Импульсные источники питания на основе микросхемы UC3842

ИМПУЛЬСТІК ТЕХНИКА ЭЛЕМЕНТТЕРІ

 

Шектеуіштер

        Автоматтық  және сандық (цифрлық) құрылғылардың  элементтерінің ішінде жұмыс  істеу принципін және жұмысын  сипаттауда сигналдардың аналогтық  түрдегі кескіндеуін де қолдануға  тура келетін объектілер тобы  кездеседі. Бұндай элементтер аналогтық және сандық элементтердің аралық звеносын құрайтын импульстік  элементтерге жатады. Осылардың ішінде бізді көп қызықтыратыны  импульстік сигналдардың генераторлары мен қалыптастырушылары болыа табылады.   Импульстік сигналдардың параметрлерін стандартқа келтірушілер - қалыптастырушылар (формирователи) кез келген сандық МС-ның міндетті құрамдас бөлігі болып келсе, ал тактілік сигналдардың генераторларынсыз  қандай да болмасын күрделі сандық басқару құрылғысының жұмыс істеуі мумкін емес .

     Сигналдардың амплитудасын  шектеуіш, немесе жай шектеуіш  деп кіріс кернеуі шектеу табалдарығы  деп аталатын мәннен асқан  кезден бастап шығыскернеуінің  өзгерісі тоқтайтын төрт ұштықты  айтады.

      Қарапайым шектуіш  диод, резистор және кернеудің идеал көзі тізбектеліп қосылған тізбек "15.1, ә- және б-суреттерде көрсетілген.

15.1 - сурет

Графиктен көрініп турғандай (15.1, б-сурет теріс таңбалы кернеу тізбектен таңбалы кернеу тізбектен ешқандай шектелмей өтеді, ал оң таңбалы кернеу ашық диодқа түсетін кернеу деңгейінде шектеледі (негізінен p-n өткелдің контактілік потенциалдар айырымымен анықталады), яғни uшығ = uкір - uR = uД және бұл диодтың типіне байланысты 0,1/0,6 В-қа тең.

 

 

Транзисторлы кілттер

    Сандық техниканың ең  көп тараған элементтерінің бірі  басқарушы сигналдардың әсерімен  жүктеменің тізбегін ауыстырып  қосуға (коммутацияға) арналған кілттік элемент (кілт) болып табылады. Механикалық кілттердің мысалына кәдімгі ажыратқыш (тумблер, кнопка) жатады(15,4-сурет) [26]

                                 

                                                       15.4-сурет

            

 

 Электрондық кілттік құрылғыларда  коммутациялық элемент ретінде, көбінесе транзисторлар қолданылады. Транзисторлық кілтте механикалық  сияқты екі күйдің бірінде : ажыратылған (транзистор жабық), немесе тұйықталған (транзистор ашық) күйде бола алатын  элемент болып табылады.

       Қарапайым транзисторлы  кілт 15.5-суретте көрсетілгендей  сұлбамен жиналады. Бұның жұмысын  Uшығ = f(Uкір) тәуелділігінің көмегімен сипаттап жазуға болады. Транзистордың табалдырықтық  UT ≈ 0,5 B  кернеуінен кем

                                                           

                                                                                                

Uкір = Uбэ  кіріс кернеуінде транзистор жабық, коллекторлық ток ік ≈ 0, сондықтан Rк - да кернеудің тусуі болмайды және Uшығ ≈ Еқ  (диаграмманың АА' бөлігі). Бұл кейде кілт жабық деп саналады.  Uкір  артып UT  мәніне жеткен кезде  транзистор ашыла бастайды, оның кедергісі кемиді, коллекторлық то өседі, ал шығыс кернеу                   Uшығ =  Еқ - ік Rк түсе бастайды. Бұл кілттің бірте-бірте ашыла ьбастау күйі(АВ бөлік) өтпелі процесс деп аталады. Кіріс кернеуді одан ары қарай арттыра отырып  Uкір  ≈ 0,7 В-қа жеткенде транзистор қанығу режиміне  ауысады (В нүктесі) және қанығу күйіне сәйкес келетін ВВ' бөлігінде кілттің шығыс кернеуі Uо(~0,1 В) болады. Бул куйде кілт ашық деп есептеледі.

        Кілттің шығысында  шығыскернеудің мәндерінің  максимал  айырмашылығы болу үшін басқарушы  кіріс кернеудің  Uкір = U1 (кілт ашық) деңгейлері кесіп тастау (отсечка) және қанығу режимдеріне сәкес болуы тиіс. Дегенмен реал құрылғыларда кілттің кірісінде Uо және  U1 басқарушы сигналдардан басқа амплитудасы Um кед кедергі(помеха) де пайда болуы мүмкін. Сигналдардың кернеуімен қосыла отырып, кедергі жабық транзисторды ашып, немесе ашық транзисторды жауып қоятындай кіріс кернеуді арттырып, немесе азайтып жіберуі мүмкін. Осыдан беріліс сипаттамасы мынаны көрсетеді: кілттің кедергіге төзімділігін арртыру үшін U1-арттырып және Uо-ді төмендету қажет.

Кілттің кірісіне идеал тікбұрышты  импульсті бергеннің өзінде де кілттің күйінің өзгерісі  лезде болмайды. Сыйымдылық жүктемеге жұмыс істегенде ажыратудың ұзаққа слзылуы және шығыс кернеудің  Rж шамасына күшті тәуелділігі байқалады . Қарапайым кілттің осындай кемшіліктерінен құтылуға ұмтылу күрделірек құрылғылардың - құрамдас кілттердің пайда болуына әкеп соқты. Эфектке жету бойынша құрамдас кілт, механикалық кілт - тумблердің эквиваленті болып табылады.  Биполяр транзисторлардағы құрамдас кілттердің ішінде үш транзисторлы кең таралған.

 

 

Мультивибраторлар

      Автогенераторлардың  принципті түрдегі әртүрлі типтегі  екендігі белгілі. Солардың ішінде  автоматтық жүйелерде уақыт интервалдарын  бөлгіштер көп қолданылады.

       Автоматика жүйелерінде  және электронды - есептеуіш техникада RC - түріндегі уақыт беруші элементтердегі релаксациялық генеретор кең қолданыс тауып отыр. Мультибибраторлар деп аталатын генератордың басқа генераторлардан артықшылығы,  оның тіктөртбурышқа жуық импульстік сигналдар беруі және онда интегралдық  технологиямен үйлесуі нашар индуктивтік элементтердің болмауы .                                                                                     

     Биполяр транзисторда Дайындалған симметрялы мультивибратордың сұлбасы 15.7 - суретте көрсестілген.

                                                                              

                                                                 15.7 - сурет

           Т1 және Т2  транзисторларының коллекторындағы жүктемелері Rк және базаларындағы кедергілер R6  бірдей.  Сонымен бірге сыйымдылықтары бірдей С1 және С2  конденсаторлар 1- ші транзистордың коллекторын екінші транзистордың базасымен және керісінше, екінші транзистордың коллекторын бірінші транзистордың базасымен қосады. Симметриялы транзистордың жумыс істеу  принципин қысқаша былай сипаттауға болады.  Кернеуі Еқ тұрақты ток көзіне қосылған соң Rк және R6  кедергілер арқылы транзистордың базаларына, эмиттерлеріне қарағанда теріс болатын потенциалдар беріледі. Егер сызбадағы конденцаторлар болмаса, екі транзисторда ашылып, олар арқылы өтетін токтың шамасы коллектордағы жүктемелер бойынша   ib=   анықталар еді. Себебі, тура бағытта қосылған эмиттерлік  p - n ауысудың кедергісі, база тізбегіндегі кедергілерге қарағанда әлдеқайда аз.  Транзисторлар арасындағы сыйымдылықтар арқылы жасаған оң байланыстар жағдайды мүлде өзгертіп жіьереді. Транзисторларды қаншалықты бірдей етіп таңдап алғанымызбен, олардың элекьрлік сипаттамалары абсолют бірдей болмайды. Сол сияқты конденсаторлар тізбегіндегі кедергілердіңде аздаған айырмасы болуы мүмкін. Ток көзіне қосылғаннан кейін транзистордың екуінде де ток пайда болады, бірақ олтоктардың өзгеруі (өсу) жылдамдықтары бірдей болуы мүмкін емес. Коллектор тізбегінде ток артқан сайын, коллектор жүктемелеріндегі кернеудің түсуі де артады. Нәтижесінде Коллектордың потенциалы жоғарылайды. Бірінші транзистор коллекторындағы потенциалдың оң өзгерісі,  С1  сыймдылық арқылы екінші транзистордың базасына беріледі. Керісінше, екінші транзистордың коллкторындағы оң потенциал, С2 арқылы бірінші транзистордың базасына беріледі. Екі транзистордың сипаттамалары бірдей болмағандықтан, олардың біріндегі токтің өсуі, екіншісіне қарағанда тезрек болады.  Мысалы, бірінші транзхистордағы ток жылдам өседі дейік. Олай болса, белгілі бір уақыт сәтінен бастап, бірінші транзистрдың коллекторынан келетін оң потенциал, екінші транзистордың базасындағы теріс потенциалдан артып кетеді.  Бұл екінші транзистордың жабыла бастауына әсер етеді. Осы сәттен бастап, екінші транзистордың коллектор ток азая береді. Екінші транзистордың коллектор тізбегіндегі токтің азаюы, оның тізбегіндегі Rк2 кедергісіндегі кернеудің түсуін азайтады. Екінші транзистордың коллектордағы потенциалдың кемуі, С2 арқылы бірінші транзистордың  базасына беріледі. Базадағы теріс потенциал бірінші транзистордың одан әрі ашылуына көмектеседі.  Сөйтіп бірінші транзистор тізбегіндегі ток күрт өседі де, өз кезегінде оның коллекторындағы потенциалдың одан да жоғары көтерілуіне әкеліп соғады. Потенциалдың оң өрісі С1 арқылы екінші транзистордың одан әрі жабыла түсуіне көмектеседі.

 

 

 

 

Бірвибраторлар

        Электр тізбектеріне  өтетін импульстік сигналдар  бұрмаланады.

Бұл кезде олардың пішіні, амплитудасы және ұзақтығы өзгеруі мүмкін. Транзисторлық кілт сигналдың бұрмаланған пішіні мен амплитудасын "түзетеді" өйткені ол кіріс сигналды амплитудасы алдын ала берілген стандартты тікбұрышты импульстарға түрлендіреді. Бұнда шығыс импульстің ұзақтығы кіріс импульстің ұзақтығына толық тәуелді болады.

       Кіріс импульстің  ұзақтығына тәуелсіз, ұзақтығы алдын  ала берілетін импульстік сигналдардың  релаксациалық қалыптасушылары  қолданылады (релаксация - латын сөзінен, бірте - бірте бәсеңдеу дегенді  білдіреді).

          Бірвибратор деп бір тұрақты күйі бар, ол күйден сыртқы сигналдың әсерімен екінші уақытша тұрақты күйге ауыстыруға болатын құрылғыны айтады.  Бірвибратордың меншікті параметрлеріне ғана тәуелді болатын, анықталған уақыт өткен соң ол құрылғы өздігінен бастапқы тұрақты күйіне қайта оралады. Бірвибратордың классикалық сұлбасы 15.9 - суретте көрсетілген .

  а)

                             б)

                                                                       15.9 - сурет

 

   Құрылғының параметрлерін, қоректендіру кернеуін қосқан  кезде екінші  транзистордың базасындағы Uб2 кернеу 0,6 0,8 В - қа дейін жететіндей етіп таңдап алады, сол кезде VT2 ьранзисторы ашылады да, оның коллекторындағы кернеу нольге дейін дерлік (Uш ≈ 0,1 0,2 В) түседі. Бірвибратордың шығысының кері байланыс тізбегі бойынша (R1 резистор) оның керісіне түсетін кернеу бірінші транзисторды жабық күйінде сенімді ұстап тұрады, өйткені оның базасындағы кернеу табалдырық UТ ≈ 0,5 В- тан кем. осымен бір мезгілде Rк1 резистор және екінші транзистордың ашық эмиттерлік өткелі арқылы С конденсатордың  Uс = Ек - Uб2 ≈ Ек   кернуіне дейінгі  зарядталуы жүреді. Осыдан кейін пайда болған тұрақты күй бірвибратордың кірісіне қозғап жіберуші оң импульс келіп тускенше сақталып тұрады.

      t1 уақыт мезетінде кіріскетүскен оң импульстан VT1 транзистордың базасының кернеуі артып, транзисторды ашатын мәнге жетіп, транзисторды сол мезеттен бастап ашады. Ашылған транзистордың коллекторының кернеуі нольге түсіп (15.9, ә- суреттегі диаграмманы қараңыз) коллектор жерге тұйықталады.  Сол мезетте С конденсатордың оң жақ астарының потенциалы, яғни  Uб2 теріске ("-") айналып, ол екінші транзисторды жабады.

Бұл транзистордың коллекторында кернеу Еқ мәніне дейін көтеріледі. Кірс импульс аяқталғанмен кері байланыс арқылы Uб2 кернеу ұсталып қалады.

R кедергісі арқылы конденсатор  зарядтала отырып, оның оң жақ  астарының  потенциалы, яғни Uб2 кернуі жайлап  арта бастайды (диаграманы қара). Ол бұрынғы  VT2 транзисторды ашатын 0,6 0,8 В-қа дейінгі мәніне жеткенде (t2 уақыт мезеті) VT2 ашылады да  бірвибратор бастапқы тұрақты күйіне көшеді. Қалыптасқан импульстің ұзақтығы:

                                 

                 tи = t2  ─  t1   ≈  RС  ln2  ≈ 0,7  RС      (15.12)

 

Ал VT1 - дің коллекторындағыстационар кернеу конденцатор С   Rк1 арқылы зарядтала отырып tқалп- қалпына келу уақытында ғана tқалп= t3- t2≈ Rк1 С   орнына келеді.