Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Полупроводниковые стабилитроны и стабилизаторы напряжения.Содержание книги
Поиск на нашем сайте
Качество работы элек схемы определяется стабильностью источников питания.U питания должно оставаться постоянным при колебаниях U и частоты сети, t, изменениях нагрузки, влажности и давления окружающей среды и т. д. Для обеспечения постоянства U на сопротивлении нагрузки применяют стабилизаторы U. При стабилизации переменного U стабилизатор включают между источником переменного I и выпрямителем. Существующие стабилизаторы могут быть разделены на 2 класса: параметрические и компенсационные. Cтабилизаторами параметрического типа наз-ся элект схемы, U на выходе которых остается практически неизменным при изменении вх U или I нагрузки в результате перераспределения Iов и Uий между отдельными элементами схемы. Для стабилизатора параметрического типа характерным является наличие в схеме одного или нескольких нелинейных элементов. Если стабилизатор работает в цепи пост-го I, то в качестве линейного и нелинейного элементов используются активные сопротивления(резисторы, диоды). При работе стабилизатора в цепи перем-го I применяются реактивные Rия (индуктивные или емкостные). Стабилизаторы компенсационного типа харак-тся тем, что U на вых остается практически неизменным при изменении вх U или I нагрузки в результате воздействия цепи OOC на регулирующий элемент схемы. Принц-ным отличием компенсационного стабилизатора от параметрического является наличие в схеме OOC. Примерами параметрических стабилизаторов - стабилизаторы со стабилитронами. Примерами компенсационных стабилизаторов - электронные, транзисторные и дроссельные стабилизаторы. Стабилитроном назыв полупроводниковый диод, ВАХ которого имеет область резкой зависимости I от U на обратном участке BAX. ВАХ стабилитрона имеет вид, представленный на рис 4. При достижении U на стабилитроне, наз напряжением стабилизации Uстаб, I через стабилитрон резко возрастает. Rдиф идеального стабилитрона на этом участке ВАХ стремится к 0, в реальных приборах Rдиф ≈ 2÷50 Ом. Основное назначение стабилитрона - стабилизация U на нагрузке, при изменяющемся U во внешней цепи. В связи с этим последовательно со стабилитроном вкл нагрузочное R, демпфирующее изменение внешнего U. Поэтому стабилитрон наз также опорным диодом. U стабилизации Uстаб зависит от физ-ого механизма, обуславливающего резкую зависимость I от U. Различают 2 физ-их механизма,- лавинный и туннельный пробой p-n перехода. Для стабилитронов с туннельным механ-ом Uстаб < 5 В невелико. Для стабилитронов с лавинным механизмом пробоя Uстаб > 8 В.
Триггер Шмитта. Простейшая схема компаратора на основе ОУ приведена на рисунке 18, а. На инвертирующий вход ОУ поступает входное напряжение, а на неинвертирующий вход подается опорное напряжение, снимаемое с делителя R 1, R 2. Таким образом, ОУ охвачен ПОС по неивертирующему входу, и выходное напряжение скачком изменяет свою полярность при сравнении входного и опорного напряжений. Принцип действия компаратора рассмотрим с помощью передаточной характеристики (рисунок 18, б).
Пусть выходное напряжение U вх=0, а выходное – U вых= U +m (точка 1 на рисунке 18, б). Напряжение на неинвертирующем входе при этом будет: U н=b U +m, (16) где b= R 1/(R 1+ R 2) – коэффициент передачи ПОС. Если входное напряжение больше нуля и увеличивается, то при сравнении его амплитуды с опорным, равным напряжению срабатывания U ср=b U +m, компаратор переключается. При этом происходит скачкообразное изменение выходного напряжения со значения U +m на значение U –m (переход от точки 2 к точке 3). Таким образом, передаточная характеристика данного компаратора имеет вид петли гистерезиса. Такой компаратор обладает триггерным (переключающим) эффектом, и его называют триггером Шмитта. Сумма напряжений срабатывания и отпускания: U г= U ср+ U отп=2b U m является напряжением гистерезиса. Оно вводится для повышения помехоустойчивости, что позволяет устранить «дребезг» триггера, т. е. случайное его переключение напряжением помех при отсутствии входного сигнала. Пусть в момент времени t =0 напряжение на выходе компаратора U вых= U +m. В таком состоянии компаратор будет находится пока амплитуда входного напряжения U вх< U ср. В момент времени t = t 1 входное напряжение станет U вх= U ср, и компаратор переключится. При этом выходное напряжение U вых скачком изменится со значения U +m до значения U –m. В момент времени t = t 2 входное напряжение станет равным U отп, и произойдет новое переключение компаратора. Триггеры Шмитта широко применяются для преобразования медленно изменяющихся во времени сигналов в сигналы четкой формы с резкими фронтами (например, для восста6новления формы прямоугольных импульсов).
29+46 Оптоэлектронные приборы.
Работа различных полупроводниковых приемников излучения (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры) основана на использовании внутреннего фотоэффекта, который состоит в том, что под действием излучения в полупроводниках происходит генерация пар носителей заряда — электронов и дырок. Эти дополнительные носители увеличивают электрическую проводимость. Такая добавочная проводимость, обусловленная действием фотонов, получила название фотопроводимости. У металлов явление фотопроводимости практически отсутствует, так как у них концентрация электронов проводимости огромна (примерно 1022 см"3) и не может заметно увеличиться под действием излучения. В некоторых приборах за счет фотогенерации электронов и дырок возникает ЭДС, которую принято называть фото-ЭДС, и тогда эти приборы работают как источники тока. А в результате рекомбинации электронов и дырок в полупроводниках образуются фотоны, и при некоторых условиях полупроводниковые приборы могут работать в качестве источников излучения. Оптрон это полупроводниковый прибор, в котором конструктивно объеденены источник и приемник излучения, имеющие между собой оптическую связь. В источнике излучения эл. сигналы преобразуются в световые, которые воздействуют на фотоприемник и создают в нем снова эл. сигналы. Фоторезистор представляет собой полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется под действием излучения. Фотодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, в которых используется внутренний фотоэффект. Световой поток управляет обратным током фотодиодов. Под воздействием света на электронно-дырочный переход и прилегающие к нему области происходит генерация пар носителей заряда, проводимость диода возрастает и обратный ток увеличивается. Такой режим работы называется фотодиодным. Биполярный фототранзистор представляет собой обычный транзистор, но в корпусе его сделало прозрачное «окно», через которое с ветовойпоток может воздействовать на областьбазы. Фотоны вызывают в базе генерацию пар носителей заряда — электронов и дырок. Они диффундируют к коллекторному переходу, в котором происходит их разделение так же, как и в фотодиоде. Дырки под действием поля коллекторного перехода идут из базы в коллектор и увеличивают ток коллектора. А электроны остаются в базе и повышают прямое напряжение эмиттерного перехода, что усиливает инжекцию дырок в этом переходе в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток коллектора. Тиристорные четырехслойные структуры р — п-р-п (рис.) могут управляться световым потоком, подобно тому как триодные тиристоры управляются напряжением, подаваемым на один из эмиттерных переходов.
Регистры Регистр — это последовательностное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними. Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспечивается выполнение некоторых операций над словами. Типичными являются следующие операции: • прием слова в регистр; • передача слова из регистра; • поразрядные логические операции; • сдвиг слова влево или вправо на заданное число разрядов; • преобразование последовательного кода слова в параллельный и обратно; • установка регистра в начальное состояние (сброс). Фактически любое цифровое устройство можно представить в виде совокупности регистров, соединенных друг с другом при помощи комбинационных цифровых устройств. Регистры классифицируются по следующим видам: • накопительные (регистры памяти, хранения); • сдвигающие. В свою очередь сдвигающие регистры делятся: • по способу ввода-вывода информации на: — параллельные, — последовательные, — комбинированные; • по направлению передачи информации на. — однонаправленные, ---- реверсивные
Инвертирующий усилитель В схеме инвертирующего усилителя (рисунок 4, а) вх U через резистор R1 подается на инвертирующий вход, который с помощью резистора обратной связи R2 охвачен параллельной ООС по напряжению. Неинвертирующий (прямой) вход соединяется с общим проводом. Входной и выходной сигнала усилителя находится в противофазе (сдвинуты на 180˚), что отражает знак минус в формуле коэффициента усиления по напряжению K = – R2 / R1. (1) Таким образом, инвертирующий усилитель – это ОУ с ООС, у которого вх и вых U находятся в противофазе.Для правильной работы схем с ОУ необходимо, чтобы смещение нуля на выходе было min. Для этого в прямой вход включают R R3 = R1R2 /(R1 + R2), компенсирующее U смещения (рисунок 4, б), или используют ОУ с входными каскадами на полевых транзисторах. (.) А подключения резисторов R1 и R2 к инвертирующему входу называют мнимой землей. Так как коэффициент усиления по U идеального ОУ стремиться к бесконечности, разность потенциалов между входами должна быть пренебрежительно мала. Таким образом, с точки зрения сигнала инвертирующий вход имеет тот же самый потенциал, что и неинвертирующий вход, который заземлен. При этом все U вх оказывается приложенным ко входному резистору R1 и входной ток схемы I 1= U вх/ R1. =>, R вх= R1. Для этой схемы свойственно также небольшое значение вых R (R вых®0). Данный результат объясняется действием цепи параллельной ООС по U.
Вых U определяется как U вых= I 2 R2. Вследствие нулевых входных токов ОУ I 1= I 2. Тогда вых U инвертирующего усилителя в таком случае равно U вых= – (R2 / R1) U вх, (2) где знак минус показывает, что входной сигнал подается на инвертирующий вход, а отношение – R2 / R1 составляет коэффициента усиления по U. При R1 = R2, K =–1 инвертирующий усилитель превращается в инвертирующий повторитель (инвертор). Основные свойства инвертирующего усилителя: – выходной сигнал в противофазе относительно входного; – отсутствует синфазный сигнала (мнимая земля); – низкое входное сопротивление; – простая реализация коэффициента усиления по напряжению, который может быть как больше, так и меньше единицы. Простой инвертирующий усилитель двояко используется в аналоговых цепях: во-1, как устройство, изменяющее знак (инвертор) без изменения величины сигнала при R1 = R2; во-2, когда требуется умножить переменную (сигнал) на константу k выбирают R2 / R1 равным k. Если константа положительная, то вслед за этой схемой следует включить инвертор, чтобы скорректировать знак. Инвертирующий усилитель может также быть применен для суммирования нескольких входных напряжений
Неинвертирующий усилитель В неинвертирующим усилителе входной сигнал поступает на прямой вход, а инвертирующий вход с помощью резистивного делителя R1, R2 охвачен последовательной ООС по U (рисунок 5, а). Коэффициент усиления определяется только элементами цепи ОС K = 1+ R2 / R1. (3) Последовательная ООС по входу обеспечивает большое вх R (равно входному сопротивлению ОУ по прямому входу), ООС по напряжению – малое выходное сопротивление (близко к нулю). В неинвертирующим усилителе фазы вх и вых Uний совпадают. Как видно из (3), коэффициент усиления не может быть < 1. неинвертирующий усилитель – это ОУ с ООС, у которого вх и вых U совпадают по фазе. Для правильной работы схем с ОУ необходимо, чтобы смещение нуля на выходе было min. Для этого в прямой вход вкл R R3 = R1R2 /(R1 + R2), компенсирующее U смещения, или используют ОУ с входными каскадами на полевых транзисторах.
Повторитель напряжения (операционный повторитель)– важный частный случай неинвертирующего усилителя (рисунок 5, б). Он образуется при условии R1 = ∞, R ОС=0. В этой схеме все вых U обратно подается на инвертирующий вход. Операционный повторитель передает входной сигнал без изменения фазы и амплитуды (то есть коэффициент усиления напряжения K =1) и является усилителем с глубокой последовательной ООС по U. Oперационный повторитель по своим характеристикам подобен эмиттерному или истоковому повторителям и находит применение в качестве буферных или согласующих элементов. Основные свойства неинвертирующего усилителя: – выходной сигнал совпадает по фазе с входным; – есть синфазный сигнала; – высокое входное сопротивление; – коэффициент усиления по напряжению не может быть меньше единицы. Неинвертирующий усилитель может также быть применен для суммирования нескольких входных напряжений.
35 Сумматоры,основные понятия и определения
Сумматоры - это комбинационные устройства, предназначенные для сложения чисел. Рассмотрим сложение двух одноразрядных двоичных чисел, для чего составим таблицу сложения(таблицу истинности), в которой отразим значения входных чисел АВ, значение результата суммирования S и значение преноса в старший разряд P. Работа устройства, реализующего ТИ, описывается следующими уравнениями: S=A*B+ A*B; P= A*BОчевидно что по отношению к столбцу S реализуется логическая функция «исключающее ИЛИ» то есть S=AÅB. Устройство реализующее таблицу называется полусумматором. Он может использовать лишь для суммирования в старшем разряде. Двоичные сумматоры выполняют арифметическую операцию сложения двоичных чисел по модулю два (Å) и используются преимущественно в арифметико-логических устройствах современных ЭВМ. Существует два вида сумматоров: с параллельным и последовательным действием. У сумматоров с параллельным действием сложение выполняется параллельно, сразу во всех разрядах суммируемых чисел. В сумматорах с последовательным действием имеется только одна одноразрядная суммирующая схема и результат образуется последовательным сложением отдельных разрядов.
36 Преобразователи кодов, основные понятия и определения. ПК(кодопреобразователем) наз устройство для преобразования одного вида двоичного кода в другой. Преобразование одного кода в другой можно осуществлять последовательным соединением дешифратора и шифратора. В этом случае m-элементная комбинация преобразуется дешифратором в сигнал логической 1 на соответствующем выходе, а шифратор из этого сигнала формирует требуемую n-элементную комбинацию. Существует также метод построения (ПК), основанный на использовании свойства независимости входов и выходов дискретного устройства. Синтез ПК осуществляется по следующей методике: 1) Определяется количество двоичных чисел, которые необходимо перевести из одного кода в другой. 2) Составляется ТИ, в которой описываются входные и выходные коды двоичного числа. 3) Далее синтез выполняется по методике построения ДУ с несколькими выходами и не полностью определяемыми функциями (т.к. каждый выход Ym не зависит от другого, то для каждого выхода составляется своя логическая функция и затем строится схема на общих входах). П р и м е р ¾ Построить ПК в базисе И-НЕ для перевода чисел от 5 до 8 кода 8421 в код 7421 (коды см. таблицу.Необходимо перевести четыре двоичных числа. Составляем ТИ (таблица 4). Т а б л и ц а 4 ¾ ТИ преобразователя кодов
запишем функции каждого выхода в тех строках где выход равен единице в виде СДНФ. Затем упрощаем полученные выражения одним из подходящих методов минимизации и преобразуем их к базису И-НЕ. Для этого используем аксиомы и законы алгебры логики. По полученным выражениям строим схему ПК, представленную на рисунке 4. Шифраторы и дешифраторы. Шифратором (кодером) называется устройство, преобразующее сигнал логической 1 на одном из входов в соответствующую кодовую комбинацию на выходах. Шифраторы используют, например, для ввода информации в цифровые системы. В таких устройствах при нажатии выбранной клавиши подается сигнал на определенный вход шифратора и на его выходе появляется двоичное число, соответствующее данной клавише. Для синтеза шифратора строится таблица истинности (ТИ) на основании которой получают аналитические зависимости выходов от входов. Затем выражения преобразовывают (если надо) к требуемому базису и строят схему. Дешифратором (декодером) называется устройство, распознающее различные кодовые комбинации, т.е. преобразующее двоичное число в сигнал логической единицы на одном из выходов, соответствующем десятичной цифре поданной на вход двоичной комбинации. Синтез дешифратора можно выполнить по той же ТИ, что и шифратора, только поменять в ней местами входы и выходы.
Схема ОБ. Коэффициент усиления по току каскада ОБ всегда меньше единицы: , так как ток коллектора всегда лишь немного меньше тока эмиттера. С татический коэффициент усиления по току (или коэффициент передачи тока), для схемы ОБ обозначаемый . Он определяется для режима без нагрузки (RH = 0), т. е. при постоянстве напряжения коллектор — база: . Коэффициент усиления по напряжению: Для схемы ОБ фазовый сдвиг между выходным и входным напряжением отсутствует, т. е. фаза напряжения при усилении не переворачивается. Каскад по схеме ОБ вносит при усилении меньшие искажения, нежели каскад по схеме ОЭ.
Схема ОЭ. Эмиттер является общей точкой для входа и выхода схемы. Входное напряжение, которое необходимо усилить, подается от источника колебаний ИК на участок база — эмиттер. На базу подано также положительное смещение от источника Е1 являющееся прямым напряжением для эмиттерного перехода. При этом в цепи базы протекает некоторый ток, а следовательно, входное сопротивление транзистора получается сравнительно небольшим. Чтобы не происходила потеря части входного переменного напряжения на внутреннем сопротивлении источника E1, он зашунтирован конденсатором большой емкости. Для получении усиленного выходного напряжения в эту цепь включена нагрузка Rн. Усиление происходит след. образом: Напряжение источника Е2 делится между сопротивлением нагрузки Rн и внутренним сопротивлением транзистора r0, которое он оказывает постоянному току коллектора. Если во входную цепь включается источник колебаний, то при изменении его напряжения изменяется ток эмиттера, и значит, сопротивление коллекторного перехода. Тогда напряжение источника Е2 будет перераспределяться между Rн и сопротивлением коллекторного перехода. При этом переменное напряжение на резисторе нагрузки может быть получено во много раз больше, чем входное. Усиленная мощность является частью мощности, затрачиваемой источником Е2.
Физика процесса в БПТ. Принцип работы БПТ зкл. в том, что прямое напряжение эмиттерного перехода, т.е. участка база-эмиттер(Uб-э), существенно влияет на токи эмиттера и коллектора: чем больше это напряжение, тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменения тока коллектора лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера. Таким образом напряжение, управляет током коллектора. Усиление эл. колебаний с помощью транзистора основано на этом явлении. Физические процессы в транзисторе происходят следующим образом. При увеличении прямого входного напряжения Uб_э понижается потенциальный барьер в эмиттерном переходе и соответственно возрастает ток через этот переход — ток эмиттера iэ Электроны этого тока инжектируются из эмиттера в базу и благодаря диффузии проникают сквозь базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора. Так как коллекторный переход работает при обратном напряжении, то в этом переходе возникают объемные заряды, показанные на рисунке кружками со знаками «+» и «—». Между ними возникает электрическое поле. Оно способствует продвижению (экстракции) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда из эмиттера, т. е. втягивают электроны в область коллекторного перехода.
59 Параллельное соединение стабилитронов. Параллельное соединение стабилитронов не применяется, так как различные экземпляры стабилитронов данного типа не имеют одинаковых напряжений Uв и Uст. При подаче напряжения на параллельно соединенные стабилитроны разряд возникает лишь в том, у которого напряжение Uв наименьшее. Напряжение на нем скачком понижается, и в остальных стабилитронах разряда не будет. Если бы он даже и возник, то вследствие различия напряжений стабилизации одни из стабилитронов работали бы с недогрузкой, другие – с перегрузкой. Возможно даже, что какой-то стабилитрон работал бы в режиме аномального катодного падения. Он не будет участвовать в стабилизации, а станет дополнительной бесполезной нагрузкой и уменьшит пределы стабилизации по напряжению. Конечно, можно подобрать близкие по параметрам стабилитроны. Но это сложно и ненадежно, так как с течением времени их параметры меняются. Практически редко включают параллельно больше трех стабилитронов. Уравнительные резисторы с сопротивлением в десятые доли Ома или единицы Ом обычно подбирают экспериментально до получения в рабочем режиме одинаковых токов в стабилитронах. Иногда включают уравнительные резисторы с сопротивлением, в несколько раз большим, чем прямое сопротивление стабилитронов, для того чтобы ток в каждом стабилитроне определялся главным образом сопротивлением R у. Но в этом случае происходит дополнительное падение напряжения на Ry, превышающее в несколько раз прямое напряжение стабилитронов, и КПД, конечно, снижается. Если нежелательно включать уравнительные резисторы, то надо подобрать стабилитроны с примерно одинаковыми характеристиками. Однако рекомендуется по возможности не прибегать к параллельному соединению стабилитронов.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-06-29; просмотров: 1057; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 52.15.136.88 (0.018 с.) |