Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Системи управління і автоматики
Кафедра:
Автоматика і телемеханіка

Інформація про роботу

Рік:
1999
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Елементи дискретних пристроїв автоматики

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА" ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИГЕРА З ЕМІТЕРНИМ ЗВ'ЯЗКОМ (ТРИГЕРА ШМІТТА) ІНСТРУКЦІЯ до лабораторної роботи №11 з курсу "ЕЛЕМЕНТИ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ" для студентів спеціальності 7.0914.02 "Комп’ютеризовані системи управління і автоматики" усіх форм навчання Затверджено на засіданні кафедри "Автоматика і телемеханіка" Протокол № 8 від 27.02. 1997 р. Львів 1999 Дослідження тригера з емітерним зв'язком (тригера Шмітта). Інструкція до лабораторної роботи №11 з курсу "Елементи дискретних пристроїв автоматики" для студентів спеціальності 7.0914.02 “Комп’ютеризовані системи управління і автоматики” усіх форм навчання / Укл. В.Б.Дудикевич, В.М.Максимович, О.С.Вітер. - Львів: ДУЛП, 1999. - 16с. Укладачі: В.Б.Дудикевич, докт. техн. наук, проф., В.М.Максимович, канд. техн. наук, доц., О.С.Вітер, ст. викл. Відповідальний за випуск: І.М.Ковела, к.т.н., доц. Рецензенти: І.М.Ковела, І.М.Бучма кандидати техн. наук, доценти 1. МЕТА РОБОТИ Метою роботи є ознайомлення з принципом роботи і дослідження основних характеристик тригера з емітерним зв’язком (тригера Шмітта). 2. ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП  В імпульсній техніці для формування напруги прямокутної форми і як порогові пристрої широко використовуються несиметричні тригери. До них належать тригери з емітерним зв’язком на транзисторах, які мають вищий вхідний опір, більшу навантажувальну здатність і деякі інші переваги порівняно із симетричними тригерами. Схема тригера з емітерним зв’язком (рис.1) відрізняється від схеми симетричного тригера перш за все тим, що одне колекторно-базове коло зв’язку R, Rб замінене зв’язком, який утворюється загальним емітерним опором Rе. В результаті колектор транзистора T2 виявляється не зв’язаним безпосередньо з елементами кола зворотного зв’язку, і тому при підключенні навантаження до колектора T2 воно практично не впливає на роботу тригера. З іншого боку, база транзистора T1 також “ізольована” від елементів кола зворотного зв’язку і тому є найзручнішою точкою подання вхідної керуючої напруги e(t). Тригер з емітерним зв’язком має два стійкі стани: в одному T1 закритий, T2 насичений, у другому - навпаки. Тригера з одного стану в другий переходить стрибком кожен раз, коли керуюча напруга e(t) досягне порогових рівнів спрацювання (1 або (0. Якщо, наприклад, в початковому стані транзистор T1 закритий, T2 насичений, то при e(t)=(1 транзистор T1 відкривається, відновлюється коло додатного зворотного зв’язку і виникає регенеративний лавиноподібний процес, який закінчиться закриванням транзистора T2. Через резистор Rе здійснюється не тільки додатний зворотний зв’язок T2 з T1, але й від’ємний зворотний зв’язок за струмом в каскаді транзистора T1. Однак в процесі перекидання визначальним є додатний зворотний зв’язок. 2.1. СТАТИЧНІ РЕЖИМИ Початковий статичний режим тригера з емітерним зв’язком Еквівалентна схема тригера у першому, початковому стійкому стані (T1 закритий, T2 насичений) наведена на рис. 2. Для простоти насичений транзистор T2 зображений у вигляді еквіпотенційної точки, а транзистор T1 - генератором струму Iк0.  Умова насичення T2 записується у вигляді . (1) Згідно з еквівалентною схемою у початковому стійкому стані: , (2)  , (3) де uе1 - напруга на Rе в початковому стані, що практично дорівнює вихідній напрузі тригера uк2 у цьому стані. Оскільки звичайно R і Rб набагато більші від Rк1, Rк2 і Rе, то можна записати . (4) Якщо підставити формули (2) і (3) з врахуванням (4) у вираз (1), отримаємо умову насичення T2 для найгіршого випадку ((2=(2мін) у вигляді: . Якщо , (5) то . (6) Нерівність (5) звичайно виконується: оскільки Iк01<<Eк, Rе<<Rк2 і Rк1<<R<(2мінRк2. Нерівність (6) дає наочне уявлення про співвідношення параметрів, необхідних для того щоб виконувалась умова насичення T2. Умова закривання T1 записується