Аналоговые устройства. Устройства на полупроводниковых диодах и транзисторах. Ампер-вольтная характеристика полупроводникового диода, страница 2

В схеме параллельного диодного ключа рис. 2.3а резистор нагрузки включается параллельно диоду.

Приняв, как и в предыдущем ключе R_н = ∞, R_г = 0, получаем эквивалентную схему рис. 2.3б, из которой следует выражение для статической характеристики передачи.

                                                                        u¹(t ) ⋅ R_д =     1                       ⋅u₁(t ).                         (2.2)

u₂(t ) =

                                                                     R + Rд                  1+ R

R_д

                            Rг                      R

a)

R

u₂

б)

Рис. 2.3. Схема параллельного диодного ключа (а), его эквивалентная схема (б)  и временные синхронизированные диаграммы напряжений (в)

Из (2.2) следует, что при положительном входном напряжении ^u₂ > 0 (при условии что ^R_д.обр >> R >> ^R_д.пр), диод VD1 открыт и u^'₂(t ) = ^I_пр^R_д.пр → 0. При смене полярности входного напряжения (^u₂ < 0), диод VD1 закрывается, тогда ^I_обр ⋅ R → 0, а ^u₂(t ) ≈^U₁(t ).

Диаграмма u^'₂(t ) отвечает схеме рис. 1.3а, а диаграмма U ₂^'' (t) - обратному включению диода VD1 (диод повернут анодом вниз).

1.2. Транзисторные ключи

Транзисторы широко применяются в качестве переключающих устройств (бесконтактных реле), электронных ключей.

Транзисторные каскады, работающие в ключевом режиме, применяются в импульсных генераторах, логических элементах, триггерах, счетчиках импульсов и т.д.

На  рис. 2.5а приведена схема транзисторного ключа. Для пояснения принципа его работы на рис. 2.4а приведена передаточная характеристика транзистора I_k = f (I_б). Она снимается экспериментально при условии что U_п = const.

Ключ рис 2.5а работает следующим образом. При u₁ = u_вх = 0, ток i_δ = 0 и, как следует из рис. 2.4а, i_k = 0. Тогда напряжение

u₂ = u_вых можно определить по второму закону Кирхгофа.

Рис. 2.4. а) - передаточная характеристика транзистора; б), в) – временные диаграммы

тока базы  ⁱ_δ = ^f₁(t) и коллектора ⁱ_k = ^f₂ (t)

u₂ =^U _n−ⁱ_k ^R_k =^U _n ,                                     (2.3)

Подадим на вход такое ^u₁ = ^u_вх, при котором ⁱ_δ > ^I_δ.нас и, следовательно, i_k = I_k.нас. В этом случае транзистор полностью открывается, а u₂ = u_вых(t ) =U_n − I_k.насR_k ≈ 0.                            (2.4)

           a)                                                                                      б)

Рис 2.5. а) схема транзисторного каскада с общим эмиттером, работающего в режиме ключа; б)  временные синхронизированные диаграммы напряжений на входах.

(^U_n =12В, ^R_k = 5,1÷10кОм, ^R_δ =1кОм)

1.3. Ограничители амплитуды

Под ограничителем понимается четырехполюсник рис. 2.6а, напряжение u₂ на выходе которого, повторяет форму входного напряжения u₁, если это напряжение лежит в пределах некоторых уровней, и остается постоянным (неизменным во времени), если u₁ превышает эти уровни.

Как следует из диаграмм рис. 2.6б, пока U₀₁^' ≥ u₁ ≥U₀₁^'' , напряжение u₂ на выходе ограничителя изменяется по такому же закону, что и входные u₁(t ) (т.е. ограничение отсутствует). Если же величина ^u₁ превышает уровни ^U ₀₁^' и ^U ₀₁^'' , то поступает на уровнях  ^U ₀₂^' и ^U ₀₂^'' соответственно.

Величины  U ₀₁^' и U ₀₁^'' называют уровнями ограничения входного напряжения, а значения  U ₀₂^' и U ₀₂^'' - уровнями выходного напряжения при ограничении.

UU₂

б)

Рис. 2.6. Cхема ограничителя в виде четырехполюсника (а) 

и временные синхронизированные диаграммы напряжений на входе и на выходе (б)

Наряду с двусторонними ограничителями или как их ещё называют, ограничителями сверху и снизу (по максимуму и по минимуму), применяются односторонние ограничители, ограничивающие входной сигнал только сверху (по максимуму), либо только снизу (по минимуму).

Рассмотренные ранее ключевые схемы могут применяться также в качестве ограничителей, но в этом случае они используются в качестве формирователей импульсов, а не для коммутации выходных напряжений или токов.