- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiálBICT
Základní přenosové články 1. a 2. řádu (RC, CR, RLC), dělič napětí.
Dvojbran RC (integrační):
Integrační článek nepřenáší skokové změny napětí. Počáteční hodnota exponenciálního průběhu výstupního napětí článku je tedy dána vždy hodnotou tohoto napětí, která byla na výstupu před skokovou změnou vstupního napětí. Nová asymptota je na úrovni vstupního napětí, protože článek přenáší stejnosměrnou složku.
Po skokové změně vstupního napětí se výstupní napětí exponenciálně blíží k asymptotě, která je v napěťové úrovni U1. Na hodnotu devíti desetin počáteční hodnoty (90% U1) vzroste za dobu 2,3 τ, na 99% U1 za dobu 4,6 τ, na 99,9% U1 za dobu 6,9 τ atd. (Dobře známá konstanta pro výpočet doby čela exponenciálního průběhu, která je 2,2 τ, je odvozena pro rozsah změny napětí mezi 10% U1 a 90% U1. Zde však interval počítáme od okamžiku skoku, tedy od nulového napětí u1, takže konstanta je 2,3.)
Kde se integrační článek RC vyskytuje:
• parazitní přenosový článek – většina generátorů impulsových signálů, zesilovačů apod. má charakter zdroje napětí s nenulovým vnitřním odporem, k němu připojované obvody mají obvykle vstupní kapacitu – vzniká článek RC způsobující lineární zkreslení signálu, jak bylo vyloženo v předcházející kapitole;
• filtr – získání stejnosměrné (nízkofrekvenční) složky, odstranění střídavé (vysokofrek-venční) složky;
• při obvodové realizaci matematické operace integrace. Pro tento účel je však možno použít samotného článku RC s přijatelnou přesností jen v malém rozsahu výstupního napětí, jak je uvedeno na. Má-li být tento rozsah větší, doplňuje se článek operačním zesilovačem na integrační zesilovač.
Dvojbran CR (derivační):
Exponenciála představující výstupní napětí má asymptotu na úrovni nulového napětí, obecněji na úrovni napětí, k němuž je připojen rezistor R. Číselné údaje popisující tuto exponenciálu jsou stejné jako u integračního článku s tím, že vyjadřují dobu pro pokles tohoto napětí z počáteční hodnoty U1 na 10%, 1% a 0,1% této hodnoty, tj. 2,3 τ, 4,6 τ a 6,9 τ. Tento pokles při přenosu impulsového signálu představuje lineární zkreslení signálu – pokles temene přenášených impulsů. Má-li tedy být impuls přenesen s malým lineárním zkreslením, musí být časová konstanta výrazně větší než je šířka impulsu. Derivační článek nepřenáší stejnosměrnou složku signálu, skokové změny přenáší v původní velikosti bez zeslabení.
Derivační článek se často vyskytuje v zapojeních, která jeho vlastnosti modifikují. Jde například o případy, kdy je článek napájen ze zdroje napětí s nenulovým vnitřním odporem nebo kdy je zatížen setrvačnou zátěží. Na rozdíl od integračního článku je posouzení účinku této modifikace obtížnější a ve druhém z uvedených případů dochází ke změně řádu článku. Pokud nemají parametry dodatečně připojených prvků příliš nevhodné (velké) hodnoty, mohou být změny vlastností článku vyvolané těmito prvky poměrně malé. Je však užitečné uvědomit si, jaký charakter tyto změny mají.
Složitější situace nastane, zahrneme-li do úvahy kapacitu zátěže - Obr. 3.6(a). Překreslením podle Obr. 3.6(b) zjistíme, že jde o obvod druhého řádu. Tento obvod se označuje názvem Wienův článek. Řešení odezvy tohoto článku je sice principiálně snadné, výsledné výrazy ale nejsou jednoduché. Obvykle však platí, že kapacita zátěže Cz je mnohem menší než kapacita C. Pak můžeme průběh výstupního napětí při skokové změně na vstupu získat metodou rozkladu na úsek rychlé a pomalé změny (rychlou a pomalou část) a jejich následující syntézou Obr. 3.7. vahy kapacitu zátěže – Obr. 3.6(a).
Rychlou část dostaneme tak, že se napětí na kapacitoru C během krátké doby na počátku přechodného děje změní jen nepatrně, a tuto změnu zanedbáme, což odpovídá zkratování tohoto kapacitoru. Touto náhradou vznikne integrační článek tvořený rezistorem Ri a kapacitorem Cz, který je připojen ke zdroji napětí o velikosti ui = d.u0 – Obr. 3.7(a). Na Obr. 3.7(b) je příslušný průběh výstupního napětí nakreslen tenkou čárkovanou čarou a označen symbolem (1). U pomalé části naopak zanedbáme zatěžovací kapacitu, takže dostaneme výše uvedený derivační článek připojený ke zdroji napětí s nenulovým vnitřním odporem, jehož výstupní napětí je nakresleno na Obr. 3.5(c). Na Obr. 3.7(b) je tento průběh označen symbolem (2). Přitom ve skutečnosti předpokládáme, že se po skokové změně vstupního napětí zatěžovací kapacitor nabije na ustálenou hodnotu během zanedbatelné doby. Výsledný průběh výstupního napětí nakreslený na Obr. 3.7(b) plnou čarou se zpočátku blíží průběhu rychlé změny, později přechází do úseku pomalé změny.
Kde se v impulsových obvodech nejčastěji setkáme s derivačním článkem CR:
Při potřebě oddělení střídavé a stejnosměrné složky – vazební článek; na výstupu článku je stejnosměrná složka dána napětím přídavného stejnosměrného zdroje, k němuž je připojen rezistor
ve formě parazitních kapacit mezi vodivými objekty – mohou způsobit přenos rušivého signálu, který je tím větší, čím větší je časová konstanta takového článku. Tento efekt lze potlačit:
− volbou malé hodnoty odporu R – snížením impedanční úrovně,
− zmenšením kapacit – vzdálením rušené části od zdroje rušení, stínění (pak ale rostou kapacity proti zemi);
při obvodové realizaci matematické operace derivace – získání krátkých impulsů v okamžicích skoků vstupního signálu
Dělič napětí RC:
Přenáší všechny frekvenční složky stejně,
výstupní napětí je zmenšeno v poměru d (dělicí poměr),
tvarově je shodné se vstupním napětím
Přidáním kompenzačního kapacitoru C1 se zvýší přenos vysokofrekvenčních složek
Přenos skoku je určen kapacitní částí děliče,ustálený stav odporovou částí
Dvojbrany RLC 2. řádu:
Tranzistory určené pro zpracování impulzových signálů -nejdůležitější vlastnosti a parametry, zásady pro konstrukci rychlých tranzistorových spínačů.
a, Statické vlastnosti bip. spínacích tranzistorů:
Oblast zahrazení je zde podle definice shora omezena kolektorovou charakteristikou pro nulové napětí mezi bází a emitorem. Z praktického hlediska je tato charakteristika u běžných křemíkových tranzistorů téměř totožná s charakteristikou pro nulový proud báze. Za oblast zahrazení pak můžeme z tohotohlediska u křemíkových tranzistorů považovat i oblast, kde je napětí mezi bází a emitorem v propustném směru menší než cca 0,4 V.
Statická hodnota proudového zesilovacího činitele při kolektorovém proudu blízkém mezní hodnotě rychle klesá. Při malých kolektorových proudech je v oblasti nasycení napětí na kolektoru menší než napětí na bázi. To umožňuje ve spínacích aplikacích, např. v klopných obvodech, používat mezi spínači s křemíkovými tranzistory přímou vazbu bez dalších prvků. To je velká výhoda. Aktivní oblast: Závislost proudového zesilovacího činitele tranzistoru je závislá na proudu kolektoru IC/ICM, kde ICM je mezní hodnota kolektorového proudu. V této oblasti proudový zesilovací činitel výrazně klesá, přibližuje-li se kolektorový proud tranzistoru své mezní hodnotě ICM. S přibližnou nezávislostí tohoto činitele na kolektorovém proudu lze počítat jen pro hodnoty kolektorového proudu řádově menší než je jeho mezní hodnota. Při velmi malých kolektorových proudech proudový zesilovací činitel značně klesá.
Přípustné napětí mezi kolektorem a emitorem závisí výrazně na odporu zapojeném mezi bázi a emitor tranzistoru. Je-li tento odpor nekonečný, je toto napětí menší než při jeho konečné hodnotě. Při zvýšení napětí nad určitou mez dojde k tzv. prvnímu průrazu tranzistoru. Je-li proud kolektoru omezen například sériovým rezistorem, nemusí tento průraz vést k destrukci tranzistoru. Při překročení jisté hodnoty kolektorového proudu se však ve struktuře tranzistoru vytvářejí horká místa, do nichž se koncentruje proud, a tak dochází k druhému průrazu(zničení tranzistoru). Při návrhu musíme oběma průrazům předcházet.
b, Dynamické vlastnosti bipolárních spínacích tranzistorů:
Předpokládejme, že setrvačné procesy ve spínači způsobeny kapacitory CCB, CBE a CCE. Tyto kapacitory představují mezielektrodové kapacity tranzistoru (které modelují setrvačné vlastnosti tranzistoru a pro jednoduchost je pokládáme za lineární). Dále předpokládáme, že přechod báze - emitor tranzistoru má charakter ideální diody s pravoúhlou charakteristikou (s 0,65 V). Proudový zesilovací činitel tranzistoru v oblasti saturace označíme Bs (symbol ). Za čelo a týl impulsu budeme zde pokládat změnu příslušné veličiny mezi nulovou a maximální hodnotou. V ustáleném stavu teče celý vstupní proud generátoru rezistorem RBE a vytváří na něm napětí UBE0 = IG0/RBE Tranzistor je v oblasti zahrazení. Po příchodu čelní hrany impulsu proudu iG se nejprve nabíjejí kapacitory CBE a CCB. Doba po příchodu čela impulsu budicího proudu, kdy je přechod báze - emitor polarizován v nepropustném směru a kdy se nabíjejí kapacity v uzlu báze, se nazývá zpoždění při zapnutí.(zanedbáváme). Dosáhne-li napětí uBE hodnoty U, přestane se toto napětí i proud ia měnit. Proud ia, který má nyní hodnotu Ia1=IG1 – U /RBE, začne otevírat tranzistor, který přechází do aktivní oblasti. Začíná čelo impulsu kolektorového proudu. Kolektorový proud tranzistoru způsobuje úbytek napětí na rezistoru RC, takže napětí na kolektoru klesá. To však způsobuje, že část proudu ia = Ia1 teče kapacitorem CCB do kolektorového uzlu a pouze zbytek teče do báze tranzistoru. Napětí na kolektoru tedy klesá pozvolna, jak to dovoluje nabíjení kapacitoru CCB. Napětí na kolektoru tranzistoru klesá úměrně rostoucí hodnotě kolektorového proudu. V okamžiku, kdy toto napětí dosáhne hodnoty saturačního napětí, končí čelo impulsu kolektorového proudu a tranzistor přechází do stavu nasycení. Kapacitory CBE a CCB se přestanou nabíjet a proud báze skokově vzroste na hodnotu proudu Ia1. (v ustáleném stavu je Ia1 = IB1 ). Při příchodu týlové hrany impulsu budicího proudu nejprve musí poklesnout fiktivní kolektorový proud na hodnotu, která skutečně kolektorem teče. Tento pokles lze opět charakterizovat exponenciálou s časovou konstantou S (fiktivního proudu). Doba potřebná k tomuto poklesu se nazývá saturační zpoždění. Během saturačního zpoždění se napětí na elektrodách tranzistoru mění jen nepatrně. Proces probíhající v době saturačního zpoždění tranzistoru můžeme přirovnat k procesu zotavení diody. Jakmile fiktivní kolektorový proud dosáhne hodnoty skutečného kolektorového proudu, přechází tranzistor opět do aktivní oblasti. Saturační zpoždění končí a začíná týl impulsu kolektorového proudu. Časová konstanta a (skutečného proudu) je přímo úměrná odporu RC, tuto časovou konstantu ovlivňují kapacity CCE a CCB. Možnost zrychlení spínacích procesů je budit napěťovým zdrojem a mezi buzení a bázi zapojit obvod RC. Tímto způsobem zmenšíme saturační zpoždění. Zkrátím doby čela i týlu impulsu. Nebo můžu použít antisaturační diodu mezi bází a kolektorem (anoda na bázi). Používá se Shottkyho diody abychom dodrželi co nejmenší úbytek napětí na bázi.(Tento způsob může být problematický – dioda musí být co nelblíže tranzistoru).
c, Zásady pro konstrukci tranzistorových spínačů:
• napětí báze - emitor bipolárního tranzistoru v saturaci bývá v rozsahu od 0,6 V a. do několika voltů (závisí na proudu kolektoru);
• saturační napětí kolektor - emitor bývá pro malé proudy kolektoru značně menší než napětí báze - emitor, obvykle jedna až dvě desetiny voltu, což umožňuje přímou vazbu mezi spínacími stupni. Pro proudy srovnatelné s mezní hodnotou však toto napětí může být až několik voltů;
• proudový zesilovací činitel na hranici nasycení při velkých proudech kolektoru bývá řádově menší než jeho hodnota v aktivní oblasti, a určuje výkonové poměry v budicím obvodu báze. Má-li spínání probíhat rychle, je důležité zajistit malou hodnotu časové konstanty, tedy dodržet co nejmenší kapacitu mezi uzlem kole
Vloženo: 24.04.2009
Velikost: 1,91 MB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Mohlo by tě zajímat:
Skupina předmětu BICT - Impulzová a číslicová technika
Reference vyučujících předmětu BICT - Impulzová a číslicová technika
Podobné materiály
Copyright 2023 unium.cz. Abychom mohli web rozvíjet a dále vylepšovat podle preferencí uživatelů, shromažďujeme statistiky o návštěvnosti, a to pomocí Google Analytics a Netmonitor. Tyto systémy pro unium.cz zaznamenávají, které stránky uživatel na webové stránce navštívil, odkud se na stránku dostal, kam z ní odešel, jaké používá zařízení, operační systém či prohlížeč, či jaký má preferenční jazyk. Statistiky jsou anonymní, takže unium.cz nezná identitu návštěvníka a spravuje cookies tak, že neumožňuje identifikovat konkrétní osoby. Používáním webu vyjadřujete souhlas použitím cookies a následujících služeb: