этой схеме, когда напряжение на конденсаторе достигает значения, которое позволяет UJT включиться (пиковое напряжение), тогда конденсатор прекращает заряжаться и начинает разряжаться через UJT. Теперь эта разрядка продолжается до минимального напряжения, которое выключает UJT (напряжение впадины). Этот процесс продолжается, и напряжение на конденсаторе, когда указано на графике, наблюдается следующая форма волны.

Таким образом, заряд и разряд конденсатора создает форму развертки, как показано выше. Время зарядки вызывает увеличение развертки, а время разряда — уменьшение развертки. Повторение этого цикла формирует непрерывную форму развертки выходного сигнала.

Поскольку выходной сигнал представляет собой несинусоидальную форму волны, говорят, что эта схема работает как генератор релаксации.

Применение Осциллятора Релаксации

Релаксационные генераторы широко используются в функциональных генераторах, электронных биперах, SMPS, инверторах, поворотниках и генераторах, управляемых напряжением.

Импульсные схемы — синхронизация

В любой системе, имеющей разные генераторы сигналов, все они должны работать синхронно. Синхронизация — это процесс, при котором два или более генератора сигналов достигают некоторой контрольной точки в цикле 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 контрольной точки в цикле ровно в одно и то же время.

Все генераторы работают на одной частоте.

Все они достигают некоторой контрольной точки в цикле ровно в одно и то же время.

Синхронизация с частотным разделением

• Генераторы работают на разных частотах, которые являются кратными друг другу.

• Все они достигают некоторой контрольной точки в цикле ровно в одно и то же время.

Генераторы работают на разных частотах, которые являются кратными друг другу.

Все они достигают некоторой контрольной точки в цикле ровно в одно и то же время.

Релаксационные устройства

Релаксационные схемы — это схемы, в которых временной интервал устанавливается посредством постепенной зарядки конденсатора, причем временной интервал заканчивается внезапным разрядом (релаксацией) конденсатора.

Примеры — мультивибраторы, схемы развертки, блокирующие генераторы и т. Д.

В схеме генератора релаксации UJT мы наблюдали, что конденсатор прекращает зарядку, когда включается устройство с отрицательным сопротивлением, такое как UJT. Затем конденсатор разряжается, чтобы достичь своего минимального значения. Обе эти точки обозначают точки максимального и минимального напряжения формы развертки.

Синхронизация в устройствах релаксации

Если высокое напряжение или пиковое напряжение или напряжение пробоя формы волны развертки необходимо снизить до более низкого уровня, то может быть применен внешний сигнал. Этот сигнал, который должен быть применен, является синхронизированным сигналом, воздействие которого понижает напряжение пикового или пробивного напряжения на время импульса. Синхронизирующий импульс обычно подается на эмиттер или на основание устройства с отрицательным сопротивлением. Последовательность импульсов с равномерно распределенными импульсами применяется для достижения синхронизации.

Хотя сигнал синхронизации подается, первые несколько импульсов не будут влиять на генератор развертки, так как амплитуда сигнала развертки при появлении импульса, кроме того, с амплитудой импульса меньше, чем V _P. Следовательно, генератор развертки работает несинхронизировано. Точный момент включения UJT определяется моментом появления импульса. Это точка, в которой сигнал синхронизации достигает синхронизации с сигналом развертки. Это можно наблюдать на следующем рисунке.

Куда,

• T _P — период времени импульсного сигнала
• T _O — период времени сигнала развертки
• V _P — пиковое или пробивное напряжение
• V _V — Долина или Поддерживающее напряжение

Для достижения синхронизации интервал T _P тактового импульса должен быть меньше периода времени генератора T _O развертки, чтобы он преждевременно завершал цикл развертки. Синхронизация не может быть достигнута, если временной интервал T _P импульсов больше, чем период времени генератора T _O развертки, а также, если амплитуда импульсов недостаточно велика, чтобы преодолеть разрыв между паузой пробоя и напряжением развертки, хотя T _P меньше, чем T _O.

Частотное деление в цепях развертки

В предыдущей теме мы наблюдали, что синхронизация достигается, когда выполняются следующие условия. Они есть

• Когда Т _П <Т _О

• При этом амплитуда импульса достаточна для преждевременного завершения каждого цикла.

Когда Т _П <Т _О

При этом амплитуда импульса достаточна для преждевременного завершения каждого цикла.

Удовлетворяя этим двум условиям, хотя синхронизация достигается, мы часто можем столкнуться с определенным интересным шаблоном в развертке в отношении синхронизации времени. Следующий рисунок иллюстрирует эту точку.

Мы можем наблюдать, что амплитуда V ‘ _S развертки после синхронизации меньше, чем несинхронизированная амплитуда V _S. Также период времени T _O развертки регулируется в соответствии с периодом времени импульса, но оставляя промежуточный цикл. Это означает, что один цикл развертки сделан равным двум импульсным циклам. Синхронизация достигается для каждого альтернативного цикла, в котором говорится

$$T_o&amp;gt; 2T_P$$

Время развертки T _O ограничивается T _S, а его амплитуда уменьшается до V ‘ _S.

Поскольку каждый второй импульс создается синхронно с циклом развертки, этот сигнал можно понимать как схему, которая демонстрирует частотное разделение с коэффициентом 2. Следовательно, схема частотного разделения получается посредством синхронизации.

Импульсные схемы — блокирующие генераторы

Генератор представляет собой схему, которая самостоятельно генерирует переменное напряжение или ток без какого-либо ввода. Осциллятору нужен усилитель, а также обратная связь с выхода. Предоставляемая 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. Осциллятор, который использует регенеративную обратную связь для генерации несинусоидального выхода, называется Осциллятором релаксации .

Мы уже видели UJT релаксационный генератор. Другой тип генератора релаксации — это блокирующий генератор.

Блокирующий генератор

Блокирующий генератор — это генератор сигналов, который используется для создания узких импульсов или триггерных импульсов. Имея обратную связь с выходным сигналом, она блокирует обратную связь после цикла в течение определенного предварительно определенного времени. Эта особенность блокировки выхода , будучи осциллятором , возвращает ему имя блокирующего генератора.

В конструкции блокирующего генератора транзистор используется в качестве усилителя, а трансформатор — для обратной связи. Используемый здесь трансформатор является импульсным трансформатором . Символ импульсного трансформатора показан ниже.

Импульсный трансформатор

Импульсный трансформатор — это тот, который соединяет источник прямоугольных импульсов электрической энергии с нагрузкой. Сохранение формы и других свойств импульсов без изменений. Это широкополосные трансформаторы с минимальным затуханием и нулевым или минимальным изменением фазы .

Выход трансформатора зависит от заряда и разряда подключенного конденсатора.

Регенеративная обратная связь облегчается с помощью импульсного трансформатора. Выход может быть возвращен на вход в той же фазе путем правильного выбора полярности обмотки импульсного трансформатора. Блокирующий генератор представляет собой такой генератор, работающий вхолостую и изготовленный с использованием конденсатора и импульсного трансформатора, а также одного транзистора, который отключается в течение большей части рабочего цикла, создавая периодические импульсы.

При использовании блокирующего генератора возможны операции Astable и Monostable. Но Бистабильная операция невозможна. Давайте пройдемся по ним.

Моностабильный блокирующий генератор

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

• Моностабильный блокирующий генератор с базовой синхронизацией
• Моностабильный блокирующий генератор с синхронизацией излучателя

В обоих случаях синхронизирующий резистор R управляет шириной затвора, которая при размещении в базе транзистора становится базовой схемой синхронизации, а при помещении в эмиттер транзистора становится схемой синхронизации эмиттера.

Чтобы иметь четкое понимание, давайте обсудим работу базового таймера моностабильного мультивибратора.

Транзисторный триггерный моностабильный блокирующий генератор с базовой синхронизацией

Транзистор, импульсный трансформатор для обратной связи и резистор в базе транзистора составляют схему транзисторного моностабильного блокирующего генератора с синхронизацией базы. Используемый здесь импульсный трансформатор имеет отношение витков n: 1, где базовая цепь имеет n витков на каждый виток в цепи коллектора. Сопротивление R подключено последовательно к базе транзистора, который контролирует длительность импульса.

Первоначально транзистор находится в выключенном состоянии. 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 коллектор подается отрицательный триггер, напряжение снижается. Из-за полярности обмотки трансформатора напряжение коллектора падает, а напряжение базы увеличивается.

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

$$V_ {BE}&amp;gt; V_ \ gamma$$

Затем наблюдается небольшой базовый ток. Это повышает ток коллектора, который уменьшает напряжение коллектора. Это действие накапливается еще больше, что увеличивает ток коллектора и еще больше уменьшает напряжение коллектора. При действии регенеративной обратной связи, если усиление контура увеличивается, транзистор быстро насыщается. Но это не стабильное состояние.

Затем наблюдается небольшой базовый ток. Это повышает ток коллектора, который уменьшает напряжение коллектора. Это действие накапливается еще больше, что увеличивает ток коллектора и еще больше уменьшает напряжение коллектора. При действии регенеративной обратной связи, если усиление контура увеличивается, транзистор быстро насыщается. Но это не стабильное состояние.

Когда транзистор попадает в насыщение, ток коллектора увеличивается и ток базы постоянен. Теперь ток коллектора начинает медленно заряжать конденсатор, и напряжение на трансформаторе уменьшается. Из-за полярности обмотки трансформатора базовое напряжение увеличивается. Это в свою очередь уменьшает базовый ток. Это кумулятивное действие переводит транзистор в состояние отключения, которое является стабильным состоянием цепи.

Выходные сигналы следующие:

Основным недостатком этой схемы является то, что ширина импульса на выходе не может быть стабильной. Мы знаем, что ток коллектора

$$i_c = h_ {FE} i_B$$

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

В любом случае, этот недостаток может быть устранен, если резистор установлен в эмиттере, что означает, что решением является схема синхронизации эмиттера . Когда вышеупомянутое условие происходит, транзистор выключается в цепи синхронизации эмиттера, и, таким образом, получается стабильный выходной сигнал.

Нестабильный блокирующий генератор

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

• Управляемый диодом генератор нестабильной блокировки
• RC управляемый нестабильный генератор колебаний

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

Чтобы иметь четкое понимание, давайте обсудим работу блокирующего генератора с управляемым диодом Astable.

Управляемый диодом генератор нестабильной блокировки

Управляемый диодом генератор нестабильной блокировки содержит импульсный трансформатор в цепи коллектора. Конденсатор подключен между вторичной обмоткой трансформатора и базой транзистора. Первичный трансформатор и диод соединены в коллекторе.

Начальный импульс подается на коллектор транзистора, чтобы инициировать процесс, и оттуда импульсы не требуются, и схема ведет себя как нестабильный мультивибратор. На рисунке ниже показана схема управляемого диодом генератора нестабильной блокировки.

Первоначально транзистор находится в выключенном состоянии. Для инициирования цепи на коллектор подается отрицательный импульс запуска. Диод, анод которого подключен к коллектору, будет в состоянии обратного смещения и будет отключен при применении этого отрицательного триггерного импульса.

Этот импульс подается на импульсный трансформатор, и из-за полярности обмотки (как показано на рисунке) такое же количество напряжения индуцируется без какой-либо инверсии фазы. Это напряжение течет через конденсатор к базе, внося некоторый базовый ток. Этот базовый ток создает некоторое напряжение базы к эмиттеру, которое, когда оно пересекает напряжение включения, переводит транзистор Q ₁ во включенное состояние. Теперь ток коллектора транзистора Q ₁ повышается, и он подается как на диод, так и на трансформатор. Диод, который изначально выключен, теперь включается. Напряжение, которое индуцируется в первичной обмотке трансформатора, вызывает некоторое напряжение во вторичной обмотке трансформатора, с помощью которого конденсатор начинает заряжаться.

Поскольку конденсатор не будет подавать ток во время зарядки, базовый ток i _B прекращает течь. Это отключает транзистор Q ₁ . Отсюда состояние меняется.

Теперь диод, который был включен, имеет некоторое напряжение на нем, которое подается на первичную обмотку трансформатора, которая наводится на вторичную обмотку. Теперь ток течет через конденсатор, который позволяет конденсатору разряжаться. Следовательно, базовый ток i _B протекает, снова включая транзистор. Выходные сигналы, как показано ниже.

Поскольку диод помогает транзистору изменить его состояние, эта схема управляется диодом. Кроме того, поскольку импульс запуска подается только во время инициирования, в то время как схема продолжает самостоятельно изменять свое состояние, эта схема является нестабильным генератором. Отсюда и название контролируемого диодом генератора нестабильной блокировки.

Схема другого типа использует комбинацию R и C в эмиттерной части транзистора, и она называется управляемой RC цепью нестабильного блокирующего генератора.

Импульсные схемы — ворота отбора проб

До сих пор мы сталкивались с различными импульсными схемами. Время от времени возникает необходимость ограничить применение таких импульсных входов определенными периодами времени. Схема, которая помогает нам в этом аспекте, является схемой логических элементов . Они также называются линейными затворами или затворами передачи или схемами выбора .

Эти вентили дискретизации помогают в выборе сигнала передачи в определенном интервале времени, для которого выходной сигнал такой же, как входной сигнал, или ноль в противном случае. Этот период времени выбирается с помощью управляющего сигнала или сигнала выбора .

Выборочные ворота

Для логического элемента выборки выходной сигнал должен быть таким же, как входной сигнал, или пропорционален входному сигналу в выбранном интервале времени и в противном случае должен быть равен нулю. Этот выбранный период называется периодом передачи, а другой период называется периодом отсутствия передачи . Это выбирается с помощью управляющего сигнала, обозначенного V _C. Следующий рисунок объясняет этот момент.

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

Типы пробоотборных ворот

Типы ворот для отбора проб включают в себя —

• Однонаправленные шлюзы для отбора проб — Эти типы вентилей для отбора проб могут пропускать через них либо положительные, либо отрицательные импульсы. Они построены с использованием диодов.

• Двунаправленный пробоотборник — этот тип пробоотборников может пропускать как положительные, так и отрицательные импульсы. Они построены с использованием либо диодов, либо BJT.

Однонаправленные шлюзы для отбора проб — Эти типы вентилей для отбора проб могут пропускать через них либо положительные, либо отрицательные импульсы. Они построены с использованием диодов.

Двунаправленный пробоотборник — этот тип пробоотборников может пропускать как положительные, так и отрицательные импульсы. Они построены с использованием либо диодов, либо BJT.

Типы используемых выключателей

Ворота для отбора проб могут быть построены 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 вентилей отбора проб с использованием серийных и шунтирующих переключателей.

Ворота отбора проб с использованием серийного коммутатора

В этом типе переключателя, если переключатель S замкнут, выход будет точно равен или пропорционален входу. Этот период времени будет периодом передачи .

Если переключатель S разомкнут, на выходе будет нулевой сигнал или сигнал заземления. Этот период времени будет периодом отсутствия передачи .

Ворота отбора проб с помощью шунтирующего переключателя

В этом типе переключателя, если переключатель S замкнут, на выходе будет нулевой сигнал или сигнал заземления. Этот период времени будет периодом отсутствия передачи .

Если переключатель S разомкнут, выход будет точно равен или пропорционален входу. Этот период времени будет периодом передачи .

Ворота выборки полностью отличаются от логических элементов цифровых схем. Они также представлены импульсами или уровнями напряжения. Но они являются цифровыми воротами, и их вывод не является точной копией ввода. Принимая во внимание, что схемы стробирования дискретизации являются аналоговыми вентилями, выход которых является точной копией входа.

В следующих главах мы обсудим типы вентилей для отбора проб.

Однонаправленные ворота отбора проб

Рассмотрев концепцию пробоотборников, давайте теперь попробуем разобраться с типами пробоотборников. Однонаправленные вентили для отбора проб могут пропускать через них как положительные, так и отрицательные импульсы. Они построены с использованием диодов.

Однонаправленная схема затвора дискретизации состоит из конденсатора C, диода D и двух резисторов R ₁ и R _L. Входной сигнал подается на конденсатор, а управляющий вход подается на резистор R ₁ . Выход берется через нагрузочный резистор R _L. Схема, как показано ниже.

Согласно функционированию диода, он проводит только тогда, когда анод диода является более положительным, чем катод диода. Если диод имеет положительный сигнал на своем входе, он проводит. Период времени, в течение которого сигнал затвора включен, является периодом передачи. Следовательно, именно в этот период передается входной сигнал. В противном случае передача невозможна.

На следующем рисунке показаны периоды времени входного сигнала и сигнала затвора.

Входной сигнал передается только в течение периода времени, в течение которого гейт включен, как показано на рисунке.

Из схемы, которую мы имеем,

Анод диода подается с двумя сигналами (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

$$V_o = V_P = (V_S + V_C)&amp;gt; V_N$$

Таким образом, диод находится в прямом смещенном состоянии.

$$V_O = V_S + V_1&amp;gt; V_N$$

затем

$$V_O = V_S$$

Когда V ₁ = 0,

затем

VO=VS+V1ЧтоозначаетVO=VS $$V_O = V_S + V_1 \: Что \: означает \: V_O = V_S$$

Идеальное значение V ₁ = 0.

Таким образом, если V ₁ = 0, весь входной сигнал появляется на выходе. Если значение V ₁ является отрицательным, то часть входа теряется, а если V ₁ является положительным, на выходе появляется дополнительный сигнал вместе с входом.

Все это происходит во время передачи.

В период отсутствия передачи

$$V_O = 0$$

Как диод в обратном смещенном состоянии

Когда напряжение на аноде меньше напряжения на катоде,

VS+VC<0Вольт $$V_S + V_C &amp;lt;0 \: Вольт$$

В период отсутствия передачи

$$V_C = V_2$$

$$V_S + V_2 &amp;lt;0$$

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

$$ | V_2 | ≫ V_S $$

Поскольку для диода должно быть обратное смещение, сумма напряжений V _S и V _C должна быть отрицательной. V _C (сейчас это V ₂ ) должно быть как можно более отрицательным, так что, хотя V _S положительно, сумма обоих напряжений должна давать отрицательный результат.

Особые случаи

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

Случай 1

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

Теперь, когда эти два сигнала подаются, (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 .

$$V_O = (10 В) + (-10 В) = 0 В$$

Следовательно, выходной сигнал будет нулевым, хотя некоторое количество входного напряжения приложено. Следующий рисунок объясняет этот момент.

Дело 2

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

Теперь, когда эти два сигнала подаются, (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 .

$$V_O = (10 В) + (-5 В) = 5 В$$

Следовательно, на выходе будет 5 В. Следующий рисунок объясняет этот момент.

Дело 3

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

Теперь, когда эти два сигнала подаются, (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 .

$$V_O = (10 В) + (0 В) = 10 В$$

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

Дело 4

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

Теперь, когда эти два сигнала подаются, (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 .

$$V_O = (10 В) + (5 В) = 15 В$$

Следовательно, на выходе будет 15 В.

Выходное напряжение зависит от приложенного управляющего напряжения. Это напряжение складывается со входом, чтобы произвести выход. Следовательно, это влияет на результат.

На следующем рисунке показано наложение обоих сигналов.

Мы можем наблюдать, что в то время, когда подается только напряжение на затворе, выход будет 5В. Когда оба сигнала применяются, V _P появляется как V _O. В течение периода отсутствия передачи выход составляет 0В.

Как видно из приведенного выше рисунка, разница в выходных сигналах в течение периода передачи и периода отсутствия передачи, хотя (при V _S = 0) входной сигнал не применяется, называется пьедесталом . Этот постамент 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 установившегося состояния, на выходе возникают некоторые искажения.

Мы получаем правильный выход только тогда, когда входной сигнал подается, когда сигнал управления равен 0v. Это 0v является стабильным значением. Если входной сигнал подается до этого, происходит искажение.

Медленный рост управляющего напряжения на A обусловлен наличием RC-цепи. Постоянная времени, которая является результатом RC, влияет на форму этой формы волны.

Плюсы и минусы однонаправленных ворот для отбора проб

Давайте посмотрим на преимущества и недостатки однонаправленного шлюза отбора проб.

преимущества

• Схема проста.

• Задержка между входом и выходом слишком мала.

• Это может быть расширено до большего количества входов.

• В течение периода отсутствия передачи ток не подается. Следовательно, в состоянии покоя рассеивание мощности отсутствует.

Схема проста.

Задержка между входом и выходом слишком мала.

Это может быть расширено до большего количества входов.

В течение периода отсутствия передачи ток не подается. Следовательно, в состоянии покоя рассеивание мощности отсутствует.

Недостатки

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

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

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

• Только один вход должен быть применен в один момент времени.

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

Там есть взаимодействие между управляющими и входными сигналами (V _C и V _S )

По мере увеличения количества входов увеличивается нагрузка на управляющий вход.

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

Только один вход должен быть применен в один момент времени.

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

Однонаправленный с большим количеством входов

У однонаправленных схем затворов дискретизации, которые мы обсуждали до сих пор, есть один вход. В этой главе давайте обсудим еще несколько однонаправленных схем логических элементов, которые могут обрабатывать более одного входного сигнала.

Однонаправленная схема затвора дискретизации состоит из конденсаторов и резисторов одинакового значения. Здесь рассматривается два входных однонаправленных диодных затвора с двумя входами. В этой схеме у нас два конденсатора и два резистора одинакового значения. Они связаны с двумя диодами каждый.

Управляющий сигнал подается на резисторы. Выход берется через нагрузочный резистор. На рисунке ниже показана принципиальная схема однонаправленного диодного вентиля дискретизации с несколькими входными сигналами.

Когда задан управляющий вход,

При V _C = V _1, который находится в течение 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 = 0 В, 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 этой схемы.

В период отсутствия передачи

$$V_C = V_2$$

Оба диода будут в обратном смещении, что означает разомкнутую цепь.

Это делает вывод

$$V_O = 0V$$

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

Пьедестал Сокращение

Проходя через различные типы вентилей отбора проб и производимых ими выходов, мы столкнулись с дополнительным уровнем напряжения в выходных сигналах, называемым пьедесталом . Это нежелательно и создает некоторый шум.

Сокращение пьедестала в цепи ворот

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

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

Когда подается управляющий сигнал, в течение периода передачи, то есть при V ₁ , Q ₁ включается, а Q ₂ выключается, и V _CC подается через R _C — Q ₁ . Принимая во внимание, что в течение периода отсутствия передачи, то есть в V ₂ , Q ₂ включается, и Q ₁ выключается, и V _CC применяется через R _C к Q ₂ . Базовые напряжения –V _BB1 и –V _BB2 и амплитуда сигналов затвора регулируются таким образом, чтобы два транзисторных тока были идентичными, и в результате уровень выходного напряжения покоя будет оставаться постоянным.

Если напряжение импульса затвора велико по сравнению с V _BE транзисторов, то каждый транзистор смещен намного ниже среза, когда он не является проводящим. Таким образом, когда появляется напряжение затвора, Q ₂ будет отключен до того, как Q ₁ начнет проводить, тогда как в конце затвора, Q ₁ будет приведен в действие до отключения Q ₂ .

На рисунке ниже это объясняется лучше.

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

Есть несколько недостатков этой схемы, таких как

• Определенное время нарастания и падения приводит к резким скачкам

• Непрерывный ток через RC рассеивает много тепла

• Два напряжения смещения и два источника управляющего сигнала (дополняют друг друга) усложняют схему.

Определенное время нарастания и падения приводит к резким скачкам

Непрерывный ток через RC рассеивает много тепла

Два напряжения смещения и два источника управляющего сигнала (дополняют друг друга) усложняют схему.

Помимо этих недостатков, эта схема полезна для уменьшения опоры в цепи затвора.

Двунаправленные ворота отбора проб

Двунаправленные вентили, в отличие от однонаправленных, передают сигналы как положительной, так и отрицательной полярности. Эти затворы могут быть построены с использованием либо транзисторов, либо диодов. Из различных типов цепей, давайте пройдемся по схеме, состоящей из транзисторов, а другая — из диодов.

Двунаправленные ворота отбора проб с использованием транзисторов

Базовый двунаправленный пробоотборник состоит из транзистора и трех резисторов. Напряжение входного сигнала V _S и управляющее входное напряжение V _C подаются через суммирующие резисторы на базу транзистора. Схема цепи, приведенная ниже, показывает двунаправленный вентиль дискретизации 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 длительность импульса определяет желаемый интервал передачи. Стробирующий сигнал позволяет входу передаваться. Когда стробирующий сигнал находится на более низком уровне V ₂ , транзистор переходит в активную область. Таким образом, до тех пор, пока вход стробирования не будет поддерживаться на его верхнем уровне, сигналы любой полярности, которые появляются в основании транзистора, будут дискретизироваться и появляться на выходе.

Четырехдиодный двунаправленный пробоотборник

Двунаправленная схема затвора производится также с использованием диодов. Двухдиодный двунаправленный пробоотборник является основным в этой модели. Но у него есть несколько недостатков, таких как

• Имеет низкий коэффициент усиления
• Чувствителен к дисбалансам управляющего напряжения
• V _{н (мин)} может быть чрезмерным
• Диодная утечка емкости присутствует

Четырехдиодный двунаправленный пробоотборник был разработан для улучшения этих функций. Была улучшена схема двунаправленного затвора дискретизации с добавлением еще двух диодов и двух сбалансированных напряжений + v или -v, чтобы создать схему четырехдиодного двунаправленного затвора дискретизации, как показано на рисунке.

Управляющие напряжения V _C и –V _C смещают диоды D ₃ и D ₄ соответственно. Напряжения + v и –v смещают в прямом направлении диоды D ₁ и D ₂ соответственно. Источник сигнала связан с нагрузкой через резисторы R ₂ и токопроводящие 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, дисбаланс в управляющих сигналах не повлияет на выход.

Когда поданы управляющие напряжения V _n и –V _n , тогда диоды D ₃ и D ₄ проводят. Точки P ₂ и P ₁ закреплены на этих напряжениях, что приводит к смещению диодов D ₁ и D ₂ . Теперь вывод равен нулю.

Во время передачи диоды D ₃ и D ₄ выключены. Коэффициент усиления цепи определяется как

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

Следовательно, выбор применения управляющих напряжений включает или отключает передачу. Сигналы любой полярности передаются в зависимости от входных сигналов.

Применение пробоотборных ворот

Есть много применений схем дискретизации затвора. Наиболее распространенными являются следующие —

• Области отбора проб
• мультиплексоры
• Выборка и удержание цепей
• Цифро-аналоговые преобразователи
• Усеченные стабилизаторы

Среди областей применения схем дискретизации затвора преобладает схема области выборки. Давайте попробуем составить представление о блок-схеме объема выборки.

Область выборки

В области выборки дисплей состоит из последовательности выборок формы входного сигнала. Каждый из этих образцов принимаются в то время, постепенно задержанное относительно некоторой опорной точки в сигнале. Это рабочий принцип объема выборки, который показан ниже на блок-схеме.

Генератор рампы и генератор лестничных клеток генерируют сигналы в соответствии с применяемыми триггерными входами. Компаратор сравнивает оба этих сигнала и генерирует выходной сигнал, который затем передается в схему логического элемента дискретизации в качестве управляющего сигнала.

Когда управляющий вход имеет высокий уровень, входной сигнал на выходе дискретизации подается на выход, и всякий раз, когда управляющий вход низкий, 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 затвором дискретизации и амплитуда которого определяется величиной входного сигнала во время выборки. Длительность создаваемого импульса будет низкой.

Как и в импульсной модуляции, сигнал должен быть дискретизирован и удерживаться. Но поскольку ширина импульса мала, он усиливается схемой усилителя, чтобы растягиваться, а затем передается в схему комбинации диод-конденсатор, чтобы удерживать сигнал, чтобы заполнить интервал следующей выборки. Выход этой схемы передается вертикальным отклоняющим пластинам, а выход развертки — горизонтальным отклоняющим пластинам области выборки для отображения формы выходного сигнала.