Триггер схема на транзисторах

Принцип работы триггера Шмитта

В идеальном случае передаточная характеристика триггера Шмитта имеет вид изображённый на рисунке выше. В случае если входное напряжение триггера не превышает напряжение срабатывания U1 (UВХ < U1), то триггер находится в одном из устойчивых состояний, а напряжение на выходе находится на уровне Е0 (UВЫХ = Е0). Когда же напряжение на входе превысит порог срабатывания (UBX > U1), то триггер моментально перейдёт в другое устойчивое состояние и напряжение на выходе станет равным рабочему напряжению триггера Е1 (UВЫХ = Е1). После этого напряжение на входе может изменяться в некоторых пределах, но на выходе останется постоянным и равным рабочему напряжению Е1.

Чтобы вернуть триггер Шмитта в исходное состояние, необходимо, чтобы напряжение на входе уменьшилось до некоторого уровня, называемого порогом отпускания триггера. Как только напряжение на входе уменьшится до некоторого уровня напряжения U2 (UВХ < U2), то триггер скачкообразно перейдёт в исходное состояние, при котором напряжение на выходе будет равным Е0 (UВЫХ = Е0).

Величины напряжений пороговых уровней срабатывания и отпускания триггера полностью определяются элементами электронной схемы данного типа триггера.

Как правило, в настоящее время триггеры Шмитта изготавливаются в интегральном исполнении, параметры которого удовлетворяют в большинстве случаев. Но в некоторых случаях имеет место изготовление данного типа триггеров и в дискретном исполнении, например, в экспериментальной или высоковольтной отраслях. Давайте рассмотрим схему триггера Шмитта в дискретном исполнении на транзисторах.

Схема триггера Шмитта на транзисторах и принцип её работы

Схема триггера Шмитта представлена на изображении ниже. Триггер Шмитта или несимметричный триггер имеет схожую структуру с симметричным триггером, отличие между ними заключается в том, что одна из коллекторно-базовой цепи симметричного триггера заменена на общую эмиттерную связь. В результате коллектор транзистора VT2 не связан с базовой цепью VT1 и нагрузка, подключённая к коллектору VT2, мало влияет на работу триггера.



Схема триггера Шмитта на биполярных транзисторах.

В общем случае несимметричный триггер или триггер Шмитта состоит из следующих элементов: транзисторы VT1 и VT2, имеющие гальваническую связь между собой и через резистор R5 присоединены к общей шине питания; резисторы R1 и R2, обеспечивающие режим работы транзистора VT1 и исходное состояние схемы в целом; резисторы R3 и R7, являющиеся коллекторными нагрузками транзисторов VT1 и VT2 соответственно; резисторы R4 и R6, которые образуют делитель напряжения, тем самым определяя необходимые пороги срабатывания триггера; конденсатор C1, служащий для ускорения переключения триггера.



Временные диаграммы входных и выходных напряжений триггера Шмитта (несимметричный триггер).

Рассмотрим принцип работы триггера Шмитта по его временным диаграммам изображенным выше. При подключении источника питания к триггеру, он переходит в исходное состояние, при котором транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 открыт. В этом случае на выходе триггера присутствует некоторое напряжение Uэ, которое зависит от элементов обвязки транзистора VT2

В случае, когда входное напряжение превысит порог срабатывания, транзистор VT1 откроется, а VT2 соответственно закроется и напряжение на выходе триггера резко возрастёт до значения примерно равному напряжению источника питания.

Как я уже писал выше, триггер Шмитта имеет два уровня напряжения (пороги срабатывания), разность между которыми называется шириной петли гистерезиса. Ширина петли гистерезиса зависит от величины резистора, а порог срабатывания триггера от соотношения делителя напряжения, который образуется резисторами R4 и R6. Вследствие чего большой проблемой является отдельная регулировка, как ширины петли гистерезиса, так и порогов срабатывания триггера.

Расчёт триггера Шмитта

Исходные данные: амплитуда импульсов Um = 10 В, максимальный выходной ток триггера Im = 10 мА, напряжение срабатывания триггера U1 = 5 В, напряжение отпускания триггера U2 = 3 В, частота следования импульсов fm = 5 МГц, длительность фронта и среза импульсов tf = ts ≤ 10 нс.

  1. Определение напряжения источника питания
  2. Выбор транзистора. Транзистор должен соответствовать следующим условиям
    Данным параметрам соответствует транзистор КТ315Д со следующими характеристиками:
  3. Определяем сопротивление коллекторных резисторов R3 и R7 транзистора VT1 и VT2.
  4. Вычисляем сопротивление резистора R5 в эмиттерных цепях транзисторов.
  5. Находим сопротивления резисторов R4 и R6. Для этого введём коэффициент пропорциональности λ, между резисторами.
    Сопротивление резистора R4 вычислим по следующей формуле
    Тогда сопротивление резистора R6 будет равно
  6. Определяем сопротивление резисторов R2.
  7. Определяем сопротивление резистора R1.
  8. Вычисляем значение ёмкости ускоряющего конденсатора С1.

Выполненный расчёт является предварительным, так как из-за разброса параметров элементов схемы возможны некоторые отклонения от заданных условий схемы. После выбора номиналов элементов необходимо провести прямой проверочный расчёт пороговых уровней напряжения U1 и U2 по следующим формулам

Прямой проверочный расчёт важен, в случае если ширина петли гистерезиса (U2 – U1) находится в пределах нескольких долей вольта.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.

4.24. Триггер Шмитта

Операционные усилители

Компараторы и триггер Шмитта

Подразделы: 4.23 4.24

Простейшая схема компаратора, представленная на рис 4.60, имеет два недостатка. При медленно изменяющемся входном сигнале напряжение на выходе также может изменяться достаточно медленно. Более того, если во входном сигнале присутствует шум, то на выходе может происходить дребезг в те моменты, когда напряжение на входе проходит через точку переключения (рис. 4.61). Оба недостатка позволяет устранить положительная обратная связь (рис. 4.62). Резистор R3 создает в схеме два порога срабатывания в зависимости от состояния выхода. Для приведенного примера нижний порог срабатывания определяется уровнем 4,76 В при условии, что напряжение на выходе равно потенциалу земли (высокий уровень на входе); когда напряжение на выходе равно + 5 В, то порог определяется уровнем 5,0 В. Вероятность того, что шумовой сигнал на входе вызовет многократные переключения выхода, в данном случае меньше (рис. 4.63). Кроме того, положительная обратная связь обеспечивает быстрое переключение выхода независимо от скорости изменения входного колебания. (Для того чтобы еще больше увеличить скорость переключения, к резистору R3 часто подключают небольшой ускоряющий конденсатор емкостью 10 — 100 пФ.) Эта схема и называется триггером Шмитта. (При использовании операционного усилителя «притягивающий» резистор был бы не нужен.) Состояние выхода зависит как от входного напряжения, так и от недавней предыстории — это так называемый эффект гистерезиса. Его иллюстрирует представленный на рис. 4.64 график зависимости исходного напряжения от входного. Для тригеров Шмитта с небольшим гистерезисом процедура разработки проста. Воспользуемся схемой, приведенной на рис 4.62, б. Сначала выберем резистивный делитель (R1R2), чтобы приблизительно установить правильное пороговое напряжение; если вы хотите, чтобы пороговое напряжение было близко к потенциалу земли, нужно воспользоваться одним резистором, который включен между не инвертирующим входом и землей. Далее, выберем резистор (положительной) обратной связи R3, который обеспечит требуемый гистерезис. Напомним, что гистерезис равен выходному размаху, ослабленному резистивным делителем, образованным резисторами R3 и R1||R2. И наконец, выберем выходной «притягивающий» резистор R4, достаточно небольшой величины для обеспечения полного размаха в пределах питающего напряжения, принимая во внимание нагружающий эффект резистора R3. Если вы хотите, чтобы пороговые напряжения были симметричны относительно потенциала земли, включите между не инвертирующим входом и источником отрицательного напряжения питания резистор смещения соответствующей величины. Резисторы можно подобрать так, чтобы выходной ток и импеданс находились в пределах требуемого диапазона.

Рис. 4.60.

Рис. 4.61.

Рис. 4.62.

Рис. 4.63.

Рис. 4.64.

Дискретная транзисторная схема триггера Шмитта. Для построения схемы триггера Шмитта можно также использовать обычные транзисторы (рис. 4.65). Транзисторы Т1 и Т2 имеют общий эмиттерный резистор. Важно, чтобы коллекторный резистор транзистора Т1 был больше, чем коллекторный резистор Т2. При выполнении этого условия пороговый уровень включения транзистора Т1, который превышает напряжение на эмиттере на величину падения напряжения на диоде, уменьшается при включении транзистора Т1, так как эмиттерный ток больше, если проводит транзистор Т2. Здесь, как и в рассмотренной выше интегральной схеме триггера Шмитта, наблюдается эффект гистерезиса для порогового напряжения триггера.

Рис. 4.65.

Упражнение 4.10. Разработайте триггер Шмитта на основе компаратора типа 311 (с открытым коллектором). Пороговые уровни должны быть равны + 1,0B и + 1,5 В. К источнику напряжения +5 В подключите «притягивающий» резистор с сопротивлением 1,0 кОм. Для компаратора типа 311 используйте источники питания с напряжением ± 15 В.

Подразделы: 4.23 4.24

Обратная связь и усилители с конечным усилением

Триггер Шмитта на транзисторах, так же как и триггер Шмитта на ОУ, является системой двух устойчивых состояний, переход которого из одного состояния в другое связан с амплитудой запускающего импульса.

Подобные триггеры широко используются, в вычислительной технике и всевозможных промышленных приборах, где нужно менять форму сигнала, преобразовывать прямоугольные импульсы из синусоиды колебаний и регистрировать завышение сигнала определенного порога. Стандартная схема триггера Шмитта на двух биполярных транзисторах n-p-n приводится ниже.

Для правильного уяснения работы триггера Шмитта сперва допустим, что на входе транзистора VT1 нет сигнала. Сопротивления R1, R2 и R3, подключены к минусу и плюсу питания, и создают своеобразный делитель напряжения. По отношению к эмиттеру транзистора VT2, падение напряжения на сопротивлении R3 окажется положительным, по причине этого данный транзистор будет открыт.

От источника питания на коллектор транзистора VT2 через резистор R4 идет положительный потенциал. Когда транзистор открыт, ток эмиттера, протекающий через R4, создает на нем падение напряжения. Сквозь вторичную обмотку трансформатора Тр1, имеющего малое сопротивление, потенциал на резисторе R5 оказывается между базой и эмиттером VT1 и формирует обратное смещение на переходе Б-Э. В связи с этим VT1 закрыт. Данное устойчивое состояние схемы Шмитта является одним из двух вероятных состояний.

Вследствие падения напряжения на R4 по причине протекания через него тока, потенциал коллектора VT2 будет намного ниже напряжения питания. При поступлении на вход сигнала, он не окажет никакого воздействия на устойчивость триггера Шмитта, если его амплитуда будет меньше напряжения смещения между эмиттером и базой транзистора VT1, идущего с сопротивления R5.

В том случае если входной сигнал будет по амплитуде больше этого смещения, то произойдет открытие VT1. Из-за снижения потенциала на коллекторе VT1 снижается смещение на базе VT2, и в итоге его эмиттерный ток также снизится.

Из-за этого снизится падение напряжения на сопротивлении R5, а смещение на базе VT1 увеличится и инициирует последующий рост тока через VT1. Падение напряжения на R1 также значительно повысится, что в свою очередь уменьшит смещение на базе VT2 и снизит падения напряжения на R5. Этот алгоритм будет длиться до тех пор, пока VT1 до конца не откроется, а транзистор VT2, не закроется.

Как только ток коллектора VT2 достигнет нуля и на сопротивлении R4 начнет падать напряжение, потенциал же на его коллекторе станет увеличиваться, который пройдя через конденсатор С2 становится выходным сигналом.

Величина и форма сигнала на выходе триггера Шмитта находятся в прямой зависимости от постоянной времени (R4+Rн)C2 и сопротивления нагрузки Rн. Устойчивое положение, которое отвечает закрытому транзистору VT2 и открытому VT1, является вторым состоянием триггера Шмитта, и оно длится, пока есть входной сигнал. И как только входной сигнал пропадет, триггер Шмитта переходит в первоначальное состояние.

Если постоянная времени (R4+Rн)С2 существенно превышает продолжительность входного сигнала, то амплитуда сигнала на выходе триггера Шмитта практически оказывается стабильной, без изменений.

Источник: «200 избранных схем электроники», Мэндел М.

>Digitrode

Что из себя представляет триггер Шмитта?

Триггер Шмидтта представляет собой логическую схему, которая использует гистерезис для применения положительной обратной связи к неинвертирующему входу компаратора или дифференциального усилителя. Это позволяет выходному сигналу сохранять свое значение до тех пор, пока вход не изменится достаточно, чтобы вызвать изменение в самом триггере.

Триггеры Шмидта обычно используются в приложениях для сравнения сигналов с целью устранения помех в цифровых цепях. Они особенно эффективны при удалении шума, вызванного контактным отскоком в переключателях. Основная функция триггера Шмитта заключается в удалении шумов в волновых формах, чтобы предотвратить колебания от непредсказуемых выходных изменений. Простая схема, которая выиграла бы от использования триггера Шмитта, может быть основана на светодиоде, который иногда включается при его активации кнопкой. Добавление триггера Шмитта в эту схему упростит определения уровней сигнала ВКЛ и ВЫКЛ, и светодиод не будет мерцать при включении или отключении.

3.5. Триггер Шмитта на биполярных транзисторах

  • •Предисловие
  • •Введение
  • •1. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ С ПОМОЩЬЮ ГРАФИЧЕСКОГО РЕДАКТОРА SCHEMATICS
  • •1.1. Создание новой схемы.
  • •1.1.2. Поворот, зеркальное отражение и удаление элементов
  • •1.1.3. Соединение элементов
  • •1.1.4. Сохранение схемы
  • •1.2. Редактирование схемы
  • •1.2.1. Редактирование атрибутов элементов схемы
  • •1.2.2. Выбор источников сигнала
  • •1.2.3. Установка маркеров
  • •1.2.4. Маркировка узлов
  • •1.3. Установка режимов анализа
  • •1.3.1. Расчет рабочего режима
  • •1.3.2. Расчет режима при изменении параметров схемы
  • •1.3.3. Расчет коэффициентов чувствительности
  • •1.3.4. Расчет малосигнальных параметров на постоянном токе
  • •1.3.5. Расчет частотных характеристик
  • •1.3.6. Расчет переходных процессов
  • •1.3.7. Анализ при вариациях параметров схемы
  • •1.3.9. Статистический анализ
  • •1.4. Архивация схем
  • •2. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ
  • •2.1. Структура выходного файла
  • •2.2.1. Интерфейсные команды программы Probe
  • •2.2.2. Нанесение графиков
  • •2.2.3. Целевые функции
  • •2.2.4. Электронный курсор
  • •2.2.5. Преобразование Фурье
  • •2.2.7. Параметрические зависимости
  • •2.2.8. Построение гистограмм
  • •2.2.9. Нанесение меток на графики
  • •2.2.10. Сохранение атрибутов экрана
  • •3. ПРИМЕРЫ АНАЛИЗА СХЕМ
  • •3.1. Расчет установившихся режимов в линейной электрической цепи при периодическом воздействии
  • •3.2 Анализ переходного процесса в линейной электрической цепи второго порядка
  • •3.4. Расчет усилительного каскада ОЭ по постоянному току
  • •3.5. Триггер Шмитта на биполярных транзисторах
  • •3.6. Автогенератор на туннельном диоде
  • •3.7. Исследование работы четырехразрядного двоичного счетчика
  • •ПРИЛОЖЕНИЯ
  • •П1. Интерфейсные команды программы Schematics в режиме редактора схем
  • •Меню File (Файл)
  • •Меню Edit (Редактирование)
  • •Меню Draw (Рисование)
  • •Меню Navigate (Навигация по многостраничным схемам)
  • •Меню View (Просмотр)
  • •Меню Options (Настройка параметров)
  • •Меню Analysis (Моделирование)
  • •Меню Tools (Инструменты)
  • •Меню Markers (Маркеры)
  • •Меню Window (Окно)
  • •Меню Help (Помощь)
  • •П2. Представление чисел в программе Schematics
  • •П3. Компоненты символьной библиотеки
  • •Земля, резисторы, конденсаторы, индуктивности
  • •Диоды
  • •Биполярные транзисторы
  • •Полевые транзисторы
  • •Независимые источники напряжения
  • •Независимые источники тока
  • •Ключи
  • •Линии передачи
  • •Управляемые источники
  • •Преобразователи входного напряжения в напряжение
  • •Преобразователи входного напряжения в ток
  • •Функциональные элементы
  • •Фильтры
  • •Источники сигналов для цифровых схем
  • •Источники редактируемых сигналов
  • •Назначение начальных условий, глобальных переменных, подключение файлов
  • •Элементы для вывода результатов анализа
  • •Библиотека моделей реальных приборов
  • •П4. Параметры цифровых устройств
  • •П5. Опции программы Pspice
  • •П6. Ошибки при работе в системе Design Lab
  • •Информационные сообщения
  • •Ошибки при моделировании
  • •Ошибки пользователя
  • •П7. Интерфейсные команды программы Probe
  • •Меню File (Файл)
  • •Меню Edit (Редактирование)
  • •Меню Trace (Построение графика)
  • •Меню Plote (Отображение графиков)
  • •Меню View (Просмотр)
  • •Меню Tools (Инструменты)
  • •Меню Window (Окно)
  • •Меню Help (Помощь)
  • •П8. Целевые функции программы Probe
  • •Целевые функции общего использования
  • •Целевые функции для частотного анализа
  • •Целевые функции для переходного анализа
  • •Список литературы

В триггере Шмитта использованы два транзистора

На Рисунке 1 показана упрощенная схема в версии с входным NPN транзистором и активным низким уровнем, а на Рисунке 2 – с PNP транзистором и активным высоким уровнем. R2 и R3 (с учетом RL) задают напряжение на эмиттере Q1. Когда входное напряжение VIN возрастает от нуля до значения VIN(ON), определяемого выражением (1), Q1 начинает включаться. Возрастающий ток его коллектора, усиливаемый транзистором Q2, будет приводить к снижению выходного напряжения VOUT, вследствие чего напряжение на эмиттере Q1 будет уменьшаться, еще больше открывая транзистор. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока Q1 не войдет в насыщение. Предполагается, что положительная обратная связь через резистор R3 больше, чем отрицательная, обусловленная током эмиттера Q1.

Рисунок 1. Триггер Шмитта на двух транзисторах.

В этом и последующих уравнениях VBE и VCE с соответствующими индексами обозначают напряжения база-эмиттер и коллектор-эмиттер транзисторов Q1 и Q2.

(1)

Последнее иллюстрируется неравенством (2), которое должно выполняться, по крайней мере, с двукратным запасом. (В этой формуле β1 и β2 обозначают коэффициенты усиления токов транзисторов Q1 и Q2, соответственно, а RS – сопротивление источника сигнала VIN). Чем строже неравенство, тем большей будет величина гистерезиса.

(2)
(3)
(4)
(5)
(6)

Решая неравенство (2), можно, в соответствии с выражениями (3) и (4), определить границы допустимых значений сопротивления нагрузки RL и входного сопротивления RIN (в нашей схеме оно обозначено как R1). Кроме того, из (4) и (5) определяем граничное значение R3, которое должно быть, по крайней мере, в β2 раз больше, чем RL, чтобы сопротивление RIN было положительным. Типичное значение R3 не превысит половины от этой величины. Очевидно, что это будет справедливо, если коэффициент усиления Q2 велик. Выбрав R3 и VIN(ON), можно по формуле (6) рассчитать R2.

В состоянии «включено» напряжение VOUT приблизительно описывается выражением (7), где оно обозначено как VOUT(ON). Поскольку основной член выражения зависит от усиления Q2, измеренное напряжение обычно несколько отличается, но в типичном случае не выходит за пределы диапазона 2…3 В.

Рисунок 2. Версия с активным высоким уровнем.

Ток, протекающий через RIN, увеличивает падение напряжения VR2 на резисторе R2 (уравнение 9), и если сопротивление R1 слишком мало, этот ток станет чрезмерно большим. (В предельном случае, если RIN равно 0, напряжение VOUT будет повторять VIN). При снижении входного напряжения VIN выход останется включенным до тех пор, пока Q1 не выйдет из насыщения. В этот момент положительная обратная связь выключит как Q1, так и Q2. Напряжение VIN(OFF), при котором этом произойдет, можно найти с помощью выражения (8). В связи с тем, что, скорее всего, вы захотите выбирать сопротивление R2, минимальным, чтобы минимизировать выходное напряжение низкого уровня, уровень VIN(OFF) будет зависеть от сопротивления резистора R1, но, опять же, значение VIN(OFF) зависит от коэффициентов усиления β транзисторов Q1 и Q2.

(7)
(8)
(9)

где

и

Это неточное определение точки выключения является одним из недостатков предлагаемой схемы. Однако для множества приложений высокая точность и не требуется. Как правило, сопротивления R2 и R3 вы будете выбирать минимально допустимыми с точки зрения возможности практической реализации схемы, не забывая про ток покоя, протекающий через RL. Сопротивление R1 может быть настолько большим, насколько это необходимо, но с учетом как ограничения, задаваемого уравнением (4), так и желаемого уровня VIN(OFF). Еще одним существенным недостатком можно считать относительно высокое напряжение на открытом транзисторе Q2, что при токах, превышающих несколько ампер, делает использование схемы непрактичным. Все вышесказанное делает нишей целесообразного использования схемы устройства с более высокими напряжениями и токами, чем это возможно реализовать на большинстве интегральных схем.

Рисунок 3. Дополнения для практической реализации.

На Рисунке 3 изображена схема из Рисунка 1, в которую добавлены три дополнительных компонента, сделавших ее пригодной для множества практических приложений. Диод D1 защищает переход база-эмиттер транзистора Q1 от пробоя в том случае, если в выключенном состоянии напряжение не эмиттере превысит 6…7 В. D2 уменьшает вклад R3 в выходное напряжение открытой схемы. D2 особенно необходим в случае, если R3 вы сделаете равным или меньшим R2. R4 способствует более уверенному закрыванию транзистора Q2 и предохраняет его от включения током утечки Q1.

В качестве Q2 можно использовать транзистор Дарлингтона. (Аналогичная замена транзистора Q1 существенного выигрыша не даст). Кроме того, любой из транзисторов, или оба можно заменить на MOSFET, соответствующим образом изменив расчетные уравнения.

Бесплатная техническая библиотека Как скачивать файлы с сайта? Добавить в закладки, оставить отзыв

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная библиотека / Схемы радиоэлектронных и электротехнических устройств

Конструкции И.Бакомчева

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Начинающему радиолюбителю

Комментарии к статье

Однокаскадный усилитель 3Ч (рис.1)

Это простейшая конструкция, которая позволяет продемонстрировать усилительные способности транзистора. Правда, коэффициент усиления по напряжению невелик — он не превышает 6, поэтому сфера применения такого устройства ограничена. Тем не менее его можно подключить, скажем, к детекторному радиоприемнику (он должен быть нагружен на резистор 10 кОм) и с помощью головного телефона BF1 прослушивать передачи местной радиостанции.

Усиливаемый сигнал поступает на входные гнезда Х1, Х2, а напряжение питания (как и во всех остальных конструкциях этого автора, оно составляет 6 В — четыре гальванических элемента напряжением по 1,5 В,соединенных последовательно) подается на гнезда ХЗ, Х4. Делитель R1R2 задает напряжение смещения на базе транзистора, а резистор R3 обеспечивает обратную связь по току, что способствует температурной стабилизации работы усилителя.

Как происходит стабилизация? Предположим, что под воздействием температуры увеличился ток коллектора транзистора. Соответственно увеличится падение напряжения на резисторе R3. В итоге уменьшится ток эмиттера, а значит, и ток коллектора — он достигнет первоначального значения.

Нагрузка усилительного каскада — головной телефон сопротивлением 60… 100 Ом.

Проверить работу усилителя несложно, нужно коснуться входного гнезда X1, например, пинцетом — в телефоне должно прослушиваться слабое жужжание, как результат наводки переменного тока. Ток коллектора транзистора составляет около 3 мА.

Двухкаскадный усилитель 3Ч на транзисторах разной структуры (рис.2)

Он выполнен с непосредственной связью между каскадами и глубокой отрицательной обратной связью по постоянному току, что делает его режим независящим от температуры окружающей среды. Основа температурной стабилизации — резистор R4, «работающий» аналогично резистору R3 в предыдущей конструкции.

Усилитель более «чувствительный» по сравнению с однокаскадным — коэффициент усиления по напряжению достигает 20. На входные гнезда можно подавать переменное напряжение амплитудой не более 30 мВ, иначе возникнут искажения, прослушиваемые в головном телефоне.

Проверяют усилитель, прикоснувшись пинцетом (или просто пальцем) входного гнезда Х1 — в телефоне раздастся громкий звук. Усилитель потребляет ток около 8 мА.

Эту конструкцию можно использовать для усиления слабых сигналов, например, от микрофона. И конечно, он позволит значительно усилить сигнал 3Ч, снимаемый с нагрузки детекторного приемника.

Двухкаскадный усилитель 3Ч на транзисторах одинаковой структуры (рис. 3)

Здесь также использована непосредственная связь между каскадами, но стабилизация режима работы несколько отличается от предыдущих конструкций. Допустим, что ток коллектора транзистора VT1 уменьшился. Падение напряжения на этом транзисторе увеличится, что приведет к увеличению напряжения на резисторе R3. включенном в цепи эмиттера транзистора VT2. Благодаря связи транзисторов через резистор R2, увеличится ток базы входного транзистора, что приведет к увеличению его тока коллектора. 8 итоге первоначальное изменение тока коллектора этого транзистора будет скомпенсировано.

Чувствительность усилителя весьма высока — коэффициент усиления достигает 100. Усиление в сильной степени зависит от емкости конденсатора С2 — если его отключить, усиление снизится. Входное напряжение должно быть не более 2 мВ.

Усилитель хорошо работает с детекторным приемником, с электретным микрофоном и другими источниками слабого сигнала. Ток, потребляемый усилителем, — около 2 мА.

Двухтактный усилитель мощности 3Ч (рис. 4)

Он выполнен на транзисторах разной структуры и обладает усилением по напряжению около 10. Наибольшее входное напряжение может быть 0,1 В.

Усилитель двухкаскадный: первый собран на транзисторе VT1, второй — на VT2 и VT3 разной структуры. Первый каскад усиливает сигнал 3Ч по напряжению, причем обе полуволны одинаково. Второй — усиливает сигнал по току, но каскад на транзисторе VT2 «работает» при положительных полуволнах, а на транзисторе VT3 — при отрицательных.

Режим по постоянному току выбран таким, что напряжение в точке соединения эмиттеров транзисторов второго каскада равно примерно половине напряжения источника питания. Это достигается включением резистора R2 обратной связи. Ток коллектора входного транзистора, протекая через диод VD1, приводит к падению на нем напряжения, которое является напряжением смещения на базах выходных транзисторов (относительно их эмиттеров), — оно позволяет уменьшить искажения усиливаемого сигнала.

Нагрузка (несколько параллельно включенных головных телефонов либо динамическая головка) подключена к усилителю через оксидный конденсатор С2. Если усилитель будет работать на динамическую головку (сопротивлением 8…10 Ом), емкость этого конденсатора должна быть минимум вдвое больше.

Обратите внимание на подключение нагрузки первого каскада — резистора R4. Его верхний по схеме вывод соединен не с плюсом питания, как это обычно делается, а с нижним выводом нагрузки.

Это так называемая цепь вольтодобавки. при которой в базовую цепь выходных транзисторов поступает небольшое напряжение 3Ч положительной обратной связи, выравнивающее условия работы транзисторов.

Двухуровневый индикатор напряжения (рис. 5)

Такое устройство можно использовать, например, для индикации «истощения» батареи питания либо индикации уровня воспроизводимого сигнала в бытовом магнитофоне. Макет индикатора позволит продемонстрировать принцип его работы.

В нижнем по схеме положении движка переменного резистора R1 оба транзистора закрыты, светодиоды HL1, HL2 погашены. При перемещении движка резистора вверх, напряжение на нем увеличивается. Когда оно достигнет напряжения открывания транзистора VT1, вспыхнет светодиод HL1.

Если продолжать перемещать движок, наступит момент, когда вслед за диодом VD1 откроется транзистор VT2. Вспыхнет и светодиод HL2. Иными словами, малое напряжение на входе индикатора вызывает свечение только светодиода HL1, а большее — обоих светодиодов.

Плавно уменьшая входное напряжение переменным резистором, заметим, что вначале гаснет светодиод HL2, а затем — HL1. Яркость светодиодов зависит от ограничительных резисторов R3 и R6: при увеличении их сопротивлений яркость падает.

Чтобы подключить индикатор к реальному устройству, нужно отсоединить верхний по схеме вывод переменного резистора от плюсового провода источника питания и подать контролируемое напряжение на крайние выводы этого резистора. Перемещением его движка подбирают порог «срабатывания» индикатора.

При контроле только напряжения источника питания допустимо установить на месте HL2 светодиод зеленого свечения (АЛ307Г).

Трехуровневый индикатор напряжения (рис. 6)

Он выдает световые сигналы по принципу меньше нормы — норма — больше нормы. Для этого в индикаторе использованы два светодиода красного свечения и один — зеленого.

При некотором напряжении на движке переменного резистора R1 («напряжение в норме») оба транзистора закрыты и «работает» только зеленый светодиод HL3. Перемещение движка резистора вверх по схеме приводит к увеличению напряжения («больше нормы») на нем. Открывается транзистор VT1. Светодиод HL3 гаснет, а Ни зажигается. Если движок перемещать вниз и уменьшать таким образом напряжение на нем («меньше нормы»), транзистор VT1 закроется, a VT2 откроется. Будет наблюдаться такая картина: вначале погаснет светодиод HL1, затем зажжется и вскоре погаснет.

HL3 и в заключение вспыхнет HL2.

Из-за низкой чувствительности индикатора получается плавный переход от погасания одного светодиода к зажиганию другого: еще не погас полностью, например, HL1, а уже зажигается HL3.

Триггер Шмитта (рис. 7)

Как известно, это устройство используется обычно для преобразования медленно изменяющегося напряжения в сигнал прямоугольной формы.

Когда движок переменного резистора R1 находится в нижнем по схеме положении, транзистор VT1 закрыт. Напряжение на его коллекторе высокое. В результате транзистор VT2 оказывается открытым, а значит, светодиод HL1 зажжен. На резисторе R3 образуется падение напряжения.

Медленно перемещая движок переменного резистора вверх по схеме, удастся достичь момента, когда произойдет скачкообразное открывание транзистора VT1 и закрывание VT2. Это случится при превышении напряжения на базе VT1 падения напряжения на резисторе R3. Светодиод погаснет.

Если после этого перемещать движок вниз, триггер возвратится в первоначальное положение — вспыхнет светодиод. Это произойдет при напряжении на движке меньшем, чем напряжение выключения светодиода.

Ждущий мультивибратор (рис. 8)

Такое устройство обладает одним устойчивым состоянием и переходит в другое только при подаче входного сигнала. При этом мультивибратор формирует импульс «своей» длительности независимо от длительности входного. Убедимся в этом, проведя эксперимент с макетом предлагаемого устройства.

В исходном состоянии транзистор VT2 открыт, светодиод HL1 светится. Достаточно теперь кратковременно замкнуть гнезда X1и Х2, чтобы импульс тока через конденсатор С1 открыл транзистор VT1 Напряжение на его коллекторе снизится, и конденсатор С2 окажется подключенным к базе транзистора VT2 в такой полярности, что тот закроется. Светодиод погаснет.

Конденсатор начнет разряжаться. ток разрядки потечет через резистор R5, удерживая транзистор VT2 в закрытом состоянии. Как только конденсатор разрядится, транзистор VT2 вновь откроется и мультивибратор перейдет снова в режим «ожидания».

Длительность формируемого мультивибратором импульса (продолжительность нахождения в неустойчивом состоянии) не зависит or длительности запускающего, а определяется сопротивлением резистора R5 и емкостью конденсатора С2. Если подключить параллельно С2 конденсатор такой же емкости, светодиод вдвое дольше будет оставаться в погашенном состоянии.

Симметричный мультивибратор (рис. 9)

Данная конструкция формирует на своих выходах импульсы и паузы одинаковой длительности. Достигается это включением в плечи мультивибратора деталей с одинаковыми номиналами. Такую форму сигнала нередко называют «меандром».

Вообще-то данный мультивибратор — это двухкаскадный усилитель, у которого выход одного каскада соединен со входом другого. Поэтому после включения питания всегда получается так, что через некоторое время один транзистор мультивибратора оказывается открытым, а другой — закрытым.

Предположим, что открыт транзистор VT1, а значит, светится светодиод HL1. Конденсатор С1 заряжен напряжением, близким к напряжению питания в соответствии с указанной на нем полярностью, и разряжается через резисторы R1 и R2. По мере его разрядки уменьшается закрывающее напряжение на базе транзистора VT2 и вскоре он открывается, зажигается светодиод HL2. Теперь начинает разряжаться конденсатор С2, удерживая транзистор VT1 в закрытом состоянии. Затем процесс повторяется.

Продолжительность свечения светодиодов зависит от номиналов конденсаторов С1 и С2 и резисторов R2 и R3. Достаточно, например, подключить параллельно резисторам R2 и R3 по такому же резистору, как частота вспышек светодиодов возрастет. Если же подключить резистор параллельно только одному из базовых, можно наблюдать неодинаковые продолжительности вспышек светодиодов — мультивибратор становится несимметричным.

Генератор звуковой частоты (рис. 10)

Он выполнен на базе симметричного мультивибратора, но частота следования его импульсов значительно повышена — емкость конденсаторов связи уменьшена в 1000 раз. Кроме того, базовые резисторы R3 и R4 подключены к переменному R1. а сигнал с нагрузки правого плеча мультивибратора подан на усилитель мощности, собранный на транзисторе VT3. Нагрузкой усилителя служит головной телефон BF1.

Прослушивая телефон, перемещают движок переменного резистора из нижнего положения в верхнее. При этом в телефоне удастся прослушивать изменяющуюся тональность звука.

Метроном (рис. 11)

Предлагаемый метроном, по сути, является генератором коротких импульсов. Следующие с определенной частотой эти импульсы прослушиваются в головном телефоне BF1 в виде щелчков. Они помогают начинающему музыканту выдерживать заданный ритм при игре на том или ином инструменте.

Если прослушивать звуки метронома неудобно, за частотой следования импульсов можно наблюдать по вспышкам светодиода НL1.

Как работает метроном? При включении питания начинает заряжаться конденсатор С2 — через светодиод, головной телефон и резисторы R4, R5. При определенном напряжении на конденсаторе открываются оба транзистора. И практически сразу же конденсатор разряжается через цепь коллектор — эмиттер транзистора VT1, резистор R3 и база-эмиттер транзистора VT2. В телефоне раздается щелчок, одновременно вспыхивает светодиод.

Частоту щелчков и вспышек светодиода подбирают в зависимости от нужного ритма переменным резистором R4. При увеличении сопротивления резистора (движок перемещают вверх по схеме) продолжительность зарядки конденсатора возрастает, частота следования щелчков уменьшается, и наоборот.

Генератор коротких импульсов (рис. 12)

Он вырабатывает импульсы малой длительности, частота следования которых находится в звуковой области. Такой генератор может быть использован, например, в устройствах сигнализации.

Когда на генератор подают питающее напряжение, транзисторы оказываются закрытыми, а конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R1. Напряжение на нем будет возрастать не линейно, а по экспоненте — такую кривую можно наблюдать на экране осциллографа, подключенного к точке А и минусу питания (гнездо Х2).

Как только напряжение на конденсаторе С1 достигнет определенного значения, транзисторы VT1, VT2 (на них собран так называемый аналог тринистора — полупроводникового переключающего прибора) скачкообразно открываются. Конденсатор С1 быстро разряжается на телефон BF1. Короткий импульс напряжения почти прямоугольной формы можно наблюдать на осциллографе, вход которого в данном случае следует подключить к точке Б.

После разрядки конденсатора транзисторы закрываются и процесс повторяется. Значение напряжения, при котором должен «срабатывать» аналог тринистора, устанавливают переменным резистором R2.

Имитатор звука подскакивающего шарика (рис. 13)

Используя аналог тринистора, который применялся в предыдущей конструкции, можно собрать устройство, имитирующее звуковой сигнал, характерный для подскакивающего металлического шарика на твердой поверхности.

Длительность импульса тока, протекающего через телефон BF1, постоянна и зависит в основном от емкости конденсатора С1, а вот значение напряжения на этом конденсаторе, при котором будет открываться аналог тринистора. зависит от падения напряжения на резисторе RЗ. Это — основные положения, необходимые для понимания принципа работы устройства.

Итак, на устройство подали напряжение питания. Сразу же начинает заряжаться конденсатор С1, и напряжение на нем плавно нарастает. Конденсатор С2 разряжен, поэтому напряжение на резисторе R3 почти достигает напряжения питания. Аналог тринистора открывается при значительном напряжении на конденсаторе С1. Щелчки в телефоне BF1 имеют максимальную громкость.

По мере зарядки конденсатора С2 падение напряжения на резисторе R3 уменьшается. Аналог тринистора открывается при меньшем напряжении на конденсаторе С1. Громкость щелчков падает, а их частота увеличивается. Создается впечатление плавного уменьшения высоты подскоков шарика. Вскоре, когда конденсатор С2 зарядится полностью, звук исчезнет. Для повторного запуска имитатора отключают питание, кратковременно замыкают гнезда Х1 и Х2, чтобы разрядить конденсаторы C1, C2, а затем вновь подают напряжение на имитатор.

Охранное устройство (рис. 14)

Существует немало электронных сторожевых устройств, в которых вокруг охраняемого объекта протягивают тонкий электрический провод, концы которого подключают к сигнализатору, Стоит нарушителю оборвать провод, как сигнализатор сработает и известит о непрошенном госте.

Подобное устройство можно собрать в виде макета и наглядно познакомиться с его действием. Пока подключенный к гнездам X1 и Х2 охранный провод цел, аналог тринистора на транзисторах VT1, VT2 закрыт, светодиод HL1 погашен. Как только случится обрыв провода, аналог тринистора сработает, светодиод зажжется. Никакие попытки восстановить целостность провода не выключат сигнализацию — аналог тринистора будет оставаться в открытом состоянии.

Чтобы привести устройство в исходное положение, достаточно на мгновение отключить питание.

Индикатор скрытой электропроводки (рис. 15)

Часто возникает необходимость (например, во время ремонта квартиры) знать, где проложены провода скрытой электропроводки, чтобы случайно не повредить их. Для этого существует немало различных индикаторов. Один из них можно сделать звуковым и собрать на трех транзисторах. Причем два из них — VT1 и VT2 — будут соединены по схеме так называемого составного транзистора. На них собирают первый каскад усилителя 3Ч,а на VT3 — второй каскад.

Общее усиление можно изменять переменным резистором R5. Нагрузкой служит низкоомный головной телефон BF1. Максимальная громкость его ограничена резистором R8.

К входу усилителя подключают датчик — антенну WA1. Ее роль выполнит обыкновенный медный провод диаметром 0,8…1 мм и длиной около полуметра. На конце провода желательно укрепить (еще лучше припаять) небольшую металлическую пластину. От ее размеров зависит чувствительность индикатора.

Для проверки работоспособности индикатора достаточно коснуться пальцем антенны — и в телефоне раздастся фон переменного тока, громкость которого зависит от уровня наводок и положения движка переменного резистора.

Такой же звук появится во время движения пластинки вдоль предполагаемой скрытой электрической проводки. По максимальной громкости звука определяют точное место пролегания проводки.

Пробник для «прозвонки» монтажа (рис. 16)

Таким прибором проверяют целостность соединений между деталями того или иного электронного устройства, прозванивают» кабели, проверяют различные радиодетали, если их сопротивление не превышает 2 кОм.

В пробнике использован триггер Шмитта, выполненный на транзисторах VT1 и VT2. Как помнит читатель (см. рис. 7), такой триггер имеет два устойчивых состояния, которые изменяют подачей на вход соответствующего сигнала. Когда входные щупы (или вилки) Х1 и Х2 разомкнуты, триггер находится в одном из состояний. Светодиод HL1 погашен. Стоит замкнуть между собой щупы либо коснуться ими исправной проверяемой низкоомной цепи (скажем, соединительного проводника между выводами деталей), как триггер перейдет в другое устойчивое состояние — вспыхнет светодиод HL1. Причем яркость светодиода не зависит от сопротивления цепи в пределах от 0 до 2 кОм.

В случае проверки цепей с большим сопротивлением триггер останется в исходном состоянии и светодиод будет «безмолвствовать».

Сигнализатор перегрузки по току (рис. 17)

Бывает, что вам нужно проследить за током, потребляемым нагрузкой, и в случае его превышения — вовремя отключить источник питания, чтобы не вышли из строя нагрузка или источник. Для выполнения подобной задачи служат сигнализаторы, извещающие о превышении нормы потребляемого тока. Особую роль выполняют такие устройства при коротком замыкании в цепи нагрузки.

Каков принцип работы сигнализатора? Понять его позволит предлагаемый макет устройства, выполненный на двух транзисторах. Если резистор R1 отключен от гнезд X1, Х2, нагрузкой для источника питания (его подключают к гнездам Х3, Х4) будет цепь из резистора R2 и светодиода HL1 — он горит, информируя о наличии напряжения на гнездах X1 и Х2. При этом ток протекает через датчик сигнализатора — резистор R6. Но падение напряжения на нем невелико, поэтому транзистор VT1 закрыт. Соответственно закрыт и транзистор VT2, светодиод HL2 погашен. Стоит подключить к гнездам X1, Х2 дополнительную нагрузку в виде резистора R1 и увеличить таким образом общий ток, как падение напряжения на резисторе R6 увеличится. При соответствующем положении движка переменного резистора R7, которым устанавливают порог срабатывания сигнализатора, транзисторы VT1 и VT2 откроются. Вспыхнет светодиод HL2 и просигнализирует о критической ситуации. Светодиод HL1 продолжает светиться, сообщая о наличии напряжения на нагрузке.

А что будет при коротком замыкании в цели нагрузки? Для этого достаточно замкнуть (на короткое время) гнезда Х1 и Х2. Снова вспыхнет светодиод HL2, a HL1 погаснет.

Движок переменного резистора можно установить в такое положение, при котором сигнализатор не будет реагировать на подключение резистора R1 сопротивлением 1 кОм, но «сработает», когда на месте дополнительной нагрузки окажется резистор, скажем, сопротивлением 300 Ом (он входит в состав набора).

Приставка «Цветной звук» (рис. 18)

Одна из популярных радиолюбительских конструкций — светодинамическая установка (СДУ). Ее еще называют «цветомузыкальной приставкой». При подключении такой приставки к источнику звука, на ее экране появляются самые причудливые цветовые всполохи.

Очередная конструкция набора — простейшее устройство, позволяющее познакомиться с принципом получения «цветного звука». На входе приставки стоят два частотных фильтра — C1R4 и R3C2. Первый из них пропускает высшие частоты,

а второй — низшие. Выделенные фильтрами сигналы поступают на усилительные каскады, нагрузками которых являются светодиоды. Причем в канале высших частот стоит светодиод HL1 зеленого цвета свечения, а в канале низших частот- красного (HL2).

Источником сигнала звуковой частоты может стать, например, радиоприемник или магнитофон. К динамической головке одного из них нужно подключить два провода в изоляции и соединить их с входными гнездами X1 и Х2 приставки. Прослушивая воспроизводимую мелодию, вы будете наблюдать вспышки светодиодов. Кроме того, нетрудно различать «реакцию» светодиодов иа звуки той или иной тональности. Скажем, при звуках барабана будет вспыхивать светодиод красного цвета свечения, а звуки скрипки вызовут вспышки светодиода зеленого цвета. Яркость светодиодов устанавливают регулятором громкости источника звукового сигнала.

Индикатор температуры (рис. 19)

Всем известен обычный ртутный термометр, столбик которого поднимается при повышении температуры тела. В данном случае датчиком является ртуть, расширяющаяся с нагревом.

Существует немало электронных компонентов, также чувствительных к температуре. Они порой становятся датчиками в приборах, предназначенных для измерения температуры, скажем, окружающей среды, или индикации превышения ее заданной нормы.

В качестве такого термочувствительного элемента в предлагаемом макете использован кремниевый диод VD1. Он включен в эмиттерную цепь транзистора VT1. Начальный ток через диод задают (переменным резистором R1) такой, чтобы светодиод HL1 едва светился.

Если теперь прикоснуться к диоду пальцем или каким-либо нагретым предметом, его сопротивление уменьшится, а значит, уменьшится и падение напряжения на нем. В итоге увеличится коллекторный ток транзистора VT1 и падение напряжения на резисторе R3. Транзистор VT2 начнет закрываться, а VT3, наоборот, открываться. Яркость светодиода будет возрастать. После охлаждения диода яркость светодиода достигнет первоначального значения.

Аналогичные результаты удастся получить, если нагревать транзистор VT1. А вот нагрев транзистора VT2, а тем более VT3 на яркости светодиода практически не скажется — слишком мало изменение тока через них.

Эти эксперименты показывают, что параметры полупроводниковых приборов (диодов и транзисторов) зависят от температуры окружающей среды.

Детектор металла (рис. 20)

Он реагирует иа приближение металлических предметов к магнитной антенне WA1. А сама антенна входит в состав генератора высокой частоты, выполненного на транзисторе VT1. Частоту генератора можно изменять переменным конденсатором (использован конденсатор КПК-2 с изменением емкости от 25 до 150 пФ).

С выхода генератора высокочастотный сигнал поступает через конденсатор С4 на выпрямитель (или детектор), собранный на диодах VD1, VD2. Напряжение, выделяющееся на цепочке C5R6, открывает транзисторы VT2, VT3. Светодиод HL1 зажигается. Такого состояния добиваются перемещением движка переменного резистора R3 от нижнего по схеме вывода.

Приближение к магнитной антенне, например, ножниц, вызовет такое изменение частоты генератора, что напряжение на базе транзистора VT2 начнет уменьшаться. Светодиод будет гаснуть.

Изменяя частоту генератора конденсатором С1 и подбирая положение движка переменного резистора R3, удастся добиться наибольшей чувствительности детектора — он будет реагировать на металлический предмет с расстояния нескольких сантиметров до магнитной антенны. Возможно, удастся настроить детектор так, что он сможет реагировать даже на приближение руки (в этом варианте частота генератора будет изменяться из-за изменения емкости колебательного контура генератора).

Магнитная антенна выполнена на стержне диаметром 8 и длиной 80 мм из феррита 600НН. Обмотку наматывают в один слой проводом ПЭВ-2 0,25. Она содержит 83 витка с отводом от 9-го витка, считая от вывода 1.

И.Бакомчев

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

журналы Stereophile (годовые архивы)

журналы Электрик (годовые архивы)

книга Надежность электроснабжения промышленных предприятий. Конюхова Е.А., Киреева Э.А., 2001

книга Кинескопы. Пароль Н.В., 1976

статья Антитеррористическая безопасность и защита детей. Типовая инструкция по охране труда

статья Почему у нас выпадают молочные зубы?

справочник Вхождение в режим сервиса зарубежных телевизоров. Книга №11

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *