Генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН)

На рисунке 2.25,а в схеме ГЛИН интегрирующая RC -цепочка включена в цепь отрицательной обратной связи ОУ. Управляется ГЛИН импульсами положительной полярности U_­вх (см. рисунок 2.25,б) с длительностью t_и, равной времени прямого хода пилы. Входные импульсы подаются на базу диода VD, эмиттер которого соединен с инвертирующим входом ОУ.

В исходном состоянии генератора (t < t₁) при U_вх = 0 диод VD открыт, течет ток от источника питания через R, диод VD, источник сигнала U_вх, корпус: .

Напряжение на неинвертирующем входе

где .

Напряжение превышает настолько, чтобы перевести ОУ в режим ограничения, при котором . Конденсатор С при этом заряжен до напряжения U_C (0) = E. Заряд конденсатора идет по цепи Е⁺, выход ОУ, С, VD, источник сигнала U_вх, корпус .

 

Формирование рабочего хода пилы T_пр.

При подаче в момент t₁ запускающего входного импульса длительностью t_u диод VD запирается. Скачок положительного напряжения от источника Е переводит ОУ в линейный усилительный режим и ОУ начинает интегрировать постоянное напряжение Е, являющееся для него входным. Положительный скачок на входе в момент t₁ дает отрицательный скачок на выходе.

Заряженный конденсатор С начинает медленно разряжаться, вызывая увеличение напряжения , которое обусловливает уменьшение выходного напряжения U_вых.

Длительность рабочего хода T_пр = t_и и постоянная времени RC цепи должны быть рассчитаны так, чтобы к концу интервала t_и конденсатор успел разрядиться до нуля и перезарядиться до .

 

Формирование обратного хода пилы T_обр.

В момент t₂ окончания входного импульса отпирается диод VD. скачкообразно уменьшается до , при котором ОУ выходит из режима усиления. увеличивается до Е⁺, конденсатор, заряженный до с большой скоростью, определяемой сопротивлением открытого диода VD, разряжается до нуля и заряжается до исходного напряжения U_С (t) = .

 

 

Билет 30

1.Прямое смещение p-n перехода

Подадим к p-n переходу прямое смещение U_пр (см. рисунок 1.2,а), т.е. к p -области плюс, а к n -области – минус. U_пр уменьшает потенциальный барьер j_к перехода

U_пер=j_к – U_пр.

Ширина перехода уменьшается, основные носители идут к переходу, увеличивается диффузионный ток за счёт инжекции. Инжекция – введение основных носителей заряда через переход в область, где они становятся неосновными, при прямом смещении.

Обычно U_пр – десятые доли вольт, I_пр – единицы и десятки миллиампер.

Обратное смещение p-n перехода

Подадим обратное смещение к переходу (см. рисунок 1.2,б). Подключим к p -области минус, а к n -области – плюс. Потенциальный барьер увеличивается. Запирающий слой расширяется, U_ПЕР = j_к+U_обр. Носители заряда идут от перехода, сопротивление перехода увеличивается. Диффузионный ток уменьшается. Увеличивается обратный ток. При обратном смещении имеет место экстракция – введение неосновных носителей в область, где они становятся основными, за счёт обратного смещения.

При |U_обр | > j_Т обратный ток I_обр стремится к дрейфовому I₀ – обратному току насыщения p-n перехода. I₀ обусловлен только неосновными носителями и поэтому почти не зависит от напряжения U_обр.

Величина U_обр может быть равна десяткам и сотням вольт (ограничена тепловым пробоем), обратный ток I_обр – единицы и сотни микроампер.

Из рассмотрения прямого и обратного смещения можно сделать существенный вывод: так как концентрация неосновных носителей намного меньше концентрации основных носителей, то обратный ток, обусловленный неосновными носителями, намного меньше прямого тока, обусловленного основными носителями (I_обр << I_пр), т.е. p-n переход обладает односторонней проводимостью или выпрямительным свойством.

Транзисторы VТ₂, VТ₃ представляют собой не что иное, как двухтактный усилитель мощности.

2.

3. Основные логические операции и логические элементы.

Логические функции ‑ функции, которые принимают два значения:

F = 0, если сообщение ложное;

F = 1, если сообщение истинное.

Логические операции описывают связь между логическими функциями.

Электрические схемы, реализующие элементарные логические операции, называются логическими элементами (ЛЭ).

Существуют 3 простейшие логические операции НЕ, ИЛИ, И:

а) операция НЕ - логическое отрицание, инверсия (F равно не А)

ЛЭ, выполняющий операцию НЕ, называется инвертором (см. рисунок 3.1);

 

б) операция ИЛИ ‑ логическое сложение, дизъюнкция.

 

F = А Ú В, либо F = А+В (F есть А или В).

ЛЭ, выполняющий операцию ИЛИ, называется сборкой или дизъюнктором (см. рисунок 3.2);

 

в) операция “ И ”- логическое умножение или конъюнкция.

F = A B (F есть А и В);

F=A Ù B.

Логический элемент, выполняющий операцию И, называется схемой совпадения, или конъюнктором (см. рисунок 3.3).

Этот набор элементов И, НЕ, ИЛИ называется основным базисом или основной функционально полной системой элементов. Т.е. с помощью только этих элементов можно создать любую логическую схему.

Более широко в схемотехнике используются элементы других базисов ‑ двухступенчатые ИЛИ-НЕ, И-НЕ:

а) стрелка Пирса, или отрицание дизъюнкции, или операция ИЛИ-НЕ

А ¯ В = .

Условное обозначение приведено на рисунке 3.4. Логический элемент называется элементом Пирса;

б) штрих Шеффера, или отрицание конъюнкции, или операция И-НЕ А ½ В = .

Условное обозначение приведено на рисунке 3.5. Логический элемент называется элементом Шеффера.

С помощью только одного типа микросхем ИЛИ-НЕ, либо И-НЕ можно построить любую логическую схему, т.е. каждая из них является основным базисом.

Самым распространенным является элемент Шеффера И-НЕ.

Также широкое применение нашли логические элементы:

а) И-ИЛИ-НЕ, выполняющее операцию . Условное обозначение приведено на рисунке 3.6;

б) исключающееИЛИ, или сумма по модулю два, или функция неравнозначности имеет вид

F= ;

Это означает, что F равно либо A, либо B. Логический элемент – исключающее ИЛИ – иногда называют элементом типа «что-нибудь, но не все». Символ (псевдоплюс) означает, что входы А и В связаны логической функцией исключающее ИЛИ.

Из алгебры логики известно:

; ; .

Таблица истинности для элемента исключающее ИЛИ приведена в таблице 3.1.

Т а б л и ц а 3.1

А	В	А В

Из таблицы видно, что, если на какой-либо из входов (но не на все) подана логическая единица, то на выходе также появляется единица. Условное обозначение элемента неравнозначности приведено на рисунке 3.7,а. Поскольку этот элемент выполняет операцию сложения по модулю 2, то его обозначают так же, как на рисунке 3.7,б;

в) исключающее ИЛИ-НЕ, или функция равнозначности имеет вид

. Это означает, что F равно инверсии либо A, либо B.

Таблица истинности для элемента исключающее ИЛИ-НЕ приведена в таблице 3.2. Условное обозначение элемента приведено на рисунке 3.8.

А	В

Т а б л и ц а 3.2

 

 

Алгебра логики является алгеброй состояний и позволяет:

а) описывать работу электронного устройства в виде логических функций;

б) от уравнений переходить к электронным схемам;

в) синтезировать оптимальные схемы.

Порядок выполнения операций: НЕ – И – ИЛИ.

Операции деления и вычитания не используются, могут использоваться скобки.

Кроме аксиом алгебры логики, для преобразования функций широко используются формулы де Моргана: ; .

 

Билет №33

1. Пробой p-n перехода

Под пробоем понимают резкое уменьшение обратного сопротивления и резкое возрастание обратного тока при незначительном увеличении напряжения. Различают два вида пробоя:

а) тепловой – в результате недостаточного теплоотвода, когда рассеиваемая мощность на переходе больше мощности отводимой. Пробой необратим, прибор выходит из строя;

б) электрический пробой связан с увеличением напряженности в запирающем слое.

Электрический пробой подразделяется на два вида:

а) лавинный пробой заключается в размножении носителей в сильном электрическом поле за счёт ударной ионизации. Имеет место в широких переходах.

Ток I=I₀∙M, здесь M – коэффициент ударной ионизации или размножения;

М=1/[1-(U_обр/U_м)ⁿ]

где U_м – напряжение лавинного пробоя;

n = 3 – 5 в зависимости от материала;

б) туннельный пробой (зенеровский) развивается в узких переходах. В полупроводниках с высокой концентрацией примеси под действием напряженности поля возникает туннельный эффект, т.е. просачивание электронов сквозь потенциальный барьер (если толщина барьера мала) без затраты дополнительной энергии. Туннельный эффект возможен при обратном и небольшом прямом напряжениях, пока дно зоны проводимости ниже потолка валентной зоны.

2. Дифференциальный усилитель (см. рисунок 2.2) усиливает разность входных сигналов, который называется дифференциальным сигналом. Строится на биполярных или полевых транзисторах.

ДУ представляет собой параллельно-балансный каскад – два УПТ с общей эмиттерной нагрузкой R_э, т.е. сбалансированный мост. Плечи моста: R_к1 = R_к2 и транзисторы VT₁ и VT₂, которыедолжны быть идентичны.

В одну диагональ включено коллекторное питание, в другую – нагрузка R_н. Питание каскада осуществляется от двух источников E_к = E_э, т.е. суммарное напряжение питания.

С помощью уменьшается потенциал эмиттеров VT₁ и VT₂ относительно общей точки, при этом отпадает необходимость согласования потенциалов.

На дискретных транзисторах трудно получить абсолютную симметрию, поэтому качественные ДУ строятся на интегральных микросхемах.

3. Схема ТТЛ − транзисторно-транзисторной логики с простым инвертором

 

 

 

Билет №34

Выпрямительные диоды

Выпрямительный диод предназначен для преобразования переменного тока в постоянный. Используется свойство односторонней проводимости р-n -перехода. Электрод с большей концентрацией основных носителей называется эмиттером (Э), электрод с меньшей концентрацией основных носителей – базой (Б).

Основной характеристикой выпрямительного диода является его вольт-амперная характеристика. На рисунке 1.5 приведены ВАХ р-n -перехода (1) или теоретическая и диода (2) или реальная.

Отличия реальной ВАХ от теоретической:

а) в области малых прямых токов характеристики совпадают, в области больших прямых токов становится значительным падение напряжения на сопротивлении полупроводников и электродов. Характеристика идет ниже и почти линейно;

б) при повышении обратного напряжения ток медленно растет в результате:

1) термической генерации носителей в переходе. С увеличением ширины перехода увеличивается его объем и увеличивается число генерируемых носителей, т.е. увеличивается тепловой ток. Обратное допустимое напряжение до 400 вольт, допустимая температура до (60-70)°С;

2) поверхностной проводимости р-n перехода за счет ионных и молекулярных пленок на поверхности перехода.

 

 

 

2.