Ключ на бт. Построение передаточной характеристики

Имеются три характерные области работы транзистора: область выключения (отсечки) I, область активного режима II и область включения (насыщения) III. В ключевых схемах транзистор находится в активном режиме лишь в переходном состоянии. Статические параметры ключа: остаточное напряжение U во включенном состоянии (точка В) и остаточный ток в выключенном (запертом) состоянии (точка А). В точке А напряжение на электродах практически совпадает с эдс источника питания. В точке В токи электродов определяются параметрами внешних цепей: . В исходном состоянии транзистор закрыт положительным напряжением Еб2. Процесс отпирания транзистора при подаче на базу отрицательного напряжения Е_б1 можно разделить на три этапа: задержка фронта, формирование фронта и накопление заряда. Этап задержки фронта обусловлен зарядом входной емкости запертого транзистора от значения Еб2 до напряжения открывания транзистора U*. Входную емкость обычно принимают равной сумме барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного переходов. Когда открывается эмиттерный переход, начинается инжекция носителей в базу, транзистор переходит в активный режим. На этом этапе коллекторный ток возрастает до значения Iкн. В конце этапа формирования фронта в базе транзистора накапливается заряд Qгр,а напряжение на переходе коллектор – база падает до нуля. После того, как транзистор начал работать в режиме насыщения, заметных внешних изменений в схеме ключа не происходит.

Процесс выключения транзистора начинается, когда на базу подаётся запирающее напряжение. В момент переключения на обоих p-n – переходах сохраняются прямые смещения, близкие к U*. При этом коллекторный ток не меняется и остаётся равным

Iкн. Базовый ток принимает значение: . На первом этапе процесса выключения происходит рассасывание накопленного заряда током Iб2. После этого начинается уменьшение коллекторного тока и формирование среза импульса. В конце этого рассасывания в базе транзистора остаётся некоторый остаточный заряд Qост. По окончании этапа рассасывания начинается последний этап переходного процесса –запирание транзистора. Длительность запирания обычно определяется процессом заряда коллекторной ёмкости.

Общая инерционность транзисторного ключа характеризуется временами включения tвкл

и выключения tвыкл:

Ключ на переключателе тока.

Для повышения быстродействия ключевых схем используют переключатели тока, характеризующиеся тем, что при переключении схемы биполярный транзистор работает в активном режиме или на границе режима насыщения, когда коллекторный переход немного смещен в прямом направлении, при котором инжекция основных носителей из коллектора в базу незначительна.

К одному из входов подается постоянное напряжение Ео, которое называется опорным. Это напряжение обеспечивает ток в общей цепи эмиттеров, равный Iэ, при котором транзистор работает в активном режиме.

Связь между транзисторами в переключателе тока осуществляется через генератор тока, включенный в неразветвленную цепь эмиттеров транзисторов.

 

 

Комплементарный ключ.

Ключ состоит из двух последовательно включенных МДП-транзисторов с каналами n- и p-типа.

Транзистор VT1 является ключевым, его исток соединен с заземленной шиной питания, а сток подсоединяется к стоку нагрузочного транзистора VT2. Подложка n-канального транзистора заземлена, а p-канального – подключена к положительному выводу источника питания Uи.п. Затворы обоих транзисторов объединены и являются входом ключа.

Важнейшей особенностью комплементарных ключей является то, что они практически не потребляют энергию в обоих состояниях. Микросхемы на комплементарных МДП-транзисторах имеют высокое быстродействие, поскольку перезаряд емкости нагрузки как при включении, так и при выключении происходит через открытый транзистор, однако их быстродействие меньше достигнутого биполярными микросхемами.

 

JK-триггеры.

JK-триггеры подразделяются на универсальные и комбинированные. Универсальность JK-триггера состоит в том, что при соответствующем подключении информационных входов он может выполнять функции RS-, D-, T-триггеров. Комбинированный JK-триггер отличается от универсального наличием дополнительных входов S и R, предназначенных для предварительной установки триггера в определенное состояние (логической единицы или нуля).

Триггер не имеет запрещенных комбинаций входных сигналов, и при J=K=1 осуществляется инверсия предыдущего состояния. При J=K=0 и при наличии синхросигнала на входе С состояние триггера не изменяется, так как сигнал логического нуля на одном входе элемента И-НЕ отменяет прохождение сигналов от других входов, и на выходе имеется сигнал логической единицы. Для перевода триггера в единичное состояние необходимо одновременное присутствие сигналов на C- и J-входах. При подаче на входы J и K одновременно напряжений логической единицы и наличие синхросигнала триггер переключается в состояние, противоположное предыдущем.

Таблица состояний JK-триггера.

 

 

Мультиплексоры.

Мультиплексорами называются устройства, которые позволяют подключать несколько входов к одному выходу.

Аналоговые и цифровые мультиплексоры значительно различаются по принципу работы. Первые электрически соединяют выбранный вход с выходом (при этом сопротивление между ними невелико — порядка единиц/десятков ом). Вторые же не образуют прямого электрического соединения между выбранным входом и выходом, а лишь «копируют» на выход логический уровень ('0' или '1') с выбранного входа. Аналоговые мультиплексоры иногда называют ключами[3] или коммутаторами.

Мультиплексоры могут использоваться в делителях частоты, триггерных устройствах, сдвигающих устройствах и др. Мультиплексоры часто используют для преобразования параллельного двоичного кода в последовательный. Для такого преобразования достаточно подать на информационные входы мультиплексора параллельный двоичный код, а сигналы на адресные входы подавать в такой последовательности, чтобы к выходу поочередно подключались входы, начиная с первого и заканчивая последним.

Мультиплексор – узел, осуществляющий параллельных цифровых кодов в последовательные. Его применяют для последовательного опроса заданного числа информационных сигналов и передачи их на один выход.

 

 

Преобразователи кодов.

Преобразователи кодов служат для перевода одной формы числа в другую. Преобразователи кодов (ПК) могут быть весовыми и невесовыми. Весовые ПК преобразуют информацию из одной системы счисления в другую. Основное назначение невесовых - преобразование информации для ее дальнейшего отображения.

По своей структуре преобразователи кодов являются дешифраторами, только они преобразуют двоичный код в сигналы не только на одном, но и на нескольких выходах.

 

 

Простейшие коды.

Коды Бергера или коды с суммированием относятся к разряду нелинейных кодов. Они также предназначены для использования в асимметричных каналах связи.

Вариант кодирования: в информационной части кодовой комбинации подсчитывается число единиц, после чего формируются проверочные элементы, представляющие запись этого числа в двоичной форме. Таким же образом формируются проверочные элементы на приемной стороне и сравниваются с принятыми проверочными. Минимальное кодовое расстояние dмин=2. Повышение достоверности с помощью кодов Бергера дает приблизительно такие же результаты, как использование кода МТК-3, однако важным достоинством кода Бергера является разделения кодовых символов на информационные и проверочные, что упрощает построение кодирующих и декодирующих устройств.

Код с проверкой на четность Независимо от длины кодовой комбинации этот код имеет один проверочный элемент и обозначается как (n,n-1) - код. Значение проверочного элемента выбирается из условия получения четного числа единиц, т.е. общее число единиц в любом разрешенном кодовом слове четное. Этот код имеет dмин=2 и обнаруживает все ошибки нечетной кратности. Если в качестве первичного используется код МТК-2 (n=5), то n=6, r=1. Коэффициент избыточности Ки=0,17, что частично объясняет низкую эффективность кода.

Существует также код с двумя проверками на четность. Независимо от длины кодовой комбинации этот код имеет два проверочных элемента, один из которых выбирается из условия четности всех информационных разрядов, а второй - из условия четности всех нечетных (или четных) по номеру информационных разрядов. Этот код обнаруживает часть ошибок четной кратности - все смежные, рядом расположенные ошибки.

Коды с повторением - коды, в которых один заданный информационный символ повторяется n раз (обычно n нечетно) и поэтому считается низкоскоростным. Код с повторением имеет длину n=nk, минимальное кодовое расстояние dмин=n. Избыточность кода равна (n-1)/n.

Код с повторением характеризуется довольно высокими исправляющими свойствами при действии пакетов ошибок. Так при n=2 всегда исправляются пакеты ошибок до n/2. Недостатком кодов с повторением является весьма высокая избыточность. Даже при двукратном повторении коэффициент избыточности равен 0,5.

 

Интегральные триггеры.

Интегральные триггеры являются базовыми элементами цифровых устройств, которые используются для построения счетчиков, регистров, запоминающих и других устройств. Они могут быть использованы и как самостоятельные элементы в схемах управления, сравнения, устройствах автоматики и т.д.

Интегральный триггер – это последовательное устройство (ПУ) с двумя устойчивыми состояниями, содержащее запоминающий элемент (собственно триггер) и схему управления, у которого выходные сигналы зависят не только от входных сигналов, приложенных в данный момент времени, но и от предыдущего его состояния. Триггерное устройство имеет управляющие (информационные) и тактовые (синхронные) входы и два информационных выхода (основной) и (инверсный).

Рис.2. Функциональные схемы триггеров на логических

элементах И-НЕ (а) и ИЛИ-НЕ (б).