ТК, закритий у початковому стані

Розглянемо ТК, закритий у вихідному стані (рисунок 47).

Рисунок 47 – ТК, закритий у вихідному стані. У початковому стані , ТК – закритий,

При подачі на вхід схеми в момент додатного відмикаючого імпульсу, ТК відкривається. З затримкою вихідна напруга зменшується до величини

У момент сигнал керування знімається. З затримкою , де , а , вихідна напруга збільшується до величини , тому що ключ знову закривається.

ТК, відкритий у початковому стані

Розглянемо ТК, відкритий у початковому стані (рисунок 48).

Рисунок 48 – ТК, відкритий у початковому стані. У вихідному стані Додатною напругою, що знімається з нижнього плеча дільника напруги (резистори ), транзистор і ключ у цілому відкритий. З виходу знімається невелика напруга .

У момент на вхід схеми надходить від’ємний імпульс, що викликає закривання ТК. З затримкою , де , а вихідна напруга збільшується до величини .

У момент вхідний імпульс закінчується. ТК знову відкривається і через сигнал на виході знову зменшується до величини .

Для підвищення швидкодії ТК у схему, наприклад, можна ввести конденсатор, що прискорює, чи використовувати нелінійний від’ємний зворотний зв'язок (ВЗЗ).

Ключ із зовнішнім зміщенням і прискорюючим конденсатором

У вихідному стані такий ключ (рисунок 49,а) закритий джерелом зміщення: , а у відкритий стан переключається додатним керуючим імпульсом.

Рисунок 49 – Ключ із зовнішнім зміщенням і прискорюючим конденсатором: а – схема; б – часові діаграми

Як відзначалося вище, зі збільшенням ступеня насичення ТК зменшується тривалість увімкнення, але одночасно зростає час вимикання, унаслідок збільшення часу розсмоктування надлишкового заряду в базі. Для підвищення швидкодії ТК необхідно забезпечувати форму вхідного керуючого базового струму, близьку до оптимальної. Формування фронту відбувається при відмикаючому струмі бази значно перевищуючому струм бази насичення, накопичення надлишкових носіїв при струмі бази, незначно перевищуючому струм бази насичення, а розсмоктування і формування зрізу протікають при значному закриваючому струмові бази.

Як видно з часових діаграм роботи, схема з прискорюючим конденсатором, забезпечує форму базового струму, близьку до оптимальної.

У вихідному стані ключ закритий і конденсатор С_п розряджений. У момент часу на вхід надходить додатний імпульс, який відмикає транзистор. Відмикаючий струм бази проходить через резистор і конденсатор С_п, шунтуючий . Величина цього струму має значення , значно перевищуюче величину . Під час заряду конденсатора через відкритий транзистор VT1 струм бази зменшується за експонентою до величини , яка небагато перевищує .

При закінченні вхідного імпульсу ключ закривається під дією від’ємного зміщення: і від’ємної напруги на прискорюючому конденсаторі, що прискорює закриття транзистора. Початковий струм бази при вимиканні ТК, більше, ніж у схемі без прискорюючого конденсатора. Оскільки ступінь насичення транзистора мала, а вимикаючий струм бази великий, то час вимикання ТК зменшується.

Ємність конденсатора С_п не може бути довільною, тому що при малому значенні ємності спалахи базового струму мають невелику тривалість, а при занадто великому значенні С_п тривалість перехідних процесів може збільшитися.

Схеми на лабораторну роботу

3.2.1 Схема 1. Послідовний діодний ключ

Приклад зібраної схеми у середовищі MicroCap 9: lab3_1.cir

Параметри схеми:

D1 (Diode):

1) Model = 1N4148;

V1 (Sine Source):

2) F = <номер бригади> * 100 [Hz].

3) A = <номер бригади> [V]

R1 (Resistor):

4) Value = 1k [Ohm];

R2 (Resistor):

5) Value = 100k [Ohm];

На першому графіку ми бачимо перехідну характеристику діода.

Рисунок 50 – Графік залежності вихідної напруги від вхідної V_out(V_in)

Різниця між вхідною та вихідною напругами на рисунку 51 пояснюється тим, що послідовний діодний ключ пропускає тільки додатні напруги, а при від’ємних закривається. Деяка різниця між амплітудою вхідної та вихідної напруг зумовлена наявністю невеликого падіння напруги на відкритому ДК. Амплітуда графіка залежить від значення A, вказаного в завданні.

Результат досліду:

Рисунок 51 – Перехідна характеристика V_in(t), V_out(t)

3.2.2 Схема 2. Послідовний діодний ключ зі зміщенням

Приклад зібраної схеми у середовищі MicroCap 9: lab3_2.cir

Параметри схеми:

D1 (Diode):

1) Model = 1N4148;

V1 (Sine Source):

2) F = <номер бригади> * 100 [Hz].

3) A = <номер бригади> * 2 [V]

V2 (Battery)

4) Value = <номер бригади> [V];

R1 (Resistor):

5) Value = 1k [Ohm];

R2 (Resistor):

6) Value = 100k [Ohm];

Результат досліду:

Рисунок 52 – Графік залежності вихідної напруги від вхідної V_out(V_in)

На рисунку 52 ми бачимо перехідну характеристику діода.

Рисунок 53 – Перехідна характеристика V_in(t), V_out(t)

На схемі послідовного ключа діод ввімкнений в ланцюг у зворотньому напрямі та наявна напруга зсуву Езс = 3 B, через що діодний ключ закривається при додатній напрузі 3В.

3.2.3 Схема 3. Паралельний діодний ключ

Приклад зібраної схеми у середовищі MicroCap 9: lab3_3.cir

Параметри схеми:

D1 (Diode):

1) Model = 1N456;

V1 (Sine Source):

2) F = <номер бригади> * 100 [Hz].

3) A = <номер бригади> [V]

R1 (Resistor):

4) Value = 1k [Ohm];

R2 (Resistor):

5) Value = 100k [Ohm];

 

Результат досліду:

Рисунок 54 – Графік залежності вихідної напруги від вхідної V_out(V_in)

Перший графік ілюструє передатну характеристику паралельного ДК: при подачі на вхід ключа додатної напруги діод відкривається і напруга на ньому, а, отже, на виході близька до нуля.

Рисунок 55 – Перехідна характеристика V_in(t), V_out(t)

На другому графіку зображена залежність між вхідною та вихідною напругами паралельного ДК в залежності від часу. При надходженні від`ємної вхідної напруги діод закривається і напруга на виході стає рівною напрузі на вході.

3.2.4 Схема 4. Паралельний діодний ключ зі зміщенням

Приклад зібраної схеми у середовищі MicroCap 9: lab3_4.cir

Параметри схеми:

D1 (Diode):

1) Model = 1N4148;

V1 (Sine Source):

2) F = <номер бригади> * 100 [Hz].

3) A = <номер бригади> * 2[V]

V2 (Battery)

4) Value = <номер бригади> [V];

R1 (Resistor):

5) Value = 1k [Ohm];

R2 (Resistor):

6) Value = 100k [Ohm];

Результат досліду:

Рисунок 56 - Графік залежності вихідної напруги від вхідної V_out(V_in)

На рисунку 56 приведена характеристика паралельного діодного ключа зі зміщенням. Вигляд характеристики зумовлений зворотним включенням діода та наявністю напруги зсуву.

Рисунок 57 – Перехідна характеристика V_in(t), V_out(t)

Характеристика, приведена на рисунку 57, пояснюється наступним чином: вона така ж сама, як на рисунку 55, але перегорнута на 180º через зворотнє включення діода та піднята вгору на величину напруги зсуву Езс.