Отримання однополярних імпульсів
Для виділення переднього та заднього фронтів імпульсних сигналів можна використовувати диференційний ланцюг (діаграми 1 і 2 на рис. 2.13,б). Для такого ланцюга. Діод пропускає імпульси позитивної полярності (діаграма 3).
На виході буферного логічного елемента формується короткий імпульс, який відповідає передньому фронту (діаграма 4).
Мал. 2.13. Схема для отримання однополярних імпульсів (а) і часові діаграми її роботи (б)
Діодні вентилі
ДіодиVD1, VD2у наведеній нижче схемі дозволяють автоматично підключати електронний годинник до живлення від батареї при пропаданні напруги від мережевого джерела живлення.
Мал. 2.14. Приклад використання діодів для підключення резервного живлення
Необхідна умова роботи діодних вентилів у схемі: напруга мережного джерела живлення має бути трохи більшою (принаймні на 0,6 В), ніж напруга батареї. При наявності 5 від мережевого джерела живлення ця напруга через відкритий діодVD1подається на годинник. При цьому діодVD2закритий. При пропаданні 5 В діодVD2відкривається і годинник надходить живлення від батареї +3 У.
Діодні обмежувачі
Нижче показані приклади обмежувачів зверху та знизу та часові діаграми, що пояснюють їхню роботу.
Мал. 2.15. Схеми та часові діаграми роботи діодних обмежувачів:
У даних схемахRH - опір навантаження;R- опір, що обмежує струм через діод,RH іRутворюють дільник напруги. Тому. Робота діодного обмежувача заснована на шунтуванні навантаження відкриваєтьсяp-n-переходом діода при перевищенні рівня напруги на його аноді по відношенню до катодаприблизно на 0,6–0,7 В. Щоб встановити рівень обмеження, на діод треба подати опорну напругу . У цьому прикладі.
| R¢ |
Мал. 2.16. Еквівалентна схема обмежувача:
а – за наявності обмеження; б – за відсутності обмеження:
r– прямий опір діода , ,R¢– зворотний опір діодаR¢RН, при
Нижче показано приклади обмежувача зверху з регульованим рівнем опорної напруги (рис. 2.17) та двосторонніх обмежувачів (рис. 2.18, 2.19).
Мал. 2.17. Схема (а) та тимчасова діаграма роботи (б) діодного обмежувача зверху з регульованим рівнем обмеження
Мал. 2.18. Схема (а) та тимчасова діаграма роботи (б) двостороннього обмежувача
Мал. 2.19. Схема (а) та тимчасова діаграма роботи (б) двостороннього діодного обмежувача з регульованими рівнями обмеження
ПотенціометриR1 іR2, що задають опорні рівні напругиU1 іU2, повинні мати невеликий опір, щоб не перешкоджати проходженню струму через діоди при їх відкриванні. Загальна умова – і, відповідно, деr– опір відкритого діода.
Варіантом одностороннього діодного обмежувача є схема, робота якої заснована на властивості односторонньої провідності діода пропускати сигнал вище або нижче за опорний рівень, що подається на катод або анод діода в залежності від виду обмежувача.
Мал. 2.20. Варіанти схем односторонніх обмежувачів:
Фіксація рівня напруги
При проходженні через ємність сигналвтрачає постійну складову. Постійна складова – це середнє значення, яке при проходженні сигналу через ємнісний ланцюг стає рівним нулю:UВИХ= UR = = UВХ– UC. Процес втрати постійної складовоїUСР та рівня фіксаціїU= 0 при проходженні сигналу через ємність показаний на рис. 2.21.
Мал. 2.21. Ілюстрація процесу втрати постійної складової при проходженні сигналу через ємність
Для відновлення опорного рівня напруги (фіксації) може бути використаний діод, на який подано деяку опорну напругуU0. В даному випадкуU0 = 0 подано на анод діода і для всіх негативних значень сигналуUВИХ = 0 (а точніше 0,6).
Мал. 2.22. Схема відновлення постійної складової з використанням діода (а) і часові діаграми, що пояснюють її роботу (б,в)
Діодний захист
При розмиканні контакту ланцюга можливий кидок напруги, оскільки . Діод можна використовувати як демпфуючий елемент для ланцюга постійного струму.
Мал. 2.23. Схема захисту від кидків напруги з використанням діода
Амплітудні селектори (АС)
1.АС максимальної амплітудидозволяє проходження сигналу з напругоюUвище заданого рівняE1.
Мал. 2.24. Схема АС максимальної амплітуди (а) та часові діаграми її роботи (б)
2.АС мінімальної амплітудидозволяє проходження сигналу з напругоюUнижче заданого рівняE1. У схемі використаний АС (U &E21) - селектор максимальної амплітуди, вихідний сигнал якого забороняє проходження вхідного сигналу через схему заборони (аналоговий ключ).
Мал. 2.25. Схема АС мінімальної амплітуди (а) та часові діаграми її роботи (б)
3.АС заданого діапазонуамплітуд [E1, E2] дозволяє проходження сигналу з напругоюUприE1E1) і АС (U - E2) – селектори максимальної амплітуди. Вихідний сигнал селектора АС (U > E2) забороняє проходження через схему заборони сигналу, сформованого селектором АС (U > E1).
Мал. 2.26. Схема АС заданого діапазону амплітуд (а) і часові діаграми її роботи (б)
Завдання струму через діод
У випадку постійний струм через діод можна задати джерелом струму. Найбільш просто це можна зробити за допомогою резистораR, тому що якщо , то . Вихідна напруга визначається відповідно до вольт-амперної характеристики діода.
Мал. 2.27. Ілюстрація завдання струму через діод
2.2.10. Вольт-амперні характеристики деяких напівпровідникових приладів
1.Діністор- це прилад, який пропускає струм (включається) при досягненні деякої напруги включенняUВКЛ і вимикається при зменшенні напруги до так званої напруги зупинки -UОСТ.
2.Тиристор- це диністор, у якого напруга включення залежить від напруги, що управляє. При збільшенні напруги, що управляє, напруга включення зменшується.
Мал. 2.28. Вольт-амперні характеристики:
а– диністора;б- тиристора
3.Варикап– це напівпровідниковий діод, призначений для роботи як конденсатор, ємність якого керується напругоюС = = f(UОБР). На варикап подають зворотну напругу, та її бар'єрнаємність зменшується до значенняСmin.
Мал. 2.29. Залежність ємності від величини зворотної напруги для варикапу
4.Терморезистор– напівпровідниковий прилад, у якого опір залежить від температури і струму, що протікає:R = f(I, T).
Мал. 2.30. Залежність опору терморезистора від струму та температури
5.Варистор- напівпровідниковий прилад, що має симетричні ділянки ВАХ, що характеризуються різким збільшенням струму при досягненні порогової напругиUПОР. Використовується для захисту від навантаження схеми, є шунтом для навантаження і тому підключається паралельно до неї.
Мал. 2.31. Вольт-амперна характеристика варистора
Контрольні питання до лекції
1. Які фазові зрушення між струмом та напругою в реактивних схемах?
2. Що характеризує коефіцієнт потужності у реактивних схемах?
3. У чому і як застосовується узагальнений закон Ома?
4. На чому ґрунтується випрямлення сигналу?
5. На чому ґрунтується множення напруги?
6. У чому полягає принцип роботи діодного обмежувача?
7. У чому полягає принцип роботи амплітудного селектора?
ЛЕКЦІЯ 3
Транзистори
Транзистор – активний елемент, що забезпечує посилення вхідного сигналу потужністю. Транзистор має три висновки: колектор (К), емітер (Е), основу (Б). Структура містить дваp-n-переходи: колекторний та емітерний. Розрізняють транзистори типуn-p-nтаp-n-p.
Транзистор типуn-p-nТранзистор типуp-n-p
Мал. 3.1. Структури та умовні позначення біполярних транзисторів
Розрізняють три режими роботи транзистора:
1.Режим насичення. У цьому режимі колекторний та емітерний переходи відкриті (зміщені у прямому напрямку), тому через транзистор тече максимальний некерований струм.
2.Режим відсічення. У цьому режимі обидва переходи закриті (зміщені у зворотному напрямку), при цьому струм практично не тече, за винятком зворотного струму некерованого колектораIК0, який обумовлений неосновними носіями заряду.
3.Активний (підсилювальний) режим. У цьому режимі емітерний перехід відкритий, а колекторний закритий. Через транзистор тече керований струм. Управління струмом здійснюється напругою бази U Б.