Радиоэлектроника

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.
[pic]
                  Рис.1
Для реализации операции  y=x1x2
[pic]
                  Рис.2
[pic]
                  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. [pic]
      3. [pic]
[pic]
1 случай
    x1=x2=1, т.е. Ux1=Ux2=U1 ( “1”
    МЭТ выполняет следующие функции:
    1. Операция “И” [pic]
    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, ( 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) (  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 [pic]
    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.
[pic]
                  Рис.4 ЛЭ ТТЛ-типа со сложным инвертором.

Состав схемы

    1. На VT1 МЭТ и R1 собран коньюнктор [pic].
    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).
         c) Эмиттерный повторитель на VT3 (ЭП).
         d) 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 сигналов[pic]и [pic] при UИП = +5В.
    1. Входные цепи имеют паразитное С и паразитное L.
    2. Наводки (наведённые статические помехи).
    Первые создает колебательный контур (к/к) [pic]
[pic]
                  Рис. 5
В момент окончания сигнала (Ua – Uk)VD1,2 = 0 – (-0,8) = 0,8В > UVD3 = 0,6В
( VD1 открыт и ( 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 ( 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.  (  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.
    [pic]
    При открытом p-n переходе [pic]
    [pic]
    VT2 открыт и насыщен
    Ток протекает по цепи: «+»ИП ( R2 ( (к-э)VT2о.н. ( R3 (VT5 ( корпус
      ( R4 (
    VT4 открывается напряжением Uc. Оно создается после открытия VT2 и  VT5
    током эмиттера VT2.
    Корректирующая цепочка предназначена для защиты  от  статических  помех
    (для увеличения [pic]) 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  входов  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, ( Uy =  UИП  –
    U(б-э)VT3 – UVD3о = = 5–1,6 = 3,4В

Параметры ТТЛ со сложным инвертором

Основным параметром в статическом режиме  является  [pic],  [pic],  Рпот.ср.
(средняя потребляемая мощность).
[pic] на VT3 мало ( Kраз высок!
[pic]
                  Рис. 6
[pic]
[pic]
при X2
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
ЛЭ включен, т.е. VT2 и VT4 открыты и насыщены. VT3 и VD3 закрыты.
При Uвых = U0 ([pic]
[pic]
[pic]

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).
[pic]
                  Рис.7

ЛЭ ТТЛ-типа с 3-мя состояниями выхода

Roff — высокое выходное сопротивление
[pic]
                  Рис.8
Фрагмент таблицы истинности:
|X1 |X2 |X3 |Y  |
|1  |1  |1  |Rof|
|   |   |   |f  |
|0  |1  |0  |1  |


Состав схемы:
1. Коньюнктор (VT1, R1). В точке 1 [pic].
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. ( Ua  =  0,2В.
Определим, какое U в т.1 Uк = UбVT2. VT1 – активный инверсный  режим.  U1  >
Ua ( 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!!!».  (  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:
       [pic]      (1), где Uл – логический перепад. (Примечание. Для  ТТЛ  с
простым инвертором [pic])
Если в (1) при Cн = const уменьшить Uл, то tздр уменьшается.
ЛЭ ЭСЛ имеет малый уровень логического перепада, дост.  Большой  ток  зарада
Cпар, ( длительность положительного перепада схемы мала. Рассмотрим  состав,
принцип работы и назначение элементов схемы. При положительной логике  U1  =
– 0,9В, U0 = – 1,7В, опорное напряжение [pic].
«ИЛИ–ИЛИ–НЕ»
[pic]
                  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 (
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
[pic]
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
[pic]   ИЛИ–НЕ В этом случае      y2 = «0»
[pic]   ИЛИ y1 = «1»
X1 = X2 = 1
В этом случае VT1,2 открыты, но ненасыщены ( отсутствует избыточность
зарядов в цепи базы ( 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 [pic].
Когда VT3 открыт, то имеем недостаток: через R7 кроме Iдел протекает IбVT7
(
(Iдел + IбVT3) R7 = [pic], IбVT3 = I ( to )
[pic]
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 ( 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



смотреть на рефераты похожие на "Схема сопряжения датчика с ISA"