Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
управления с целым числом периодов подходят такие микросхемы, как SL441,
включающиеся при нулевом напряжении. Они определяют пересечение
напряжением сети нулевого уровня и обеспечивают запуск симистора от
датчика, сопротивление которого меняется, например, от термистора.
1а)
<Ы
(с)
и
MT1 МТ2 G
МТ2 (корпус)
Рис. 9.49. Корпуса распространенных симисторов: (а) корпус Т066, (b)
болтовой крепеж, (с) пластмассовый корпус Т0220.
10
Импульсные сигналы и постоянные времени
10.1 Введение
Наше знакомство с транзистором в главе 1 было связано с его применением в
качестве выключателя для зажигания и выключения лампы. Такое применение
транзистора является простейшим возможным примером усиления, где сигнал
имеет только два уровня напряжений, соответствующих состояниям "включено"
и "выключено". Такой сигнал показан на рис. 10.1, где двумя уровнями
являются нулевое напряжение и напряжение +5 В, а переходы между уровнями
происходят фактически мгновенно, так что форма сигнала имеет вид
прямоугольников. Подобную форму имеют сигналы приемников излучения, таких
как счетчик Гейгера-Мюллера, в то время как огромная область цифровой
электроники целиком связана с последовательностями прямоугольных
импульсов. Распространенной практикой сейчас является передача и запись
обычных аналоговых сигналов в цифровой форме, поскольку сигнал в этом
случае имеет только два уровня и различные искажения, которые могут
произойти при передаче и записи, легко исправимы. В этой главе
рассматриваются импульсные сигналы, а также изменения и искажения,
которые могут произойти с ними в различных схемах.
Рис. 10.1. Последовательность прямоугольных импульсов.
Формирование сигналов прямоугольной формы 249
10.2 Формирование сигналов прямоугольной формы
Любой повторяющийся сигнал легко можно преобразовать в прямоугольный,
возбуждая этим сигналом простой усилитель напряжения настолько сильно,
что транзистор попеременно оказывается в состоянии отсечки или насыщения.
На рис. 10.2 показана схема усилителя, который будет вести себя так. Если
на его вход подается синусоидальный сигнал с эффективным значением по
крайней мере 5 В, то выходной сигнал имеет прямоугольную форму и пригоден
для использования в различных экспериментах с импульсами, приведенных в
этой главе. В течение положительного полупериода входной сигнал
удерживает транзистор в режиме насыщения, и при этом потенциал коллектора
транзистора очень близок к 0 В, в то время как в течение отрицательного
полупериода транзистор не проводит, и напряжение на коллекторе равно +9
В. Диод, включенный между базой и землей, ограничивает напряжение в
отрицательном полупериоде с целью избежать пробоя при обратном смещении
перехода база-эмиттер, который может произойти при напряжениях на входе
ниже -6 В. Таким образом, выходной сигнал имеет прямоугольную форму и
амплитуду около 9 В (рис. 10.3). Коллекторное напряжение не достигает
значения точно 0 В во время положительного полупериода: всякий транзистор
в режиме насыщения имеет конечное напряжение коллектор-эмиттер VCE(S.M),
типичное значение которого лежит в диапазоне от 0,1 В до 1 В и зависит от
протекающих токов коллектора и базы, а также от типа транзистора.
Транзисторы, созданные специально для переключений, обычно имеют малое
напряжение VCE{aiy так что достижимы максимально возможные изменения
выходного напряжения. Это гарантирует также, что на самом транзисторе
рассеивается очень маленькая мощность: хотя в режиме насыщения
коллекторный ток максимален, рассеиваемая мощность пренебрежимо мала,
если напряжение Ксг(ш1) очень мало.
Рис. 10.2. Схема формирования прямоугольного сигнала.
250 Импульсные сигналы и постоянные времени
Рис. 10.3. Входной и выходной сигналы в схеме формирования прямоугольного
сигнала.
В этой главе мы рассмотрим различные искажения, которым могут
подвергаться прямоугольные сигналы из-за влияния емкостей, имеющихся в
схеме. Поскольку это те же самые емкости, которые обуславливают
ограничение частотной характеристики схемы, разумно установить связь
между искажением прямоугольного сигнала и частотной характеристикой,
измеряемой при синусоидальном сигнале. Здесь уместно отметить, что
линейные компоненты схемы такие, как конденсаторы и резисторы, никогда не
могут искажать форму синусоидального сигнала, хотя, конечно, они могут
уменьшить его амплитуду. Чтобы исказить синусоидальный сигнал, требуется
некоторая нелинейность, например такая, как нелинейность транзистора. С
другой стороны, вид сигнала "прямоугольной" формы может полностью
измениться при прохождении по цепи, состоящей всего лишь из резистора и
конденсатора.
10.3 Фурье-анализ
При обсуждении искажений в главе 4 было отмечено, что любой периодический
несинусоидальный сигнал можно разложить на некоторое число синусоидальных
компонент, включающих основную составляющую с той же частотой f что
исходный сигнал, плюс некоторое число гармоник с частотами 2/ 3f 4/и так
