Активному двухполюснику

При наличии на входах х\— х3 сигнала 0 все активные транзисторы схемы закрыты и на выходе образуется высокий уровень напряжения, т. е. сигнал 1. Появление хотя бы на одном из входов сигнала 1, например на входе х\, приводит к открытию соответствующего активного транзистора Т1. благодаря чему на выходе схемы будет иметь место низкий уровень напряжения — сигнал 0. Как видно из диаграммы напряжений ( 113, б), сигнал 1 на выходе схемы появится только при наличии сигнала О на всех входах х\ — х3 (интервалы времени t2 — t3; *5 — ^

Если на входе инвертора напряжение низкого уровня U° < Unop
На 8.2, а приведена передаточная характеристика инвертора. Графический метод ее построения и форму можно пояснить с помощью 8.2, б. На нем сплошными линиями показаны стоковые характеристики активного транзистора при разных входных напряжениях: tfBxr, > U вх4 > ••• > tf вх! > tfnop а- Штриховой линией показана характеристика пассивного транзистора. Она развернута в обратную сторону: при высоких напряжениях, удовлетворяющих условию tf,,.ni— tfси„ас.п< 1/„ых< tfii.m, получается крутой участок, а

Переходные процессы. Пусть на вход поступает прямоугольный импульс напряжения и инвертор переключается из закрытого состояния в открытое. Приближенно можно считать, что транзистор VTa включается мгновенно, т. е. ток через него скачком возрастает от нуля до тока насыщения. Переходной процесс представляет собой разряд нагрузочной емкости через активный транзистор ( 8.6). Ток разряда, равный разности токов активного /а и пассивного /п транзисторов, убывает, как показано стрелками на ВАХ ( 8.7), причем в начальный момент /разр =:= ^са,нас, где /с.нас—ток насыщения активного транзистора (точка С), а в конце процесса /ра3р -*" О (точка D).

Когда входной импульс кончается, инвертор переключается из открытого состояния в закрытое. Считая приближенно, что ток активного транзистора прекращается мгновенно, получаем, что нагрузочная емкость заряжается током пассивного транзистора ( 8.8), изменяющимся в соответствии с ВАХ по мере роста выходного напряжения, как показано на 8.7, причем в начальный момент (точка

Как видно из (8.5) и (8.7), для уменьшения средней задержки и работы переключения надо снижать напряжение питания. Минимально допустимое значение ?/„.п1 — 2...3 В определяется двумя факторами. Во-первых, при малых напряжениях значительно уменьшается помехоустойчивость 1/„. Во-вторых, нарушается условие /са.нас ~2> /сп (0) и вытекающее из него неравенство f0-1 > /l-°, так что величина /'-0 дает ощутимы и вклад в среднюю задержку. Поскольку /'-0 увеличивается при уменьшении UИ.П1, то, начиная с некоторого момента, дальнейшее снижение напряжения питания приведет не к уменьшению, а к росту средней задержки и ухудшению быстродействия. Таким образом, существует оптимальное напряжение питания, обеспечивающее максимальное быстродействие и минимальную работу переключения. Оно пропорционально пороговому напряжению активного транзистора. Минимально допустимое значение t/n0p.a. ограниченное технологической точностью воспроизведения, около 0,5 В.

самого инвертора, равной емкости р-п перехода сток — подложка активного транзистора Ссп.а:

В отличие от инвертора в логическом элементе И-НЕ вместо одного включены последовательно т активных транзисторов, которые при той же структуре и напряжениях дают в т раз меньший ток. Поэтому ЛЭ имеет приблизительно те же характеристики и параметры, что и инвертор, если ввести эффективную удельную крутизну активного транзистора /Са.Эф = KJm. Передаточная характеристика, напряжение 17е и помехоустойчивость ЛЭ определяются отношением /Сп/^Са.эф-

Если на одном из входов поддерживать напряжение С/°, а на другой подавать изменяющееся напряжение, то передаточная характеристика, напряжения U°, U1 и помехоустойчивость будут такими же, как у инвертора (при тех же KJKa и пороговых напряжениях транзисторов). 3hroT случай является худшим с точки зрения параметров. В другом возможном случае, когда напряжения на обоих входах изменяются" одновременно, напряжение ?/° уменьшается и помехоустойчивость увеличивается. Средняя задержка (в худшем случае) несколько больше, чем для инвертора. В нагрузочную емкость Сн вместо емкости сток— подложка одного активного транзистора теперь входит в т раз большая емкость параллельно включенных транзисторов. Однако она составляет обычно лишь малую часть общей емкости Са. Поэтому

Схема инвертора ( 8.21) содержит входной активный транзистор VTU (нормально закрытый) и нагрузочный пассивный транзистор VTn (нормально открытый). Нагрузкой служат несколько аналогичных инверторов, которые в статическом режиме могут быть заменены эквивалентной схемой, содержащей диод Шотки VD и резистор /?и, Диод соответствует переходу металл—пролупроводник между затвором и каналом входных транзисторов нагрузок, резистор #и учитывает сопротивления истока этих транзисторов. Типовые значения пороговых напряжений активного транзистора Unop.„ = 0,1...0,2 В, пассивного t/nop.n = —(0,2...0,4) В. Напряжение источника питания ^и.п — 1...2 В. Схемы инверторов на МЕП- и n-канальных МДП-транзисторах (см. 8.1) аналогичны, за исключением того, что при использовании МЕП-транзисторов, изготавливаемых на полуизолирующей подложке из арсенида галлия (см. гл. 5), не нужен второй источник питания.

Передаточная характеристика инвертора с нагрузкой показана на 8.22 ([/„.„ = 1 В, {/пор.а = 0,1 В, ^пор.п = —0,4 В, п = 1). На 8.23 представлены стоковые характеристики активного транзистора (/са) при t/зи = з= (7ВХ = I/1, пассивного (/Сп) и входная характеристика (/зн) нагрузочного инвертора. 8.21

Если приемник с сопротивлением нагрузки гн подключен к активному двухполюснику, то его ток определяется по методу эквивалентного источника:

Постояный электрический ток в цепи с нелинейным двухполюсником. Если нелинейный резистивный элемент с известной характеристикой I(U) подключен к линейному активному двухполюснику постоянного тока ( 5.6, а), то независимо от сложности линейного двухполюсника, согласно принципу эквивалентного генератора (см. § 1.4), он эквивалентен источнику с э.д.с. Еж = U* и входным сопротивлением Rm = t/x//K ( 5.6, б). Между напряжением V и током / нелинейного двухполюсника существует линейная зависимость: U = Езк — RSJ. Построение на одном графике характеристик линейного и нелинейного двухполюсника в точке их пересечения (точка А) позволяет найти ток (!А) и напряжение (l/л) нелинейного резистора ( 5.6, в).

Если приемник с сопротивлением нагрузки гн подключен к активному двухполюснику, то его ток определяется по методу эквивалентного источника:

Задача 2. Подключение конденсатора к активному двухполюснику с постоянным выходным напряжением.

входной сигнал с минимальными искажениями. Степень искажения сигнала в ИП в большой мере зависит от его входного и выходного сопротивлений. Покажем это на следующем примере. Пусть ИП с входным сопротивлением /?вх подключается к активному двухполюснику с выходным сопротивлением R и ЭДС е ( 6.6, а). До замыкания ключа напряжение на выходе активного двухполюсника равно ЭДС е, после замыкания ключа это напряжение уменьшится до значения

Если ток проходит через ветвь навстречу направлению э.д. с. ( 1-2,а), то э.д.с. «производит отрицательную работу», это значит, что фактически энергия поступает к активному двухполюснику из внешней цепи.

Если нагрузка R подключена к активному двухполюснику (см. 2.29, it), то через нее потечет ток/ = Uabx / (R-\-Rm) и в ней выделится мощность

Таким образом, чтобы выделить в нагрузке, присоединяемой к активному двухполюснику с входным сопротивлением Rm-\-]'Xm, максимально возможную мощность, необходимо выбрать следующие сопротивления нагрузки: Хя — — Xsx, RH = /?м.

синусоидального тока через индуктивную катушку. 6. Поясните процесс прохождения синусоидального тока через конденсатор. 7. Изложите основы символического метода расчета. На каком основании все методы расчета цепей постоянного тока применимы к цепям синусоидального тока? 8. Дайте определение векторной и топографической диаграммам. 9. Какому моменту времени соответствует положение векторов токов и напряжений на векторной диаграмме? 10. Как определить напряжение между двумя точками схемы по топографической диаграмме? 11. Физически интерпретируйте Р, Q, S. 12. Выразите комплексную мощность S через комплексы напряжения и тока. 13. Запишите условие резонансного режима двухполюсника. Постройте резонансные кривые для 3.26, а при изменении Хс и неизменных Е, R, L, (о. 14. Что понимают под добротностью индуктивной катушки, конденсатора и резонансного контура? Что физически характеризует каждая из них? 15.Дайте определение режиму резонанса токов и режиму резонанса напряжений. 16. Какие двухполюсники называют реактивными? 17. Как по виду частотной характеристики Х(ш) реактивного двухполюсника можно определить, какие и в каком количестве будут возникать в нем резонансные режимы при изменении ш? 18. Какой должна быть взята нагрузка, присоединяемая к активному двухполюснику, чтобы в ней выделялась максимальная мощность? 19. Дайте определение согласующего и идеального трансформаторов. 20. Как в расчете учитывают наличие магнитной связи между индуктивными катушками? 21. Какой смысл имеют вносимые сопротивления в трансформаторе? 22. Что понимают под развязыванием магнитно-связанных цепей? С какой целью его осуществляют? 23. Покажите на примере, как практически осуществить развязывание цепей, положив в основу принцип неизменности потокос-цепления каждого контура до и после развязывания. 24. Запишите выражение для комплексной мощности, переносимой магнитным путем из одной ветви в другую, с ней магнитно-связанную. 25. Сформулируйте теорему о балансе активных и реактивных мощностей. 26. Сформулируйте алгоритм преобразования-исходной схемы в дуальную. 27. Даны параметры схемы 3.47, а: ?,= 1 В; ?2=/ В; ?3=(1--/)В; y?,=(oL, = l Ом; /?2 = 1/шС2=2Ом; R3= 1 Ом. Определите комплексные значения токов в ветвях и показание ваттметра. Постройте топографическую диаграмму (считая заземленной точку О), совместив ее с векторной диаграммой токов. (Ответ: /, = 1,08е'65° А; /2= 0,632е/21'"ю' А; /3=0,715е/1902°" А; Ф^О.вЗе"'"2"40' В. Показание ваттметра 0,83- l,08cos(—97°40')= =—0,155 Вт. Топографическая диаграмма изображена на 3.47, б). 28. Выведите соотношения между модулями и аргументами комплексных сопротивлений Z, = г,е'ф!, Z2 = г2е'ф2, Z3 = 23е'фз, Z4 = 24e;lp4 мостовой схемы 3.47, в, служащей для измерения одного из сопротивлений по трем известным. Равновесие моста фиксируется по нулевому показанию вольтметра. (Ответ: 2/22 = Zo/z» и ф, _ ф2 = ф3 — ф4). 29. Решите задачи 5.1, 5.5, 5.9. 5.11, 5.14, 5.22, 5.34, 5.38, 5.44, 5.54.

Когда ток проходит через двухполюсник навстречу направлению его э. д. с., это значит, что к активному двухполюснику поступает энергия из внешней цепи. Такой процесс наблюдается, например, при зарядке аккумулятора. Таким образом, в подобных случаях активный двухполюсник оказывается фактически потребителем электрической энергии.

Отсюда следует, что, рассматривая генератор, эквивалентный данному активному двухполюснику, как генератор напряжения, э. д. с. этого генератора Е3 г необходимо выбрать равной напряжению между зажимами активного двухполюсника при отключенной нагрузке. В физическом двухполюснике, состоящем из генераторов и резисторов, это напряжение можно измерить с помощью вольтметра с относительно большим сопротивлением. В нарисованной схеме это напряжение следует подсчитать. В режиме короткого за-