у вигляді , (7) і, як видно із схеми, зображеної на рис. 1, uбе1 = ( (e + Iк01RГ + uе1), де Iк01 - зворотний струм бази в режимі відсікання. Отже, умова (7) набуває вигляду , (8) де, з врахуванням формули (4) . (9) Якщо значення Iк01Rг мале порівняно із (uе1(, то . (10) Напругу (1 називають пороговим рівнем спрацювання, оскільки при e ( (1 тригер переходить у другий стійкий режим, який називають робочим. Робочий статичний режим тригера з емітерним зв’язком У робочому режимі транзистор T1 відкритий, транзистор T2 закритий. Закритись транзистор T2 може і до того, як T1 опиниться в режимі насичення, тобто при вхідній напрузі e < (н, де (н - рівень e(t), при якому T1 насичений. Крім того, при зворотному перекиданні з робочого режиму у початковий T1 повинен вийти з насичення, перед тим, як відкриється транзистор T2; відкривається транзистор T2 через зміну колекторного струму T1. Отже, необхідно визначити рівень (0, при якому відбувається відсікання T2 і перехід T1 в активний режим, а потім рівень (н, при якому T1 відкритий і насичений. Умова закривання T2 записується у вигляді  (11) або , (12) де uRб - напруга на Rб, uе2 - напруга на Rе при роботі T1 в активному режимі. Для вхідного кола T1 можна записати , (13) де iб1 - вхідний струм бази T1;  (14) - напруга між базою і емітером відкритого транзистора T1; Rвх T1 - вхідний опір T1, який увімкнений за схемою із спільним емітером; , (15) оскільки iе = iе1 і струм ie1 емітера T1 в активному режимі дорівнює ((1+1)iб1. З врахуванням формул (14) і (15) знайдемо із (13) . (16) Для визначення uRб розглянемо еквівалентну схему (рис. 3), де транзистор T1 зображений як генератор струму (1iб1, а T2 - як генератор струму Iк01. Із цієї схеми  Звичайно Rк1 << R і останню формулу можна переписати у вигляді  , (17) де ( = Rб/(R+Rб) - коефіцієнт ділення дільника R Rб. Якщо тепер підставити вирази (17) і (15) у формулу (12) і розв’язати нерівність відносно iб1, то отримаємо умову закривання T2: . (18) Права частина (18) визначає мінімальне значення вхідного струму бази , при якому транзистор T2 ще залишається закритим; при iб1< транзистор T2 відкритий і, отже, якщо вхідний генератор не має достатньої потужності ( RГ надмірно великий), щоб забезпечити струм iб1 ( , тригерний режим схеми неможливий. Виразивши iб1 через вхідну напругу (16), знайдемо з формули (18) умову закривання T2 , (19) де . (20) Якщо вхідний генератор має достатню потужність, так що RГ+RвхT1<<((1+1)Rе, то з формули (20) знайдемо . (21) При e ( (0 відбувається зворотне перекидання тригера у початковий стійкий стан; тому напругу (0 називають порогом зворотного спрацювання, або порогом відпускання. Умова насичення T1  Вважаючи Rб і R набагато більшими від опорів Rк1, RГ, Rе, а насичений транзистор T1 еквіпотенційною точкою (рис. 4), запишемо: ; (22) . (23) Умова насичення T1 (1iб1>iк1 із врахуванням формул (22) і (23) набирає вигляду , (24) де  (25) визначає мінімальний рівень вхідної напруги, при якому відбувається насичення транзистора T1 в робочому режимі. При RГ << ((1+1)Rе і (1>>1 . (26) Із порівняння формул (21) і (26) видно, що завжди (0 < (н, так як ( = Rб/(R+Rб) < 1. Під час перемикання тригера із початкового режиму в робочий транзистор T1 може одразу [тобто при e = (1 + 0((1)] опинитись або в режимі насичення, коли (1 > (н, або в активному режимі, якщо (1 < (н. Підставивши в останню нерівність значення (1 і (н із формул (10) і (26), визначимо, що T1 опиняється в режимі насичення при  (27) і в активному режимі при Rк1 < Rк2. Умова наявності гістерезису Статичними режими тригера згідно з формулами (8) і (19) бувають при e < (1 і e > (0. Тому нормальна робота тригера можлива тільки тоді, коли . (28) В протилежному випадку, як це видно із рис. 5, схема втрачає властивість гістерезису, тобто тригер перетворюється у звичайний двокаскадний підсилювач із зворотним зв’язком. Із врахуванням формул (9) і (10) умова (28) набирає вигляду  . (29) Отже, параметри схеми тригера повинні бути вибрані так, щоб з врахуванням допусків, а також температурного і часового дрейфів вони задовольняли умову (29). Нехтуючи в нерівності (29) малими значеннями Iк01RГ, Iк02Rвх T1 і враховуючи, що (1 >> 1, отримаємо умову наявності гістерезису: . (30) Права частина формули визначає максимально допустиме значення вхідного опору RГмакс генератора e(t), при якому зберігається тригерний режим. Якщо RГ задане, то параметри тригера повинні в найгіршому випадку задовольняти умову (30). 2.2. ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ Розглянемо якісно перехідні процеси, що виникають під час перемикання тригера з емітерним зв’язком. Нехай тригер знаходиться у початковому стані (наприклад, при e=0 T1 закритий, T2 насичений). При подання вхідного імпульсу негативної полярності і достатньої амплітуди на базу T1 відкривається емітерний перехід T1 і починається зростання колекторного струму iк1, який практично повністю іде через прискорювальну ємність C і базу T2, завдяки чому відбувається розсмоктування заряду в базі T2. Через деякий інтервал часу tр T2 переходить в активний режим. З цього моменту в схемі виникає регенеративний процес, що закінчується через час tрег закриванням T2; при цьому, якщо ємність C достатньо велика, колекторна напруга транзистора T1 зберігає велике від’ємне значення і в кінці регенерації T1 залишається в активному режимі. Однак, як тільки закриється транзистор T2, струм iк1, що замикався через C і базу T2, піде тепер через Rк1 і транзистор T1 може одразу ж опинитись в режимі насичення (якщо виконується умова (27)). Оскільки напруга на колекторі T2 спадає від нуля до -Eк в основному за час регенерації, тривалість фронту цього перепаду невелика і має значення tф1 ( ((. Після спрацювання прискорювальний конденсатор C розряджається з початкового рівня uC’ ( (Eк ( uе1 до рівня uC” ( R/(R + Rб), де e ( (1 - вхідна напруга в режимі спрацювання (якщо припустити, що RГ ( 0); постійна часу розряду дорівнює: (ср = C(R((Rб). Нехай тепер вхідний сигнал стрибком змінюється до рівня, меншого за (0; при цьому в тригері виникає перехідний процес зворотного спрацювання. Під дією вхідного імпульсу струму починається розсмоктування заряду у базі T1 і звичайно через невеликий проміжок часу tр’ (оскільки розсмоктування іде сильним сигналом) T1 переходить з режиму насичення в активний, iк1 і uк1 падають, зменшується uб2 і протягом деякого інтервалу підготовки tп напруга uбе2 досягає нульового рівня; при цьому відкривається транзистор T2 і в схемі виникає регенеративний процес, який закінчується через час tрег закриванням T1 (оскільки струм в T1 повинен змінитись на менше значення, ніж в T2, і напруга база - емітер T1 швидко росте через дію зворотного зв’язку). Після закривання T1 починається формування основної частини фронту (tф0) струму iк2 і напруги uвих. Якщо ємність C достатньо велика, то струм бази T2 під час формування фронту можна вважати постійним і таким, що дорівнює початковому значенню, і тоді неважко оцінити за відомими методами тривалість tф0, яка є трохи більшою за (( і, отже, більшою за tф1. Заряд ємності C до напруги uC’ після зворотного спрацювання відбувається із постійною часу (сз ( C[R(((Rк1 + Rе((Rк2)]; якщо R>>Rк1 і Rк2>>Rе, то (сз ( CRк1. Очевидно, що (сз << (ср. Для того, щоб можна було не враховувати динамічне зміщення, що виникає на конденсаторі C, необхідно вибрати ємність C так, щоб тривалість tі вхідного імпульсу, від якого спрацьовує тригер, була не меншою від 3(ср і тривалість T ( tі (T - період керуючих імпульсів) була не меншою від 3(сз. Разом з тим, ємність C повинна бути, як показано вище, достатньо великою, щоб за час формування фронту напруга на ємності C змінилась незначно. 2.3. ВИКОРИСТАННЯ ТРИГЕРІВ З ЕМІТЕРНИМ ЗВ’ЯЗКОМ  Найширше використовується схема тригера, в якій початкове зміщення задається дільником R1R2 (рис. 6). Очевидно, що в цій схемі RГ=R1((R2, і еквівалентна початкова напруга зміщення . (31) Вибір початкового зміщенняEзм залежить від характеру використання тригера. Можна вибрати Eзм десь посередині петлі гістерезису (0<Eзм<(1 (рис.7). Якщо при цьому на вхід подається напруга довільної форми (наприклад, синусоїдної), то на виході тригера утворюється напруга прямокутної форми, тобто тригер працює в режимі формування імпульсів.  Для того, щоб в робочому режимі тригера транзистор T1 був не тільки відкритим, але й насиченим, необхідно виконати умову (24) (н<Eзм, і оскільки (0<(н, то слід вибрати (н<Eзм<(1. З врахуванням формул (31), (9) і (25) останнє співвідношення набуває вигляду   (31) або, якщо ((1+1)Rе>>RГ і Iк01максRГ<<Eк, . (32) Опір дільника R1R2 повинен задовольняти умову (31) або (32) і, крім того, R=R1((R2 повинен задовольняти нерівність (30).  Початкове зміщення Eзм можна вибрати і поза петлею гістерезису. У цьому випадку тригер використовується як формувач імпульсів або як пристрій порівняння. Спрацьовує тригер (при Eзм<(0) тоді (рис. 8), коли амплітуда вхідного сигналу uвх досягає рівня (1 ( Eзм; відпускання тригера відбувається тоді, коли амплітуда вхідного імпульсу зменшується до рівня (0 ( Eзм. 3. ОПИСАННЯ МАКЕТА Схема макета зображена на рис. 9. В його склад введені такі комутаційні елементи: 1. Трипозиційний перемикач S1, який дає змогу змінювати емітерний опір транзисторів T1 і T2. 2. Двопозиційний перемикач S2, який дає змогу змінювати колекторний опір транзистора T1. 3. Тумблер S3, який здійснює комутацію конденсатора C2. 4. Контактні гнізда, що дають змогу змінювати певні зв’язки в схемі. 4. ЗАВДАННЯ 4.1. ВИКОНУЄТЬСЯ ПІД ЧАС ПІДГОТОВКИ ДО РОБОТИ 1. Ознайомитись з принципом роботи тригера з емітерним зв’язком, його статичними режимами і перехідними процесами. 2. Ознайомитись із способами використання тригерів з емітерним зв’язком. 3. З’ясувати можливості макета тригера. 4.2. ВИКОНУЄТЬСЯ В ЛАБОРАТОРІЇ 1. Підключити до базового кола транзистора T1 дільник R3, R4, R5 через резистор R6. Визначити рівні спрацювання і відпускання тригера при різних значеннях опорів Rе і R6. 2. Дослідити залежність наявності гістерезису від значень опорів генератора RГ, підключаючи до базового кола транзистора T1 резистори R6(, R6(( або R6(((. 3. Дослідити вплив конденсатора C на тривалість фронтів вихідних імпульсів. 4. Дослідити залежність насичення транзистора T1 в робочому статичному режимі від співвідношення опорів резисторів Rк1 і Rк2. 5. Підключити до базового кола транзистора T1 дільник R1, R2. Подати на вхід тригера напругу синусоїдної форми. Зарисувати епюри вхідної і вихідної напруг. 5. ВКАЗІВКИ ДО ЗВІТУ Звіт повинен містити: 1. Принципові схеми пристроїв, що досліджувались. 2. Результати експериментальних досліджень, зведені в таблиці і зображені у вигляді графіків. 3. Епюри напруг. 4. Порівняння теоретичних і експериментальних результатів, аналіз причин можливих розбіжностей, висновки. 6. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ 1. У чому полягає принцип роботи тригера з емітерним зв’язком? 2. Чим характеризуються початковий і робочий режими тригера? 3. У чому полягає умова наявності гістерезису? 4. Чим характеризуються перехідні процеси тригера? 5. Як використовується тригер з емітерним зв’язком? СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства. Учебник для вузов. М., Связь, 1973. 2. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. Ч. 1. Электронные устройства информационной автоматики: Учебник/ Под общ. ред. А.А.Краснопрошеной.-К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989. 3. Мандзій Б.А., Желяк Р.І. Основи аналогової мікросхемотехніки. Посібник для студентів радіотехнічних спеціальностей вузів України/ Під редакцією д.т.н. проф. МандзіяБ.А.-Львів, “Тезаурус”, 1993. Навчальне видання ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИГЕРА З ЕМІТЕРНИМ ЗВ'ЯЗКОМ (ТРИГЕРА ШМІТТА) ІНСТРУКЦІЯ до лабораторної роботи №11 з курсу "ЕЛЕМЕНТИ ДИСКРЕТНИХ ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ" для студентів спеціальності 7.091402 "Комп’ютеризовані системи управління і автоматики" усіх форм навчання Укладачі: Валерій Богданович Дудикевич Володимир Миколайович Максимович Олександр Сергійович Вітер Редактор Черничевич О.
Антиботан аватар за замовчуванням

01.01.1970 03:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, увійдіть або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!
Нічого не вибрано
0%

Оголошення від адміністратора

Антиботан аватар за замовчуванням

Подякувати Студентському архіву довільною сумою

Admin

26.02.2023 12:38

Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!