Электротехнические материалы и изделия

Малая добротность колебательного контура LC-генератора (Q<100) вызывает искажения  формы генерируемых колебаний, когда  условия самовозбуждения выполняются  для нескольких гармонических составляющих, близких к основной гармонике. при большом коэффициенте передачи сигнала положительной обратной связи условие баланса амплитуд выполняется для нескольких гармонических составляющих даже при большой добротности колебательного контура. Для выполнения условия баланса амплитуд на одной частоте коэффициент усиления уменьшают введением отрицательной частотно- независимой обратной связи, например включением резистора в цепь эмиттера.

Следует учитывать, что  зависимость коэффициента усиления от частоты вызывает дополнительный фазовый сдвиг между входным напряжением усилителя и напряжением обратной связи, изменяющий условие баланса фаз. В результате частота генерации будет отличаться от резонансной частоты контура (расчетной).

 

 

 

RС- генератор с фазовращающей цепью

Структурная схема такого генератора представляет собой усилитель  с поворотом фазы на 180°, в котором  для выполнения условия баланса  фаз включена цепь обратной связи, изменяющая на частоте генерации фазу выходного  сигнала также на 180°. На остальных частотах баланс фаз выполняться не должен. В качестве фазовращающей цепи обратной связи обычно используются трехзвенные RС- цепи. фазовращающие RC- цепи существенно уменьшают сигнал обратной связи, поступающий на вход усилителя (≈ в 30 раз). Поэтому для обеспечения баланса амплитуд генератора и возникновения колебаний коэффициент усиления усилителя необходимо выбирать из условия компенсации ослабления сигнала фазосдвигающей цепью. Для уменьшения влияния элементов схемы на форму кривой генерируемых колебаний в усилителе создается местная отрицательная частотно-независимая обратная связь по току. фазовращающая цепь обратной связи имеет низкое входное сопротивление и для нормальной работы генератора (выполнения условий самовозбуждения на заданной частоте) необходимо применение усилителя с низким выходным сопротивлением.

 

8.Импульсные  устройства

 

Кроме напряжения синусоидальной формы в практике электротехники и электроники применяются напряжения других форм. Наиболее широко применяется  импульсное напряжение. Импульсным называется прерывистое во времени напряжение (сигнал) любой формы. Под формой сигнала понимается закон изменения во времени напряжения или тока. 
 
Широкое применение импульсных сигналов обусловлено рядом причин. Сочетанием импульсов и пауз легко передавать дискретную информацию. Импульсный сигнал оказался единственно приемлемой формой при создании радиолокации, он необходим для работы систем синхронизации, удобен для управления многими производственными процессами. 
 
Импульсы применяются и для передачи непрерывной информации. В этом случае передаваемая информация может содержаться в значениях амплитуды, длительности или временного положения импульсов. Наличие пауз между импульсами позволяет уменьшить мощность, потребляемую от источника питания. Кроме того, во время паузы можно передавать информацию от других корреспондентов. 
 
Наиболее широко применяются импульсы прямоугольной, пилообразной экспоненциальной и колоколообразной формы (рис.15.1). Импульсы характеризуются: 
 
-амплитудной U_m; 
-длительностью импульса t_u; 
-длительностью паузы t_n; 
-периодом повторения Т = t_u + t_n; 
-частотой повторений F = 1/T; 
-скважностью Q_u = T/t_u. 

 

В реальных устройствах  прямоугольные импульсы характеризуются  также длительностью фронта t_Ф и среза t_С. Фронт и срез определяют в течение нарастания или спада напряжения от 0,1 U_m до 0,9U_m.

Устройства, выполняющие  обработку импульсных сигналов, называются импульсными устройствами. Среди различных импульсных устройств видное место занимают электронные ключи. Через идеальный разомкнутый ключ ток не протекает. Напряжение на идеальном замкнутом ключе равно нулю. Смена состояния ключа происходит под действием сигналов, подаваемых на один или нескольких входов.Наиболее широкое применение в качестве электронных ключей нашел транзисторный каскад по схеме с ОЭ в классе усиления D (т.е. в ключевом режиме). В ключевом режиме транзистор может находиться в одном из двух состояний - в состоянии отсечки или в состоянии насыщения. В состоянии отсечки ключ разомкнут. Через транзистор протекает только малый обратный ток I_кэо. Напряжение на участке коллектор-эмиттер. Мощность теряемая в транзисторе Р_отс =I_кэо× U_к мала, так как мал ток. Чтобы транзисторный ключ находился в разомкнутом состоянии необходимо подать на базу отрицательное напряжение смещения .Для этого часто применяют дополнительный источник смещения .В настоящее время электронные ключи выпускаются в микросхемном исполнении .

Триггеры

Это — устройства с двумя устойчивыми состояниями, которые скачком изменяются под

воздействием входных сигналов. Различные модификации триггеров относятся к числу

основных элементов  импульсной и цифровой техники. Их используют в качестве ячеек

памяти, амплитудных дискриминаторов, в пересчетном режиме и для других целей.

Далее рассматривается  разновидность триггера, называемая триггером Шмитта. В

триггере Шмитта управление состояниями на выходе осуществляется сигналом,

подключенным к единственному  входу. Триггер Шмитта обычно используют в качестве

компаратора — устройства, изменяющего состояние на выходе при переходе входного

сигнала через определенные пороговые уровни.

Компаратор – это  устройство сравнения двух напряжений. Такие возможности приобретают  ОУ в нелинейном режиме работы .Выходное напряжение ОУ в нелинейном режиме зависит от того, какое из входных напряжений больше. Широкое практическое применение находит схема компаратора с положительной обратной связью .Входной сигнал поступает на инвертирующий вход, а напряжение обратной связи – на прямой. 
Однотактные релаксаторы, ждущие мультивибраторы, таймеры

Так называют устройства, которые могут находиться в устойчивом состоянии и оно единственное. Внешним сигналом, действующим на входе, ждущий мультивибратор  выводится из устойчивого состояния и далее в него возвращается, вырабатывая импульсное напряжение (ток) определенной формы. Форма и параметры выходного импульса, в частности, его длительность, определяются параметрами цепей устройства.

Изменяя параметры элементов  цепи, можно формировать импульсы нужной

длительности.

Мультивибраторы

Так обычно именуют автогенераторы ,вырабатывающие периодические колебания,

форма которых существенно  отличается от синусоидальной (насыщена гармониками).

Форма и временные  характеристики периодического процесса (период колебаний,

длительность отдельных  интервалов) определяются параметрами цепей мультивибратора. 

9.Стабилизатор напряжения (или тока) - это устройство, автоматически обеспечивающее поддержание напряжения ( или тока) нагрузочного устройства с заданной степенью точности.

Напряжение (или ток) нагрузочного устройства может сильно изменяться при воздействии внешних дестабилизирующих факторов, каковыми являются: изменение напряжения в сети, изменение температуры, колебание частоты тока и т.д. Чтобы эти факторы не оказывали влияния на работу электрических устройств, применяют стабилизаторы.

Классификация стабилизаторов:

1) по стабилизируемой  величине :

- стабилизаторы напряжения;

- стабилизаторы тока;

2) по способу стабилизации:

- параметрические;

- компенсационные.

10.Интегральная  микросхема представляет собой миниатюрный электронный блок, содержащий в общем корпусе транзисторы, диоды, резисторы и другие активные и пассивные-элементы, число которых может достигать нескольких десятков тысяч. Одна микросхема может заменить целый блок радиоприемника, электронной вычислительной машины (ЭВМ) и электронного автомата. «Механизм» наручных электронных часов, например, — это всего лишь одна большей микросхема.Создание и непрерывное совершенствование технологии интегральных микросхем связано с быстрым развитием информационной и вычислительной техники и значительным в связи с этим усложнением электрических и электронных схем приборов и устройств. Применение ИМС как самостоятельных функциональных узлов кардинальным образом решает проблемы уменьшения габаритов, снижения потребляемой энергии, повышения надежности и быстродействия приборов и устройств и в особенности электронных вычислительных машин.Важными характеристиками интегральных микросхем в числе прочих являются степень интеграции и ппотность упаковки. Степень интеграции характеризует количество элементов в микросхеме.

10.1 Классификация интегральных  микросхем

Интегральные микросхемы, в зависимости от технологии изготовления, могут быть полупроводниковыми, пленочными или гибридными.

Полупроводниковая микросхема – микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Пленочная микросхема – микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены только в виде пленок проводящих и диэлектрических материалов. Вариантами пленочных являются тонкопленочные и толстопленочные микросхемы.

Различие между тонкопленочными  и толстопленочными микросхемами может  быть количественным и качественным. К тонкопленочным условно относят  микросхемы с толщиной пленок менее 1 мкм, а к толстопленочным – микросхемы с толщиной пленок свыше 1 мкм.

Гибридная микросхема – микросхема, содержащая, кроме элементов, простые и сложные компоненты (например, кристаллы микросхемы полупроводниковых микросхем). Одним из видов гибридной микросхемы является многокристальная микросхема.

В зависимости от функционального  назначения интегральные микросхемы делятся  на аналоговые и цифровые. Аналоговые микросхемы предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Частным случаем этих микросхем является микросхема с линейной характеристикой – линейная микросхема. С помощью цифровых микросхем преобразуются, обрабатываются сигналы, изменяющиеся по закону дискретной функции. Частным случаем цифровых микросхем являются логические микросхемы, выполняющие операции с двоичным кодом, которые описываются законами логической алгебры.

Минимальный состав комплекта  интегральных микросхем, необходимый  для решения определенного круга  аппаратурных задач, называется базовым.

После появления микропроцессоров были введены дополнительные термины. Микропроцессор определен как программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управления им. Это устройство изготовлено на основе одной или нескольких больших интегральных схем (БИС).

Микропроцессорной названа  микросхема, выполняющая функцию  МП или его часть. Совокупность этих и других микросхем, совместимых  по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам, называется микропроцессорным комплектом.

В последние годы в  классификацию ИС вводятся новые  понятия: микросхемы общего назначения, заказные и полузаказные.

Заказная микросхема – микросхема, разработанная на основе стандартных и (или) специально созданных элементов узлов по функциональной схеме заказчика, предназначена для определенной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).

Полузаказная  интегральная микросхема – микросхема, разработанная на основе базовых кристаллов (в том числе матричных).

Система условных обозначений микросхем. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы разрабатываются и выпускаются предприятиями-изготовителями в виде серий. Каждая серия отличается степенью комплектности и содержит несколько микросхем, которые, в свою очередь, подразделяются на типономиналы. К серии микросхем относят совокупность типов микросхем, которые могут выполнять различные функции, но имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного применения. Как правило, с течением времени состав перспективных серий расширяется.

Тип интегральной микросхемы – интегральная микросхема конкретного функционального назначения и определенного конструктивно-технологического и схемотехнического решения, имеющая свое условное обозначение. Под типономиналом интегральной микросхемы понимается микросхема конкретного типа, отличающаяся от других микросхем того же типа одним или несколькими параметрами.

Группа типов  микросхем – совокупность типов микросхем в пределах одной серии, имеющих аналогичное функциональное назначение и принцип действия, свойства которых описываются одинаковым или же близким составом электрических параметров.

10.2. Условные обозначения  микросхем

Всё многообразие выпускаемых  серий микросхем, согласно принятой системе условных обозначений по конструктивно-технологическому исполнению, делится на три группы: полупроводниковые, гибридные, прочие. К последней группе относят пленочные микросхемы, которые в настоящее время выпускаются в ограниченном количестве, а также вакуумные и керамические. Указанным группам микросхем в системе условных обозначений присвоены следующие цифры: 1, 5, 7 – полупроводниковые (обозначение 7 присвоено бескорпусным микросхемам); 2, 4, 8 – гибридные; 3 – прочие микросхемы.

По характеру выполняемых  функций микросхемы подразделяются на подгруппы (генераторы, модуляторы, триггеры, усилители, логические схемы и др.) и виды (преобразователи частоты, фазы, длительности, напряжения и др.).

Обозначение микросхемы, по принятой системе, должно состоять из четырех элементов. Первый элемент  – цифра, соответствующая конструктивно-технологической группе. Второй элемент – две-три цифры, присвоенные данной серии как порядковый номер разработки. Таким образом, первые два элемента составляют три-четыре цифры, определяющие полный номер серии микросхемы. Третий элемент – две буквы, соответствующие подгруппе и виду . Четвертый элемент – порядковый номер разработки микросхемы в данной серии, в которой может быть несколько одинаковых по функциональному признаку микросхем. Он может состоять как из одной цифры, так и из нескольких.

 

 

Литература.

1.В. С. Усов, Б. А. Мартынов, Ю. Н. Новиков   «ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ,КЛЮЧИ, ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА»

Санкт-Петербург  2005

2.Москатов  Е. А. Основы электронной техники:  учебное пособие / Е. А. Москатов. — Ростов н/Д: Феникс, 2010. —  378 с. — (Среднее профессиональное образование)