РефератыРадиоэлектроникаСхСхема сопряжения датчика с ISA

Схема сопряжения датчика с ISA

Схемотехника


 


1.
Базовые элементы ТТЛ 155-й серии. Схемы, принцип работы, назначение элементов
ИЛИ К155ЛА3 и К155ЛР1.


ТТЛ


 


Обеспечивает требование
быстродействия и потребляемой мощности. В интересах согласования с ЛЭ других
типов используются преобразователи уровня в виде схемы с простым инвертором или
со сложным инвертором. Для реализации можно использовать диодно-резисторную
логику (Шотки) со сложным инвертором.


ЛЭ
ТТЛ с простым инвертором


Достоинства


1.   Простота
технической реализации (на одном кристалле).


2.   Малые
паразитные емкости, следовательно большое быстродействие.


Недостатки


1.   Более
низкая помехоустойчивость по сравнению с ДТЛ (U+пом
ТТЛ < U+пом ДТЛ, U-пом ТТЛ < U-пом
ДТЛ)


2.   Малый
Kраз (Kраз
— число единичных нагрузок, одновременно подключенных к выходу ЛЭ)


Применяется в тех случаях, когда
не требуется высокие устойчивость от статических помех и Kраз.


 


Схема
с открытым коллектором.


Можно включать резистор,
светодиод, реле, обмотку мощного трансформатора. Схема ТТЛ явл. дальнейшим
развитием ДТЛ. Так ДРЛ (диодно-резисторная логика) заменена на МЭТ
(многоэмиттерный транзистор) с резистором.



Рис.1


Для реализации операции  y=x1x2



Рис.2



Рис.3


База–коллектор VT1
выполняют функцию смещающего диода VD3 с схеме ДТЛ.
Эквивалент диода VD4 ДТЛ в схеме ТТЛ отсутствует.


Достоинства


1.  
Отсутствует сопротивление утечки (в ДТЛ R2).


2.  
МЭТ обеспечивает рассасывание неосновных носителей из области базы VT2


Условия


1.  
Положительная логика


2.  


3.  



1 случай


x1=x2=1, т.е. Ux1=Ux2=U1
®
“1”


МЭТ выполняет
следующие функции:


1.  
Операция “И”


2.  
Усиление сигнала.


3.  
VD1, VD2.


4.  
VD3 в схеме ЛЭ ДТЛ.


VD1 ® (база-эмиттер VT1)х1,


VD2 ® (база-эмиттер VT1)х2.


Диод смещения VD3 ® база-коллектор VT1


Переход
база-эмиттер VT1 смещённый в обратном направлении;
переход база-коллектор VT1 смещён в прямом направлении,
Þ режим активный инверсный


Uк-э МЭТ »
0,1 В


Uа = Uб-к VT1 о + Uб-эVT2 о – Uк-эVT1 » 1,5 В


VT2, R2 реализуют “НЕ”. Принцип такой же, как в ДТЛ (VT2 открыт, насыщен. Rвых мало (» 5..40 Ом) Þ  Uy = U0 » 0,2В


2 случай


Ux1 = 0,2В    Ux2 = 4В


(Up – Un)VT1 x1 = UИП – Ux1 =5 – 0,2 = 4,8В


Открыт, т.о. Ua = Uб-эVT1 x1 откр.
+ Ux1 = 0,8 + 0,2 = 1В


Для того, чтобы
открыть VT1б-к и VT2э-б
требуется


VT2 закрыт.


МЭТ находится в
открытом  и насыщенном состоянии. Режим активный и насыщенный.


ЛЭ
ТТЛ-типа серии К155


1.  
Краз мало в ТТЛ с простым инвертором


2.  
Rвых » Rк VT


Для устранения недостатка
применяют ТТЛ со сложным инвертором.



Рис.4 ЛЭ
ТТЛ-типа со сложным инвертором.


Состав схемы

1.  
На VT1 МЭТ и R1 собран
коньюнктор .


2.  
Сложный инвертор (VT2-VT5, R2-R5).


3.  
Демпфирующий диод VD3.


Сложный инвертор включает в себя:


1.  
VT2 c R2, R3, R4, VT5. С одной стороны
фазоразделительный каскад с корректирующей цепочкой VT5, R3,
R4.


2.  
Выходной каскад (VT3, VT4, VD3, R5).


a)   Эмиттерный
повторитель на VT3 (ЭП).


b)   Инвертор
на VT4.


Назначение
VD1,
VD2.


Это так
называемые демпфирующие диоды — для шунтирования (на корпус) сигнала
отрицательной полярности с уровнем более 0,6В. При положительной логике уровни
сигналови  при UИП
= +5В.


1.   Входные
цепи имеют паразитное С и паразитное L.


2.   Наводки
(наведённые статические помехи).


Первые создает
колебательный контур (к/к)



Рис. 5


В момент окончания сигнала (Ua – Uk)VD1,2 = 0 – (-0,8) = 0,8В > UVD3 = 0,6В


Þ
VD1 открыт и Þ
RVD О = Rпр = 5..20 Ом и устраняется отрицательная полярность в помехе.
Положительная помеха влияния не оказывает вследствие своей малости.


МЭТ


VT1, R1 предназначены
для реализации операции “И”. Он представляет собой диодную сборку. Сравним с
ДТЛ


1.   
(б–э)х1    ® VD1 (ДТЛ).


(б–э)х2
   ® VD2 (ДТЛ).


(б–к)VT1  ® VD3 (диод
смещения ДТЛ)


2.   
Выполняет операцию усиления.


3.   
При закрывании VT2 c области базы (p) осуществляется рассасывание
неосновных носителей Þ VT1 заменяет Rутечки,
включенную в цепь базы транзистора VT1 ДТЛ (R3).


Режим
работы транзистора VT1


1.   Режим
насыщения.


2.   Активный
инверсный.


1.    Происходит
в случае воздействия на вход сигнала низкого уровня. В этом случае б–э
смещаются в прямом направлении, R мало, транзистор
открыт и насыщен; б–к смещен в обратном направлении, но открыт.


2.    Если
на x1 и x2
подана “1”, то б–э смещены в обратном направлении, R велико,
а б–к смещен в прямом направлении (R мало).


Рассмотрим
назначение VT2


Если замкнуть R3
на корпус и сделать два разрыва (как показано на рис.4). VT2 предназначен
для управления  VT3  и  VT4. В
насыщенном состоянии ток  IэVT2=Iк+Iб (IнVT2 < IнVT4). Если в точке k «–», то в точке с «–».


VT3(ЭП)


ЭП имеет Rвых
малое при любой нагрузке в эмиттерной цепи. Rвых
при выключенном ЛЭ также мало. В случае воздействия на вход «0» закрывается VT3. Этим исключается возможность протекания сквозного тока
от источника питания через открытые VT3 и VT4. В случае открытого VT3 VD3 закрывается,
т.е. отсутствует недостаток простого инвертора, т.е. мощность потребления
меньше.


1 случай


U1 = U2 = U1 ® “1”


(б-э)VT1
смещены в обратном направлении.


(б-к)VT1
смещён в прямом направлении. Þ
VT1 работает в активном инверсном режиме. Потенциал т. а достаточен, чтобы
открыть переход (б-к)VT1, (б-э)VT2, (б-э)VT5 и (б-э)VT4.



При открытом p-n переходе



VT2 открыт и насыщен


Ток протекает
по цепи: «+»ИП ® R2 ® (к-э)VT2о.н. ® R3 ®VT5 ® корпус


                                                                                                     ÷ R4 ö


VT4 открывается
напряжением Uc. Оно создается после открытия
VT2 и VT5 током эмиттера VT2.


Корректирующая
цепочка предназначена для защиты от статических помех (для увеличения ) по сравнению с ЛЭ без
корректирующей цепочки за счет изменения формы. В интересах повышения
помехоустойчивости используется VT2 (это VD4 в схеме
ДТЛ)


(б-э)VT1
® VD4 ДТЛ


(б-э)VT2
® VD3
ДТЛ


Uколлектора насыщения VT4=0,1В


2 случай


Если на один из
входо

в подать уровень напряжения, соответствующим логическому «0», то через
переход (б-э)VT1 ток протечет по цепи: «+»ИП ® R1 ® (б-э)VT2
® X1 ® корпус


Ua = U(б-э)откр.VT1 + UX1
= 0,8 + 0,2 = 1В


Uk = Ua – U(к-э)VT1
­= 1 – 0,1 = 0,9В


VT2-VT4 –
закрыты


При VT2  закрытом
 Uб  »  UИП  =  5В.  VT3, VD3 открыты, Þ Uy = UИП – U(б-э)VT3 – UVD3о = = 5–1,6 = 3,4В


Параметры
ТТЛ со сложным инвертором


Основным параметром в статическом
режиме является , , Рпот.ср. (средняя
потребляемая мощность).


 на
VT3 мало Þ Kраз
высок!



Рис. 6




при X2






ЛЭ включен, т.е. VT2 и VT4 открыты и насыщены. VT3 и VD3 закрыты.


При Uвых
= U0 Þ




ЛЭ
ТТЛ-типа с открытым коллектором


Применение:  в случае
включения в выходной каскад таких компонентов, как реле, светодиод,
трансформатор и т.д. и в случае включения резистора в коллекторную цепь с
подачей более высокого напряжения питания (до 30В).



Рис.7


ЛЭ
ТТЛ-типа с 3-мя состояниями выхода


Roff — высокое выходное сопротивление



Рис.8


Фрагмент таблицы истинности:


>


















X1 X2 X3 Y
1 1 1

Roff


0 1 0 1

Состав схемы:


1.  
Коньюнктор (VT1, R1). В точке 1 .


2.  
Сложный инвертор с корректирующей цепочкой: фазоразделительный каскад,
корректирующая цепочка, ЭП.


Кроме этих компонентов в схему
включены VT6, R6, R7. Коллекторная цепь VT6 включена в коллекторную цепь VT2 в
точке а. Это необходимо для реализации третьего состояния схемы.
Рассмотрим принцип работы с использованием таблицы истинности. Пусть на входах
высокий уровень (1 поз. таблицы). В этом случае VT6 открыт и насыщен. Сопротивление VT6
мало (составляет rвых VT6
= rн =5..20 Ом). Из этого
следует, что U(к-э)нVT6 @ 0,2В. Þ Ua = 0,2В.
Определим, какое U в т.1 Uк
= UбVT2. VT1 – активный инверсный режим. U1 >
Ua Þ VT2 – активный инверсный режим. Ток течет по цепи:


«+»ИП ® R1 ® б-к VT1® б-к VT2 ® к-э VT6 ® корпус ® «–»ИП.


U1 =
U(б-к)оVT2 + U(к-э)насVT6 = 1В


В этом случае закрыт VT5. Дальше цитата Тимошенко В.С.: «А в каком же состоянии VT4 и VD1? Да они же закрыты!!!». Þ на выходе высокое сопротивление Roff.


 


2 позиция таблицы. VT6 закрыт, Rк-э высокое.


Вывод: в случае подачи на вход X3 U0 при положительной логике VT6
закрыт и схема ЛЭ может иметь 2 состояния – включенное и выключенное.


Базовые
ЛЭ ЭСЛ-типа 500-ой серии.


 


Достоинства: ЛЭ ЭСЛ-типа
применяются в быстродействующих устройствах, т.к. она (ЭСЛ) имеет малое tздр (время задержки). Это обусловлено:


      (1), где Uл – логический перепад. (Примечание. Для ТТЛ с
простым инвертором )


Если в (1) при Cн
= const уменьшить Uл,
то tздр уменьшается.


ЛЭ ЭСЛ имеет малый уровень
логического перепада, дост. Большой ток зарада Cпар,
Þ длительность положительного
перепада схемы мала. Рассмотрим состав, принцип работы и назначение элементов
схемы. При положительной логике U1 = – 0,9В,
U0 = – 1,7В, опорное напряжение .


«ИЛИ–ИЛИ–НЕ»



Рис.9


1.  
Токовый переключатель.


2.  
Источник опорного напряжения.


3.  
Эмиттерные повторители.


1.  
VT1, VT2 – левое плечо
дифференциального усилителя.


      R1, R2, R5


      R3, R4 – сопротивления
утечки.


      На б VT1 и VT2 подаются входные сигналы.


