Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Дослідження тригера з емітерним зв’язком (тригера Шмітта
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2006
Тип роботи:
Звіт про виконання лабораторної роботи
Предмет:
Інші
Група:
КС-32
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
Звіт про виконання лабораторної роботи №11
На тему: «Дослідження тригера з емітерним зв’язком (тригера Шмітта )»
Мета роботи
Метою роботи є ознайомлення з принципом роботи і дослідження основних характеристик тригера з емітерним зв’язком (тригера Шмітта).
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.
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. 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.
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.
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.
ЗАВДАННЯ
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.
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.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора