Стабилизаторы напряжения 1. Какие требования предъявляются к транзисторам РЭ в стабилизаторах с импульсивным регулированием? 1. транзистор должен обладать большим коэффициентом усиления по току В. Для этого вместо одного транзистора часто используют несколько, включенных в виде составного транзистора. При этом Вэкв равно произведению всех Вi транзисторов в составе составного транзистора. Также транзисторы должны обладать не большой инерционностью, так как это может ухудшить работу стабилизатора. Кроме того транзисторы должны обладать низким входным сопротивлением и высоким выходным. 2. Может ли в стабилизаторе выходное напряжение превышать входное? Показать с использованием принципиальной электрической схемы ? Импульсный стабилизатор постоянного напряжения работает следующим образом. Предположим, что в некоторый момент времени выходное напряжение стабилизатора выше требуемого, тогда UR3 > UVD1 и на выходе компаратора формируется высокий уровень напряжения. Это напряжение насыщает управляющий транзистор VT2. Напряжение на резисторе смещения URсм = Uвх - Uкэ2 нас ? Uвх, и регулирующий транзистор VT1 заперт. Ток дросселя, протекая через замыкающий диод VD1, отдает накопленную энергию в нагрузку. По мере уменьшения энергии дросселя выходное напряжение стабилизатора уменьшается и затем становится меньше напряжения отпускания компаратора Uот. Компаратор формирует на выходе низкий уровень напряжения . транзистор VT2 запирается, а транзистор VT1 под действием тока резистора Rсм попадает в режим, близкий к насыщению. При этом к выходу LC фильтра прикладывается напряжение близкое к выходному. Ток дросселя начинает увеличиваться и затем компаратор выключает регулирующий транзистор VT1. Далее выходное напряжение опять поддерживается за счет энергии, накопленной в фильтрах. Длительность включенного состояния регулирующего транзистора определяется длительностью управляющего импульса импульсного модулятора. Связь входного и выходного напряжений имеет вид: Uвых = Uвх • Кз, где Кз = tи/T - коэффициент заполнения импульса на выходе регулирующего элемента ( Т - период импульса, tи - время включения). Как видно из этой формулы выходное напряжение никогда не может превышать входное, так как Кз 3. Для чего и где в стабилизаторах напряжения применяют ГСТ? В СН желательно иметь резистор Rсм с как можно большим сопротивлением, так как это приведет к увеличению тока в транзисторе VT1 и следовательно к улучшению стабилизации. Так как увеличение сопротивления этого резистора имеет свои ограничения, то его заменяют на ГСТ, имеющего очень большое сопротивление. Кроме того, резистор, входящий в источник опорного напряжения также желательно заменить на ГСТ, так как это увеличит коэффициент стабилизации. 4. Почему в стабилизаторах напряжения РЭ выполняется на составных транзисторах? Транзистор, входящий в состав регулирующего элемента стабилизатора напряжения должен обладать большим коэффициентом усиления по току В. Это нужно для увеличения выходного напряжения и коэффициента стабилизации. Для этого вместо одного транзистора часто используют несколько, включенных в виде составного транзистора. При этом Вэкв равно произведению всех Вi транзисторов, входящих в состав составного транзистора. 5. Каким образом компенсационный стабилизатор напряжения защищается от перегрузок по току? Рассмотрим сначала схему для того чтобы здесь не было пробоя ставят добавочные транзисторы к диодам. Резисторы подбираются из расчета, чтобы плечи были одинаковы. Эта схема может пропускать большой ток. Следуя из этого преобразуем схему стабилизатора. Rдобавочное подбирается исходя из параметров транзистора. При параллельном соединении если убрать нагрузку, те КЗ схеме ничего плохо не будет. А при последовательном соединении как раз и защищают.6. Какой из стабилизаторов параллельного или последовательного типа имеет больший КПД и почему? Из стабилизаторов параллельного или последовательного типа больший КПД имеют стабилизаторы последовательного типа. У стабилизаторов последовательного типа, в отличие от параллельного, напряжение на выходе непосредственно зависит от напряжения на регулирующем элементе и следовательно эти стабилизаторы имеют больший коэффициент стабилизации. Также у стабилизаторов с параллельным включением требуется дополнительный балластный резистор Rб, для обеспечения требуемого режима работы, наличие которого также снижает КПД данного типа транзисторов из-за потерь на этом резисторе. У стабилизаторов параллельного типа КПД не превышает 30%, а у последовательного - 80%. 7. В компенсационных стабилизаторах импульсного типа устанавливают силовой диод. Для чего устанавливают силовой диод и может ли без него работать схема? В этой схеме диод vd1 не дает разрядиться L во время включения ключа(vt2) и сгореть транзистору. В 1полупериод катушка заряжается и конденсатор тоже. Во время втрого полупериода диод обеспечивает, чтобы ток не менялся скачком, а тек в том же направлении и катушка разряжалась, когда у катушки не хватает обеспечения нагрузки током начинает разряжаться кондер, обеспечивая энергией нагрузку. Этот процесс идет не долго.8. Как влияют свойства РЭ стабилизатора с импульсным регулированием на КПД стабилизатора? КПД стабилизатора с импульсным регулированием рассчитывается по следующей формуле: ? = Рн / Рвх = Uн / (Uн + Uрэ) = 1/(1 + Uвых/Uвх), где Uрэ - падение напряжения на импульсном элементе. Следовательно, чем меньше сопротивление регулирующего элемента, тем меньше падение на нем и значит КПД выше. Кроме того КПД увеличится, если увеличится коэффициент В усиления по току у транзистора, в РЭ. 9. Каким образом регулируется выходное напряжение в компенсационных стабилизаторах напряжения? В компенсационных стабилизаторах напряжения напряжение на выходе связано с напряжением на входе следующей формулой: Uвых = Uвх Кз, где Кз = tи / Т - коэффициент заполнения импульса на выходе регулирующего транзистора. Следовательно выходное напряжение можно регулировать, изменяя длительность импульсов и их период на выходе модулятора длительности. 10. Что нужно предпринять, чтобы нагрузочная характеристика стабилизатора шла как можно более горизонтально? Нагрузочную характеристику определяет Rвых. Запишем выражение Rвых=Uвых хх/ Iвых кз. Rвых=-1/(Sу*(B+1)) . Оно характеризует нагрузочную способность каскада. Чем оно меньше, тем больший ток можно отбирать во внешнюю нагрузку и тем меньше может быть внешнее сопротивление. Физ смысл: это диф сопротивление, которе можно изменять со стороны выходных зажимов в отсутствие вх сигнала и при отключ внеш нагрузки. Изменяется наклон пр измени В(параметр транзистора) и S- крутизна стоко-затворной характеристики.11. Что нужно предпринять с целью увеличения коэффициента стабилизации стабилизатора? Одним из основных параметров стабилизатора является коэффициент стабилизации. Коэффициентом стабилизации называется отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора при постоянном сопротивлении нагрузки. Кст = (?Uвх / Uвх)/(?Uвых / Uвых) Где ?Uвы и ?Uвых - изменение напряжения на входе и выходе стабилизатора. Следовательно, для увеличения коэффициента стабилизации необходимо или уменьшать изменение напряжения на выходе, или увеличивать отношение Uвых/Uвх. Uвых / Uвх = Кз, где Кз = tи / Т - коэффициент заполнения импульса на выходе регулирующего транзистора. Следовательно для увеличения коэффициента стабилизации необходимо увеличить Кз, а для этого нужно, чтобы на выходе модулятора длительности были импульсы с большей частотой. 12. Можно ли построить стабилизатор напряжения, у которого выходное напряжение иного знака, чем у входного и больше него? У стабилизатора напряжения входное и выходное напряжения связаны следующей формулой: Uвых = Uвх • Кз, где Кз = tи/T - коэффициент заполнения импульса на выходе регулирующего элемента ( Т - период импульса, tи - время включения). Как видно из этой формулы выходное напряжение никогда не может превышать входное, так как Кз ^ Простейший ключ13. Что такое глубина насыщения транзисторного ключа и на какие его свойства и как она оказывает влияние? Транзистор переходит в насыщение, когда открыты оба p-n перехода. На выходной характеристике транзистора он отражается линией насыщения. Режим насыщения характеризуется параметром глубины насыщения . В этой формуле - базовый ток, текущий в транзисторе, - базовый ток, который тек в транзисторе, если бы транзистор перешел на границу НАО и области насыщения (переход графика с крутой на пологую часть). Глубина насыщения оказывает прямое влияние на быстродействие ТК, инерционность. Она связана с параметрами . - время от подачи запирающего напряжения, до начала изменения тока коллектора. - время изменения коллекторного тока от 0.1 до 0.9 . - напряжение между К и Э в режиме насыщения 0.1.. 0.3 В. Глубоко насыщенный транзистор имеет больший заряд, накопленный в базе. Для перехода в активный режим этот заряд должен рассосаться. 14. Как уменьшить задержку включения ключа? Задержкой включения транзистора является время перезаряда входной паразитной емкости от до . . Для простейшего ТК постоянная времени перезаряда: . Через это время откроется ЭП. Чтобы уменьшить задержку включения ключа необходимо брать транзистор с минимальной инерционностью, максимально уменьшить паразитную емкость. Кроме того задержка включения транзистора будет тем меньше, чем больше глубина насыщения. почему?^ 15. Каким образом можно предотвратить глубокое насыщение транзистора в ключе и какова цена достижения этого результата? Глубоко насыщенный транзистор несет в базе большой заряд, который будет долго рассасываться при выходе из насыщения. Чтобы транзистор не перешел в глубокое насыщение базовый ток не должен быть слишком большим, т.е. необходимо ограничить базовый ток. Необходимо манипулировать деталями, окружающими транзистор. . . ^ 16. Что такое инверсное запирание ключа и в каких случаях оно возникает? При выключении ключа большим током из транзистора сначала удаляются заряды из базы связанные с ЭП, а потом с КП. Это приводит к тому, что сначала запирается ЭП, затем КП. Транзистор на некоторое время попадает в ИАО. Это и есть инверсное запирание ключа. На графике инверсное запирание отражается небольшим выбросом коллекторного тока. ЭП закрылся раньше КП, потому что в эмиттерной цепи ничего не включено, а в цепи коллектора резистор, мешающий создать большой ток через переход.17. Зачем резистор в цепи базы транзисторного ключа шунтируется конденсатором? Какой емкостью он должен обладать? Резистор в базовой цепи шунтируют конденсатором, чтобы ускорить включение/выключение ключа. Во время действия входных перепадов через форсирующий конденсатор формируется большой управляющий базовый ток (на короткое время), который обходит резистор. Величина этого тока определяет быстроту включения и быстроту выключения транзистора. Наличие конденсатора приводит к повышению быстродействия ключа.18. Чем определяется скорость выхода из насыщения транзистора в простейшем биполярном ключе? Скорость выхода транзистора из насыщения определяется глубиной насыщения транзистора(), т.е. по сути отношением накопленного в базе заряда к граничному заряду, при котором транзистор перейдет из режима насыщения в активный режим, а также величиной базового тока (чем больше ток – быстрее заряды будут покидать базу). Однако последний вариант приводит к инверсному рассасыванию заряда базы, что имеет свой недостаток – выброс тока коллектора, - который устраняется путем введения в цепи форсирующего конденсатора.^ 19. Каким образом в ключе на биполярном транзисторе можно уменьшить длительность фронта входного сигнала? Чтобы уменьшить длительность фронта, надо увеличить глубину насыщения.20. Каким образом в ключе на биполярном транзисторе можно управлять длительностью среза выходного сигнала?21. Каким образом в ключе можно уменьшить задержку выключения? При подаче на вход запирающего напряжения начинает меняться не сразу, а с задержкой .За это время рассасывается лишний заряд, накопленный в базе. Пока заряд не изменится от до , не начнет изменяться . . Чтобы уменьшить , надо запирать транзистор как можно большим током. Также время рассасывания зависим от глубины насыщения транзистора. Уменьшая S можно уменьшить .^ ТТЛ - ключи22. Каковы достоинства и недостатки ТТЛ-ключа со сложным инвертором? К недостаткам ТТЛ-ключа с простым инверторам относится: - низкая помехоустойчивость - малая нагрузочная способность - малое быстродействие при работе на емкостную нагрузку. Улучшенными параметрами по сравнению с предыдущей схемой обладает ТТЛ-ключ со сложным инвертором. Его помехоустойчивость по логическому нулю выше, чем у схемы с простым инвертором, а по логической единице ниже. В ТТЛ- схеме со сложным инвертором постоянная времени заряда нагрузочной емкости существенно уменьшается. За счет этого ТТЛ-схема со сложным инвертором имеет большее быстродействие по сравнению с простым инвертором. К недостаткам ТТЛ-схемы со сложным инвертором относится сильная генерация токовых помех по цепи питания, обусловленная броском тока через сложный инвертор при переключении схемы из состояния логического нуля в единицу. 23. Чем определяются уровни выходного напряжения для ТТЛ-ключа со сложным инвертором? Логическая схема состоящая из ТТЛ-ключа реализует схему И-НЕ. На выходе системы устанавливается логический ноль, если на всех входах поступают сигналы, соответствующие логической единицы. При всех остальных комбинациях сигналов на входах схемы выходное напряжение соответствует логической единице. 24. Какие требования предъявляются к МЭТ в ТТЛ-ключах и как они обеспечиваются? МЭТ может иметь до 8 выводов. Эмиттеры должны располагаться на определенном расстоянии друг от друга. Если на одном из эмиттеров действует прямое напряжение, а на другом обратное, то первый будет инжектировать электроны, а второй будет собирать те из них, которые инжектированы через боковую поверхность эмиттера и прошли без рекомбинации расстояние между эмиттерами. Такой транзисторный эффект называется паразитным. Чтобы избежать этого эффекта расстояние между эмиттерами должно превышать диффузионную длину носителей в базовом слое. Кроме того необходимо, чтобы МЭТ имел как можно меньший инверсный коэффициент передачи тока. В противном случае возможен паразитный эффект подобный предыдущему. ^ 25. Чем определяется нагрузочная способность ТТЛ-ключа в состоянии «0»? Нагрузочная способность это количество единичных нагрузок – аналогичных ключей, которое можно одновременно подключить к выходу ключа. Характеризуется коэффициентом разветвления Kраз, определяется отношением нагрузочного тока к входному. В состоянии «О» коэффициент разветвления определяется так: ^ 26. Какова нагрузочная способность ТТЛ-ключа в состоянии «1»? Нагрузочная способность это количество единичных нагрузок – аналогичных ключей, которое можно одновременно подключить к выходу ключа. Определяется минимальным из коэффициентов разветвления Kраз, определяемых как отношение нагрузочного тока ко входному в состояниях «0» и «1». В состоянии «1» коэффициент разветвления определяется так: 27. Есть ли в ТТЛ-ключе обратные связи? Если есть, то какие и где?^ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ: VT1 – ОБ – R1 – последовательная по току VT2 – ОЭ – Rэ2 – последовательная по току VT2 – ОК – Rэ2 – последовательная по напр. VT4 – ОК – Rн – последовательная по напр. 28. Зачем в эмиттерной цепи фазоинвертора ТТЛ-ключа установлен дополнительный транзистор? Как он влияет на свойства ключа? Дополнительным транзистором в эмиттерной цепи фазоинвертора ТТЛ-ключа является транзистор VT3. Этот транзистор вместе с двумя резисторами R3 и R4 является нелинейной цепью коррекции. Она позволяет увеличить быстродействие данной схемы и приблизить ее АПХ (амплитудо передаточная характеристика) к прямоугольной. Последнее улучшает формирующие свойства схемы. Принцип действия данной схемы основан на зависимости ее сопротивления от состояния транзистора VT5, в основном определяется сопротивлением резистора R3 которое велико. Поэтому на начальном этапе формирования на выходе схемы напряжения логического нуля весь эмиттерный ток транзистора VT2 втекает в базу транзистора VT5, что форсирует его включение. После включения VT5 насыщается и VT3, шунтируя эмиттерный переход транзистора VT5 низкоомном сопротивлением резистора R4. Это, во-первых, уменьшает степень насыщения транзистора VT5 и, во- вторых, при последующем выключении увеличивает ток, удаляющей из базовой области этого транзистора избыточный заряд неосновных носителей. Оба эти фактора способствуют снижению времени рассасывания заряда, что повышает быстродействие схемы. 29. Какую роль играет резистор в коллекторной цепи верхнего плеча выходного каскада ТТЛ-ключа? Как выбрать его сопротивление? В момент переключения схемы в ее выходной цепи протекает так называемый "сквозной ток", обусловленный тем, что в течении интервала рассасывания запираемого транзистора оба транзистора выходного двухтактного усилителя ( выходной двухтактный усилитель представлен в этой схеме транзисторами VT4 , VT5 , резистором R5 и диодом VDn) оказывается насыщенным. Это приводит к тому, что ток потребления схемы имеет явно выраженный импульсный характер. Поэтому с увеличением частоты переключения среднее значение тока, потребляемое схемой растет. Растет и ее суммарная потребляемая мощность. Кроме того, протекание импульсов тока за счет действия индуктивности соединительных проводов может привести к появлению ложных срабатываний соседних элементов. Для ограничения величены "сквозного тока" в коллекторную цепь VT4 включен резистор R5. Однако чрезмерное увеличение сопротивления этого резистора, во- первых, увеличивает мощность, рассеиваемую в схеме, и, во-вторых, уменьшает ее нагрузочную способность. 30. Что влияет на помехозащищенность ТТЛ-ключа и каким образом ее можно увеличить? Помехозащищенность ключа рассчитывают минимальную из двух величин: положительной и отрицательной статических помех, ?U+п = U0вх пор - U0вх и ?U-п = U1вх - U1вх пор. Статическая помехоустойчивость это максимально допустимое отклонение напряжения, при котором еще не происходит изменения уровней выходного напряжения. Следовательно для увеличения помехозащищенности ключа необходимо увеличивать ?U+п и ?U-п, которые в свою очередь могут быть увеличены если будут увеличено пороговое напряжение логического нуля и уменьшено пороговое напряжение логической единицы. Кроме того существует еще одна особенность в работе с ТТЛ-ключами. Если вход схемы остается неподключенным к источнику сигнала, то можно считать, что на него подан сигнал "1". Однако на практике неиспользуемые входы рекомендуется не оставлять свободными, а через дополнительный резистор Rдоп подключать в выводу +Uп. В противном случае, так как в состоянии "1" по входу схема обладает большим входным сопротивлением, резко увеличивается вероятность воздействия на нее помех, что снижает надежность работы ключа. 31. Почему ТТЛ-ключи являются источниками помех и как с такими помехами бороться? В момент переключения схемы в ее выходной цепи протекает так называемый "сквозной ток", обусловленный тем, что в течении интервала рассасывания запираемого транзистора оба транзистора выходного двухтактного усилителя ( выходной двухтактный усилитель представлен в этой схеме транзисторами VT4 , VT5 , резистором R5 и диодом VDn) оказывается насыщенным. Это приводит к тому, что ток потребления схемы имеет явно выраженный импульсный характер. Поэтому с увеличением частоты переключения среднее значение тока, потребляемое схемой растет. Растет и ее суммарная потребляемая мощность. Кроме того, протекание импульсов тока за счет действия индуктивности соединительных проводов может привести к появлению ложных срабатываний соседних элементов. Для ограничения величены "сквозного тока" в коллекторную цепь VT4 включен резистор R5. Однако чрезмерное увеличение сопротивления этого резистора, во- первых, увеличивает мощность, рассеиваемую в схеме, и, во-вторых, уменьшает ее нагрузочную способность. Для исключения действия помех шины питания должны выполняться с малой собственной индуктивностью и по всей длине шунтироваться дополнительными конденсаторами Сдоп с малой паразитной индуктивностью. Использование такого технического решения позволяет свести к минимуму действие на устройство внутренних помех. 32. От чего зависит нагрузочная способность ТТЛ-ключа и как ею управлять? Нагрузочная способность ТТЛ-ключа характеризует его способность получать сигнал от нескольких источников информации и одновременно быть источником информации для ряда других элементов. Для численной характеристики нагрузочной способности используют коэффициент разветвления по выходу Краз. Этот параметр определяет число единичных нагрузок - аналогичных ключей, которые можно одновременно подключить к выходу ключа. Краз - меньший из двух коэффициентов К0раз и К1раз. Нагрузочная способность ТТЛ-ключа в состоянии "0" характеризуется параметром К0раз = I0вых / I0вх , где I0вых - выходной ток логического нуля , I0вх - входной ток логического нуля. Нагрузочная способность ТТЛ-ключа в состоянии "1" характеризуется параметром К1раз = I1вых / I1вх , где I1вых - выходной ток логической единицы , I1вх - входной ток логической единицы. Следовательно управлять нагрузочной способностью ТТЛ-ключа можно меняя значения коэффициентов разветвления по "0" и "1", которые в свою очередь можно менять изменяя входные и выходные токи логических сигналов, которые зависят от напряжений логических сигналов. ^ 33. Что добавлено в ТТЛ-ключе со сложным инвертором для устранения скола на передаточной характеристике при смене уровня выходного сигнала с высокого на низкий? Для устранения скола на передаточной характеристике ТТЛ-ключа в него добавлен резистор R5. В момент переключения схемы с высокого уровня на низкий в ее выходной цепи протекает так называемый "сквозной ток", обусловленный тем, что в течении интервала рассасывания запираемого транзистора оба транзистора выходного двухтактного усилителя ( выходной двухтактный усилитель представлен в этой схеме транзисторами VT4 , VT5 , резистором R5 и диодом VDn) оказывается насыщенным. Это приводит к тому, что ток потребления схемы имеет явно выраженный импульсный характер. Поэтому с увеличением частоты переключения среднее значение тока, потребляемое схемой растет. Для ограничения величены "сквозного тока" в коллекторную цепь VT4 и включен резистор R5. 34. Каким образом достигнуто поочередное отпирание выходных транзисторов у ТТЛ-ключа со сложным инвертором? На рисунке приведена схема ТТЛ-ключа со сложным инвертором. Транзистор Т3 выполняет функции эмиттерного повторителя с нагрузкой в виде транзистора Т4. При воздействии сигнала "1" на все входы транзистор Т2 насыщен. Следовательно транзистор Т4 также насыщен из-за невысокого потенциала на его входе (точка а), создаваемого эмиттерным током транзистора Т2 на резисторе R3. Благодаря низкому потенциалу коллектора транзистора Т2 (точка б) транзистор Т3 закрыт. При воздействии сигнала "0" хотя бы на один из входов транзистор Т2 закрывается, а транзистор Т3 открывается из-за повышения потенциала точки б и работает как эмиттерный повторитель. Диод Д служит для обеспечения режима смещения транзистора Т3, т.е. для того, чтобы этот транзистор был закрыт при насыщенном транзисторе Т2. 35. Всегда ли в ТТЛ-ключе выходные транзисторы находятся в противоположных состояниях (один открыт, другой заперт)? И если нет, то к чему это ведет? Кажется всегда =)36. Для чего в выходной цепи ТТЛ-ключа со сложным инвертором установлен диод? Диод Д служит для обеспечения режима смещения транзистора Т3, т.е. для того, чтобы этот транзистор был закрыт при насыщенном транзисторе Т2. Прямое напряжение на диоде составляет около 0,5 В и служит для запирания транзистора Т3. Это напряжение создается даже при очень малых (порядка микроампер) токах закрытого транзистора Т3. 37. Каким образом перевести ТТЛ-ключ в третье состояние и зачем это необходимо? На рисунке показан ТТЛ-ключ с третьим (высокоимпедансным) состоянием. Это состояние необходимо, так как непосредственное объединение выходов стандартных элементов ТТЛ не представляется возможным, так как может привести к выходу из строя транзисторов выходного усилителя мощности. Появление на выходе хотя бы одного из параллельно включенных элементов сигнала логического "0" переводит остальные элементы, формировать на выходе логическую "1", в режим короткого замыкания по входу, что недопустимо. Избежать этого позволяет третье состояние ТТЛ-ключа. Для организации третьего состояния многоэмиттерный транзистор VT1, выполняющий операцию И, снабжается n-м эмиттером, который через вспомогательный транзисторный ключ VT6 соединен с общей шиной. Для управления транзисторным ключом используется схема, повторяющая входной каскад стандартного ТТЛ. Она включает входной транзистор VT7 и усилитель на транзисторе VT8, включенном по схеме эмиттерного повторителя. Эмиттерный транзистор VT7 является входом управления третьим состоянием элемента (вход z). Его база через резистор R8 соединена с шиной питания, а коллектор подключен к выходу усилителя на транзисторе VT8. Сигнал, снимаемый с резистора R6, управляет состоянием транзисторного ключа VT6. Дополнительно коллектор VT6 через диод VDn+1 подсоединен к базе транзистора VT4 выходного усилителя мощности. При z = 1 оба транзистора выходного двухтактного усилителя мощности оказываются запертыми и логический элемент отключается от выходного вывода. Это соответствует высокоимпедансному состоянию, при котором выходной сигнал элемента при любых комбинациях его входных сигналов не попадает на его выход.38. Что такое ТТЛ-ключ с открытым коллектором и в каких случаях он находит применение? ТТЛ-ключ с открытым коллектором предназначен для согласования логических схем с внешними исполнительными и индикаторными устройствами, например светодиодными индикаторами, лампочками накаливания, обмотками реле и т.д. его отличие от ТТЛ-ключа со сложным инвертором заключается в выполнении выходного усилителя мощности по однотактной схеме без собственного нагрузочного резистора. Его принципиальная схема приведена на рисунке. В данном элементе также отсутствует цепь нелинейной коррекции. Это связано с тем, что элемент ставиться на выходе логического устройства и к нему в меньшей степени предъявляется требование квантования сигнала. Обычно выходной транзистор VT3 схемы выполняется с большими допустимыми значениями коллекторного тока и напряжения, чем обычный элемент. В отличие от стандартных ТТЛ-ключ с открытым коллектором допускает параллельное включение выходных выводов. При этом относительно выходных сигналов каждого элемента реализуется логическая операция И.39. Чем определяется быстродействие ТТЛ-ключа при его включении? Важнейшим показателем работы электронных ключей является их быстродействие, которое оценивается скоростью протекания переходных процессов при переключении. Мгновенное переключение ТТЛ-ключа невозможно из-за инерционных свойств транзисторов, а также паразитных реактивных элементов схемы и проводников. Следовательно для уменьшения задержки включения ключа необходимо использовать транзисторы с минимальной инерционностью и максимально уменьшить паразитные емкости. Такими свойствами обладают неинерционные транзисторы. Быстродействие ТТЛ-ключа определяется временем рассасывания заряда и чем быстрее оно происходит, тем быстрее происходит включение ключа. 40. Чем определяется скорость выключения ТТЛ-ключа? Процесс выключения ключа можно разделить на время рассасывания неосновных носителей в базе и время спада коллекторного тока. При подаче обратного скачка напряжения коллекторный ток остается неизменным, т.к. заряд в базе не может рассосаться мгновенно и транзистор остается в режиме насыщения. Следовательно на скорость выключения ТТЛ-ключа главным образом влияет время рассасывания неосновных носителей в базе. Для ускорения выключению используют форсирующий конденсатор. 41. За счет чего ТТЛ-ключ со сложным инвертором способен работать на значительную емкостную нагрузку? В ТТЛ-схеме со сложным инвертором постоянная времени заряда нагрузочной емкости существенно уменьшается. За счет этого ТТЛ-схема со сложным инвертором имеет большее быстродействие по сравнению с простым инвертором и может работать на значительную емкостную нагрузку. 42. При каком числе нагрузок (большем или меньшем) оконечный транзистор ТТЛ-ключа дольше выходит из насыщения?43. С помощью каких характеристик описывается поведение ключей? Характеристики ключей описываются с помощью следующих характеристик: 1. Амплитудная передаточная характеристика (АПХ) - характеризует изменение выходного напряжения элемента при плавном изменении напряжения на (n-1)-м его входе при условии, что нагрузка остается постоянной. 2. Выходная характеристика - отражает изменение входного напряжения ключа от тока, протекающего в цепи нагрузки, при неизменной комбинации входных логических переменных. 3. Входная характеристика - отражает зависимость входного тока одного из входов ключа от изменения его входного напряжения, при условии, что на все остальные входы поданы значения пассивного логического уровня, а нагрузка на выходе постоянна. 44. Что такое передаточная характеристика ключа и какие параметры ключа можно из нее извлечь? На рисунке показана передаточная характеристика инвертирующего ключа (слева) и неинвертирующего (справа). Амплитудная передаточная характеристика (АПХ) - характеризует изменение выходного напряжения элемента при плавном изменении напряжения на (n-1)-м его входе при условии, что нагрузка остается постоянной. Как видно из рисунка по передаточной характеристике можно определить такие параметры ключа как: Uoвх, Uoвх пор, U1вх пор, U1вх, U+пор, U-пор, Uoвых, U1вых45. Пользуясь какими характеристиками ключа и как можно определить его нагрузочную способность? Нагрузочная способность ТТЛ-ключа характеризует его способность получать сигнал от нескольких источников информации и одновременно быть источником информации для ряда других элементов. Для численной характеристики нагрузочной способности используют коэффициент разветвления по выходу Краз. Этот параметр определяет число единичных нагрузок - аналогичных ключей, которые можно одновременно подключить к выходу ключа. Краз - меньший из двух коэффициентов К0раз и К1раз. Нагрузочная способность ТТЛ-ключа в состоянии "0" характеризуется параметром К0раз = I0вых / I0вх , где I0вых - выходной ток логического нуля , I0вх - входной ток логического нуля. Нагрузочная способность ТТЛ-ключа в состоянии "1" характеризуется параметром К1раз = I1вых / I1вх , где I1вых - выходной ток логической единицы , I1вх - входной ток логической единицы. Входные токи логических сигналов можно определить по входной характеристике ключа, а выходные токи по выходной характеристике. Следовательно нагрузочную способность ключа можно определить по входным и выходным характеристикам. 46. Каким образом экспериментально можно оценить быстродействие ключа? Динамические свойства ключа, такие как быстродействие, оцениваются по переходной характеристике. Для этого на один вход системы подают импульсный сигнал, все другие входы системы объединяют и подают на них уровень напряжения, который отключает эти входы (для ТТЛ-ключа это высокий уровень). На выход системы присоединяется нагрузка, в соответствии с коэффициентом разветвления. К параметрам определяющим быстродействие ключа относятся: t0,1зд, t1,0зд, t0,1здраспр, t1,0зд распр. Эти параметры можно определить из передаточной характеристики которая показана на рисунке. Однако подчас затруднительно поставить этот эксперимент. Тогда прибегают к упрощенной оценке быстродействия ключа, используя для этого среднее время задержки распространения сигнала; как интервал времени оно равно полусумме задержки распространения сигнала при включении t0,1зд распр и выключении t0,1зд распр. Для оценки tзд.р.ср. собирают цепочку из нечетного числа исследуемых инвертирующих схем и заколповывают ее. В цепи начинают циркулир Генераторы 75. Для генератора синусоидальных колебаний сформулировать условно баланса фаз и амплитуд и привести пример принципиальной схемы. Условия самовозбуждения автогенератора - баланс амплитуд и фаз. На рисунке приведена структурная схема автогенератора, которая состоит из усилителя с коэффициентом усиления К и звена положительной обратной связи ?. Коэффициенты усиления усилителя и обратной связи являются комплексными числами, зависящими от частоты. В качестве усилителя в автогенераторах могут применяться различные усилители: на транзисторах, интегральных микросхемах и др. Звеном обратной связи являются частотно-зависимые цепи: LC-контуры и RC- четырехполюсники. Если считать, что напряжения Uвх и Uвых близки к синусоидальным, то стационарный устойчивый режим в автогенераторе, при котором амплитуды Uвх m и Uвых m имеют неизменные значения, будет возможен только при выполнении условия, называемого условием самовозбуждения: К ? = 1 Это равенство следует из соотношений Uвх = ?•Uвых, Uвых=К•Uвх, следовательно Uвых = ?КUвх. Условие самовозбуждения можно представить в следующем виде: |K|exp(j?)|?|exp(j?)=1 , где |K| и |?| - модули коэффициентов усиления и передачи, а ? и ? - аргументы этих коэффициентов. Это равенство выполняется при следующих условиях: |K|•|?| = 1 (1) ? + ? = 2? (2) Условие (1) называется условием баланса амплитуд, а равенство (2) - условием баланса фаз. Условие баланса фаз свидетельствует о наличие в данном устройстве положительной обратной связи. Условие баланса амплитуд соответствует тому, что потери энергии в автогенераторе восполняются звеном положительной обратной связи от источника питания автогенератора. Автогенераторы по виду элементов, входящих в звенья обратной связи, подразделяются на LC-автогенераторы и RC-автогенераторы. На рисунке приведена принципиальная схема одного из вариантов LC- автогенераторов. 76. Как стабилизировать частоту генерируемых колебаний в генераторах? Определенные отклонения частоты генерации могут происходить за счет изменения режимов работы и параметров элементов схемы, в частности под действием температуры. Нестабильность частоты генерации обратно пропорциональна добротности контура. Поэтому в качестве высокостабильных генераторов используют устройства с частотно-избирательными элементами высокой добротности, которой обладает кварцевый резонатор. Очень важным требованием, предъявляемым к генераторам, является стабильность частоты генерируемых колебаний. Нестабильность частоты оценивается коэффициентом относительной нестабильности:Одним из наиболее эффективных способов стабилизации является кварцевый способ стабилизации, основанный на применении кварцевого резонатора:Рис.1-ЭквивалентнаясхемакварцевогорезонатораРис. 2 - Зависимость характера сопротивления от частоты Мы видим что на крайних участках сопротивление имеет емкостной вид, а на среднем -индуктивный. Кварц может быть эквивалентом как последовательного колебательного контура, так и параллельного. На частоте f01 происходит резонанс напряжений , а на f02- ток