      На б VT3 поступает опорное напряжение  –1,3В.


      Uл
= U1 – U0 = 0,8В


2.  
Делитель R7R8, диоды VD1
и VD2, ЭП VT4R6, VT3.


3.   VT5R9 (R9 и R10 в схему ЛЭ в интегральном
исполнении не входят).


      VT6R10


      U(б-э)оVT5,6 = 0,8В


Работа


X1 = X2 = 0


U1 =
– 0,9В


U0 =
– 1,7В


Uоп = –1,3В


VT1 и VT2 закрыты. Iк1,2 = 0. VT3 открыт. При этом Uc=–(Uоп)
+ (–U(б-э)VT3) = (–1,3) + (–0,75) = = –2,05В


Что с VT3?
Проверим: (Uб – Uэ)VT3 = (–1,3) –
(–2,05) = 0,75 — он открыт.


(Uб
– Uэ)VT1,2 = (–U0) – (–Uc) = (–1,7) – (–2,05) = 0,35В
< Uэз
= 0,6В Þ VT1,2 – закрыты.


Т.к. через R1
при закрытых VT1 и VT2
протекает ток IбVT5 (ЭП) по цепи:


«+»ИП ® R1 ® б-э VT5® R9
® «–»ИП



Режим работы VT5
подобран так, что он всегда открыт и через него течет ток:


«+»ИП ® R1 ® к-э VT5 ® R9
® «–»ИП


Uб-эVT5o = –0,8В


Uy1 = (Ua + Uб-эVT5) = (–0,1) + (–0,8) = –0,9В ® U1 = – 0,9В


Uc =
Uб-эVT3o +
Uоп = (–0,75) + (–1,3) = –2,05В


через R2
протекает ток IкVT3, IбVT6.  Т.о.
создается напряжение Uб = (IкVT3 + IбVT6) R2 = –0,9В


Uy2 =
Uб + Uб-эVT6o = (–0,9) + (–0,8) = –1,7В


  
ИЛИ–НЕ В этом случае y2 = «0»


   ИЛИ                                       y1 = «1»


X1 = X2 = 1


В этом случае VT1,2
открыты, но ненасыщены Þ
отсутствует избыточность зарядов в цепи базы Þ
tздр мало.


VT3 закрыт


Uc =
UX1,2 + Uб-эVT1,2o
= (–0,9) + (–0,75) = –1,65В. Через R2 протекает только Iб.


y1 = «0»


y2  = «1»


Источник опорного напряжения
предназначен для создания стабильного напряжения (–1,3В). Включаются R7, R8.


Т.к. температура изменяется, то
требуется температурная компенсация VD1,2, VT4, R6


VD1,2 — для
термокомпенсации (для обеспечения пропорционального изменения тока делителя). В
точке d в зависимости от toC
меняется потенциал.


 


Работа
источника опорного напряжения (ИОН).


Если соединить базу VT3 с точкой d и убрать VD1,2 (закоротить), т.е. исключить VT4 (ЭП)
и R6, чтобы мы имели .


Когда VT3
открыт, то имеем недостаток: через R7 кроме Iдел протекает IбVT7 Þ


(Iдел
+ IбVT3)
R7 = , IбVT3 = I ( to )



Как видно, постоянство опорного
напряжения на базе VT3 не обеспечивается. Для
ликвидации этого недостатка вкл. VT4R6. Тогда через
делитель R7R8 всегда протекает ток равный Iдел + IбVT4. Но и в этом случае не
обеспечивается стабильность напряжения, т.к. IбVT4 = I ( to
). Существует необходимость ввести диоды VD1,2,
в которых R меняется в зависимости от изменения to Þ изменяется ток Iдел.
Этим компенсируется изменение токов IбVT4 и IбVT3 от температуры и обеспечивается температурная
стабилизация.


Определим потенциал т. d.


Т.к. UбVT3 = Ud + Uб-эVT4, то


Ud  =  –Uб-эVT4 + UбVT3 = –(Uоп) – (–Uб-эVT4) = –1,3 – (–0,75) = –0,55В


                                      ÷Uоп

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Схема сопряжения датчика с ISA

Слов:2018
Символов:17084
Размер:33.37 Кб.