книги из ГПНТБ / Воронков Э.Н. Основы проектирования усилительных и импульсных схем на транзисторах учеб. пособие [для сред. спец. учеб. заведений]

лении. Малое прямое сопротивление диода шунтирует закрытый диод и подключает на выход (через малое сопротивление диода) напряжение, примерно равное 0 (момент t2 на рис. 13.4).

То же самое произойдет, если отрицательный сигнал посту­ пит только на второй вход (момент із на рис. 13.4).

§ 13.2. РАСЧЕТ ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ «И»

Рассчитаем схему, изображенную на рис. 13.5. На п входов

стоящую из резистора R„ и емкости Сн подключенных к источнику

172

напряжения £„. Если £„<(), то в качестве сопротивления может быть использована сама нагрузка Rn. Если это неравенство не выполняется, следует определить оптимальное значение R. Для того чтобы выходное напряжение было не менее заданного, дол­ жно существовать следующее соотношение между R и RH:

JU пых

—я||/?„ '

Ток 1 определяется исходя из требования быстродействия. Выходная емкость должна зарядиться до напряжения, равного выходному, за время /ф. Для этого требуется ток заряда

J б * н & н ы х

3. Определяем максимальное число входов логической схемы. Обратный ток диодов создает в нагрузке падение напряжения (помеху). Величина выходного сигнала уменьшается. Чем больше число входов, тем больше помеха и, следовательно, меньше вы­ ходной сигнал.

Таким образом, заданная амплитуда выходного сигнала огра­ ничивает число входов схемы. Вследствие того, что диоды имеют определенное прямое сопротивление, падение напряжения на них обусловливает ослабление выходного сигнала. Поэтому вы­ ходное напряжение по амплитуде отличается от входного.

Если на все входы поданы сигналы, то величина выходного напряжения будет

U ^ E - n / ' ^ i R + R»),

где /обр ■— обратный ток диода, соответствующий максимальной рабочей температуре.

Если сигнал поступил только на один вход, то на выходе по­ явится лишь сигнал помехи, амплитуда которого определяется по формуле

где Rnp — сопротивление открытого диода.

Зная допустимое напряжение, можно определить максималь­ ное число входов схемы я, если известны параметры диода / 0бр и £ пр и внешнее сопротивление

E R

U ^ = U , - U 2 = E - n r o6ß - - f - .

Если число входов задано, то с помощью этого выражения можно определить основные параметры диода £пр и £ 0бр-

При расчете схемы «И» следует учитывать и сопротивление источника входного сигнала, что несколько усложняет расчет.

173

§ 13. 3. ДИОДНАЯ ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА «ИЛИ»

На рис. 13.6 изображена диодная логическая схема «ИЛИ» с двумя входами. Как и схема «И», схема «ИЛИ» может иметь большее число входов. Сигнал на выходе схемы будет в том слу­ чае, если имеется сигнал на одном из входов схемы или на обоих входах одновременно.

На рис. 13.7 приведены временные диаграммы входных и вы­ ходных напряжений.

Входные сигналы имеют один из двух уровней напряжения. Верхний уровень равен 0, а нижний —Е. Сигнал на выходе будет при наличии сигнала на любом из входов или на обоих входах одновременно (см. рис. 13.7). Действительно, при поступлении на одни из входов «положительного» относительно —Ек сигнала соответствующий диод открывается и это напряжение оказы­ вается приложенным через прямосмещенный диод к нагрузке R.

Напряжение на нагрузке при этом будет

Е

Ui R.

Я 4- ЯП[)

Через резистор R, а следовательно, и через диод протекает

Значение выходного напряжения в этом случае останется без изменения, так как величина его определяется источником напря­ жения Е (при условии R^>Rnp, которое на практике всегда вы­ полняется) .

Если ни на один, из входов сигнал не подай, то ни один из диодов не откроется и на выходе будет наблюдаться лишь не-

174

большое напряжение (помеха), обусловленное обратными токами диодов. Это напряжение определяется соотношением U2 — 2 Ir,öx>R- Диодная логическая схема «ИЛИ» используется для соедине­ ния нескольких цепей, т. е. как бы «собирает» сигналы из разных цепей. В связи с этим диодная схема «ИЛИ» называется часто

«диодной сборкой».

Диодная сборка с входными сигналами отрицательной поляр­ ности изображена на рис. 13.8, а временные диаграммы входных

входов или одновременно на оба входа вызывает отпирание дио­ дов и подключение источника напряжения входного сигнала че­ рез малое сопротивление диода к нагрузке, что означает появле­ ние отрицательного сигнала на выходе схемы (см. рис. 13.9), т. е.

E R

Е -Ь ^?пр

Если отрицательный сигнал не поступил ни на один из вхо­ дов схемы «ИЛИ», то диоды останутся запертыми и на выходе будет лишь небольшое напряжение (помеха), обусловленное обратными токами диодов. Это напряжение будет £/г= 2 /0бр#.

Перепад напряжения на выходе

§ 13.4. РАСЧЕТ ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ «ИЛИ»

Рассчитываем схему, приведенную на рис. 13. 10. Принци­ пиально расчет данной схемы не отличается от расчета схемы «И». Обычно бывают заданы значения высокого и низкого уров­ ней входных напряжений, сопротивление нагрузки Ли и емкость

175

Г л а в а XIV

ОГРАНИЧИТЕЛИ

§ 14.1. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ

Ограничителями называют устройства, выполняющие функцию формирования импульсов заданной формы и амплитуды из на­ пряжения произвольной формы. Импульсы в ограничителях, вы­ полненных на полупроводниковых приборах, формируются вслед­ ствие нелинейности вольт-амперных характеристик диодов и транзисторов.

В ограничителях напряжение на выходе равно определенной величине (порогу ограничения) независимо от величины вход-

Д

ного напряжения. Ограничение может быть по максимуму (огра­ ничение сверху), по минимуму (ограничение снизу) и двусто­ роннее.

Ограничители могут быть выполнены как на диодах, так и на транзисторах. Однако наиболее простыми и экономичными являются схемы на диодах. В настоящее время такие схемы нашли самое широкое применение.

В диодном ограничителе роль нелинейного элемента выпол­ няет диод. Сопротивление нагрузки включается параллельно или последовательно с диодом. В соответствии с этим различаются параллельные и последовательные диодные ограничители.

На рис. 14.1 изображены схемы последовательных диодных ограничителей, а на рис. 14.2 временные диаграммы входных и выходных напряжений.

177

полуволны диод запирается и в цепи нагрузки будет протекать лишь обратный ток диода /0бр- В результате напряжение на вы­

т. е. в этом случае величина выходного напряжения фактически

(рис. 14.2,6). При отрицательной полуволне на входе напряже­ ние на выходе будет равно нулю.

В рассмотренных схемах последовательного диодного огра­ ничения порог ограничения соответствовал нулевому потенциалу. Для того чтобы задать требуемый отличный от нуля порог огра­ ничения, нужно включить в схему последовательно с нагрузкой источник постоянного напряжения Е. На рис. 14.3 представлена диодная схема ограничения сверху с отрицательным пороговым напряжением (а) и с положительным (6), а на рис. 14.4 пока­ заны временные диаграммы входных и выходных напряжений.

Очевидно, что диод откроется и входной сигнал пройдет на нагрузку после того, как напряжение на входе станет ниже напряжения Е.

178

Аналогично можно установить требуемый порог ограничения и в схеме ограничения снизу.

На рис. 14.5 представлена схема с последовательным вклю­ чением диодов, выполняющая двустороннее ограничение. Огра­

рис. 14.6. Подбирая полярность и величину напряжений Е\ и Е2, можно обеспечить требуемую форму и амплитуду выходного сигнала. Амплитуда выходного напряжения в этом случае равна сумме напряжений Е\ и Е2.

Последовательный ограничитель часто используется для фор­ мирования прямоугольных импульсов из синусоидального на­ пряжения.

Рис. 14.6. Временные диаграммы двустороннего огра­ ничителя

Существенный недостаток такого ограничителя заключается в том, что на входе перед диодом нельзя ставить разделитель­ ный конденсатор, так как через входную цепь проходит постоян­ ная составляющая тока диода.

§ 14.2. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ

Схемы односторонних параллельных диодных ограничителей представлены на рис. 14.7. Они отличаются от последовательных

179

тем, что диод включен параллельно с сопротивлением нагрузки и последовательно с ними включен ограничивающий резистор R.

При поступлении на вход схемы (см. рис. 14.7,а) положи­ тельной полуволны диод отпирается и, так как Дф <С Дь весь ток будет проходить через R и диод. В результате почти все входное напряжение выделится на резисторе R и лишь незначительная часть на диоде. На выходе напряжение будет равно нулю.

При отрицательной полуволне диод запирается и в цепи огра­ ничителя будет проходить ток через R и R„. Так как обычно

ложительной полярности (см. рис. 14.2,6).

Для задания требуемого порога ограничения последова­ тельно с диодом включают источник постоянного напряжения Е (рис. 14.8). В этом случае диод открывается лишь при UBX>E и амплитуда ограничивается на уровне Е. Временные диаграммы входных и выходных напряжений в этой схеме такие же, как и для последовательного ограничителя (см. рис. 14.4).

Для получения схемы двустороннего ограничения необхо­ димо объединить параллельную схему ограничения снизу и схему ограничения сверху. Схема двустороннего ограничителя приве­ дена на рис. 14.9, а временные диаграммы входных и выходных напряжений на рис. 14.6. Как видно из диаграммы, выходное

І8Э

напряжение в пределах £ і> 1Л ых> £ 2 соответствует входному. Как только входное напряжение станет больше Е\, открывается диод Д\ и происходит ограничение сверху. Если уровень вход­ ного напряжения станет ниже Е2, открывается диод Д2, ограни­ чивая выходное напряжение снизу.

R

Схему двустороннего ограничителя можно выполнить и на одном диоде.

Как видно из вольт-амперной характеристики (рис. 14.10), ток диода может сильно возрастать при незначительном измене­ нии напряжения не только при прямом смещении диода, но и при обратном включении, когда наступает электрический пробой диода. Сопротивление диода в режиме пробоя, как и при пря­ мом смещении, очень мало. Следовательно, участок пробоя также может быть использован для получения ограничения. Одна­ ко для предотвращения выхода диода из строя величину обрат-

R

0 —CZD-

ного тока диода необходимо ограничить значением, обеспечи­ вающим допустимый тепловой режим диода.

На рис. 14.11 представлена схема такого двустороннего огра­ ничителя на одном диоде, а на рис. 14.12 приведены временные диаграммы входного и выходного напряжений. Нормальная ра­

181