Схема триггера на транзисторах: RS-триггер на одном транзисторе / Хабр

Содержание

мир электроники — Триггер Шмитта

Электронные устройства 

 материалы в категории

Триггер Шмитта (говорить Шмидта и Шмита не корректно)- это особый вид триггера который так же имеет два устойчивых состояния (логический ноль или логическая единица), но работает несколько иначе- переключение триггера Шмитта происходит лишь при определенной амплитуде входного сигнала и удержание триггера в устойчивом состоянии возможно лишь пока уровень входного сигнала выше порога срабатывания триггера.

В общем триггер Шмитта это некое пороговое устройство: когда сигнал на входе достиг порогового значения он открывается и будет держаться в открытом состоянии пока уровень входного сигнала не упадет ниже порога срабатывания.

Область применения триггеров Шмитта:
1. Преобразование аналогового сигнала в цифровой. В случаях когда требуется получить из аналогового сигнала прямоугольные импульсы/
2. В качестве дискриминаторов- когда необходимо отделить сигналы с разной амплитудой.

Используется несколько триггеров Шмитта с разным порогом срабатывания.
3. В качестве компаратора- сравнивающего устройства.

Триггер Шмитта на транзисторах

А теперь давайте рассмотрим как работает триггер Шмита на транзисторах.
Схема триггера Шмитта на транзисторах на рисунке ниже:

При нулевом напряжении на входе транзистор T1 заперт а транзистор T2, наоборот- в открытом состоянии (на его базе присутствует напряжение смещения через резисторы Rc1, R1 и R2. Напряжение на выходе Vout будет практически уравновешено между питающими потенциалами и будет соответствовать логическому «нулю»

Если на вход Vin начать подавать аналоговый сигнал то по достижении порога открытия транзистора T1(а этот порог можно менять базовым смещением, которое на рисунке не указано) он начнет открываться, забирая тем самым ток с базы транзистора T2.
Транзистор T2 начнет запираться и следовательно будет уменьшаться и напряжение на резисторе Re, что приведет к увеличению скорости отпирания транзистора T1.


Таким образом переключение транзисторов в триггере произойдет практически мгновенно, транзистор T2 закроется и на выходе Vout будет присутствовать логическая «единица».

При падении сигнала на входе Vin все произойдет наоборот: транзистор T1 начнет запираться, ток базы транзистора T2 начнет увеличиваться, он будет открываться и потенциал на общем резисторе Re начнет повышаться. Увеличение этого потенциала приведет к ускорению запирания транзистора T1.

Смотрим также:
Расчет триггера Шмитта

 

Rs-триггер на транзисторах

Лабораторная работа.

Тема:.RS — триггер.

Цель: исследование работы RS — триггера.

Приборы: 2 панели “Полупроводники и микросхемы”, блок питания на

5В БП-5, соединительные провода, 2 транзистора структуры

n-p-n КТ315.

Подготовка к работе:

1. Повторить ТБ.

2. Собрать схему RS — триггера.

3. Подсоединить провода питания 5В к выходу БП-5 и к входу панели

(“+” от БП-5 к “+” панели, “-” от БП-5 к ““ панели).

4. Показать схему преподавателю или лаборанту.

5. Подключить шнур питания БП-5 к сети.

6. Включить тумблер “Сеть” на БП-5.

Схема RS — триггера.

Номиналы элементов:

R1, R2  330 Ом; R3, R4  680 Ом; R5, R6  16 Ком; R7, R8  12 Ком; VT1, VT2  КТ315; HL1, HL2  АЛ307Б.

Ход работы:

1. Попеременно подавая на входы “S” и “R” сигналы “1” или “0”

зафиксировать сигналы на выходах “Q” и “”.

2. Составить таблицу истинности для данного RS – триггера (см. табл.1).

Таблица1.

Входы

Выходы

Вх. «S»

Вх. «R»

Вых. «Q»

Вых. »»

1

0

0

0

0

1

1

1

Примечание:

Сигналу “1” на входах “S” и “R” соответствует напряжение +5В.

Сигналу “0” на входах “S” и “R” соответствует напряжение на общем

проводе ().

Горящий светодиод на выходе “Q” или “” указывает на сигнал “1” ,

погасший  на сигнал “0”.

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Последовательностные функциональные узлы. Триггеры

Аннотация: Рассматривается принцип действия триггеров как простейших элементов электронной памяти.

Цифровое устройство называется последовательностным [1, с.91], если его выходные сигналы зависят не только от текущих значений входных сигналов, но и от последовательности значений входных сигналов, поступивших на входы в предшествующие моменты времени. Поэтому говорят, что такие функциональные узлы «обладают памятью».

Триггер — это логическая схема с положительной обратной связью, которая может находиться только в одном из двух устойчивых состояний, принимаемых за состояние логического нуля и логической единицы.

В отличие от всех рассмотренных ранее комбинационных схем, работа которых определяется только входными сигналами, состояние триггера в текущий момент зависит и от его состояния в предыдущий момент времени. Иными словами, триггер — это схема с запоминанием [2].

RS-триггеры

Простейшая функциональная схема RSтриггера в базисе ИЛИ-НЕ приведена на рис. 7.1,а. Здесь (от англ. Reset — сброс) — вход сброса триггера в состояние логического нуля, S (от англ. Set — устанавливать) — вход установки триггера в логическую единицу, — прямой выход триггера (состояние считается для триггера единичным, а противоположное, при , — нулевым), — инверсный выход триггера.


Рис. 7.1. RS-триггер в базисе ИЛИ-НЕ: а — функциональная схема; б — УГО

Очевидно, при наличии двух входных сигналов, возможны 4 варианта работы схемы (табл. 7.1). Начнем анализ с состояний, когда на один из входов подается решающий для элемента ИЛИ-НЕ сигнал логической 1.

Первая такая комбинация: , . является для логического элемента ИЛИ-НЕ решающим сигналом, который переключит нижний элемент схемы на рис. 7.1,а в логический , поэтому . Комбинация и переключит верхний элемент ИЛИ-НЕ в 1: . Таким образом происходит установка триггера — его переключение в единичное состояние.

Вторая комбинация: , . Решающий для ИЛИ-НЕ сигнал переключит выход в нулевое состояние, а сочетание и обеспечит переключение инверсного выхода в состояние . Триггер сброшен — то есть пришел в устойчивое нулевое состояние.

Если на оба входа подать , то состояние триггера будет определяться значениями и , поскольку логический 0 не является решающим для элемента ИЛИ-НЕ. Допустим, ранее триггер был установлен: то есть и . Тогда решающий сигнал будет через положительную обратную связь подан на нижний элемент ИЛИ-НЕ и состояние будет подтверждено. На входы верхнего элемента ИЛИ-НЕ будет подано сочетание сигналов и , поэтому состояние прямого выхода триггера будет подтверждено. Если же триггер был сброшен, то есть было и , тогда решающий сигнал бу дет через положительную обратную связь подан на верхний элемент ИЛИ-НЕ и состояние будет подтверждено. На входы нижнего элемента ИЛИ-НЕ будет подано сочетание сигналов и . Таким образом, триггер хранит ранее записанную информацию

.

Рассмотрим последнюю, четвертую комбинацию входных сигналов: , . На входы обоих логических элементов ИЛИ-НЕ поданы решающие сигналы логической единицы, поэтому на выходах обоих элементов будут логические нули, то есть и . Если теперь одновременно подать , то за счет положительных обратных связей на оба логических элемента будут поданы 0, поэтому на выходах ИЛИ-НЕ установятся две решающие логические единицы, которые будут стремиться перевести выход другого ИЛИ-НЕ в логический 0. Кто победит в этом «поединке», зависит от того, в каком из элементов ИЛИ-НЕ переходный процесс закончится раньше. Допустим, в верхнем элементе процесс завершится раньше, тогда подается на вход нижнего элемента ИЛИ-НЕ и приводит к переключению . Таким образом, происходит сброс три ггера. Если же процесс завершится раньше в нижнем элементе, тогда подается на вход верхнего элемента ИЛИ-НЕ и приводит к переключению . Происходит

установка триггера. Для пользователя ситуация оказывается непредсказуемой, поскольку определяется разбросом параметров транзисторов, на базе которых выполнены логические элементы, входящие в триггер. В этой связи комбинация приводит к недопустимому неустойчивому состоянию триггера. Она может применяться только при строгой очередности снятия сигналов и .

Для рассматриваемой схемы характерно также и то, что оба элемента триггера переключаются не одновременно, а последовательно друг за другом. Поэтому в ходе переходного процесса переключения триггера в противоположное состояние будут моменты времени, когда и на прямом, и на инверсном выходах будут одинаковые уровни. Это недопустимо по определению, поскольку

триггер должен быть либо в устойчивом состоянии логического ( и ), либо в устойчивом состоянии логической ( и ). Поскольку решающим для элементов ИЛИ-НЕ является сигнал логической единицы, в УГО входные управляющие сигналы и являются прямыми.

Функциональная схема простейшего триггера в базисе И-НЕ показана на рис. 7.2.а. Поскольку для функции И-НЕ решающим является сигнал логического нуля, активный уровень входных сигналов будет нулевым (табл. 7.2), что отражается на УГО триггера (рис. 7.2,б) в виде инверсного изображения входов и .


Рис. 7.2. RS-триггер в базисе И-НЕ: а — функциональная схема; б — УГО
Синхронный RS-триггер

Недостатком схемы остается наличие недопустимой комбинации на входе, при которой получается неустойчивое состояние схемы.

HiViz.com — Инструменты — Триггеры

Инструменты

Хотите создать свои собственные схемы запуска? Попробуйте эти:

Вам также понадобится способ подключения ваш триггер к вспышке.

Предпочитаете приобретать все необходимые детали в комплекте? Зайдите в HiViz.com WorkShop.

Создайте свой собственный звуковой триггер

Если вы хотите создать свой собственный пьезоэлектрический звук триггер с нуля, перечень деталей и схема диаграммы приведены ниже. Микрофон пьезоэлектрический доступен элемент зуммера, например # 273-073 из Radio Shack.(Используйте только красный и черный провода в этой части.) SCR должен быть чувствительным к очень малым токам затвора и способен обеспечить изоляцию до 400 В.

Перечень запчастей

Пьезоэлектрический зуммер
Транзистор общего назначения NPN, например 2N2222
Переменный резистор 5 кОм
Резистор 5 кОм
Резистор 68 кОм
Чувствительный затвор SCR на 400 В *
Батарея 9 В и зажим

Вернуться к началу

Создайте свой собственный триггер фотозатвора

Перечни деталей и электрические схемы приведены ниже. для двух схем фотозатвора.Каждая схема использует инфракрасный излучатель и детектор. (Фонарик может обеспечить заменитель инфракрасного излучателя даже при использовании инфракрасный детектор.) Транзистор переключатель имеет очень быстрый отклик и подходит для срабатывание по быстро движущимся объектам. Шмитт триггер лучше работает для медленно движущихся объектов, таких как капля молока, падающая через фотозатвор.

Есть много инфракрасных излучателей и фотоприемников. которые можно использовать с этими схемами. Вместо отдельного излучателя можно использовать прерыватель и детектор. Прерыватель включает в себя оба излучателя. и детектор в едином литом пластиковом корпусе. (Видеть фото здесь.) Это полезно, когда объект, нарушающий инфракрасный пучок узкий, так как зазор между детектором и излучателем составляет всего около одной восьмой дюйма.

Транзистор photogate

Схема триггера фотозатвора, в которой используется транзистор. показано ниже. Транзистор 2N2222 действует как переключатель в тракте затвор-катод SCR. SCR подключен либо на вспышку, либо на устройство задержки. Пока фототранзистор освещен Светодиод, цепь коллектор-эмиттер 2N2222 разомкнута.Когда свет заблокирован, напряжение на фототранзисторе поднимается, и 2N2222 проводит ток, тем самым блокируя SCR.

Чувствительность фотозатвора регулируется переменный резистор 100 кОм. (Можно использовать переменный резистор с меньшим диапазоном для более точного управления при высокой чувствительности.) Это важная функция для обнаружения небольших быстрых объектов и позволяя большие расстояния между детектором и эмиттер. Для максимальной чувствительности сопротивление устанавливается достаточно низким, чтобы поднять напряжение на фототранзистор до порога срабатывания. Всякий раз, когда увеличено расстояние детектор-эмиттер, сопротивление необходимо увеличить, так как собственное сопротивление фототранзистора повышается при уменьшении освещенности.

Список деталей для фотозатвора транзистора

Инфракрасный излучатель
Инфракрасный фототранзистор
2N2222 транзистор
Чувствительный затвор, 400 В *
Резистор 10 кОм
Резистор 470 Ом
Переменный резистор 100 кОм
Батарея 9 В и зажим

Вернуться к началу

Триггер Шмитта photogate

Транзисторный триггер может плохо реагировать на медленные такие предметы, как падающие капли жидкости. Триггер Шмитта предоставляет альтернативу. В схеме используется таймер 555 IC, показанная ниже. Когда свет от излучателя к фототранзистор заблокирован движущимся объектом, напряжение на фототранзисторе увеличивается. Когда это достигает определенного уровня, квадратный выходной импульс 9 В производится на выводе 3, таким образом замыкая SCR.

Чувствительность регулируется 10-кОм переменный резистор. Для нижнего значения этого сопротивления, значение фототранзистора сопротивление, которое приводит к срабатыванию, также будет ниже. Это означает, что срабатывание будет происходить с меньшим количеством засоров. светового луча. Или, если разделение эмиттер-детектор были больше, давая более низкую интенсивность на детекторе, переменное сопротивление должно быть больше в чтобы предотвратить самопроизвольное срабатывание.(Переменная в качестве детектора-эмиттера может потребоваться резистор с большим диапазоном разделение увеличено.)

Список деталей для триггера Шмитта

Инфракрасный излучатель
Инфракрасный фототранзистор
Таймер 555 IC
SCR, чувствительный к напряжению 400 В *
Резистор 10 кОм
Резистор 470 Ом
Переменный резистор 10 кОм
Конденсатор 0,01 мкФ
Батарея 9 В и зажим

Наверх

Создайте свой собственная электронная схема задержки

Перечень деталей и принципиальная схема приведены ниже. для схемы задержки.В схеме используется таймер 556, который состоит из двух таймеров 555. Когда вход заземлен или имеется отрицательный входной импульс, выход 1 становится высоким. Он остается высоким в течение определенного периода времени. установкой 1 МОм переменный резистор и значение емкости, C. По истечении этого времени выход 2 становится высоким, высокий около 10 мс.На этот раз это называется сбросом . задержка , определяется конденсатором 10 мкФ и Резистор 1 кОм. Сброс задержка обычно достаточно мала, чтобы позволить вспышке для повторного срабатывания с минимальной задержкой. Если желательна большая задержка, резистор 1кВт можно заменить, скажем, на 100 кОм резистор.

При использовании с фотозатвором или звуком триггер для разряда вспышки, выход триггер становится входом схемы задержки. Один или оба выхода 1 и 2 могут использоваться для запуска вспышки.

Список деталей цепи задержки

В дополнение к деталям, перечисленным ниже, несколько конденсаторов (0.01–1,0 мкФ) необходимы для обеспечения различных временных диапазонов. (Это будет значение C на принципиальной схеме.)

556 IC
2 тиристора затвора, чувствительного к 400 В *
Резисторы: 1 1 кОм, 1100 кОм, 1 1 МОм, 4 22 кОм

Переменный резистор 1 МОм
Конденсаторы: 2 0,005 мкФ, 2 0,05 мкФ, 1 10 мкФ
Батарея 9 В и зажим

* SCR с чувствительным затвором на 400 В (деталь нет. EC103D) можно приобрести в Digi-Key или HiViz WorkShop.

К началу

Подключение триггер к вспышке

Шнур ПК вспышки можно подключить к звуковой триггер без необходимости перерезать шнур, чтобы открыть оголенные провода.Вот один способ:

а) Отрежьте полдюйма длиной от верхней части пластикового картридж для шариковой ручки. Вставьте это внутрь воротника кабеля ПК, как показано на схеме в разрезе, к правильно. Если пластик не подходит, побрейте или отпилите маленький. Посадка должна быть плотной, чтобы предотвратить попадание пластика. от выпадения.Он служит изоляцией между внутренний положительный штифт и внешний отрицательный воротник.

б) Вставьте плюсовой провод от звукового триггера. в пластиковую втулку, окружающую штифт ПК шнур. Убедитесь, что имеется хороший электрический контакт. Затем оберните отрицательный провод от звукового триггера вокруг воротник шнура ПК.Надежно закрепите провода.

Если вы не против перерезать кабель ПК, вот несколько другие способы подключения.

К началу

Входная цепь триггера Шмитта для шумоподавления

Шумоподавление с гистерезисом

Устранение шума — одна из основных проблем в достижении более высоких скоростей передачи данных и более длинных кабелей связи. Есть несколько способов уменьшить шум. Линии связи можно экранировать. Дифференциальная связь, как в случае с RS422 и RS485, совершенно невосприимчива к шумам, особенно когда провода скручены. Низкое выходное сопротивление и подходящие согласующие резисторы для уменьшения отражений также могут помочь, но на линии всегда будет оставаться некоторый шум. Этот шум можно уменьшить, добавив входные фильтры, например, с помощью RC-сети, но входные фильтры имеют недостаток, заключающийся в том, что они не только уменьшают шум, но также и максимально допустимую скорость передачи данных.Другая возможность — добавить гистерезис во входную линию. Входная линия с гистерезисом использует два уровня переключения: В, , высокий, , и , В, , низкий, , . Когда входное напряжение превышает V high , выход переключается на высокий уровень. Только когда входное напряжение падает ниже В низкое (которое должно быть ниже В высокое ), выход переключается обратно в свое низкое состояние. Этот тип шумоподавления реализован на входах шины I²C.Эффект гистерезиса можно увидеть на следующем рисунке.

Уровни напряжения триггера Шмитта


Первый график показывает фактический входной сигнал. На линии присутствует некоторый шум, и если центральное напряжение используется для определения того, находится ли вход во включенном или выключенном состоянии, в сигнале может быть обнаружено четыре высоких периода, как показано на втором графике. Однако, если мы используем два уровня запуска с гистерезисом, можно уменьшить количество обнаруживаемых логических максимумов до одного.Это то, что делает триггер Шмитта на последнем графике.

Низкий уровень цепи триггера Шмитта

Сделать электронную схему с гистерезисом несложно, спасибо Отто Шмитту, американскому ученому. Он изобрел простую электронную схему, которая имеет встроенный эффект гистерезиса. Эта схема теперь известна как триггер Шмитта. Для создания схемы достаточно двух транзисторов и нескольких тщательно подобранных резисторов. Значения резисторов определяют уровни входного напряжения, при которых схема триггера Шмитта меняет состояние.Базовая схема триггера Шмитта показана на следующем рисунке.

Типовая схема триггера Шмитта


Расчет высокого уровня срабатывания

Давайте попробуем разобраться в этой схеме, предположив, что входное напряжение равно нулю. Транзистор T 1 не будет проводить из-за нулевого входного напряжения. Состояние транзистора T 2 полностью определяется резисторами R C1 , R 1 и R 2 .Эти три резистора образуют делитель напряжения. Предположим, что базовый ток, протекающий в T 2 , достаточно мал, чтобы им можно было пренебречь. В современных транзисторах, где коэффициент усиления h FE часто больше, чем 150 , это предположение создаст лишь очень небольшую ошибку. Базовое напряжение T 2 затем можно рассчитать как

V B2 = V питание * R 2 / ( R C1 + R 1 + R 2 ) 9000

Напряжение эмиттера T 2 будет меньше из-за разницы напряжений V BE между базой и эмиттером. Для кремниевого транзистора, по которому протекает ток, напряжение В BE можно оценить примерно как 0,61 В . Напряжение эмиттера можно рассчитать как:

V E2 = V B2 V BE2 = V питание * R 2 / ( R C1 + + R 2 ) — 0,61

Схема триггера Шмитта использует логику с эмиттерной связью.Следовательно, V E = V E1 = V E2 .

Теперь рассмотрим ситуацию, когда входное напряжение цепи увеличивается. Как только В B1 больше, чем В E1 , через транзистор T 1 начнет течь очень небольшой ток. Этот ток также проходит через резистор R C1 , и поэтому базовое напряжение транзистора T 2 будет уменьшаться.По мере того, как базовое напряжение становится ниже, уменьшается и напряжение эмиттера транзистора T 2 , и поскольку эмиттеры транзистора T 1 и T 2 напрямую связаны, разница напряжений В BE1 увеличится. Больше тока начнет течь через транзистор T 1 и транзистор T 2 закроется. Обратите внимание, что напряжение эмиттера на резисторе R E не упадет до нуля.Хотя T 2 закрывается, T 1 открывается в то же время, сохраняя напряжение эмиттера более или менее стабильным на уровне В в В BE . Когда T 2 полностью закрыт и T 1 открыт, состояние системы изменилось. Выход перейдет в высокое состояние, потому что резистор R, C2 подтягивает выход к источнику питания. Напряжение запуска, при котором этот эффект начинает происходить, называется высоким напряжением запуска и может быть приблизительно рассчитано как

.

V высокий = V питание * R 2 / ( R C1 + R 1 + R 2 906 07. 61

Очевидно, что увеличение напряжения на входе схемы будет держать схему в высоком состоянии. Это связано с тем, что более высокое напряжение на входе создает более высокий ток базы и коллектора, и этот более высокий ток коллектора будет еще больше понижать базовое напряжение транзистора T 2 . Но когда схема снова вернется в нулевое состояние? Это требует дальнейшего анализа схемы.

Расчет нижнего уровня срабатывания

Если V в понижается, ток, протекающий через T 1 , уменьшится.Это вызывает уменьшение тока через резистор R C1 и повышение уровня напряжения на базе транзистора T 2 . Поскольку транзисторы связаны с эмиттером, напряжение эмиттера этого транзистора уменьшается, и когда В в достаточно низкое, базовое напряжение транзистора T 2 станет немного выше, чем напряжение эмиттера, вызывая небольшой базовый ток протекает через T 2 . Этот небольшой базовый ток создаст ток эмиттера через общий резистор R E . Напряжение эмиттера будет расти, и через T 1 будет протекать меньший ток, потому что разница напряжений между базой и эмиттером T 1 становится меньше. Это вызывает меньший ток, протекающий через R C1 , а базовое напряжение при T 2 увеличивается еще больше. T 2 откроется, а T 1 закроется одновременно.На этом входном уровне В, в , схема изменила состояние обратно на ноль. Но при каком конкретном напряжении запускается это изменение состояния?

Расчет низкого напряжения запуска для схемы запуска Шмитта немного сложнее, чем расчет высокого уровня запуска. T 2 начнет открываться, когда базовое напряжение В B2 станет немного больше, чем напряжение эмиттера В E2 . Мы попытаемся вычислить входное напряжение, при котором В B2 и В E2 равны, когда T 2 закрыто.

Сначала несколько основных расчетов напряжений и токов в цепи, когда T 2 замкнут. Как указано выше, мы предполагаем, что базовые токи, протекающие через транзисторы, малы. Следовательно, ток коллектора и ток эмиттера через T 1 считаются равными. Кроме того, поскольку T 2 закрыт, через этот транзистор не будет протекать ток базы.

В E = I E1 * R E

В C1 = I R1R2 * ( R 1 + R 2 )

В питание В C1 = ( I C1 + I R1R2 ) * R C1

Важным фактором в этом расчете является напряжение коллектора транзистора T 1 , потому что, зная это значение, мы можем легко вычислить базовое напряжение транзистора T 2 . Учитывая приведенные выше уравнения и предположение, что I E1 равно I C1 , мы можем вывести

V C1 = V питание R C1 * ( V E / R E + V C1 9018 R9018 + R 2 ))

V C1 по-прежнему находится на обеих сторонах уравнения, но это можно решить с помощью некоторых простых математических вычислений.Это дает:

V C1 = ( V подача V E * R C1 / R E ) / ( 1 + R ( R 1 + R 2 ))

С помощью этого уравнения мы можем легко вычислить уровень напряжения В, B2, , второго транзистора.

V B2 = V C1 * R 2 / ( R 1 + R 2 )

V B2 = ( V подача * R 2 V E * R C1 * R 2 E ) / ( справа C1 + R 1 + R 2 )

Вот где начинается магия. Ищем значение V B2 , при котором транзистор T 2 начинает проводить. Это точка, в которой базовое напряжение В B2 равно напряжению эмиттера В E . Таким образом, мы можем заменить V E на V B2 и сократить уравнение. Я пропущу некоторые шаги, но конечный результат можно увидеть ниже:

V E = V питание * R 2 / ( R C1 + R 1 + R 2 C1 * R 2 / R E )

Когда транзистор T 2 начинает проводить, транзистор T 1 все еще открыт, поэтому вычислим входное напряжение, при котором T 2 начинает проводить, мы должны добавить В BE или 0.61 Вольт для этого уравнения, чтобы вычислить значение на базовом порте T 1 . Таким образом, нижнее значение триггера Шмитта можно рассчитать как

.

V низкий = V питание * R 2 / ( R C1 + R 1 + R 2 * R 2 / R E ) + 0.61

4QD-TEC: пара бесплатной обратной связи PUT

Возможно, одна из наиболее полезных и простых схемных конфигураций — это соединение двух транзисторов в четырехслойное устройство, эквивалентное однопереходному транзистору. Это также, возможно, одна из наименее ценных и наименее понятных из простых схем. На самом деле, когда я начал искать схемы для этой страницы, я удивился, насколько много я сказал о такой простой двухтранзисторной схеме! Тем не менее, возможно, я не должен удивляться, поскольку GE написала целую книгу о применении однопереходных транзисторов, и по производительности эта конфигурация имеет много общего с UJT.Базовое соединение 4-х слойного устройства показано на схеме ниже, а конфигурация является основой тиристоров (или SCR — выпрямителей с кремниевым управлением), симисторов, диак, SBS (кремниевых двусторонних переключателей), а также программируемого однопереходного соединения или PUT.

Когда ни один из транзисторов не проводит ток, ток не течет. Однако как только какой-либо ток протекает через транзистор или , этот ток становится базовым током для другого, и оба транзистора включают друг друга.Это означает, что вы должны использовать хорошие транзисторы с малой утечкой для создания этой схемы, иначе ток утечки приведет к тому, что она не будет работать. Однако практически любого современного кремниевого транзистора будет достаточно, поскольку в наши дни производители обычно не делают дырявые транзисторы!

Если вы не видите, что это 4 слоя, рассмотрите два транзистора: верхний — это P-N-P, а нижний — N-P-N. Основание верхнего (N) соединяется с коллектором нижнего (также N). Точно так же P верхнего коллектора соединяется с P основания нижнего, так что все становится четырехуровневым устройством N-P-N-P.Как показано на рисунке, он имеет 4 клеммы, но в большинстве практичных устройств только три имеют оконечные нагрузки, хотя какие три зависят от устройства!

В качестве SCR клеммы A, K с B1 в качестве затвора. Довольно легко увидеть, как небольшой базовый ток в B1 вызывает резкое включение устройства.

PUT (программируемый однопереходный транзистор)

На следующем рисунке показано 4-х слойное устройство, подключенное как PUT: в нем два резистора определяют межбазовое сопротивление и коэффициент зазора для нормального однопереходного соединения.Теперь я полагаю, что многие посетители ничего не будут знать об однопереходных соединениях, но я не собираюсь описывать их здесь (я могу передумать, если получу достаточно писем!), Поскольку они действительно не очень полезны, кроме генераторов, который я освещаю. Во всяком случае, я всегда использовал пару транзисторов!

SBS (двусторонний силиконовый переключатель)

SBS — одно из устройств, которое, похоже, сейчас не в чести. Это пусковое устройство, используемое для запуска симистора. Симисторам, как правило, требуется достаточно сильный импульс тока для их включения, и это обычно осуществляется путем зарядки конденсатора, а затем, когда он достигает заданного напряжения, сброса его заряда в затвор симистора. SBS — это устройство, используемое для дампа.

Две идентичные цепи расположены встречно-параллельно, как показано, так что одна работает для положительного напряжения, а другая — для отрицательного. Рассмотрим нарастающее положительное напряжение, как на зарядном конденсаторе, на A2. Левая часть схемы будет работать, но при низких напряжениях, поскольку схема начинается с нуля, базовый ток отсутствует, поэтому ни один из транзисторов не проводит ток. Z1 смещен в прямом направлении, но ток не течет, поэтому полное напряжение проходит через Z2.Эта цепь остается непроводящей, пока Z2 не начнет проводить при своем напряжении пробоя. Теперь ток течет в базу левого PNP, и пара транзисторов проводит ток.

Вы можете видеть, что другая половина делает то же самое для противоположного цикла напряжения.

Осциллятор PUT

В этой схеме база транзистора удерживается на 5 В (при питании 10 В) двумя резисторами 1 кОм. Равные значения дают «коэффициент выдерживания» 0,5. Очевидно, что этот UJT является программируемым, поэтому это соотношение может быть изменено по желанию, например, между 1K: 10K и 10K: 1K.Если вы хотите поэкспериментировать, используйте предустановку 1K из 2K.

При включении питания конденсатор сначала разряжается, поэтому на эмиттере PNP-транзистора нет напряжения, поэтому его база-эмиттер смещена в обратном направлении и ток не течет. Конденсатор начинает заряжаться до 10 В через резистор 470 кОм. Когда оно достигает примерно 5,5 вольт, переход эмиттер-база больше не имеет обратного смещения, и начинает течь небольшой ток. Оба транзистора затем включаются с усилием. Конденсатор быстро разряжается через два транзистора.Однако, когда конденсатор разряжается слишком сильно, ток становится недостаточным для поддержания проводимости двух транзисторов, поэтому они отключаются. Цикл повторяется. Схема представляет собой генератор. Ток из эмиттера NPN является импульсным, и некоторые схемы устанавливают здесь резистор для использования импульсов. Напряжение на эмиттере PNP (который в однопереходном соединении является эмиттером) является хорошим пилообразным, но с высоким импедансом, поэтому не нагружайте его сильно. Соединение двух резисторов 1K можно использовать в качестве выхода с более низким сопротивлением, но (с показанными значениями) это отрицательный импульс около 40 мкс с интервалами около 40 мс, так что рабочий цикл примерно 1: 1000!

Два резистора 1K можно значительно изменить, чтобы изменить высоту пилообразной формы (и частоту).Конденсатор можно широко варьировать для изменения частоты. Вы должны поддерживать довольно высокое значение в месте, где находится резистор 470K, иначе цепь не будет колебаться. Минимальное значение зависит от коэффициентов усиления транзисторов и ниже для транзисторов с низким коэффициентом усиления, которые в настоящее время не так распространены.

Это хороший и надежный генератор зубьев пилы, который, вероятно, используется в основном для однопереходных соединений. Однако на этом осцилляторе есть вариант, который я предпочитаю . ..

Генератор Better PUT

Для пуриста «четырехуровневое соединение» отсутствует в этой схеме, но если вы сравните ее со схемой выше, вы увидите, насколько она похожа.Основным преимуществом является то, что импульсный выход доступен от коллектора NPN. Я использовал один из вариантов этой схемы, чтобы зажечь огоньки нашей рождественской елки — возможно, я напишу это в следующем году!

Проблесковый маячок

Последний вариант осциллятора — это схема, которую я построил для замены стандартного проблескового маячка автодрафта.

Очень похожий на последнюю схему, NPN-транзистор стал парой Дарлингтона, так что у него достаточно тока для работы света.Естественно, второй транзистор должен быть достаточно мощным, чтобы выдерживать ток лампы. Обратите внимание на Rx в эмиттере. Когда свет работает правильно, он должен упасть примерно на 0,75 В, чтобы включить дополнительный транзистор. Этот транзистор разряжает синхронизирующий конденсатор. Из-за более медленного разряда свет остается включенным дольше. Хитрость здесь в том, что при закоротке лампы конденсатор очень быстро разряжается (диод и 100R), поэтому эффект хорошо виден на индикаторе приборной панели.Также, если лампочка выходит из строя из-за разрыва цепи, частота вспышек снижается. Опять же, хорошо видно.

Бистабильный

Итак, пара, которую мы здесь рассматриваем, является программируемым однопереходным соединением — а UJT не годятся ни для чего, кроме осцилляторов? Неправильно! Вот бистабль с использованием двух пар.

Работа этой схемы вполне очевидна — если разбираться в базовой паре. Но эта конкретная схема также имеет интересное применение в качестве дополнительного повторителя «мгновенного действия».Снимите два конденсатора и запустите цепь через соединенные базы. Его можно было бы использовать в качестве очень быстрой схемы управления полевым МОП-транзистором.

Триггер Шмидта

Это Шмидт, не похожий ни на один из тех, что вы видели раньше. Он обладает некоторыми необычными свойствами — некоторые из них являются явными преимуществами, некоторые — недостатками. Не существует «лучшей схемы» — разные способы выполнения определенной функции имеют разное применение.

Вход через 2K2 на базу Tr1. Сначала рассмотрите вход на 0v: Tr1 и Tr2 будут отключены, а Tr3 установит высокий уровень на выходе.Теперь представьте, что входной сигнал медленно растет. Когда он достигнет примерно 550 мВ, Tr1 начнет проводить. Но как только ток протекает в Tr1, он также включает Tr2, и пара переключается в режим проводимости. Тр3 будет выключен. В этом состоянии единственный ток, протекающий в эмиттер Tr2, — это 100 мкА (при условии питания 10 В), протекающий в 100K, подключенном к эмиттеру Tr2. Теперь ток в эмиттер Tr2 должен выходить из его коллектора, и именно этот ток поддерживает проводимость Tr1 / Tr2.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда входное напряжение начинает падать.Пару удерживает 100 мкА, поэтому, чтобы выключить их, мы должны отобрать эти 100 мкА у базы Tr1. Мы можем сделать это, только уменьшив входное напряжение на 220 мВ (от 100 мкА до 2 кОм). Таким образом, точка включения устанавливается Vbe, а точка выключения — 2K2.

Основных недостатков два — во-первых, температурная чувствительность Vbe, но многие схемы триггеров Шмидта делают это. Во-вторых, когда я сказал, что ток через Tr2 составляет 100 мкА, я не рассматривал и ток нагрузки. Это запутает ситуацию! Однако схема очень хорошо переключает низкий уровень с емкостной нагрузкой, поскольку ток, подаваемый конденсатором, имеет тенденцию способствовать разрушению пары PUT.

Термостат

Хорошо — я согласен. Эта схема такая же, как и предыдущая! Вот практическое применение триггера Шмидта.

Надеюсь, вы видите сходство! Тем не менее, нет входа … 2K2 стал 1K, а 33K смещает базу Tr1 до 440 мВ (при питании 15 В). 33K устанавливает рабочую точку, и схема действительно требует стабильного напряжения, хотя бы для управления этой цепью смещения.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда Tr1 нагревается. По мере того, как полупроводник нагревается, напряжение на нем снижается: при комнатной температуре снижение составляет примерно 2 мВ на градус Цельсия. Если Vbe упадет примерно на 110 мВ, 440 мВ просто запустит его. 110 мВ должно соответствовать 55 ° C — поэтому мы ожидаем, что это будет работать при температуре около 80 ° C. Просто отрегулируйте 33K, чтобы получить правильную рабочую температуру.

Как объяснялось выше, 220K в сочетании с напряжением питания определяет ток, который должен быть снят с помощью 1K, чтобы выключить термостат: мы рассматриваем источник питания 15 В, поэтому напряжение на 1K будет 15 / (220 + 1 ) * 1 или 70 милливольт, что соответствует падению температуры примерно на 35 ° C.

Обратите внимание на эмиттерный повторитель на выходе, чтобы устранить вышеупомянутое влияние тока нагрузки.

Я несколько раз использовал этот термостат, и это очень удачная схема.

Детектор электрического поля и утечки

А теперь о другом. Он обнаруживает очень малые токи, например, вызванные утечкой или изменением электрических полей.

Tr1 и Tr2 — это пара, подключенная к PUT. Их не на что включить: база Tr1 не имеет соединения, а база Tr2 подключена только к коллектору Tr4, который не может подавать ток.Если бы Tr4 включился, он бы отключил пару PUT.

Если пара включается, они пропускают ток в Tr3. Tr3 заряжает C1 перед тем, как включить Tr4. Tr4 выключает пару PUT. Поэтому, если пара включается, они остаются включенными на короткое время, а затем снова включаются.

А теперь самое интересное. Пара PUT (подключенная без резистора база-эмиттер для снижения чувствительности) невероятно чувствительна. Настолько чувствительный, что даже нескольких электронов может хватить, чтобы вызвать его. Поэтому, если какой-либо заряженный предмет приближается к одной из баз, очень небольшого индуцированного заряда достаточно, чтобы включить его.Каждый раз, когда он включается, выход дает небольшой импульс. Подключите к выходу небольшой наушник, и вы получите что-то, имитирующее счетчик Гейгера, но реагирующее на движение заряда, изменение электрического поля или утечку. Все, что вам нужно сделать, это прикрепить несколько дюймов провода к A1 и A2, чтобы они действовали как антенны.

Я использовал это в качестве детектора сетевой проводки: «Гейгер» кричит, когда находится рядом с сетевой проводкой. Или он хорош как детектор утечки: прикоснитесь двумя антеннами к стеклу и дышите на стекло.

Конструкция схемы очень важна: поскольку она обнаруживает утечку, любая утечка печатной платы вокруг основания вызовет проблемы. Либо поместите эти клеммы на открытом воздухе, либо подключите их к стойкам из PTFE, чтобы они не касались печатной платы. Если схема обнаружит ваше дыхание на стеклянной пластине, плата будет смертельной.

Другой вид схемы — детектор людей. Для этого время включения должно составлять около секунды, и он запускает звуковой генератор.Я сделал это как коробку, которая стоит на столе. Можете ли вы подойти к коробке, не реагируя? Почти у всех есть какой-то заряд, но он сильно зависит от влажности и одежды, которую носит человек, поэтому коробка нравится одним людям и почти не реагирует на других. Я добавил эту схему на этот сайт.

Схема рефери игры

Вот еще одна забавная схема. Это судья для игр типа «щелчок» или «музыкальные стулья». В режиме «щелчка» первый игрок, который нажимает кнопку, блокирует всех остальных, в то время как в режиме «музыкальные стулья» последний игрок, который нажимает кнопку, продолжает гореть.

Схема состоит из двух частей: ведущего, в котором будет размещаться источник питания, переключателя режимов и переключателя сброса. Вторая часть — «игрок». Вы можете последовательно соединить столько цепей проигрывателя, сколько захотите, используя для подключения трехжильный кабель, чтобы у каждого проигрывателя был вход (от следующего проигрывателя) и выход (к мастеру).

В мастере конденсатор 1мк меняется через резистор 10 кОм. Когда игрок нажимает кнопку, небольшой заряд проходит через конденсатор 10n игрока и включает его пару PUT, поэтому лампочка игрока загорается.

В режиме «музыкальное кресло» главный переключатель режима разомкнут (как показано). Если второй игрок нажимает свой переключатель, ток, протекающий в его лампочке, вызывает положительный всплеск на отрицательной линии питания. Этот всплеск вызван тем, что сопротивление нити стандартной лампы увеличивается при нагревании: холодная нить накала (мгновенно) потребляет примерно в 10 раз превышающий номинальный рабочий ток. Это вызывает падение на резисторе 15R главного устройства, достаточное для выключения первого проигрывателя. Таким образом, лампочка последнего игрока, который нажал кнопку, остается включенной.

В «мгновенном» режиме главный переключатель режима должен быть замкнут. Ток от освещенной лампы теперь воспринимается резистором 15R и вызывает включение транзистора, теперь разряжая конденсаторный диод 1µ, поэтому на центральной линии нет напряжения, и никакой свет других игроков не может работать.

Послесловие

Дополнительная пара PUT на самом деле является очень универсальной схемой . Он используется в переключателе импульсного переключения в другом месте, и у меня есть намного больше схем, в которых используются его варианты, так что вы можете ожидать, что эта страница будет расти!



Информация о странице
© 1996-2012 4QD-TEC
Автор Пейджа: Ричард Торренс

SCR в цепях переменного тока

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Описать методы управления мощностью переменного тока с помощью тиристоров
  • • Полуволновое и двухполупериодное управление
  • • Базовое резистивное управление.
  • • Фазовое управление.
  • • Контроль уровня.
  • • Импульсный запуск.
  • • Синхронное переключение или переключение через нуль.
  • Общие сведения о работе схемы для различных методов запуска SCR.
  • Опишите методы безопасной изоляции для устройств среднего и высокого напряжения.

Базовый резистивный контроль

Тиристоры обычно используются в цепях управления питанием переменного тока, таких как диммеры освещения, регуляторы скорости двигателя переменного тока, нагреватели и т. Д.где сетевые (линейные) напряжения используются для нагрузок в много ватт или часто киловатт. Целью управления переменным током является запуск SCR на части в течение каждого цикла переменного тока, чтобы ток нагрузки через SCR отключался на часть цикла переменного тока, таким образом ограничивая средний ток, протекающий через SCR, и, следовательно, среднюю передаваемую мощность к нагрузке.

Рис. 6.2.1 Базовая схема резистивного управления

Самый простой способ достижения этого показан на рис. 6.2.1, где тиристор включается подачей синусоидальной волны низкого напряжения (полученной от входа переменного тока простой резисторной цепью, содержащей переменный потенциометр) на вывод затвора SCR.Обратите внимание, что поскольку входная волна затвора получается из переменного тока, протекающего через тиристор, она будет состоять только из выпрямленных полуволновых импульсов. Эффект этой входной волны заключается в том, что SCR будет включаться только тогда, когда форма волны затвора достигает потенциала срабатывания SCR, что происходит на половине каждого положительного полупериода волны переменного тока. После включения тиристора он продолжает проводить до тех пор, пока волна переменного тока не упадет до уровня чуть выше нуля вольт, когда ток, протекающий между анодом и катодом, упадет до значения, меньшего, чем пороговое значение « тока удержания » (показано в тиристорном модуле 6. 0 рис. 6.0.3). Затем тиристор остается в непроводящем состоянии в течение отрицательного полупериода волны переменного тока, поскольку теперь он смещен в обратном направлении (в режиме обратной блокировки) в течение оставшейся части цикла переменного тока. Когда начинается следующий положительный полупериод, тиристор остается в непроводящем состоянии до тех пор, пока сигнал запуска на выводе затвора не достигнет своего пускового потенциала еще раз.

Рис. 6.2.2 Активное срабатывание SCR

Время или фазовый угол, при котором срабатывает SCR, можно изменять, изменяя амплитуду сигнала затвора.Как видно из анимации на рис. 6.2.2. чем меньше амплитуда стробирующего сигнала, тем позже включается тиристор. Таким образом, изменение амплитуды сигнала триггера контролирует время включения SCR. Однако обратите внимание, что, поскольку тиристор в основном представляет собой выпрямительный диод, он проводит только половину цикла переменного тока, поэтому один тиристор может выдавать только 50% доступной мощности переменного тока. Кроме того, при использовании этой очень простой формы управления током, протекающим через тиристор, можно управлять только в течение половины положительного полупериода, то есть четверти полного цикла переменного тока.Можно видеть, что как только время включения достигает пика амплитуды волны переменного тока, его нельзя регулировать дальше, так как пиковая амплитуда сигнала запуска больше не будет достигать потенциала срабатывания затвора SCR и поэтому не будет запускать SCR после эта точка.

Рис. 6.2.3 Управление переменным током с помощью резисторов

Рис. 6.2.3 Видео недоступно в формате для печати

Из анимации и видео на рис. 6.2.3 также видно, что при использовании простого резистивного метода управление не очень линейное; первоначально ток через SCR изменяется только на относительно небольшую величину, но есть более быстрое изменение непосредственно перед прекращением проводимости.Внимательно посмотрите на вставку с изображением лампы на видео; он начинает заметно тускнеть только тогда, когда время переключения приближается к пиковому значению волны переменного тока.

Рис. 6.2.4 Методы управления полноволновым SCR

Полноволновой регулятор SCR

Базовая операция SCR, описанная выше, может быть значительно улучшена с помощью некоторых простых модификаций. Возможно, самым большим недостатком простого резистивного управления является то, что диапазон регулировки мог покрывать только 25% всей волны переменного тока.Это связано с тем, что диод SCR проводит только во время положительной половины волны переменного тока. Чтобы обеспечить проводимость во время прохождения отрицательной половины волны переменного тока, переменный ток можно выпрямить с помощью двухполупериодного выпрямителя, как показано на рис. 6.2.4 (a). Поскольку обе половины волны переменного тока теперь будут положительными, диапазон регулировки теперь увеличен почти до 50%. Альтернативой является использование второго SCR, соединенного встречно-параллельно, как показано на рис. 6.2.4 (b), чтобы один SCR работал в течение положительных полупериодов, а другой SCR — во время отрицательных полупериодов.Однако такое параллельное расположение тиристоров можно также получить, просто используя один симистор вместо двух тиристоров.

Рис. 6.2.5 Демонстрационная схема управления фазой SCR

Контроль фазы SCR

Для достижения практически 100% -ного контроля волны переменного тока при регулировке фазы просто заменяется один из резисторов в резистивной цепи управления на конденсатор. Теперь это преобразует цепь резисторов в переменный фильтр нижних частот, который будет сдвигать фазу волны переменного тока, подаваемой на затвор.Подробности о том, как работает фильтр нижних частот, можно найти здесь, но в основном значения C и R выбраны таким образом, чтобы регулировка R1 обеспечивала сдвиг фазы от 0 ° до почти 90 °. Чтобы быть эффективным, изменение R1 должно приводить к значительным изменениям в поведении нагрузочного устройства (в данном случае лампы на 12 В, 100 мА). Однако, помимо сдвига фазы сигнала затвора, RC-фильтр также будет изменять амплитуду формы сигнала затвора, поэтому амплитуда сигнала затвора также должна поддерживаться выше пускового потенциала выбранного типа SCR для переключения иметь место.Из этих условий видно, что расчет подходящих значений для R и C для обеспечения надлежащего управления зависит как от фазы, так и от амплитуды, поэтому может быть довольно сложным. Поэтому, скорее всего, также потребуются некоторые практические эксперименты со значениями R и C.

Рис. 6.2.6 Управление фазой SCR

Рис. 6.2.6 Видео недоступно в формате для печати

Видео на рис. 6.2.6 показывает рабочую схему с использованием значений компонентов, показанных на рис.6.2.5. Наблюдая за яркостью лампы вместе с изменяющейся формой сигнала, показанной на вставленном изображении, можно увидеть, что использование фазового управления действительно дает значительно лучший контроль почти над всеми 180 ° каждого полупериода по сравнению с простым резистивным управлением.

Контроль уровня SCR

Рис. 6.2.7 Контроль уровня SCR

Другой способ включения тиристора в соответствующую часть цикла переменного тока — подать напряжение постоянного тока на затвор в течение времени, которое требуется для проведения тиристора.Следовательно, постоянный ток, приложенный к затвору, будет импульсом переменной ширины, имеющим уровень напряжения, достаточный для того, чтобы заставить тиристор проводить. Эти импульсы должны быть синхронизированы с выпрямленной волной переменного тока, чтобы они всегда начинались и заканчивались в правильное время относительно формы волны переменного тока.

Анимация на рис. 6.2.7 иллюстрирует основной метод запуска SCR с использованием управления уровнем. SCR запускается (включается) в течение каждого полупериода выпрямленного переменного тока напряжением V g , приложенным к затвору SCR.SCR отключается в конце каждого полупериода, когда напряжение на SCR падает почти до нуля, что также совпадает с концом запускающего импульса V g . Импульсы постоянного тока могут быть сгенерированы в цифровом виде, с использованием выхода компьютера или дискретной компонентной схемы, такой как показанная ниже на рис. 6.2.8, в которой используется моностабильный таймер 555. Эта схема предлагает простой и недорогой метод демонстрации работы тринистора с использованием только низких напряжений. Используются два блока питания, заштрихованная область на рис.6.2.8 — это демонстрационный источник питания переменного тока, описанный в модуле SCR 6.0, который изолирует демонстрационную схему от сети (линии). На секцию управления цепи должно подаваться постоянное напряжение от 5 В до 12 В. Это может быть либо отдельный источник питания постоянного тока (например, «настенная бородавка»), либо специальный регулируемый источник питания IC, либо батарея. Секция управления схемы (черная) также изолирована от секции переменного тока (красная) двумя оптопарами, IC1 и IC3. Поскольку эта схема уже изолирована от сетевого напряжения с помощью T1, казалось бы, нет необходимости использовать второй метод изоляции в IC1, однако основная функция IC1 в данном случае не изоляция, а действие как детектор пересечения нуля.

Рис. 6.2.8 Цепь запуска уровня SCR

Рис. 6.2.9 Формы сигналов запуска уровня SCR

Демонстрационная схема запуска уровня

Схема на рис. 6.2.8 включает тиристор в момент времени, выбранный настройкой VR1, в течение каждого положительного полупериода переменного тока от низковольтного источника питания (форма сигнала A). SCR снова отключается, когда выпрямленное переменное напряжение падает почти до нуля в конце каждого полупериода. Схема управления основана на микросхеме таймера 555, работающей в моностабильном режиме, и двух оптопарах 4N25.

Помимо изоляции схемы 555 от входящего переменного тока, IC1 (4N25) обеспечивает синхронизирующий импульс (форма сигнала B на рис. 6.2.9). Это достигается за счет смещения IC1 в режиме общего коллектора, так что его выходной транзистор проводит большую часть входного двухполупериодного переменного тока, создавая высокое (5 В) напряжение на выводе 4, но выключается, когда волна переменного тока приближается к 0 В, создавая выход 0 В. на выводе 4 микросхемы IC1. Эти импульсы используются для запуска моностабильного модуля 555 (IC2) в начале каждого полупериода.

Каждый раз, когда срабатывает IC2, его выход на выводе 3 становится высоким в течение времени, установленного постоянной времени, создаваемой переменным резистором VR1 и конденсатором синхронизации C1.Обратите внимание, что VR1 также подключен параллельно резистору R4 на 27 кОм. Целью этого является достижение более точной постоянной времени, чем это возможно при использовании только предпочтительных значений VR1 и C1. Также можно было бы установить предварительно установленный резистор вместо R4 для получения точной длительности запускающего импульса высокого уровня, создаваемого IC2.

Рис. 6.2.10 Срабатывание по уровню SCR

Рис. 6.2.10 Видео недоступно в формате для печати

Обратите внимание, что запускающий импульс, создаваемый IC2 (форма сигнала C на рис.6.2.9) переходит в высокий уровень сразу после получения синхронизирующего импульса, который включит SCR в начале полупериода. Кроме того, когда импульс запуска возвращается на низкий уровень, это не отключит SCR, он будет продолжать работать до конца полупериода; это не то, что нужно. Однако форма сигнала C инвертируется под действием оптрона IC3, потому что его выходной транзистор подключен в режиме общего эмиттера. Следовательно, SCR срабатывает во время последнего периода полупериода выпрямленного переменного тока (форма сигнала D на рис.6.2.9). Обратите внимание на то, что форма волны D не похожа на инверсию формы волны C, потому что, как только SCR запускается, вход затвора (вместе с анодом и катодом) следует форме выпрямленной волны переменного тока с момента запуска до момента его запуска. достигает 0 В.

Обратите внимание, что схема запуска уровня, описанная здесь и показанная в действии на видео на рис. 6.2.10, не предназначена конкретно для представления практической схемы для управления высоким напряжением, а как демонстрационный образец, позволяющий изучить управление SCR. .Таким образом, этот модуль дает возможность более глубоко изучить режимы запуска SCR, используя низковольтный источник питания переменного тока, описанный в модуле SCR 6.0, и создавая схемы запуска на макетной плате. Однако на практике есть некоторые недостатки срабатывания по уровню, которые можно преодолеть с помощью импульсного запуска.

Запуск импульса SCR

Использование запуска по уровню, как описано выше, имеет недостаток, заключающийся в создании тока затвора в течение всего периода включения SCR.Это создает ненужный ток затвора и в приложениях с высокой мощностью может увеличить тепло, выделяемое на переходе 2 SCR, что, в свою очередь, может снизить долговременную надежность.

Модификация схемы, показанной на рис. 6.2.8, проиллюстрирована на рис. 6.2.11. Эта схема генерирует одиночный узкий импульс (длительностью около 4 мкс) для запуска SCR при выбранном угле включения, затем SCR продолжает проводить до тех пор, пока прямой ток не упадет до значения, меньшего, чем значение удерживающего тока около 0 В, что значительно снижает средний затвор. текущий.

Рис. 6.2.11 Цепь запуска импульса SCR

Как работает цепь запуска импульса

Часть рис. 6.2.11, показанная бледно-серым цветом, работает так же, как уже было описано для рис. 6.2.8; Выход IC2 (моностабильный) состоит из положительных импульсов переменной ширины (форма сигнала A, показанная на рис. 6.2.12), где задний фронт каждого импульса определяет угол включения SCR. (Обратите внимание, что в схеме запуска уровня этот сигнал инвертируется перед подачей на затвор, так что задний фронт становится нарастающим фронтом для запуска SCR).На рис. 6.2.11 перед тем, как выходной сигнал IC2 будет инвертирован, он дифференцируется C3 и R5 для создания серии узких 4 мкс положительных и отрицательных импульсов, соответствующих нарастающим и спадающим фронтам сигнала A. Эти узкие импульсы подаются на общий коллектор (эмиттерный повторитель) задающего транзистора Tr1 через R6. Диод D2 на эмиттере Tr1 удаляет положительные импульсы (за исключением небольшого остатка из-за потенциала прямого перехода диода).

Рис. 6.2.12 Формы сигналов запуска импульса SCR

Отрицательные импульсы (форма волны B) на эмиттере Tr1 инвертируются импульсным трансформатором 1: 1 T2 путем соединения вторичной обмотки T2 в противофазе с первичной обмоткой T2 (обратите внимание на точки индикатора фазы рядом с первичной и вторичной обмотками), таким образом создавая положительные триггерные импульсы для SCR.Т2 также действует как изолятор между цепью управления постоянного тока низкого напряжения и тиристором переменного тока высокого напряжения. На рис. 6.2.12 осциллограмма C показывает форму волны катода SCR, причем быстрый нарастающий фронт соответствует времени запуска импульса, подаваемого на затвор через токоограничивающий резистор R8; это снижает ток, подаваемый каждым импульсом запуска, примерно до 100 мкА.

Цепи запуска по уровню и импульсного запуска обеспечивают надежный запуск и настройку почти на всех 360 ° волны переменного тока 50 Гц.Для работы 60 Гц может потребоваться некоторая регулировка постоянной времени моностабильности. Уровень напряжения питания постоянного тока не является критическим, от 5 до 12 В.

Рис. 6.2.13 Кривые пересечения нуля SCR

Синхронное переключение (переход через нуль)

Однако существует проблема со всеми описанными выше методами управления. Форма выходного сигнала переменного тока, когда SCR включается в течение каждого положительного полупериода волны переменного тока, имеет очень быстрое время нарастания, поскольку ток через SCR внезапно переключается с нуля на мгновенное значение волны переменного тока.При использовании источника переменного тока 230 В это резкое изменение может составлять около 325 В (пиковое значение волны переменного тока). Форма волны также может быть острым треугольным всплеском, если SCR включается после достижения пикового значения волны. В любом случае форма волны переменного напряжения, создаваемая действием SCR, будет богата гармониками, которые могут вызвать серьезный уровень электромагнитных помех (ЭМИ), вызывая проблемы не только для других подключенных схем; Помехи также могут излучаться на другие расположенные поблизости электронные устройства в виде радиочастотных помех (r.f.i.), поскольку создаваемые гармоники могут распространяться в радиодиапазоны. Чтобы избежать этих проблем, можно использовать альтернативные методы контроля. Один из таких методов, называемый «синхронное переключение или переключение через нуль», заключается в том, чтобы разрешить тиристорам переключаться только тогда, когда форма напряжения сети равна нулю или очень близка к нему. Затем тиристор включается на некоторое количество циклов, а затем снова выключается (когда напряжение переменного тока проходит через 0 В) еще на количество циклов. Затем соотношение циклов включения и выключения можно изменить, чтобы обеспечить изменение средней мощности, подаваемой на нагрузку.Рис. 6.2.13 иллюстрирует теоретический метод достижения нулевого переключения кроссовера. Практическая демонстрационная схема показана на рис. 6.2.14, а фактические формы сигналов, полученные из схемы, показаны на рис. 6.2.15.

Форма сигнала A на рис. 6.2.15 показывает форму сигнала 18Vpp, 100 Гц, приложенную к цепи перехода через ноль от двухполупериодного выпрямленного источника переменного тока и мостового выпрямителя (заштриховано серым на рис. 6.2.14).

Форма сигнала B представляет собой серию импульсов 5 В, полученных от оптопары IC1.Поскольку транзистор оптопары включен в течение большей части положительного полупериода входа переменного тока, это делает эмиттер высоким, за исключением узкого импульса, поскольку эмиттер падает с 5 В до 0 В каждый раз, когда вход переменного тока падает до 0 В. Таким образом, эти импульсы синхронизируются с точкой нулевого напряжения формы сигнала A.

Однако, поскольку для запуска SCR необходимы положительные импульсы запуска, импульсы в точке B инвертируются Tr1 для создания формы сигнала C.

Форма сигнала D является выходным сигналом автономного нестабильного генератора 555 IC2, который генерирует прямоугольные импульсы с частотой повторения импульсов около 7 Гц и регулируемым рабочим циклом с помощью VR1.Эта форма сигнала используется для управления соотношением времени включения и выключения SCR. Поскольку SCR будет высоким (включен) в течение нескольких полупериодов 100 Гц, затем низким (выключенным) в течение нескольких полупериодов. Отношение метки к пространству прямоугольной волны, создаваемой IC2, регулируется VR1, чтобы обеспечить время включения примерно от 20% до 90% от периодического времени нестабильного выхода. Более подробно работа IC2 описана в Модуле 4.4 генераторов.

Выходы Tr1 (форма сигнала C) и IC2 (форма сигнала D) подаются на два входа логического элемента И (IC3).Выход IC3 переходит в логическую 1 только тогда, когда оба входа находятся на логической 1. Это создает серию узких положительных пусковых импульсов (форма сигнала E) для запуска SCR только в начале этих полупериодов, когда форма сигнала D имеет высокий уровень. Создаваемые импульсы запуска подаются на Т2, изолирующий импульсный трансформатор 1: 1, через транзистор Tr2 драйвера эмиттерного повторителя. Вторичная обмотка T2 подает триггерные импульсы на затвор SCR через резистор ограничителя тока R11 и диод D3. Форма волны затвора (форма волны F) практически идентична форме волны выхода на катоде SCR, поскольку между затвором и катодом SCR есть только небольшая разница в напряжении.

Рис. 6.2.14 Цепь управления переходом через ноль SCR

* Примечание по безопасности: Как правило, резисторы 0,25 Вт подходят для этой конструкции, но если цепь работает в течение длительного времени без источника переменного тока, но с источником постоянного тока, существует вероятность того, что R11 (47R 0,25 Вт) может перегреться. , так как в этих условиях он будет пропускать повышенный ток из-за сигнала E, являющегося версией нестабильного выхода с более высоким током (форма сигнала D). Чтобы избежать перегрева, R5 можно заменить версией с более высокой мощностью, или, предпочтительно, всегда должны быть отключены источники переменного и постоянного тока, когда цепь не работает!

Фиг.6.2.15 Формы сигналов Рис. 6.2.14 Схема

Рис. 6.2.16 SCR Zero Crossing
Схема макетной платы

Работа цепи перехода через ноль SCR

В этой демонстрационной схеме снова используется двухполупериодный выпрямленный источник переменного тока низкого напряжения (12 В RMS ), описанный ранее и затененный серым цветом на рис. 6.2.14.

Рис. 6.2.14. использует два разных метода изоляции и демонстрирует, как можно достичь метода контроля перехода через ноль с использованием стандартных компонентов.Он не предназначен для представления какого-либо конкретного коммерчески доступного решения и не предназначен для представления наилучшего доступного метода. Целью схем управления затвором SCR, обсуждаемых в этом модуле, является предоставление полезных демонстраций широко используемых методов управления и среды низкого напряжения для соответствующих экспериментов. Они могут быть построены недорого на стандартном макете или на плате, как показано на рис. 6.2.16, в качестве полезных демонстраций или студенческих проектов. В этих проектах используются низкие напряжения, чтобы поддерживать более безопасную среду, но узнайте больше об электронике.org не заявляет и не предполагает, что какая-либо электронная схема является полностью безопасной, выбор построения и / или использования схем и методов, описанных на этом сайте, осуществляется исключительно на ваш страх и риск.

Видео на рис. 6.2.17 показывает эффект управления переходом через нуль при использовании для уменьшения яркости лампы. Обратите внимание на выраженное мерцание, возникающее при включении и выключении SCR на низких частотах, показывая, что это решение, устраняя одну проблему управления SCR (помехи), создает другую — низкую скорость переключения и связанное с этим мерцание.Однако, хотя это может быть проблемой для приложений освещения, это не проблема для приложений с медленно меняющимися значениями, такими как управление нагревом. Таким образом, переход через нуль может быть эффективным для контроля температуры путем изменения средней мощности, подаваемой на нагревательный элемент. Кроме того, из-за отсутствия быстро изменяющихся скачков напряжения при управлении переходом через ноль, он больше подходит для использования с индуктивными нагрузками, чем схемы управления, которые переключаются во время цикла переменного тока.

Фиг.6.2.17 SCR Zero Crossing Control

Рис. 6.2.17 Видео недоступно
в формате для печати

Введение Введение Базовая структура входа твердотельного реле Переключение цепи срабатывания триггера с оптической изоляцией.

Презентация по теме: «www.crouzet-usa.com Введение www.crouzet-usa.com Введение Базовая структура входа твердотельного реле Переключение цепи запуска с оптической изоляцией.»- стенограмма презентации:

1

2 www.crouzet-usa.com Введение

3 www.crouzet-usa.com Введение Базовая структура входа твердотельного реле Оптическая изоляция триггерная цепь Переключение цепи защиты Нагрузка Сеть переменного тока Твердотельные реле доступны во множестве корпусов с различными стилями монтажа. Номинальный ток может варьироваться от нескольких ампер до 150 среднеквадратичных значений при максимальном напряжении до 1600 В. Базовая структура SSR относительно постоянна у разных производителей. Только незначительные различия отличают различные твердотельные реле, имеющиеся на рынке.

4 www.crouzet-usa.com Введение Входная цепь; Вход SSR, обычно называемый «первичным», может состоять из простого резистора, включенного последовательно с оптическим изолятором, или из более сложной схемы с регулированием тока, защитой от обратной полярности, фильтрацией ЭМС и т. Д. В любом случае , они оба выполняют одну и ту же базовую функцию, которая заключается в обнаружении подачи управляющего сигнала и «сообщении» SSR о том, что он должен включиться. Базовая структура оптической развязки твердотельного реле; Оптический изолятор в SSR обеспечивает изоляцию между входной схемой / системой управления и выходной цепью, подключенной к сети переменного тока.Тип оптического изолятора, используемого в реле, также может определять, является ли это выходом с переходом через ноль или случайным срабатыванием. Цепь триггера; Это обрабатывает входной сигнал и переключает выходное состояние SSR. Схема запуска может быть внутренней или внешней по отношению к оптическому разъединителю. Цепь переключения; Это часть SSR, которая переключает питание на нагрузку. Обычно он состоит из транзистора, тиристора или полевого транзистора в приложении постоянного тока или симистора, генератора переменного тока или тринистора, подключенного спина к спине в приложении переменного тока.Схема защиты; Многие приложения требуют некоторой формы электрической защиты, чтобы предотвратить повреждение SSR в приложении или неправильное срабатывание из-за условий окружающей среды. Защитное устройство (а) может быть включено в конструкцию SSR или установлено вне реле.

5 www.crouzet-usa.com Итак, в целом твердотельное реле (SSR) — это просто электронный компонент, который служит интерфейсом и обеспечивает электрическую изоляцию между цепью управления (обычно при низком напряжении) и цепью питания (обычно с высокими показателями мощности).Система контроля; ПЛК, темп. Контроллер, реле давления и т. Д. SSR + — Линия переменного тока нагрузки (24-575 В переменного тока) Система управления также может подавать напряжение переменного тока на SSR. В этом случае требуется SSR на входе переменного тока, который не имеет входа, чувствительного к полярности. Двигатель / насос, нагревательный элемент, электромагнитный клапан, трансформатор, балласт и т. Д. Введение Система управления может управлять одним SSR или группой из нескольких SSR.

6 www.crouzet-usa.com Система управления; ПЛК, темп. Контроллер, реле давления и т. Д. SSR + — Линия переменного тока нагрузки (24-575 В переменного тока) Введение В выключенном состоянии (0 В на входе) SSR предотвращает прохождение тока нагрузки через нагрузку. Во включенном состоянии (заданное напряжение на входе) SSR позволяет току нагрузки течь через нагрузку. Система управления 0 вольт; ПЛК, темп. Контроллер, реле давления и т. Д. SSR + — Нагрузка линии переменного тока (24-575 В переменного тока) 5 В переменного тока в линии ВЫКЛ ВКЛ Подача переменного тока


7 Введение SSR LED Регулятор тока поддерживает постоянный уровень тока, а входные конденсаторы преобразуют входной переменный ток в сигнал постоянного тока.Пример регулируемой входной цепи переменного тока: объяснение базовой структуры последовательных резисторов Входной ток протекает через входной светодиод, встроенный в ответвитель, который блокирует выходное устройство в ответвителе.

8 Введение Без светодиодного полноволнового моста (некоторые SSR на входе переменного тока могут использовать полуволновой мост, который по сути представляет собой диод, резистор и конденсатор. Пример нерегулируемой входной цепи переменного тока: последовательные резисторы, без объяснения основной структуры регулятора тока

9 Введение Пример входной цепи постоянного тока со светодиодной регулировкой: объяснение базовой структуры цепи регулятора тока (+) (-)

10 Введение Пример нерегулируемой входной цепи постоянного тока без светодиода: объяснение базовой конструкции стабилизатора тока

11 Введение Описание базовой структуры Оптический изолятор и цепь запуска: Входная цепь подает напряжение на светодиод, расположенный внутри оптического изолятора.Схема запуска запускается светом, излучаемым внутренним светодиодом. При отсутствии сигнала на входе ток не будет проходить через выход. Изоляция обеспечивается зазором между светодиодом и цепью запуска. Типичная прочность изоляции составляет 4000 + Vrms.

12 Введение. Объяснение базовой структуры. Оптический изолятор и схема запуска: Двумя наиболее распространенными оптическими изоляторами (ответвителями), используемыми в твердотельных реле, являются драйвер симистора (слева) и транзисторный ответвитель (справа).Драйвер симистора используется в наших SSR серии GN, в то время как многие наши конкуренты по-прежнему используют транзисторные ответвители. У каждого есть свои преимущества и недостатки; Плюсы транзисторного соединителя драйвера симистора; Схема запуска, встроенная в ответвитель Меньшая устойчивость к шумам / переходным процессам Немного дороже, чем транзисторные ответвители Требуется больший входной ток для затвора на выходе Минусы; Плюсы; Немного дешевле, чем транзисторные элементы связи. Требуется меньший входной ток для затвора на выходе. Требуется внешняя схема запуска (больше компонентов) Меньшая устойчивость к шумам / переходным процессам Минусы;

Учебник по

транзисторам, история, примеры схем

Учебник по транзисторам, история, примеры схем Transistors Tutorial
Part 2:
«Биполярные транзисторы»
«Биполярный переходный транзистор по-прежнему является одним из краеугольных камней современной истории. твердотельная электроника.Изучите (или просмотрите) основы этого важного активного устройства.

Биполярный переходной транзистор (BJT) произвел революцию в современной твердотельной электронике в 1960-х годах. Хотя дискретный малосигнальный биполярный транзистор с тех пор уступил по экономической значимости интегральной схеме (ИС), он живет в виде дискретных линейных и импульсных силовых транзисторов, а также радиочастотных транзисторов в микроволновая область.
Принципы работы BJT важны для понимания многих самых популярных сегодня линейных и цифровые интегральные схемы.Кроме того, семейства транзисторов — ТТЛ, ТТЛ Шоттки и логика с эмиттерной парой (ECL) БЮТ.
В этой статье рассматриваются малосигнальные BJT и практические схемы, которые можно сделать с их помощью. Они функционируют либо как линейные усилители или цифровые переключатели.
Термин биполярный переходной транзистор (BJT) отличает его от переходного полевого транзистора или JFET.

Основы BJT:
BJT — это трехконтактное устройство (база , эмиттер и коллектор ).Есть два типа: NPN и PNP. Сегодня оба обычно производятся методом двойной диффузии, который включает нанесение двух дополнительных слоев легированного кремний на легированной кремниевой пластине.
На рис. 1- a показано поперечное сечение NPN BJT. Его базовые и эмиттерные клеммы представляют собой осаждения металла на поверхности кремниевой пластины, а его коллектор представляет собой металлизированную нижнюю поверхность пластины. На Рис. 2- и показано поперечное сечение PNP BJT.Он похож на NPN BJT, за исключением того, что материалы типа N и P поменялись местами.
Рис. 1- b и 2- b — схематические символы для транзисторов NPN и PNP соответственно. Обратите внимание, что они такие же, за исключением направления стрелка внутри символа на выводе эмиттера. Эта разница будет вскоре объяснена.
Термин биполярный означает, что работа BJT зависит от движения двух разных носителей: электронов и отверстия .В NPN BJT электрон — это основной носитель , а дырка — это неосновной носитель перевозчик. В PNP BJT ситуация обратная.
Напротив, все полевые транзисторы (JFET и MOSFET) зависят от движения только одного носителя, либо электроны или мотыги, в зависимости от того, являются ли они N-канальными или P-канальными устройствами, поэтому они технически uni полярные устройства. (Подробнее см. Electronics Now , апрель и май 1993 г.).
Напряжение на коллекторе NPN BJT должно быть положительным по отношению к его эмиттеру, если ток I c равен течь. Этот ток будет увеличиваться при положительном смещении базы. Рисунок 3- а показывает как небольшой входной ток, приложенный к базе (I b ) NPN BJT, может управлять I c . Стрелка указывает направление обычного тока — от коллектора к эмиттеру. Обратите внимание, что он находится в том же направление, указанное стрелкой в ​​символе NPN-транзистора.(Электроны текут в направлении, противоположном стрелка.)

Точно так же для работы PNP-транзистору требуется отрицательный коллектор по отношению к его эмиттеру, и отрицательное смещение базы для увеличения проводимости. На рис. 3- b показан условный ток. поток в PNP BJT от эмиттера к коллектору, как показано на символе для транзистора NPN, но напротив что показано на рис. 3-a .
Большинство обычных товаров NPN и PNP BJT, доступных у дистрибьюторов электроники и в розничных магазинах, были стандартизированы и производятся многими поставщиками по всему миру.В таблице 1 перечислены основные характеристики двух типичные малосигнальные BJT общего назначения, которые включены в проекты, обсуждаемые в этой статье: 2N3904 Типа NPN и типа 2N3906 PNP. Оба упакованы в небольшие трехштырьковые пластиковые цилиндрические корпуса TO-92 с плоскими лица.

Краткие определения параметров в таблице 1:

  • Рассеиваемая мощность — максимальная средняя мощность , которую BJT может рассеивать без внешнего радиатора при нормальных условиях. комнатная температура, 25 ° C.
  • F T — произведение коэффициента усиления на ширину полосы частот , частота, на которой прямой ток с общим эмиттером усиление равно единице.
  • В CBO — это напряжение собирающей базы (эмиттер открыт), максимальное напряжение, которое может быть и эмиттер, когда база открыта.
  • В CEO — напряжение коллектор-эмиттер (база открыта), максимальное напряжение, которое может быть приложено к коллектор и эмиттер при открытой базе.
  • I C (макс.) — максимальный средний ток, который должен проходить через коллектор терминал БЮТ.
  • h FE — коэффициент усиления по постоянному прямому току, отношение постоянного тока коллектора к постоянному току базы для транзистора. в конфигурации с общим эмиттером.

    Произведение коэффициента усиления и ширины полосы частот, при котором коэффициент усиления прямого тока общего эмиттера равен единице, применяется в следующим образом: если транзистор в цепи обратной связи по напряжению имеет усиление по напряжению X 100, его полоса пропускания будет равна единице. сотая часть значения полосы пропускания усиления.Однако, если коэффициент усиления по напряжению уменьшится до X 10, полоса пропускания увеличится до это значение делится на 10.

    Характеристики транзистора:
    Знание статических и динамических характеристик BJT будет полезно для получения оптимального производительность с устройства. Статические характеристики — это значения, полученные, когда устройство находится в испытательной цепи. и работал в условиях постоянного тока с измерениями, сделанными омметром.
    На рис. 4- a показана статическая эквивалентная схема NPN BJT, а на рис. 3- b показывает статический эквивалент PNP BJT. Каждое устройство можно рассматривать как эквивалент пары обратносмещенных Стабилитроны, включенные последовательно между выводами коллектора и эмиттера, с выводом базы, подключенным к общему укажите между двумя стабилитронами.
    Изучение рис. 1-a и 2-a показывает, что каждый BJT на самом деле состоит из двух диодов: эмиттер и база образуют один PN-диод с переходом эмиттер-база, а база и коллектор образуют второй PN-диод с переходом база-коллектор.Когда эти диоды правильно смещены, они выходят из строя лавиной или стабилитроном. точка.
    В большинстве малосигнальных биполярных транзисторов соединение база-эмиттер имеет типичное значение стабилитрона от 5 до 10 вольт, в то время как переход база-коллектор имеет типичное значение стабилитрона от 20 до 100 вольт. Таким образом, если переход база-эмиттер Биполярный транзистор смещен в прямом направлении, он имеет характеристики стабилитрона. Прямо смещенный переход в кремниевом биполярном транзисторе блокирует практически весь ток, пока напряжение смещения не поднимется примерно до 600 милливольт.
    За пределами этого значения ток будет быстро увеличиваться. При прямом смещении фиксированным током прямое напряжение переход имеет температурный коэффициент около -2 милливольт на градус С. Когда транзистор настроен как эмиттер разомкнут, переход база-коллектор демонстрирует характеристики, аналогичные тем, что только что описал — за исключением большего значения стабилитрона.
    Если транзистор настроен с разомкнутой базой, путь коллектор-эмиттер действует как стабилитрон. последовательно с обычным диодом.

    Динамические характеристики:
    Динамические характеристики BJT можно лучше понять, исследуя типичный коллектор с общим эмиттером. характеристики для малосигнального кремниевого NPN-транзистора, показанного на рис. Ток коллектора тока I c отложен на оси Y , а напряжение коллектор-эмиттер постоянного тока V ceo нанесен по оси X .

    Семейство кривых для различных значений постоянного тока базы I b показано на рис.5. Базовый ток нанесен на график, потому что BJT — это устройство , работающее от тока, . Как упоминалось ранее, база-эмиттер переход смещен в прямом направлении для нормальной работы транзистора. Базовый ток течет и является необходимой переменной для установление рабочей точки BJT.
    Обратите внимание на следующие конкретные точки на рис. 5:

  • Когда базовый ток (I b равен нулю, транзистор проводит едва поддающийся измерению ток утечки коллектора .
  • Когда напряжение коллектор-эмиттер превышает несколько сотен милливольт, значение тока коллектора почти равно прямо пропорционально базовому текущему значению. Фактическое значение напряжения коллектора влияет на него незначительно. Таким образом, транзистор может работать как генератор постоянного тока, подавая фиксированный ток смещения в базу.
    Транзистор также может работать как линейный усилитель, накладывая входной сигнал на номинальное входное смещение. текущий.(Это будет обсуждаться более подробно позже.)

    Схемы приложений:
    Даже простой малосигнальный BJT имеет множество применений, связанных с его способностью усиливать или переключать. Некоторые из самых описаны важные и практичные схемы. За некоторыми исключениями, все схемы основаны на Транзистор 2N3904 NPN. (При некоторых незначительных изменениях значений компонентов можно заменить другой NPN-транзистор.) Схемы также могут быть выполнены с использованием транзистора PNP, такого как 2N3906, если полярности изменены.

    Диоды и переключатели:
    Ранее было объяснено, что переходы база-эмиттер и база-коллектор кремниевого БЮТ можно рассматривать эквивалентен стабилитрону. В результате любой из этих переходов может работать как быстродействующий выпрямительный диод или стабилитрон в зависимости от полярности смещения.
    На рисунке 6 показаны два альтернативных способа заставить NPN BJT работать как диод в зажиме схема, которая преобразует прямоугольный входной сигнал, связанный по переменному току, в прямоугольный сигнал постоянного тока.Форма входного сигнала переменного тока симметрично над и под нулевым опорным напряжением. Однако выходной сигнал сохраняет форму входа и амплитуда, но она ограничена нулевым опорным напряжением.
    Если вы построите эту схему, используйте выводы база-коллектор в качестве диода, как показано на рис. 6- b потому что они обеспечивают большее значение напряжения стабилитрона, чем схема, показанная на рис. 6-a .
    На рисунке 7 показано, как NPN BJT может работать как стабилитрон в схеме, преобразующей нерегулируемое напряжение питания в регулируемое выходное напряжение с фиксированным значением.Типичные значения варьируются от 5 до 10 вольт, в зависимости от характеристик выбранного транзистора. Базовый эмиттерный переход — единственный, подходящий для это приложение.
    На рис. 8 показан BJT, работающий как простой электронный переключатель или цифровой инвертор. Вот база управляется через резистор R b ступенчатым напряжением цифрового входа, имеющим положительное значение. Загрузка резистор R l может быть простым резистором, вольфрамовой лампой накаливания или катушкой реле.Подключите нагрузку между коллектор и положительное питание.
    Когда входное напряжение равно нулю, транзисторный ключ отключен. Таким образом, ток не течет через нагрузку, и полное напряжение питания доступно между выводами коллектора и эмиттера. Когда входное напряжение высокое, Ключ транзистора заведен полностью на . Максимальный ток протекает в нагрузке, и всего несколько сотен милливольт развиты между выводами коллектора и эмиттера.Таким образом, сигнал выходного напряжения представляет собой инвертированную форму входной сигнал.

    Линейные усилители:
    BJT может функционировать как линейный усилитель тока или напряжения, если в его базу подается подходящий ток смещения, а выходной сигнал подается между подходящей парой клемм. Транзисторный усилитель можно настроить на любой из три режима работы: с общим эмиттером, (рис.9), с общей базой, (рис.10) и с общим коллектором, (рис.11). Каждый из этих режимов предлагает уникальный набор характеристик.
    В схеме с общим эмиттером на рис.9 резистор нагрузки R l включен между коллектор и положительный источник питания, и ток смещения подается в базу через R b . Значение R b был выбран так, чтобы коллектор принимал значение покоя примерно в половину напряжения питания (до обеспечить максимальные неискаженные колебания сигнала).
    Входной сигнал в виде синусоидальной волны подается между базой и эмиттером через C1.Схема инвертирует фазу входного сигнала, который появляется на выходе между коллектором и эмиттером. Эта схема характеризуется средним входным сопротивлением и высоким общим коэффициентом усиления по напряжению.
    Входное сопротивление этого усилителя составляет от 500 до 2000 Ом, а полное сопротивление нагрузки равно R l . Коэффициент усиления по напряжению — это изменение напряжения коллектора, деленное на изменение базового напряжения (от 100 до примерно 1000). Коэффициент усиления по току — это изменение тока коллектора, деленное на изменение базового тока H fe .
    В схеме линейного усилителя с общей базой на Рисунке 10 база смещена через R b и с развязкой по переменному току (или с заземлением по переменному току) через C b . Входной сигнал подается между эмиттер и база через C1, а усиленный, но не инвертированный выходной сигнал берется между коллектором и база. Этот усилитель имеет очень низкий входной импеданс и выходной импеданс, равный резистору R l . Коэффициент усиления по напряжению составляет от 100 до 1000, но коэффициент усиления по току почти равен единице.

    В схеме линейного усилителя с общим коллектором на рис.11 коллектор подключен непосредственно к источнику положительного напряжения, эффективно размещая его на уровне полного сопротивления заземления.Подается входной сигнал непосредственно между базой и землей (коллектором), а неинвертированный выходной сигнал берется между эмиттером и земля (коллектор).
    Входной импеданс этого усилителя очень высок; он равен произведению h fe и нагрузки сопротивление R л .Однако выходное сопротивление очень низкое. Общий коэффициент усиления по напряжению схемы близок к единице, и его выходное напряжение примерно на 600 милливольт меньше входного. В результате эта схема получила название повторитель постоянного напряжения или эмиттерный повторитель . Схема с очень высоким входным сопротивлением может быть получена путем замены одиночного транзистора усилителя Рис.11 с парой транзисторов, подключенных по схеме Darlington , как изображенный на рис.12. Здесь эмиттерный ток входного транзистора подается непосредственно в база выходного транзистора с общим значением h fe , равным произведению значений для индивидуальные БЮТ. Например, если каждый BJT имеет h fe , равный 100, пара действует как одиночный транзистор с h fe 10 000. Биполярные транзисторы Дарлингтона с двумя транзисторами на одной микросхеме (считающиеся дискретным устройством) легко можно найти. доступен для усиления мощности.
    Схема повторителя напряжения на рис.11 может быть модифицирована для входа переменного тока. путем смещения базы транзистора на величину, равную половине напряжения питания, и подачи входного сигнала на базу. На рисунке 14 показано, как устроена эта конкретная схема.
    Цепи эмиттер-повторитель на рис. 12–14 может источник или кормить относительно высоким токи во внешнюю нагрузку через эмиттер транзистора. Однако эти цепи не могут потопить или поглощают большие токи, которые поступают на эмиттер от внешнего источника напряжения, потому что эмиттер имеет обратное смещение при этом условии.В результате эти схемы имеют только одностороннюю выходную мощность .
    Во многих приложениях (например, в выходных каскадах аудиоусилителя) важна двусторонняя выходная характеристика. А двусторонний усилитель имеет равные возможности выхода приемника и источника. Это достигается с дополнительным Схема эмиттер-повторитель на рис. 14. Последовательно соединенная пара транзисторов NPN-PNP смещен, чтобы дать умеренный ток покоя через сеть, состоящую из резисторов R1 и R2 и диодов D1 и D2.Транзистор Q1 может обеспечивать большие токи истока, а Q2 может поглощать большие токи стока.


    Разделители фаз:
    Транзисторные линейные усилители можно использовать в активных фильтрах или генераторах, подключив подходящие цепи обратной связи. между их входами и выходами. Разделение фаз — еще одно полезное применение линейных усилителей. Он обеспечивает пару выходных сигналов от одного входного сигнала: один находится в фазе с входной фазой, а другой инвертирован или Не совпадает по фазе на 180 °.На рис. 16 и 17 показаны эти альтернативные схемы.
    В схеме, показанной на рис.15, BJT подключен как усилитель с общим эмиттером с почти 100% отрицательная обратная связь, подаваемая через резистор эмиттера R4. Он имеет то же номинал, что и коллекторный резистор R3. Эта конфигурация обеспечивает инвертированный сигнал с единичным усилением на выходе 1 и неинвертированный сигнал с единичным усилением на вывод 2.
    Схема фазоделителя, показанная на рисунке 16, известна как длиннохвостая пара , потому что два биполярных транзистора имеют общий резистор обратной связи с общим эмиттером R7.Возрастающая форма волны, приложенная к базе транзистора Q1 вызывает повышение напряжения на резисторе R7, уменьшая напряжение смещения на транзисторе Q2. Это приводит к генерация инвертированного сигнала на коллекторе Q1 (на выходе 1) и синфазного сигнала на коллекторе Q2, (на выходе 2). Мультивибраторы:
    На рисунках 17-20 показаны BJT в четырех различных схемах мультивибратора: бистабильный, нестабильный, моностабильный и триггер Шмитта .
    Бистабильный мультивибратор — это простая электронная схема, имеющая два стабильных состояния. Чаще известен как триггер , но также называется двоичным мультивибратором или схемой Экклса-Джордана . Схема переключается из одного состояния в другое с помощью импульса или другого внешнего сигнала. Он поддерживает свое состояние по отношению к другому импульс или другой внешний сигнал. Он поддерживает свое состояние бесконечно, пока не будет получен другой входной сигнал.
    , рис. 17, представляет собой простой бистабильный мультивибратор с перекрестной связью, запускаемый вручную. База смещение каждого транзистора получается от коллектора другого транзистора. Таким образом, один транзистор автоматически переключает на , когда другой переключает на , и этот цикл может продолжаться определенно, пока на него подается питание.
    Выход мультивибратора на рис.17 может быть понижен, отключив транзистор Q2. с переключателем S2. Схема остается «заблокированной» или стабильной в этом состоянии до тех пор, пока транзистор Q1 не будет выключен переключателем S1.В это время выход заблокирован в высоком состоянии, и процесс повторяется. Видно, что это действие делает его простой схемой цифровой памяти, которая сохраняет свое состояние до ручного или электронного переключения.
    Рисунок 18 представляет собой схему моностабильного мультивибратора или одноразового импульса . генератор. У него только одно состояние. Выход этой схемы, запускаемой вручную версии, обычно низкий, но он переключается на высокий уровень в течение периода, определенного значениями конденсатора C1 и резистора R2, если транзистор Q1 выключен с переключателем S1.Затем он возвращается в исходное состояние груди.
    Длительность импульса моностабильного мультивибратора можно определить из уравнения: T = 0,69 RC
    Где: T в микросекундах, R в омах и C в микрофарадах.
    Моностабильные мультивибраторы используются в качестве генераторов импульсов и генераторов тока для электронно-лучевых трубок.
    Рисунок 19 представляет собой схему нестабильного мультивибратора или автономного, прямоугольный генератор.Транзисторы имеют конфигурацию с общим эмиттером, так что на выход одного подается питание. прямо на вход другого. Две цепи резистивных конденсаторов, R3 и C1, а также R2 и C2, определяют частота колебаний.
    Выход каждого транзистора сдвинут по фазе на 180 ° с входом. Колебательный импульс может начаться в основании Q1. Он инвертируется на коллекторе Q1 и отправляется на базу Q2. Он снова перевернут на коллекторе Q2 и, следовательно, возвращается к основанию Q1 в исходной фазе.Это дает положительную обратную связь, в результате устойчивые колебания.
    Нестабильный мультивибратор часто используется в качестве звукового генератора, но обычно не используется в радиочастотных цепях. потому что его выход богат гармониками.
    Рисунок 20 представляет собой схему триггера Шмитта , разновидности бистабильного мультивибратора. цепь. Он производит прямоугольные волны независимо от формы входного сигнала. Схема широко используется для преобразования синусоидальные волны в прямоугольные, где это требование для последовательности импульсов с постоянной амплитудой.
    Схема триггера Шмитта остается отключенной до тех пор, пока возрастающая форма входного сигнала не пересечет заданное пороговое значение триггерного напряжения.
  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *