Podstawy elektroniki - przerzutniki.pdf - Opracowania fornat PDF - k_pawelko1969

Podstawy elektroniki przerzutniki

http://home.agh.edu.pl/~maziarz/LabPE/przerzutnik.html

Przerzutniki

druk

powrt

1. Definicja

2. Przerzutnik w układzie EcclesaJordana

3. Quasisymetryczny przerzutnik monostabilny EcclesaJordana

4. Układ przerzutnika z zewnętrzną pętlą opóźnienia

Literatura

1. Dieter Niihrmann "Elektronika łatwiejsza niż przypuszczasz"

DEFINICJA

Przerzutnik jest układem elektronicznym wytwarzającym w sposób zamierzony i kontrolowany, okresowe lub

nieokresowe przebiegi elektryczne prostokątne w wyniku szybkich procesów przełączania (tzw. przerzutów)

pomiędzy różnymi stanami. Proces przełączania zależy od struktury i parametrów układu przerzutnikowego.

Rys. 1 Przykładowy przebieg prostokątny generowany przez przerzutnik

Na rys. 1. przedstawiającym przykładowe przebiegi drgań dla przerzutnika dwustanowego w cyklu drgań można

wyróżnić dwie fazy bierne (odpowiadające niskiemu i wysokiemu poziomowi napięcia), oraz dwie fazy przerzutu (z

poziomu niskiego do wysokiego i na odwrót). Fazę przerzutu nazywa się też stanem aktywnym.

Przerzutniki dwustanowe dzieli się na trzy podstawowe grupy:

przerzutniki bistabilne które charakteryzuje istnienie dwóch stanów równowagi trwałej (dwa stany stabilne),

przy czym dla przejścia z jednego stanu do drugiego konieczne jest doprowadzenie zewnętrznego sygnału

wyzwalającego

przerzutniki monostabilne istnieje tylko jeden trwały stan równowagi, w którym układ może utrzymać się

przez czas nieograniczony. Zewnętrzny sygnał wyzwalający powoduje przejście ze stanu stabilnego do quasi

stabilnego, a następnie po pewnym czasie układ samoistnie powraca do stanu stabilnego.

przerzutniki astabilne nie istnieje stan równowagi trwałej, w którym układ mógłby utrzymać się w czasie

nieograniczonym. Przerzutniki takie wytwarzają przebiegi samoczynnie, bez udziału sygnału zewnętrznego,

podobnie do generatorów sinusoidalnych.

Charakterystyczną cechą przerzutników bistabilnych jest istnienie pętli histerezy wynikające z występowania

1 of 6

20100425 16:04

Podstawy elektroniki przerzutniki

http://home.agh.edu.pl/~maziarz/LabPE/przerzutnik.html

silnego dodatniego sprzężenia zwrotnego. Napięcie U H dla którego następuje przerzut ze stanu niskiego do wysokiego

jest wyższe od napięcia U L przy którym następuje przerzut ze stanu wysokiego do niskiego.

Rys. 2 Pętla histerezy występująca w przerzutniku bistabilnym

Przerzutnik w układzie Ecclesa

Jordana

Rys. 3 Przerzutnik dwutranzystorowy bistabilny układ EcclesJordana

a) układ uproszczony

b) układ z dodatkowymi tranzystorami T 3 i T 4 stanowiącymi obwody wyzwalające

Rys. 3 przedstawia klasyczny układ przerzutnika EcclesaJordana (WEWE), zwany często układem

symetrycznym. Cechą charakterystyczną tego układu są dwa identyczne krzyżowe sprzężenia zwrotne w układach z

tranzystorami bipolarnymi są to sprzężenia kolektorbaza.

Tranzystory pracują w konfiguracji WEWE połączone są ze sobą poprzez uziemione emitery.

2 of 6

20100425 16:04

Podstawy elektroniki przerzutniki

http://home.agh.edu.pl/~maziarz/LabPE/przerzutnik.html

Rys. 4 Układ EcclesaJordana i przebiegi przy wyzwalaniu impulsowym

U C1 , U C2 aktualne napięcia kolektorowe na tranzystorach T 1 i T 2 ;

U B1 , U B2 aktualne napięcia bazowe na tranzystorach T 1 i T 2 ;

U BEZ , U BEP napięcia bazowe na tranzystorze dla stanu zatkania lub nasycenia;

U CEZ , U CES napięcia kolektorowe na tranzystorze dla stanu zatkania lub nasycenia (poziom wysoki i niski);

przy czym: U CEZ WPRZYBLIZENIUROWNE U CC , U CES WPRZYBLIZENIUROWNE 0 (U CC napięcie zasilające

kolektor)

W obu fazach stabilnych (biernych) jeden z tranzystorów jest zatkany, drugi nasycony.

1. Działanie układu rozpatrzymy począwszy od stanu: T1 zatkany, T2 nasycony, w którym napięcia wynoszą (rys

4b):

U C1 = U CEZ

U C2 = U CES

U C1 = U BEZ

U C1 = U BEP

2. Impuls wyzwalający wymusza ujemny prąd bazy tranzystora T 2 (poprzez R 1 i C) wyprowadzając go z nasycenia i

powodując tym samym proces regeneracyjny. Tranzystor T 1 ulega nasyceniu, natomiast T 2 zatkaniu. Napięcie U C1

obniża się z poziomu wysokiego na niski (skok o DU 1 = U CEZ U CES ). O tyle samo (o DU 1 ) zmienia się napięcie U B2

na skutek działania pojemności C. Szybki wzrost napięcia na bazie uprzednio zatkanego tranzystora T 1 w wyniku

przerzutu regeneracyjnego może nastąpić tylko do poziomu U BEP określonego przez przewodzenie złącza

BazaEmiter (skok o DU 2 ). Napięcie U C2 podnosi się o taki sam skok DU 2 .

3. Tuż po przerzucie

a) napięcie U B2 podnosi się podnosi się do stanu ustalonego w wyniku działania biernego procesu ustalania się

napięcia na bazie tranzystora zatkanego.

b) dalszy wzrost napięcia U C2 związany jest z przeładowaniem kondensatora przyspieszającego C

W wyniku zastosowania obciążenia pojemnością C kolektora zatykanego tranzystora, uzyskany sygnał ma czas

3 of 6

20100425 16:04

Podstawy elektroniki przerzutniki

http://home.agh.edu.pl/~maziarz/LabPE/przerzutnik.html

trwania zbocza narastającego kilkadziesiąt razy większy od czasu zbocza opadającego. Przy nasycaniu się tranzystora

napięcie na kondensatorze C nie ulega bowiem zmianie i nie płynie przezeń prąd ładowania.

b) przerzutnik Schmitta

Rys. 5 Układ przerzutnika Schmitta (WCWB) oraz przebiegi napięcia sterującego i wyjściowego

Układem Schmitta nazywamy układ, w którym oba stopnie są połączone gałęzią, w której występuje sumowanie

sygnałów pochodzących z obu stopni i zwrotne doprowadzenie tych sygnałów do wejścia. Oba stopnie mają wspólny

rezystor emiterowy R E . Dla każdego stopnia na tym rezystorze powstaje sprzężenie zwrotne ujemne, a jednocześnie

dla obu stopni powstaje sprzężenie zwrotne dodatnie, gdyż część napięcia wyjściowego drugiego stopnia zostaje

przez ten rezystor doprowadzona zwrotnie do stopnia pierwszego.

Sprzężenie zwrotne ujemne stabilizuje punkt pracy, a ponadto przy odpowiednim dobraniu wartości elementów

układu (np. przy dużej wartości rezystora emiterowego) może nie dopuszczać do wystąpienia przesterowania w

układzie.

Układ pracuje wówczas bez wchodzenia w obszar nasycenia, dzięki czemu uzyskuje się przebiegi o stromych

zboczach z małym opóźnieniem czasowym (zwanym histerezą) względem impulsów wyzwalających. Sprzężenie z

wyjścia stopnia pierwszego do wejścia stopnia drugiego w układzie Schmitta stanowi najczęściej rezystor, niekiedy

dioda; jest to więc sprzężenie stałoprądowe.

Układy Schmitta stosuje się jako przerzutniki monostabiłne lub bistabilne oraz do formowania przebiegów

prostokątnych. Zaletą układu jest m.in to, że wejście układu nie jest objęte pętlą sprzężenia zwrotnego i dzięki temu na

wejściu nie istnieją sygnały wytworzone wewnątrz układu, jak to występuje w układzie EccłesaJordana. Ponadto

wyjście układu jest dobrze odseparowane od wejścia.

Jak przebiega praca przerzutnika w ukþadzie Schmitta

Gdy napięcie na wejściu (napięcie sterujące) jest równe zeru, tranzystor T 1 nie przewodzi. W tym czasie tranzystor

T 2 przewodzi, gdyż otrzymuje on odpowiednią polaryzację z dzielnika R C1 , R 1 , R 2 . Dzielnik polaryzujący tranzystor

T 2 (głównie R C1 ) jest tak dobrany, aby tranzystor T 2 nie pracował w stanie nasycenia. Prąd płynący przez

przewodzący tranzystor powoduje spadek napięcia na rezystorze emiterowym R E , a to z kolei powoduje głębsze

zatkanie tranzystora T 1 .

Zwiększenie napięcia wejściowego powyżej pewnego poziomu wywołuje przewodzenie tranzystora T 1 i szybki

przerzut układu do drugiego stanu. W tym stanie napięcie na kolektorze tranzystora T 1 maleje, a więc maleje również

napięcie na bazie tranzystora T 2 , który przestaje przewodzić. Układ pozostaje w swym drugim stanie dopóty, dopóki

poziom sygnału wejściowego pozostanie ponad tzw. poziomem progowym. Napięcie wyjściowe w tym stanie osiąga

swą wartość maksymalną. Gdy napięcie sterujące tranzystor T 1 zmaleje, nastąpi wzrost napięcia na kolektorze

tranzystora T 1 , a więc również wzrost napięcia na bazie tranzystora T 2 , tak że tranzystor T 2 zacznie przewodzić i

nastąpi przerzut do pierwszego stanu układu.

Z podanego opisu wynika jedno z typowych zastosowań przerzutnika Schmitta. Mianowicie, jeżeli ten przerzutnik

pobudzi się napięciem sinusoidalnym, to na wyjściu pojawia się przebieg prostokątny. Jest to często stosowana

metoda uzyskiwania przebiegów prostokątnych. Układ Schmitta wykorzystuje się również dzięki jego właściwościom

jako tzw. dyskryminator amplitudy lub detektor poziomu (rys 6). Istnieją liczne modyfikacje układowe przerzutnika

Schmitta.

4 of 6

20100425 16:04

Podstawy elektroniki przerzutniki

http://home.agh.edu.pl/~maziarz/LabPE/przerzutnik.html

Rys. 6 Przykład działania przerzutnika Schmitta: na wejściu sygnał analogowy, na wyjściu prostokątny

Quasisymetryczny przerzutnik

monostabilny EcclesaJordana

Rys. 7 Monostabilny przerzutnik quasisymetryczny w układzie EcclesJordana

W konstrukcji przerzutnika monostabilnego wykorzystuje się wewnętrzną pętlę opóźnienia powstałą przez

szeregowe umieszczenie kondensatora C w pętli sprzężenia zwrotnego (rys 7a).

1. W stanie stabilnym złącze emiterowe tranzystora T 1 jest spolaryzowane przez rezystor R w kierunku

przewodzenia, przy czym stosunek rezystancji R c /R jest tak dobrany aby tranzystor T 1 był nasycony. W tym

samym czasie tranzystor T 2 jest zatkany.

2. Impuls wyzwalający z wejścia (tranzystor T w ) powoduje przerzut regeneracyjny:

T 1 jest zatykany, napięcie U C1 rośnie

T 2 przewodzi, napięcie U C2 maleje i potęguje zatykanie T 1

5 of 6

20100425 16:04

Podstawy elektroniki - przerzutniki.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: