Схема и не на транзисторах – — — —

Как создать схему? | Volt-info

Введение

Эта статья написана для начинающих радиолюбителей, имеющих смутное представление о работе электронных схем, имеет много повторяющихся моментов и может показаться слишком скучной для тех, кто уже имеет определённый опыт работы в схемотехнике. Продвинутым электронщикам читать точно не рекомендую – ни чего нового, и скучно. Начинающим советую воспользоваться лишней возможностью пополнить свой багаж знаний и опыта.

Источники сигналов

В радиолюбительской практике источники сигналов играют весьма немаловажную роль. Их можно смело ставить в ряды инструментария первой необходимости радиолюбительской лаборатории на один уровень с измерительными приборами. На практике, большинство электронных схем, а особенно сегодня, в век цифровых технологий, связано с обработкой сигналов различной формы. Чтобы удачно спроектировать и реализовать даже не сложную схему, содержащую два и более функциональных блоков, на этапе проектирования желательно собрать каждый из блоков на отдельном макете и убедиться в его работоспособности, а заодно и скорректировать те или иные номиналы деталей, рабочие характеристики компонент и т.д. Часто работа таких блоков зависит от подачи на них сигналов конкретной либо произвольной формы, будь то усилитель низких, или высоких частот, силовые ключи преобразователей, или даже элементарного электромагнитного реле. Но где их взять, если устройство ещё не закончено. Конечно же, лучший способ, это использовать готовый источник сигналов, а если его нет, то сделать его самому, чем мы и займёмся в рамках данной статьи.

В зависимости от того, какой формы, периодичности и амплитуды требуется получить сигнал, генерирующие их устройства должны иметь свои особенности, поэтому для начала мы рассмотрим множество простых устройств, дающих понимание принципов действия. Более сложные устройства в дальнейшем спроектировать или собрать по готовой схеме Вы сможете уже самостоятельно.

Логический элемент «НЕ» на одном транзисторе

Рисунок 1. Логический элемент «НЕ» на транзисторе.

Напомню, как работает транзистор, если рассматривать его с точки зрения простого логического элемента.

Условимся, что Uп, это у нас напряжение источника питания относительно минуса питания, или корпуса, к которому подпаяны общие выводы входа и выхода. Мы будем рассматривать его величину, как логическую единицу, а напряжение, приближенное (сниженное) к минусу питания – логический ноль.

При включении питания на выводе Q1 устанавливается логическая единица, поскольку транзистор закрыт (не пропускает ток), и на его коллектор через резистор R2 подано напряжение питания.

Подадим на вход X1 напряжение логической единицы, тогда через резистор R1 и переход транзистора база-эмиттер потечёт ток, который называют током базы. При этом слой базы насытится электронами, коллекторный переход станет проводить ток, т.е. транзистор откроется, и на его коллекторе напряжение упадёт почти до нуля, при этом на выходе Q1 установится логический ноль. Усвоили? Теперь давайте короче, чтобы не отвлекаться на механику процессов:

— При подаче на вход X1 логической единицы, на выходе Q1 установится логический ноль;

— при подаче на вход X1 логического нуля, на выходе Q1 установится логическая единица.

Если сделать табличку и свести в неё возможные состояния входов и соответствующих этим состояниям состояния выходов, то мы получим перечень состояний, который обычно называется таблицей истинности логического устройства. У нас она получится проще некуда:

Таблица 1. Таблица истинности логического элемента «НЕ»

Входы	Выходы
X1	Q1
1	0
0	1

 Если вы ещё не заметили, обращаю Ваше внимание на то, что выход схемы как бы переворачивает входной сигнал. Такое поведение называется логической инверсией, или просто инверсией.

И так, мы заметили, что пока через базу транзистора течёт ток, он открыт (условно можно сказать, что цепь коллектор-эмиттер закорочена), а на выходе схемы устанавливается напряжение, близкое к минусу источника питания. Когда напряжение на базе снижено до такой степени, что через неё прекращает течь ток, транзистор закрывается, переход коллектор-эмиттер становится электрически не проводящим, и на коллекторе через резистор R2 устанавливается напряжение, близкое к напряжению положительного вывода источника питания.

Теперь рассмотрим ещё несколько простых схем на пассивных элементах.

 

RC цепи задержки.

На рисунке 2-а) конденсатор включен параллельно выходу. Когда конденсатор разряжен, напряжение на выходе приближено к нулю, т.е. к минусу источника питания. При подаче на вход напряжения плюса источника питания, конденсатор начнёт заряжаться, и напряжение на нём будет расти не мгновенно, а по мере заряда. Чем больше сопротивление резистора R1, тем медленней будет проходить зарядка. Но по истечению некоторого времени, напряжение на конденсаторе приблизится по значению к напряжению, поданному на вход X1. Такой своеобразный эффект задержки сигнала дал название этим схемам.

Рисунок 2. RC-цепи.

Когда конденсатор заряжен, на выходе Q1 присутствует напряжение. Если мы на входе X1 снизим напряжение до нуля (замкнём вход), то конденсатор начнёт разряжаться, а напряжение на нём будет снижаться не сразу, а постепенно с течением времени. Чем больше сопротивление резистора R1, тем медленней будет происходить разрядка конденсатора и тем длительнее будет происходить процесс установления выходного сигнала.

На рисунке б) схема несколько изменена. При разряженном конденсаторе и нулевом напряжении на входе, на выходе будет ноль. При подаче напряжения на вход X1, через резистор R1 конденсатор C1 начнёт заряжаться. Поскольку напряжение на конденсаторе не может подняться быстро, а лишь по мере заряда, то в первоначальный момент времени на резисторе R1 возникнет напряжение, поданное на вход, и тут же начнёт снижаться по мере заряда конденсатора. Напряжение на резисторе пропорционально току заряда конденсатора и будет убывать с той же скоростью, с какой будет нарастать напряжение на конденсаторе.

Когда конденсатор заряжен, на выходе Q1 устанавливается ноль. Если теперь напряжение на входе снизить до нуля (замкнуть вход), то всё напряжение заряженного конденсатора приложится к резистору R1 и сразу же начнёт снижаться по мере разряда конденсатора. Здесь важно заметить, что импульс этого напряжения будет иметь отрицательную полярность относительно общего вывода (минуса источника питания), а почему, постарайтесь догадаться сами. Если эта задачка Вам по зубам – двигаемся дальше.

Если есть желание наглядно изучить работу описанных выше схем, и у Вас случайно оказался в наличии осциллограф, да ещё двухлучевой, предлагаю немного модернизировать рассмотренные схемы для удобства проведения опытов, рисунок 3.

 Рисунок 3. Тестовые схемы для практических опытов.

Если у Вас пока ещё нет осциллографа, в опытах можно использовать два вольтметра.

Общий щуп осциллографа (корпус) подключается к любому общему выводу схемы. Тестовый щуп первого канала осциллографа подключается к зажиму «А», второй – к зажиму «Б». Аналогично подключаются щупы первого и второго вольтметра, но при этом общие щупы вольтметра должны быть подключены к общим выводам устройства. Напряжение источника питания может быть и ниже указанного, вплоть до 3 В, это повлияет лишь на характер измеряемых сигналов, но тенденция останется неизменной.

Если вы сравните рассмотренные ранее схемы и представленные на рисунке 3, то заметите некоторые дополнения. Они следующие. Rб – балластное сопротивление, необходимо для имитации на входе логической единицы, подаваемой от источника питания. Выключатель SA1 необходим для имитации логического нуля на входе, замыканием выводов. При замыкании выводов ток выключателя ограничивается балластным сопротивлением Rб, предотвращая короткое замыкание в схеме.

Таким образом, включая и выключая выключатель SA1 вы можете имитировать входной сигнал устройства. А теперь собирайте схему, подключайте приборы, включайте питание, и поехали…

При должной настройке осциллографа, вы сможете наблюдать картинки, аналогичные следующим:

  

а)                                                     б)                                                 в)

Рисунок 4. Диаграммы входных и выходных сигналов тестовых схем, рассмотренных на рисунке 3 соответственно — а), б) и в).

Диаграммы на рисунке 4 соответствует сигналам, получаемым при тестировании схемы на рисунке 3.

Из того, что мы теперь знаем, уже можно кое что сделать.

Таймер включения

Давайте слегка модернизируем нашу транзисторную схему как показано на рисунке 5.

Транзистор VT1 выполняет роль электронного ключа, управляющего нагрузкой с помощью силового реле, включенного параллельно резистору R2, который в данной схеме можно было бы исключить.

  

 

 а)                                                                                  б)                                                                           в)

Рисунок 5. а) Схема, имитирующая таймер отключения нагрузки; б) момент включения нагрузки при подаче логической единицы на вход таймера; в) момент разрядки конденсатора при подаче логического нуля на вход таймера.

При включении питания конденсатор C1 находится в разряженном состоянии, ток базы отсутствует, транзистор закрыт, через обмотку реле не протекает ток, контакты реле разомкнуты, лампа Л1 не включена. В данной схеме реализована имитация подачи логических сигналов с помощью двухпозиционного выключателя с перекидными контактами. В одном из состояний выключатель замыкает вход схемы на корпус (минус источника питания), при этом, если конденсатор был заряжен, то разрядится через резистор R1 и коммутирующий диод VD1 (рисунок 5 в).

При подаче на вход схемы логической единицы (рис. 5 б), разряженный конденсатор начинает заряжаться по цепочке R1 от плюса источника питания и база-эмиттер VT1 от минуса. При этом, через базу VT1 протекает ток заряда, транзистор открывается, через R2 и реле К1 начинает протекать ток, реле срабатывает, включая лампу Л1. С течением времени конденсатор C1 заряжается, зарядный ток через базу транзистора снижается, достигая значения, не достаточного для насыщения базы транзистора, транзистор закрывается, реле отключает лампу Л1. Дальнейшее присутствие на входе схемы логической единицы уже не грает роли, поскольку конденсатор заряжен и ток через него больше не потечёт.

Для приведения схемы в состояние готовности необходимо разрядить конденсатор. Для этого переводим выключатель SA1 в положение контакта, замыкающего вход на корпус. Конденсатор разрядится через R1 и VD1.

Чем больше будет ёмкость конденсатора в данной схеме, тем дольше он будет заряжаться, и соответственно, тем больше будет задержка времени до отключения нагрузки. Соответственно, чем больше сопротивление R1, тем меньше будет ток заряда, что тоже увеличит выдержку времени, но при этом необходимо учитывать условие, что ток заряда должен быть не меньше требуемого тока насыщения транзистора, в противном случае транзистор может не включить реле.

Диод VD1 в данной схеме принципиально важен, поскольку именно через него разряжается конденсатор, так как при входе, замкнутом на корпус, на базе возникнет напряжение заряда со знаком минус относительно эмиттера (обратите внимание на полярность заряда конденсатора). Такое напряжение является обратным смещением для p-n переход транзистора, при котором переход закрыт, а соответственно, конденсатор не будет иметь возможности разрядиться.

На выходе схемы Q1 мы получим инверсию сигнала включенной лампы Л1, т.е. пока лампа включена, на выходе логический ноль, когда лампа выключена – единица.

Логический повторитель

И так, теперь мы знаем, что операция «НЕ» инвертирует логические уровни напряжений, т.е. логическая единица на входе соответствует логическому нулю на выходе элемента, и соответственно, входному нулю отвечает единица на выходе. Если мы обработаем входной сигнал последовательно двумя элементами «НЕ», то на выходе второго элемента получим сигнал, повторяющий состояния входа первого. И действительно, если автомобиль сделает два разворота, то будет двигаться в том же направлений, как и до маневрирования. Казалось бы, зачем нужна операция, которая в результате даёт то же, что мы уже имели? На практике это применяется с большой пользой.

 Рисунок 6. Логический повторитель.

Соединяем последовательно два элемента «НЕ», рисунок 6. X1 – вход, Q1 – инверсный выход и одновременно вход второго элемента «НЕ» на транзисторе VT2, Q2 – выход. В результате получаем устройство, которое на выход выдаёт сигнал, повторяющий входной. Эту повторюшку будем называть логическим повторителем. Такие элементы на схемах обозначаются единичкой – «1».

При подаче питания на схему, транзистор VT2 открывается током базы через резисторы R2-R3, на выходе Q2 устанавливается ноль. При подаче сигнала единицы на X1, транзистор VT1 «садит» резистор R3 на корпус, VT2 закрывается, на выходе Q2 устанавливается единица. При снятии сигнала со входа выход сбрасывается в ноль.

Интересно, что получится, если мы подадим сигнал выхода на вход? Давайте посмотрим, рисунок 7.

 Рисунок 7. Подача выходного сигнала на вход.

В данной схеме можно заметить, что входы смешались с выходами, и вообще наша схема как-то закольцевалась. Для большей наглядности предлагаю упростить схему.

 Рисунок 8. Преобразованная схема.

На рисунке 8 преобразованная схема. Входы я не стал показывать, поскольку не имеет смысла, они замкнуты с выходами, и изобразил я только их. Рассмотрим поведение схемы в работе.

При включении питания оба транзистора должны открыться током базы через резисторы R4-R1 и R2-R3. Но, поскольку открывающийся транзистор одного плеча схемы «подтягивает» базовый резистор транзистора другого плеча к корпусу, а говоря словами цифровых сигналов – к нулю, то оба транзистора должны открыться лишь до некоторого уравновешенного значения, а сигналы на выходах принять промежуточное значение напряжения между единицей и нулём. Но на практике симметрия процессов даже в такой симметричной схеме не достижима, и в результате один из транзисторов открываясь чуть сильнее другого ускорит процесс разбаланса схемы, в результате один из транзисторов откроется полностью, другой закроется. Это состояние схемы устойчиво без воздействия извне. При соблюдении симметрии в выборе номиналов деталей, угадать, какой транзистор первым окажется открыт невозможно, а при очень  точной подгонке номиналов, результаты запуска схемы могут отличаться случайным образом. Чтобы исключить элемент случайности в таком случае, достаточно внести ассиметрию в номиналы схемы. Например, если сопротивления R1 и R4 выбрать на одну-две ступени меньше, чем R2 и R3, то в результате большего тока базы транзистор VT1 при включении питания всегда будет открываться первым, на выходе Q1 будет устанавливаться «0», на Q2 – «1». При постоянно включенном питании состояние такой схемы будет всегда стабильно, но при этом она бесполезна. Давайте добавим в эту схему кое какие элементы управления.

Триггер

На рисунке 9 изображена схема, которая отличается от предыдущей наличием входных каналов X1-R2 и X2-R5. Рассмотрим работу схемы.

 Рисунок 9. Транзисторный триггер.

Так как симметричные элементы схемы на практике имеют некоторые отклонения электрических характеристик, то при включении питания один из транзисторов, например, VT2 будет открываться немного быстрее другого. Открываясь, транзистор VT2 будет подтягивать своим коллектором вывод резистора R3 к «нулю», снижая ток базы транзистора VT1 и закрывая его. В результате этого переходного процесса транзистор VT2 полностью откроется, а VT1 – закроется. На выходах Q1 и Q2 установятся «1» и «0» соответственно. Это состояние устойчиво, но может быть изменено.

Подадим кратковременно логическую единицу на вход X1. Через резистор R2 и базу транзистора VT1 начнет протекать ток, VT1 откроется и подтянет своим коллектором резистор R4 к нулю. Ток через резистор R4 и базу транзистора VT2 прекратится, транзистор VT2 закроется, схема изменить свое состояние на противоположное: на выходах Q1 и Q2 установятся «0» и «1» соответственно. Это состояние будет сохраняться до кратковременной подачи на вход X2 логической единицы.

Схемы, подобным образом изменяющие своё состояние называются «триггерными», а элементы на их основе – триггерами. Один такой элемент представляет из себя элементарную ячейку памяти с возможностью записи и хранения информации в период между включением и выключением питания. Аналогичные элементы содержит оперативная память компьютера.

 Рисунок 10. Выключатель нагрузки с применением триггера.

Для примера практического применения этой схемы, немного дополним её. На рисунке 10 мы ввели в схему две кнопки, и конденсатор C1.

При включении питания триггера, конденсатор C1 на некоторое время заряда шунтирует (реализует задержку сигнала) базу транзистора VT2, в результате VT1 открывается первым и фиксирует состояние схемы. Через обмотку реле K1 протекает малый ток базы транзистора VT1, не достаточный для срабатывания реле. Лампа выключена.

Нажатием на кнопку SB2 «Вкл.» на базу транзистора принудительно кратковременно подаётся логическая единица. Конденсатор заряжается, возникает напряжение на базе VT2, от чего транзистор открывается, своим коллектором подтягивая к нулю резистор R3. VT1 закрывается, состояние схемы фиксируется, через обмотку реле K1 протекает номинальный ток реле, контакты реле замыкаются, лампа включается.

Кратковременное нажатие на кнопку SB1 «Выкл.» схема приходит в исходное состояние, лампа выключается.

Вот так, изучая и комбинируя простые элементы схем можно научиться создавать полезные интересные устройства. Последняя схема имеет элементы управления, а функционально лишь фиксирует заданное состояние, или говоря языком электроники – запоминает значение заданного логического уровня. А давайте в следующей своей выдумке подумаем, как сделать устройство без элементов управления, но чтобы оно самостоятельно изменяло состояния логических выходов.

Мультивибратор

Давайте ещё раз обратим внимание на схему рисунка 8 и цепи задержки на рисунке 2.

 Рисунок 11. Схема мультивибратора.

Мы знаем, что резисторы в цепи базы транзистора обеспечивают постоянный ток базы, именно поэтому состояния схемы являются устойчивыми. Для того, чтобы схема переключалась сама по себе, воспользуемся возможностями цепей задержки. Для начала в цепи базы вместо резисторов установим конденсаторы (рисунок 11 а).  При включении питания конденсаторы C1 и C2 начнут заряжаться через резисторы R1, R2 и базы транзисторов. Транзисторы начнут открываться, но первым откроется тот, у которого ток базы и коэффициент усиления по току в совокупности окажется больше другого. Например, первым открылся VT1 и подтянул своим коллектором конденсатор C1 к нулю, ток через него не течёт. VT1 открыт, VT2 – закрыт.

По мере заряда конденсатора C2 через него прекращает протекать ток базы транзистора VT1 и он начинает закрываться, отвязав от нуля конденсатор C1. C1 начинает заряжаться через резистор R1 и базу VT2, в результате чего VT2 открывается и подтягивает положительно заряженный полюс конденсатора C2 к нулю. Отрицательно заряженный полюс C2 создаёт обратное смещение на переходе база-эмиттер, переход закрыт, конденсатор остаётся заряженным. Когда заряд C1 прекращается, ток базы VT2 прекращается, транзистор закрывается и отвязывает положительно заряженный вывод C2, а поскольку С2 уже заряжен, как и C1, то через них уже не будет протекать ток, и они больше не смогут воздействовать на транзисторы. Такая схема способна произвести всего один такт переключения состояний, а её применение ограничено из-за невозможности быстрого разряда конденсаторов, что бы схему можно было использовать повторно через короткие промежутки времени.

Подключим к базам транзисторов сопротивления R3 и R4 (рисунок 11 б), которые будут создавать положительное (открывающее транзистор) смещение базы относительно коллектора. При включении питания, один из транзисторов, например, VT1 открывается током базы, обусловленным суммарным током заряда конденсатора C2 и резистора R4. В это время конденсатор C1, подтянутый к нулю, будет заряжаться резистором R3, и по мере заряда конденсатора создаст на базе VT2 положительное смещение, достаточное для его открывания. Открываясь, VT2 начнёт подтягивать положительно заряженный вывод конденсатора к нулю, а отрицательно заряженный вывод C2 ещё не успевшего перезарядиться, создаст отрицательное смещение на базе VT1, закрыв его. Эти процессы переключения транзисторов и перезарядки конденсаторов чередуются непрерывно. Время переключения происходит очень быстро, а времена между переключениями зависят от ёмкостей конденсаторов и номиналов сопротивлений схемы.

Такая схема позволяет формировать периодический сигнал на выходе в автоматическом режиме, который ещё называют автогенераторным. Но у подобных схем есть механический предшественник – устройство с вибрирующим контактом, который за счёт механической вибрации мог с определённой периодичностью замыкать и размыкать контакты, или поочерёдно переключать контакт между двумя другими. Эти устройства вполне обоснованно получили название мультивибраторов, а их электронные последователи уже просто позаимствовали это название.

Заключение

Некоторые могут посчитать статью неполной в виду отсутствия диаграмм, графиков и таблиц там, где их можно показать и т.д. Во-первых, это сделано с целью сократить объём, поскольку и так «многа букаф», тяжело читать, но главная задача, это дать возможность читателю самостоятельно приложить полученные знания в одном месте к тем местах, где это уместно, это даст возможность немного развивить мышление, иначе смысла во всей этой писанине нет.

Этот небольшой экскурс написан специально для самых начинающих радиолюбителей, чтобы показать, что нет ни чего сложного в понимании принципов работы различных электронных устройств, и более того, нет причин не научиться изобретать такие устройства самостоятельно. Если у меня не получилось что-то объяснить, приму любую критику в Ваших комментариях и готов буду доработать статью. Если эта статья показала Вам простоту и доступность мира электроники, значит цель достигнута.

Читать статью в формате PDF

volt-info.ru

Как читать электрические схемы с транзистором

В прошлой статье мы рассматривали схему без биполярного транзистора. Для того, чтобы понять, как работает транзистор, мы с вами соберем простой регулятор мощности свечения лампочки накаливания с помощью двух резисторов и транзистора.

Как работает транзистор

Давайте вспомним, как ведет себя транзистор. По идее, биполярный транзистор представляет из себя управляемое сопротивление между коллектором и эмиттером, которое управляется силой тока базы. Про все это я писал еще в цикле статей про биполярник.

Если представить транзистор, как этот краник, то можно провести небольшую аналогию. С помощью одного мизинчика я могу включать бешеный поток воды, который тотчас побежит по трубе.

Также не забывайте, что регулируя угол положения рукоятки, я также могу плавно регулировать поток воды в трубе.

Открываю кран, поток воды бежит на полную катушку:

Закрываю краник, вода не бежит:

Ну что вспомнили?

Управление мощностью с помощью транзистора

Итак, я буду делать схему регулятора мощности свечения лампочки накаливания с помощью советского транзистора КТ815Б. Она будет выглядеть следующим образом:

На схеме мы видим лампу накаливания, транзистор и два резистора. Один из них переменный. Итак, главное правило транзистора: меняя силу тока в цепи базы, мы тем самым меняем силу тока в цепи коллектора, а следовательно,  мощность свечения самой лампы.

Как в нашей схеме будет все это выглядеть? Здесь я показал две ветви. Одну синим цветом, другую красным.

Как вы видите, в синей ветке цепи последовательно друг за другом идут +12В—-R1—-R2—-база—-эмиттер—-минус питания. А как вы помните, если резисторы либо  различные потребители (нагрузки) цепи идут друг за другом последовательно, то через все эти нагрузки, потребители и резисторы протекает одна и та же сила тока. Правило делителя напряжения. То есть в данный момент для удобства объяснения, я назвал эту силу тока, как ток базы I_б . Все то же самое можно сказать и о красной ветви. Ток пойдет по такому пути: +12В—-лампочка—-коллектор—-эмиттер—-минус питания.  В ней будет протекать ток коллектора I_к.

Итак, для чего мы сейчас разобрали эти ветви цепи? Дело в том, что через базу и эмиттер протекает базовый ток I_б , который протекает также и через переменный резистор R1 и резистор R2. Через коллектор-эмиттер протекает ток коллектора Iк , который  также течет и через лампочку накаливания.

Ну и теперь самое интересное: коллекторный ток зависит от того, какая сила тока в данный момент течет через базу-эмиттер. То есть прибавив базовый ток, мы тем самым прибавляем и коллекторный ток. А раз коллекторный ток у нас стал больше, значит и через лампочку сила тока стала больше, и лампочка загорелась еще ярче. Управляя слабым током базы, мы можем управлять большим током коллектора. Это и есть принцип работы биполярного транзистора.

Как нам теперь регулировать силу тока через базу-эмиттер? Вспоминаем закон Ома: I=U/R. Следовательно, прибавляя или убавляя значение сопротивления в цепи базы, мы тем самым можем менять силу тока базы! Ну а она уже будет регулировать силу тока в цепи коллектора. Получается, меняя значение переменного резистора, мы тем самым меняем свечение лампочки 😉

И еще один небольшой нюанс.

Как вы заметили в схеме есть резистор R2. Для чего он нужен? Дело все в том, что может случится пробой перехода база-эмиттер. Или, простым языком, он выгорит. Если бы его не было, то при изменении сопротивления на переменном резисторе R1 до нуля Ом, мы бы махом выжгли P-N переход базы-эмиттера. Поэтому, чтобы такого не было, мы должны  подобрать резистор, который бы при сопротивлении на R1 в ноль Ом, ограничивал бы силу тока на базу, чтобы ее не выжечь.

Получается, мы должны подобрать такую силу тока на базу, чтобы лампочка светилась на полную яркость, но при этом переход база-эмиттер был бы целым. Если сказать языком электроники –  мы должны подобрать такой резистор, который бы вогнал  транзистор в границу насыщения, но не более того.

Такой резистор я подбирал с помощью магазина сопротивления. Его также можно подобрать с помощью переменного резистора. Резистор в базе часто называют токоограничительным. Как-то давненько даже писал отдельную статью про этот токоограничительный резистор.

Работа реальной схемы

Ну а теперь дело за практикой. Собираем схему в реале:

Кручу переменный резистор и добиваюсь того, чтобы лампочка горела на весь накал:

Кручу еще чуток и лампочка светит в пол накала:

Выкручиваю переменный резистор до упора и лампочка тухнет:

Вместо лампочки можно взять любую другую нагрузку, например, вентилятор от компьютера. В этом случае, меняя значение переменного резистора, я могу управлять частотой вращения вентилятора, тем самым убавляя или прибавляя силу потока воздуха.

Здесь вентилятор не крутится, так как я на переменном резисторе выставил большое сопротивление:

Ну а здесь, покрутив переменный резистор, я уже могу регулировать обороты вентилятора:

Можно сказать, что получилась готовая схема, чтобы обдувать себя жарким летним деньком ;-). Стало холодно – убавил обороты, стало слишком жарко – прибавил 😉

Прошаренные чайники-электронщики могут сказать: “А зачем так сильно все было усложнять? Не проще ли было просто взять переменный резистор и соединить последовательно с нагрузкой?

Да, можно.

Но должны соблюдаться некоторые условия. Предположим у нас лампа накаливания большой мощности, а значит и сила тока в цепи тоже будет приличная. В этом случае переменный резистор должен быть большой мощности, так как при выкручивании до упора в сторону маленького сопротивления через него побежит большой ток. Вспоминаем формулу выделяемой мощности на нагрузке: P=I²R. Переменный резистор сгорит (проверено не раз на собственном опыте).

В схеме с транзистором весь груз ответственности, то бишь всю мощность рассеивания, транзистор берет на себя. В схеме с транзистором переменный резистор спалить уже будет невозможно, так как сила тока в цепи базы в десятки, а  то и в сотни раз меньше (в зависимости от беты транзистора), чем сила тока через нагрузку, в нашем случае через лампочку.

Греться по-максимуму транзистор будет только тогда, когда мы регулируем мощность нагрузки наполовину. В этом случае половина отсекаемой мощности в нагрузке будет рассеиваться на транзисторе. Поэтому, если вы регулируете мощную нагрузку, то для начала поинтересуйтесь таким параметром, как мощность рассеивания транзистора и при необходимости не забывайте ставить транзисторы на радиаторы.

Резюме

Главное предназначение транзистора – управление большой силой тока с помощью малой силы тока, то есть с помощью маленького базового тока мы можем регулировать приличный коллекторный ток.

Есть критического значение базового тока, которые нельзя превышать, иначе сгорит переход база-эмиттер. Такая сила тока через базу возникает, если потенциал на базе будет более 5 Вольт в прямом смещении. Но лучше даже близко не приближаться к такому значению. Также не забывайте, чтобы открыть транзистор, на базе должен быть потенциал больше, чем 0,6-0,7 Вольт для кремниевого транзистора.

Резистор в базе служит для ограничения протекающего  тока через базу-эмиттер. Его значение выбирают в зависимости от режима работы схемы. В основном это граница насыщения транзистора, при котором коллекторный ток начинает принимать свои максимальные значения.

При проектировании схемы не забываем, что лишняя мощность рассеивается на транзисторе. Самый щадящий режим – это режим отсечки и насыщения, то есть лампа либо вообще не горит, либо горит на всю мощность. Самая большая мощность будет выделяться на транзисторе в том случае, если лампа горит в пол накала.

www.ruselectronic.com

Схемная реализация логических элементов И-ИЛИ-НЕ и других

Для выполнения логических операций и решать логические задачи с помощью средств электроники были изобретены логические элементы. Их создают с помощью диодов, транзисторов и комбинированных элементов (диодно-транзисторные). Такая логика получила название диодной логики (ДЛ), транзисторной (ТЛ) и диодно–транзисторной (ДТЛ). Используют как полевые, так и биполярные транзисторы. В последнем случае предпочтение отдается устройствам типа n-p-n, так как они обладают большим быстродействием.

Логический элемент «ИЛИ»

Схема логического элемента «ИЛИ» представлена на рисунке 1 а. На каждый из входов может подаваться сигнал в виде какого-то напряжения (единица) или его отсутствия (ноль). На резисторе R появиться напряжение даже при его появлении на каком – либо из диодов.

Рис. 1

Элементы или могут иметь несколько логических входов. Если используются не все входы, то те входы которые не используются следует соединять с землей (заземлять), чтобы избежать появления посторонних сигналов.

На рисунке 1б показано обозначение на электрической схеме элемента, а на 1в таблица истинности.

Логический элемент «И»

Схема элемента приведена на рис. 2. Если хотя – бы к одному из входов будет сигнал равный нулю, то через диод будет протекать ток. Падение напряжения на диоде стремится к нулю, соответственно на выходе тоже будет ноль. На выходе сможет появится сигнал только при условии, что все диоды будут закрыты, то есть на всех входах будет сигнал. Рассчитаем уровень сигнала на выходе устройства:

Рис.2

на рис. 2 б – обозначение на схеме, в – таблица истинности.

Логический элемент «НЕ»

В логическом элементе «НЕ» используют транзистор (рис.3 а). при наличии положительного напряжения на входе х=1 транзистор открывается и напряжение его коллектора стремится к нулю. Если х=0 то положительного сигнала на базе нет, транзистор закрыт, ток не проходит через коллектор и на резисторе R нет падения напряжения, соответственно на коллекторе появится сигнал Е. условное обозначение и таблица истинности приведены на рис. 3 б,в.

Рис.3

Логический элемент «ИЛИ-НЕ»

При создании различных схем на логических элементах часто применяют элементы комбинированные. В таких элементах совмещены несколько функций. Принципиальная схема показана на рис. 4 а.

Рис.4

Здесь диоды Д1 и Д2 выполняют роль элемента «ИЛИ», а транзистор играет роль инвертора. Обозначение элемента на схеме и его таблица истинности рис. 4б и в соответственно.

Логический элемент «И-НЕ»

Показана схема на рис. 5 а. Здесь диод Д3 выполняет роль так сказать фильтра во избежание искажения сигнала. Если на вход х1 или х2 не подан сигнал (х1=0 или х2=0), то через диод Д1 или Д2 будет протекать ток. Падение на нем не равно нулю и может оказаться достаточным для открытия транзистора. Последствием чего может стать ложное срабатывание и на выходе вместо единицы мы получим ноль. А если в цепь включить Д3, то на нем упадет значительная часть напряжения открытого на входе диода, и на базу транзистора практически ничего не приходит. Поэтому он будет закрыт, а на выходе будет единица, что и требуется при наличии нуля на каком либо из входов. На рис. 5б и в показаны таблица истинности и схемное обозначение данного устройства.

Рис.5

Логические элементы получили широчайшее применение в электронике и микропроцессорной технике. Многие системы управления строятся с использованием именно этих устройств.

elenergi.ru

39. Элементы И — НЕ , ИЛИ

§41 Элементы И — НЕ , ИЛИ — НЕ  на КМДП — транзисторах .

Схемы ЛЭ на КМДП — транзисторах строятся на базе соответствующего инвертора . Общей закономерностью построения таких схем является то , что параллельное соединение транзисторов одного типа сопровождается последовательным соединением транзисторов противоположного типа .

Схемы логических элементов , реализующих функции ИЛИ — НЕ и И — НЕ в ПЛ приведены на рис. 41.1.

Рисунок 41.1

В этих схемах инверторы образуются соответственно парами транзисторов VT2 и VT4.

Если в схеме 40.1.а x1=0 и x2=1 , то VT3 закрыт , а VT4 открыт . При этом Uзи1 =0 — Еп1 = — Еп1 , то так как канал VT1 p — типа  , то он тоже открыт . Uзи2 =Ux2 — Uп2 = Еп1 — Еп1 =0 ,т.е. VT2 закрыт . Транзисторы VT3 и VT4 связаны параллельно , и один из них открыт , тогда их общее сопротивление незначительное . Транзисторы VT1 и VT2 соединены последовательно , и один из них открыт , поэтому их сопротивление значительно больше . В результате на выходе y мы имеем лог.0 .

Уровень выходного напряжения не изменится , если x1=1 и x2=0 , либо x1=x2=1.Переход в единичное состояние на выходе возможен только при x1=x2=0.

В схеме рис.40.1.б низкий уровень выходного напряжения будет только при одновременно открытых VT3 и VT4 , что возможно при x1=x2=1 . В таком режиме транзисторы VT1 и VT2 закрыты , поскольку напряжение между затвором и стоком близко к нулю .

КМДП — элементы имеют ряд достоинств по сравнению с   ЛЭ других технологий . Так они потребляют очень небольшую мощность , расходуемую на перезарядку суммарной  ёмкости нагрузки при переключениях ( Рдин =Е²п1· Сf ) . В статическом режиме потребляемая мощность определяется лишь током утечки и не превышает 1мкВт на один вентиль . КМДП — элементы сохраняют работоспособность при небольших разбросах напряжения питания . Быстродействие элементов существенно  зависит  от напряжения питания : с увеличением Еп быстродействие увеличивается . К достоинствам КМДП — схем относится также большое входное сопротивление (10…100 МОм ) , большая нагрузочная способность (Краз> 50 ) и незначительная зависимость параметров от температуры .

Недостатком является повышенное напряжение источника питания (Еп=9В ) и относительная технологическая сложность изготовления .

studfiles.net

Логические схемы

Логические элементы, включая вентили, счетчики и запоминающие устройства, изготавливаются в виде интегральных модулей, или инте­гральных схем (ИС). Эти ИС разбивают на классы, называемые семей­ствами, по числу полупроводниковых приборов, содержащихся в одной ИС. В настоящее время существуют следующие семейства.

1.	ИС низкой степени интеграции	до 10 приборов.
2.	ИС средней степени интеграции	10-100 приборов.
3.	ИС большой степени интеграции, или большие ИС (БИС)	100-1000 приборов.
4.	ИС сверхбольшой степени интеграции, или сверхбольшие ИС (СБИС)	1000-10000 приборов.
5.	Ультрабольшие ИС (УБИС)	10000-100000 приборов.

Степень интеграции определяет сложность интегральной схемы. Ка­ждое следующее по сложности семейство характеризуется десятикрат­ным увеличением числа элементов по сравнению с предыдущим. К ИС низкой и средней степени интеграции относятся дискретные логические элементы, такие, как вентили, счетчики и регистры. БИС иСБИС используются в качестве запоминающих устройств, микропроцессоров и за­конченных систем, таких, как микрокомпьютеры.

Логические состояния

Логический элемент имеет два различных состояния: состояние логи­ческого 0, представляемое низким уровнем напряжения, обычно 0 В; и состояние логической 1. представляемое высоким уровнем напряжения (положительной полярности в случае положительной логики и отрица­тельной полярности в случае отрицательной логики). Уровень напряже­ния, который представляет логическую 1. зависит от используемого ти­па ИС. Для ИС, изготавливаемых по биполярной технологии, например для ПС ТТ, I (ИС на основе транзисторно-транзисторной логики), логи­ческой 1 соответствует напряжение 5 В, в то время как для ИС КМОП (ИС на комплементарных, или дополняющих, МОП-транзисторах) логи­ческая 1 может быть представлена напряжением в диапазоне от 3 до 15 В и выше. ИС ТТЛ имеют преимущество в быстродействии, а ИС КМОП позволяют реализовать более высокую степень интеграции компонентов

(т. е. позволяют разместить большее число логических элементов в одном интегральном модуле) и не требуют использования стабилизированных источников питания.

 

Транзисторно-транзисторные логические элементы (ТТЛ)

ТТЛ-элементы применяются в интегральных схемах и обеспечивают вы­сокую скорость переключения. На рис. 34.1 показана упрощенная схема логического элемента И-НЕ с многоэмиттерным транзистором T₁ на вхо­де. Когда на обоих входах присутствует логический 0, транзистор T₁ насыщен и напряжение на его коллекторе близко к 0 В. Следователь­но, транзистор T₂ находится в состоянии отсечки, и на выходе мыимеем логическую 1. Когда на оба входа подается логическая 1, транзистор T₁ закрывается и переключает транзистор T₂ в состояние насыщения. В этом случае на выходе элемента мы имеем логический 0.

Рис. 34.1. Логический элемент И-НЕ (ТТЛ-типа). 

Логические элементы на полевых транзисторах

Логические схемы в настоящее время изготавливаются только в виде ин­тегральных схем. Огромное количество логических элементов можно раз­местить на мельчайшем кристалле (чипе) кремния размером 1х2 мм. В силу своей простоты полевые транзисторы применяются чаще, чем бипо­лярные транзисторы. Наиболее широко распространены логические эле­менты на основе так называемых КМОП-ячеек (здесь они не рассматри­ваются). На рис. 34.2 приведена схема логического элемента ИЛИ-НЕ на МОП-транзисторах, который работает на основе отрицательной логи­ки. В этой схеме T₁ и T₂ — полевые МОП-транзисторы с каналом p-типа (работающие в режиме обогащения). Когда на обоих входах присутствует Уровень логического 0, транзисторы T₁ и T₂ находятся в состоянии отсеч­ки и на выходе мы имеем логическую 1 (-V_DD= -20 В). Когда на один или на оба входа подается логическая 1 (например, -20 В), открываются один или оба транзистора и на выходе мы получаем логический 0.

Рис. 34.2.   Логический элемент                         Рис. 34.3.   Логический элемент на И-НЕ 

ИЛИ-НЕ на МОП-транзисторах.                                             МОП-транзисторах.        

 

На рис. 34.3 показана схема логического элемента И-НЕ на основе полевых МОП-транзисторов с каналом п-типа. Поскольку используется источник питания положительной полярности, данный логический эле­мент работает на основе положительной логики. Транзистор T₃ постоян­но смещен в активную рабочую область напряжением V_DD, подаваемым на затвор, и выполняет функцию активной нагрузки логического эле­мента. Когда на одном или на обоих входах присутствует логический 0, один или оба транзистора находятся в состоянии отсечки, выдавая ло­гическую 1 на выходе. Ток через транзисторы будет протекать только в том случае, когда на оба входа будет подана логическая 1, и только в этом случае мы получим на выходе логический 0.

Булевы выражения

Функции, реализуемые отдельным логическим элементом или комбина­цией логических элементов, могут быть выражены логическими форму­лами, называемыми булевыми выражениями. В булевой алгебре исполь­зуются следующие обозначения логических функций (см. табл. 34.1):

• Функция И обозначается символом точки (·). Двухвходовый (входы А и В) логический элемент И вырабатывает на выходе сигнал, предста­вляемый булевым выражением А · В.

• Функция ИЛИ обозначается символом (+). Двухвходовый логический элемент ИЛИ вырабатывает на выходе сигнал, представляемый буле­вым выражением А + В.

Таблица 34.1. Булевы выражения

Функция	Обозначение в булевой алгебре
И	А·В
или	А+В
НЕ
И-НЕ
ИЛИ-НЕ
Исключающее ИЛИ
Исключающее ИЛИ-НЕ

• Логическая функция НЕ обозначается символом черты над обозначе­нием входного сигнала. Логическая схема НЕ с одним входом А вы­рабатывает на выходе сигнал, представляемый булевым выражением  (читается «НЕ А»).

Через эти простые функции можно выразить более сложные:

 • Функция Н-НЕ записывается как .

• Функция ИЛИ-НЕ записывается как .

• Функция Исключающее ИЛИ записывается как . Ее можно также записать, используя специальное обозначение, .

• Функция Исключающее ИЛИ-НЕ записывается как . Ее можно также записать, используя специальное обозначение, .

Комбинаторная логика

Рассмотрим логическую схему на рис. 34.4. Логическую функцию, вы­полняемую этой схемой, можно описать с помощью следующих булевых выражений.

Выходной сигнал логического элемента ИЛИ (i): A + В

Выходной сигнал логического элемента И-ИЕ (ii):  

Выходной сигнал логического элемента ИЛИ (iii): (А + В) +

Пример 1

Обратимся к рис. 34.5.

а) Найдите булево выражение для логической функции изображенной ком­бинации логических элементов.

б) Составьте таблицу истинности, показывающую логические состояния во всех точках схемы, и докажите, что эту схему можно свести к одному логическому элементу.

Решение

а) Булево выражение для точки С = .

    Булево выражение для точки D= .

    Булево выражение для точки F = ·.

б) Таблица истинности

Входы		Точки		Выход
А	В	С	D	F
0	0	1	1	1
0	1	1	0	0
1	0	0	1	0
1	1	0	0	0

Как видно из таблицы истинности, приведенная комбинация логических эле­ментов эквивалентна логическому элементу ИЛИ-НЕ.

 

Пример 2                                         

Обратимся к рис. 34.6.                                                     

а) Найдите булево выражение для логической функции изображенной комбинации логических элементов.                                    

б) Составьте таблицу истинности, показывающую логические состояния во всех точках схемы, и докажите, что эту схему можно свести к одному  логическому элементу.  

                                          

                          

                                            

Решение

а) Булево выражение для точки С = .

    Булево выражение для точки D = .

    Булево выражение для точки F =  +.

6) Таблица истинности

Входы		Точки		Выход
А	В	С	D	F
0	0	1	1	1
0	1	1	0	1
1	0	0	1	1
1	1	0	0	0

Как видно из таблицы истинности, приведенная комбинация логических эле­ментов эквивалентна логическому элементу И-НЕ.

Счетчики

Функцию счета в двоичном счетчике выполняет бистабильный мульти­вибратор, или делитель на 2, чаще называемый триггером. Цепочка из нескольких таких триггеров образует счетчик. На рис. 34.7 показан двоичный счетчик, состоящий из трех триггеров. Каждый триггер делит частоту поступающих импульсов на 2. Таким образом, два последовательных триггера обеспечивают деление на 4 (2 · 2), а три триггера – на 8 (2 · 2 · 2). Другими словами, на каждые восемь входных импульсов на выходе А появятся четыре импульса, на выходе В — два импульса и на выходе С — один импульс (рис. 34.7).

Как уже говорилось в гл. 32, бистабильный мультивибратор изменя­ет свое состояние только во время действия одного из фронтов входного импульса. Уровень входного импульса изменяется от 0 к 1 и обратно к 0, и так для каждого приходящего импульса. Обычно предполагается, что состояние триггера изменяется при приходе отрицательного фронта импульса (т. е. при переходе от 1 к 0).

Сигнал на выходе Q_А  триггера А соответствует 2⁰, или столбцу «еди­ниц» в табл. 34.2, сигнал на выходе Q_B— 2¹, или столбцу «двоек», и наконец, сигнал на выходе Q_C — 2², или столбцу «четверок». После по­ступления 6 импульсов на вход счетчика он оказывается в следующем состоянии: А (число единиц) = 0, В (число двоек) = 1. С (число четве­рок) = 1; это состояние соответствует десятичному числу 6 (0 + 2 + 4).

radiolubitel.net

Восемь простых схем на транзисторах для начинающих радиолюбителей

Приведены несколько схем простых устройств и узлов, которые могут быть изготовлены начинающими радиолюбителями.

Однокаскадный усилитель ЗЧ

Это простейшая конструкция, которая позволяет продемонстрировать усилительные способности транзистора Правда, коэффициент усиления по напряжению невелик — он не превышает 6, поэтому сфера применения такого устройства ограничена.

Тем не менее его можно подключить, скажем, к детекторному радиоприемнику (он должен быть нагружен на резистор 10 кОм) и с помощью головного телефона BF1 прослушивать передачи местной радиостанции.

Усиливаемый сигнал поступает на входные гнезда X1, Х2, а напряжение питания (как и во всех остальных конструкциях этого автора, оно составляет 6 В — четыре гальванических элемента напряжением по 1,5 В, соединенных последовательно) подается на гнезда ХЗ, Х4.

Делитель R1R2 задает напряжение смещения на базе транзистора, а резистор R3 обеспечивает обратную связь по току, что способствует температурной стабилизации работы усили теля.

Рис. 1. Схема однокаскадного усилителя ЗЧ на транзисторе.

Как происходит стабилизация? Предположим, что под воздействием температуры увеличился ток коллекто ра транзистора Соответственно увеличится падение напряжения на резисто ре R3. В итоге уменьшится ток эмитте ра, а значит, и ток коллектора — он достигнет первоначального значения.

Нагрузка усилительного каскада — головной телефон сопротивлением 60.. 100 Ом. Проверить работу усилителя несложно, нужно коснуться входного гнезда Х1 например, пинцетом в телефоне должно прослушиваться слабое жужжание, как результат наводки пере менного тока. Ток коллектора транзис тора составляет около 3 мА.

Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах разной структуры

Он выполнен с непосредственной связью между каскадами и глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току, что делает его режим независящим от температуры окружающей среды. Основа температурной стабилизации — резистор R4, работаю щий аналогично резистору R3 в предыдущей конструкции

Усилитель более «чувствительный” по сравнению с однокаскадным — коэффициент усиления по напряжению достигает 20. На входные гнезда можно подавать переменное напряжение амплитудой не более 30 мВ, иначе возникнут искажения, прослушиваемые в головном телефоне.

Проверяют усилитель, прикоснувшись пинцетом (или просто пальцем) входного гнезда Х1 — в телефоне раздастся громкий звук. Усилитель потребляет ток около 8 мА.

Рис. 2. Схема двухкаскадного усилителя ЗЧ на транзисторах разной структуры.

Эту конструкцию можно использовать для усиления слабых сигналов например, от микрофона. И конечно он позволит значительно усилить сигнал 34, снимаемый с нагрузки детекторного приемника.

Двухкаскадный УЗЧ на транзисторах одинаковой структуры

Здесь также использована непосредственная связь между каскадами, но стабилизация режима работы несколько отличается от предыдущих конструкций.

Допустим, что ток коллектора транзистора VТ1 уменьшился Падение напряжения на этом транзисторе увеличится что приведет к увеличению напряжения на резисторе R3, включенном в цепи эмиттера транзис тора VТ2.

Благодаря связи транзисторов через резистор R2, увеличится ток базы входного транзистора, что приведет к увеличению его тока коллектора. В итоге первоначальное изменение тока коллектора этого транзистора будет скомпенсировано.

Рис. 3. Схема двухкаскадного усилителя ЗЧ на транзисторах одинаковой структуры.

Чувствительность усилителя весьма высока — коэффициент усиления достигает 100. Усиление в сильной степени зависит от емкости конденсатора С2 — если его отключить, усиление снизится. Входное напряжение должно быть не более 2 мВ.

Усилитель хорошо работает с детекторным приемником, с электретным микрофоном и другими источниками слабого сигнала. Ток, потребляемый усилителем — около 2 мА.

Двухтактный усилитель мощности ЗЧ на транзисторах

Он выполнен на транзисторах разной структуры и обладает усилением по напряжению около 10. Наибольшее входное напряжение может быть 0,1 В.

Усилитель двухкаскадный первый собран на транзисторе VТ1 второй — на VТ2 и VТЗ разной структуры. Первый ка скад усиливает сигнал 34 по напряжению причем обе полуволны одинаково. Второй — усиливает сигнал по току но каскад на транзисторе VТ2 “работает” при положительных полуволнах, а на транзисторе VТЗ — при отрицательных.

Рис. 4. Двухтактный усилитель мощности ЗЧ на транзисторах.

Режим по постоянному току выбран таким что напряжение в точке соединения эмиттеров транзисторов второго каскада равно примерно половине напряжения источника питания.

Это достигается включением резистора R2 обратной связи Ток коллектора входного транзистора, протекая через диод VD1, приводит к падению на нем напряжения. которое является напряжением смещения на базах выходных транзисторов (относительно их эмиттеров), — оно позволяет уменьшить искажения усиливаемого сигнала.

Нагрузка (несколько параллельно включенных головных телефонов либо динамическая головка) подключена к усилителю через оксидный конденсатор С2.

Если усилитель будет работать на динамическую головку (сопротивлением 8 -.10 Ом), емкость этого конденсатора должна бы ь минимум вдвое больше Обратите внимание на подключение нагрузки первого каскада — резистора R4 Его верхний по схеме вывод соединен не с плюсом питания, как это обычно делается, а с нижним выводом нагрузки.

Это так называемая цепь вольтодобавки, при которой в базовую цепь выходных транзисторов поступает небольшое на пряжение ЗЧ положительной обратной связи, выравнивающее условия работы транзисторов.

Двухуровневый индикатор напряжения

Такое устройство можно использовать. например, для индикации “истощения” батареи питания либо индикации уровня воспроизводимого сигнала в бытовом магнитофоне. Макет индикатора позволит продемонстрировать принцип его работы.

Рис. 5. Схема двухуровневого индикатора напряжения.

В нижнем по схеме положении движка переменного резистора R1 оба транзистора закрыты, светодиоды HL1, HL2 погашены. При перемещении движкарезистора вверх, напряжение на нем увеличивается. Когда оно достигнет напряжения открывания транзистора VТ1 вспыхнет светодиод HL1

Если продолжать перемещать движок. наступит момент, когда вслед за диодом VD1 откроется транзистор VТ2. Вспыхнет и светодиод HL2. Иными словами, малое напряжение на входе индикатора вызывает свечение только светодиода HL1 а большее обоих светодиодов.

Плавно уменьшая входное напряжение переменным резистором, заметим что вначале гаснет светодиод HL2, а затем — HL1. Яркость светодиодов зависит от ограничительных резисторов R3 и R6 при увеличении их сопротивлений яркость падает.

Чтобы подключить индикатор к реальному устройству, нужно отсоединить верхний по схеме вывод переменного резистора от плюсового провода источника питания и подать контролируемое напряжение на крайние выводы этого резистора. Перемещением его движка подбирают порог срабатывания индикатора.

При контроле только напряжения источника питания допустимо установить на месте HL2 светодиод зеленого свечения АЛ307Г.

Трехуровневый индикатор напряжения

Он выдает световые сигналы по принципу меньше нормы — норма — больше нормы. Для этого в индикаторе использованы два светодиода красно го свечения и один — зеленого.

Рис. 6. Трехуровневый индикатор напряжения.

При некотором напряжении на движке переменного резистора R1 (напряжение в норме) оба транзистора закрыты и (работает) только зеленый светодиод HL3. Перемещение движка резистора вверх по схеме приводит к увеличению напряжения (больше нормы) на нем открывается транзистор VТ1.

Светодиод HL3 гаснет, а HL1 зажигается. Если движок перемещать вниз и уменьшать таким образом напряжение на нем (‘меньше нормы”) транзистор VТ1 закроется, а VТ2 откроется. Будет наблюдаться такая картина: вначале погаснет светодиод HL1, затем зажжется и вскоре погаснет HL3 и в заключение вспыхнет HL2.

Из-за низкой чувствительности индикатора получается плавный переход от погасания одного светодиода к зажиганию другого еще не погас полностью например, HL1, а уже зажигается HL3.

Триггер Шмитта

Как известно это устройство ис пользуется обычно для преобразования медленно изменяющегося напряжения в сигнал прямоугольной формыКогда движок переменного резистора R1 находится в нижнем по схеме положении транзистор VТ1 закрыт.

Напряжение на его коллекторе высокое, в результате транзистор VТ2 оказывается открытым а значит, светодиод HL1 зажжен На резисторе R3 образуется падение напряжения.

Рис. 7. Простой триггер Шмитта на двух транзисторах.

Медленно перемещая движок переменного резистора вверх по схеме, удастся достичь момента когда произойдет скачкообразное открывание транзистора VТ1 и закрывание VТ2 Это случится при превышении напряжения на базе VТ1 падения напряжения на резисторе R3.

Светодиод погаснет. Если после этого перемещать движок вниз триггер возвратится в первоначальное положение — вспыхнет светодиод Это произойдет при напряжении на движке меньшем чем напряжение выключения светодиода.

Ждущий мультивибратор

Такое устройство обладает одним устойчивым состоянием и переходит в другое только при подаче входного сигнала При этом мультивибратор формирует импульс своей длительности независимо от длительности входного. Убедимся в этом проведя эксперимент с макетом предлагаемого устройства.

Рис. 8. Принципиальная схема ждущего мультивибратора.

В исходном состоянии транзистор VТ2 открыт, светодиод HL1 светится. Достаточно теперь кратковременно замкнуть гнезда Х1 и Х2 чтобы импульс тока через конденсатор С1 открыл транзистор VТ1. Напряжение на его коллекторе снизится и конденсатор С2 окажется подключенным к базе транзистора VТ2 в такой полярности, что тот закроется. Светодиод погаснет.

Конденсатор начнет разряжаться ток разрядки потечет через резистор R5, удерживая транзистор VТ2 в закрытом состоянии Как только конденсатор разрядится, транзистор VТ2 вновь откроется и мультивибратор перейдет снова в режим ожидания.

Длительность формируемого мультивибратором импульса (продолжительность нахождения в неустойчивом состоянии) не зависит от длительности запускающего, а определяется сопротивлением резистора R5 и емкостью конденсатора С2.

Если подключить параллельно С2 конденсатор такой же емкости, светодиод вдвое дольше будет оставаться в погашенном состоянии.

И. Бокомчев. Р-06-2000.

www.qrz.ru

Расчет транзисторно-транзисторной логики схемы И-НЕ

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

по

Микроэлектронике

Факультет: РЭФ

Группа: РМ2-52

Студент: Касимкин П.В.

Преподаватель: Коробков Д.В.

Дата защиты: «__»_________ 2008 г.

Отметка о защите:

Новосибирск,  2008 г

Вариант №6

Расчет ТТЛ схемы И-НЕ.

Исходные данные: Питание 5в, входов 2, коэффициент разветвления 5, использовать транзисторы КТ315.

Составление и обоснование схемы

Где МЭТ(многоэмиттерный транзистор) используется для увеличения помехоустойчивости и быстродействия логического элемента и дополнительно увеличивает скорость рассасывания неосновных носителей, накопленных в базе Т. При низком уровне сигнала хотя бы на одном из входов МЭТ, соответствующий переход база-эммитер смещается в прямом направлении и МЭТ находится в состоянии насыщения. Ток, задаваемый в его базу через резистор R1, проходит в цепь эммитера. При этом коллекторный ток многоэммитерного транзистора, базовый для Т, мал и равен Iкбо, следовательно,  транзистор Т закрыт. Несмотря на упрощённую технологию изготовления эта схема не нашла широкого применения из-за низкой помехоустойчивости, малой нагрузочной способности и малого быстродействия при работе на ёмкостную нагрузку.

Наибольшее распространение получили схемы ТТЛ-типа со сложным инвертором. Она водержит следующие основные части: входную, реализующую функцию И и состоящую из резистора R1  и МЭТ; сложный инвертор, состоящий из фазоразделительного каскада (резистор R2, R3 и транзистор T1) и выходного усилителя(резистор R4, диод Д, транзисторы Т2, Т3).  Входная часть (R1 и МЭТ) заменяет диодно-резисторную схему совпадения и один из диодов смещения в схеме ДТЛ-типа. Компоненты R2, R4, T2 и Д образуют эмиттерный повторитель, который обеспечивает уровень «1» при значительных токах, вытекающих из схемы. Резистор R4 является защитным и предохраняет элемент от поломки при случайном замыкании выхода конкретного элемента на землю, а, кроме того, резистор R4 ограничивает ток в цепи коллектора  транзистора Т2 при переключении элемента.

Резистор R3 обеспечивает надёжное запирание транзистора T3. Когда на всех входах действуют уровни «1», транзисторы Т1 и Т3 работают в насыщенном режиме, причем транзистор Т3 способен принять значительный ток нагрузки, втекающий в схему, без выхода из режима насыщения.

Диод Д обеспечивает надежное закрытое состояние транзистора Т2 при открытом и насыщенном Т3.

Диоды Д1, Д2 поставлены, чтобы при отрицательном напряжении на входе не пробить транзистор.

Рассмотрим работу схемы:

1.X1=0.4 В, X2=0.4 В. Открыт и насыщен МЭТ, но переход коллектор-база транзистора Т1 под высоким потенциалом, поэтому ток коллектора МЭТ мал и определяется только Iкбо. Напряжение на базе транзистора Т1 будет отрицательным, благодаря коллекторному переходу транзистора МЭТ и база-эммитерного Т1 и Т3, что обеспечивает надёжное запирание Т1. Следствием того, что транзистор Т1 закрыт, является то, что в транзистор Т3 поступает малый ток, недостаточный для его открывания. Следовательно, Т3 закрыт и на выходе образуется напряжение высокого уровня

2.X1=0.4 В, X2=2.5 В. Если хотя бы на одном входе низкий потенциал, то ток будет стекать по этой ветви. Так же транзисторы Т1 и Т3 будут закрыты, так как переход коллектор-эммитер будет под высоким потенциалом,T2 открыт, следовательно на выходе будет «1».

3.X1=2.5 В, X2=2.5 В. При повышении потенциала на входе эммитеры МЭТ не получат открывающего тока смещения (из-за недостаточной разности потенциалов) и он находится в инверсном режиме. Инверсный режим определяется тем, что база-эммитерный переход смещен в обратном направлении, а база-коллекторный в прямом. При этом ток, задаваемый в базу МЭТ через R1, проходит от источника питания в цепь коллектора и далее в базу транзистора Т1. Ток коллектора будет равен сумме тока базы и тока эммитера: Iк=Iб+Iэ= Iб(1+β_i). Напряжение на базе транзистора Т1 будет положительным. Вследствие этого транзистор Т1, а потом и Т3, открывается и входит в насыщение и на выходе образуется низкий уровень потенциала. При этом Т2 закрыт.

Расчет схемы.

По условию используем транзисторы КТ315.

Возьмем КТ315Е, обладающий следующими параметрами:

1. Рассчитаем R3:

2. Рассчитаем R2:

При насыщении Т1 примерно выполняется следующее соотношение

3. Рассчитаем R1:

Знаменателем можно пренебречь.

4. Находим R4:

Список литературы

1.  «Расчёт электронных схем. Примеры и задачи». Г.И.Изъюрова-М.:В.Ш.,1987

2 .  «Расчет элементов цифровых устройств» Л.Н.Преснухин – М.:В.Ш.,1991

3.   Курс лекции по дисциплине «Микроэлектроника»

vunivere.ru