Лабораторна робота №5 «Дослідження пристроїв електронного ланцюга імпульсної дії»

Мета роботи: вивчити роботу транзистора в ключовому режимі, його характеристики й схеми побудовані на транзисторних ключах.

Теоретичні відомості

Транзисторні ключі виконуються на біполярних або польових транзисторах. У свою чергу ключі на польових транзисторах діляться на МДП-ключі й ключі на польових транзисторах з керуючої р-n переходом.

Ключі на біполярних транзисторах діляться на насичені й ненасичені. При аналізі транзисторних ключів розглядають два режими - статичний і динамічний. У статичному режимі аналізується закритий і відкритий стан ключа.

У закритому стані ключа на його вході низький рівень напруги (сигнал логічного нуля), при якому обидва переходи зміщені у зворотному напрямку (режим відсічення). При цьому колекторний струм визначається тільки тепловим струмом.

При використанні ключа в логічних інтегральних схемах, у яких звичайно застосовуються транзистори типу n-р-n, що замикає напругу позитивно й у цьому випадку має місце тільки "умовне" запирання транзистора, коли його емітерний перехід зміщений у прямому напрямку; однак рівень діючі на його вході напруги менше граничного рівня, рівного близько 0,6 В и колекторний струм транзистора відносно малий, тобто становить лише одиниці відсотків від струму відкритого транзистора.

У відкритому стані ключа на його вході високий рівень напруги (сигнал логічної одиниці). При цьому можливі два режими роботи відкритого транзистора - робота в лінійній області вихідної характеристики або в області насичення.

В активній області емітерний перехід зміщений у прямому напрямку, а колекторний - у зворотному, при цьому для кремнієвих транзисторів напруга на емітерном переході становить близько 0,7 В и колекторний струм практично лінійно залежить від струму бази.

В області насичення обидва переходи транзистора зміщені в прямому напрямку й зміна струму бази не приводить до зміни колекторного струму. Для кремнієвих транзисторів ІС напруга на зміщеному в прямому напрямку р-n переході становить близько 0,8 В, для германієвих воно дорівнює 0,2...0,4 В.

Насичення ключа досягається збільшенням струму бази. Однак при деякому його значенні, що називається базовим струмом насичення, подальший ріст струму бази практично не приводить до росту колекторного струму насичення, при цьому напруга на колекторі (з урахуванням колекторного навантаження) становить кілька десятків або сотень мілівольт (в ІС близько 0,1...0,2 В). Однієї з важливих характеристик ключа в режимі насичення є параметр - коефіцієнт насичення (на границі насичення дорівнює1). Зі збільшенням коефіцієнта насичення ключа збільшується його навантажувальна здатність, зменшується вплив різних дестабілізуючих факторів на вихідні параметри ключа, але погіршується швидкодія. Тому коефіцієнт насичення вибирається з компромісних міркувань, виходячи з умов конкретного завдання.

Швидкодія ключового елемента визначається максимально припустимою частотою проходження вхідних перемикаючих сигналів. Очевидно, що воно залежить від загальної тривалості перехідного процесу, обумовленої інерційністю транзистора й впливом паразитних параметрів (наприклад, перезарядом паразитних ємностей у процесі перемикання). Часто для характеристики швидкодії ключового (логічного) елемента використовується середній час затримки сигналу при його передачі через елемент. При кінцевій тривалості фронту вхідного сигналу затримки включення й вимикання відлічуються на 10- або 50-процентних рівнях вхідного й вихідного сигналів.

Взаємодія ключів один з одним здійснюється через елементи зв'язку. Якщо рівень напруги на виході першого ключа високий, то на вході іншого ключа повинен бути рівень, при якому другий ключ відкривається й працює в заданому режимі, і, навпаки, якщо перший ключ відкритий, то на вході другого ключа повинен бути досить низький рівень, при якому другий ключ закритий. Ланцюг зв'язку впливає на перехідні процеси, що виникають при перемиканні, і, отже, на швидкодію ключів.

Хід роботи

1. Розглянемо найпростіший транзисторний ключ (рис 5.1). Напруга живлення ключа обрано невеликим (0.5 В), щоб можна було продемонструвати на екрані осцилографа спадання напруги на відкритому ключі. На рис 5.2 представлена також лицьова панель функціонального генератора із установленими режимами його роботи.

Рисунок 5.1 – Схема транзисторного ключа

Рисунок 5.2 - Лицьова панель функціонального генератора

2. Зняти осцилограми вихідних сигналів при подачі на вхід напруг прямокутної й пилкоподібної форми. Проаналізувати швидкодію ключа.

3. У найпростішому випадку, коли не потрібна висока лінійність робочої ділянки вихідної напруги, генератор пилкоподібної напруги (ГПН) виконується за схемою інтегруючої RC - ланцюга зі скиданням заряду при зворотному ході. Схема такого ГПН наведена на рис 5.3. Вона містить інтегруючий RC - ланцюг, ключ на транзисторі VT, генератор G імпульсів скидання, осцилограф, функціональний генератор і два ключі Z і А, керованих однойменними клавішами й призначених для реалізації різних режимів моделювання. Показані на панелі функціонального генератора значення коефіцієнта заповнення дозволяють одержати короткий імпульс скидання з генератора G при формуванні зворотного ходу, а на виході функціонального генератора - зразкова пилкоподібна напруга (з високою лінійністю), що буде використано при оцінці нелінійності ГПН.

Рисунок 5.3 – Схема ГПН і лицьова панель функціонального генератора

4. При положенні ключа А вгорі зняти осцилограми сигналів у контрольних крапках схеми. Формування вихідного сигналу (робочий хід) відбувається в паузах між короткими сигналами скидання, що надходять із генератора G. Тривалість цих імпульсів при встановлених частоті проходження 1 Гц і коефіцієнті заповнення 2% становить 0,02 с. Вихідний сигнал ГПН на інтервалі робочого ходу змінюється за експонентним законом.

5. Для порівняння пилкоподібного сигналу ГПН зі зразковим (створюваним функціональним генератором) переведемо ключ А в верхнє положення. При цьому функціональний генератор буде підключений до каналу А осцилографа. З візуального порівняння осцилограм сигналів видно, що генеруємий ГПН пилкоподібний сигнал має помітну нелінійність.

6. Досліджувати форму сигналу на виході ГПН при різних параметрах інтегруючої RC - ланцюга (збільшенні й зменшенні постійної часу у два рази).

7. У звіті надати всі осцилограми й виводи по проробленій роботі.

Поиск по сайту: