Elektronika

Maturitní otázky

KLOPNÉ OBVODY – TRANZISTOR VE SPÍNACÍM REŽIMU

50.Klopné obvody – tranzistor ve spínacím režimu

BISTABILNÍ A MONOSTABILNÍ KLOPNÉ OBVODY

Bistabilní klopný obvod je takový elektronický obvod, který má dvě klidové polohy, v každé z nich může setrvat libovolně dlouhou dobu, vnějším impulsem lze klopný obvod překlopit z jedné do druhé stabilní polohy.

Bistabilní klopný obvod

Po připojení ke zdroji napájecího napětí se obvod ustálí tak, že jeden tranzistor bude otevřen a druhý zahrazen(náhodně). Zavedeme-li v libovolném čase do báze otevřeného tranzistoru záporný impuls, začne se tento tranzistor zavírat, jeho kolektorové napětí roste, tento vzrůst se přenese na bázi druhého tranzistoru, ten se otevírá, děj probíhá lavinovitě, až se původně zahrazený tranzistor úplně otevře a původně otevřený tranzistor úplně zahradí.. Tím skončí překlápění a obvod setrvává v tomto stabilním stavu až do příchodu dalšího spouštěcího impulsu. Spouštět lze i zavedením kladného impulsu do báze zahrazeného tranzistoru. Spouštěcí impuls je vždy třeba přivést přes omezovací rezistor, nikdy nesmí být přiloženo plné napětí, aby nedošlo k destrukci tranzistoru.

Pro urychlení překlápění se můžeme setkat se zapojením tzv. urychlovacích kondenzátorů C₁ a C₂ o relativně malé kapacitě. Tyto kondenzátory mají za úkol vázat na sebe náboj otevřeného přechodu B-E v okamžiku přechodu tranzistoru z vodivého do zahrazeného stavu.

Bistabilní klopný obvod lze spouštět buď: nesouměrně, tzn. že spouštěcí impulsy budeme přivádět střídavě na oba vstupy, nebo souměrně, tzn. že spouštěcí impulsy přivádíme na jeden společný vstup přes hradlo. V případě souměrného spouštění dělí obvod kmitočet vstupního signálu na jeho polovinu. V hudbě to znamená snížení tónu o 1 oktávu. Lze ho tedy v tomto zapojení použít jako děličku dvěma.

Symetrické(souměrné) spouštění bistabilního klopného obvodu pomocí derivačního článku a diodového hradla

Monostabilní klopný obvod má jeden stabilní stav, v němž může setrvat libovolně dlouho, spouštěcím impulsem ho lze vychýlit do kvazistabilního stavu, v němž setrvá po určitou dobu (doba kyvu) a poté se vrátí zpět do stabilního stavu.

Monostabilní klopný obvod

V klidové poloze bude tranzistor T₁ zahrazen a tranzistor T₂ otevřen. V tomto stavu se bude kondenzátor C₂ nabíjet na naznačenou polaritu. Pokud přivedeme kladný impuls do báze zahrazeného tranzistoru T₁ nebo záporný impuls do báze otevřeného tranzistoru T₂, obvod se překlopí a kondenzátor C se bude přes odpor R_B2 a otevřený T₁ vybíjet. Bude se vybíjet k nule a pak na opačnou polaritu než je naznačeno. V okamžiku, kdy napětí na kondenzátoru dosáhne prahového napětí B-E T₂, T₂ se otevře, jeho kolektorové napětí klesne na nulu, tato záporná změna se přenese do báze T₁, T₁ se zahradí a obvod se dostane do výchozí klidové polohy. V ní bude vyčkávat příchodu dalšího spouštěcího impulsu.

I zde se setkáváme se zapojením urychlovacího kondenzátoru C₁ analogicky s bistabilním klopným obvodem.

U obou klopných obvodů je použito záporné napětí –U_p. Jedná se o přídržné napětí, které má za úkol zatlačit pracovní bod zahrazeného tranzistoru dovnitř oblasti zahrazení.

Tyto obvody lze také realizovat pomocí hradel, můžeme se setkat i s klopnými obvody v podobě monolitických integrovaných obvodů.

ASTABILNÍ KLOPNÉ OBVODY

nemají žádnou klidovou polohu, neustále kmitají, je to generátor obdélníkových průběhů.

Astabilní klopný obvod

Když bude tranzistor T₁ zahrazen a tranzistor T₂ otevřen. V tomto stavu se bude nabíjet kondenzátor C₂ v obvodu +U_cc – R_C1 – C₂ – T₂(B-E) – zem. Současně se bude vybíjet kondenzátor C₁ (nabitý v předchozím cyklu) v obvodu  +U_cc – R_B1 – C₁ – T₂(C-E) – zem. Bude se vybíjet k nule a pak na opačnou polaritu, než je naznačeno. V okamžiku, kdy napětí na něm dosáhne prahového napětí přechodu B-E T₁, T₁ se otevře, jeho kolektorové napětí klesne k nule, tato záporná změna se přenese přes C₂ na bázi T₂ a ten se uzavře. V tomto stavu se bude nabíjet kondenzátor C₁ v obvodu U_cc – R_C2 – C₁ – T₁(B-E) –zem. Současně se bude vybíjet kondenzátor C₂ v obvodu U_cc – R_B2 – C₂ – T₁(CE) – zem. Bude se vybíjet k nule a pak na opačnou polaritu, než je naznačeno. V okamžiku, kdy na něm napětí dosáhne prahové hodnoty přechodu B-E tranzistoru T₂, T₂ se otevře, jeho kolektorové napětí klesne k nule,tato záporná změna se přenese přes C₁ do báze T₁ a T₁ se zahradí. Tento děj se periodicky opakuje, než vypnou proud.

Vzhledem k tomu, že kondenzátor C₁, resp. C₂ je nabíjen vždy přes kolektorový rezistor, dochází k silnému zatížení výstupního obvodu a výstupní impuls je zkreslen. Abychom toto zkreslení odstranili, je třeba zajistit nabíjení kondenzátoru z jiného odporu než kolektorového.

                                   a)                                                                                                     b)

Zapojení k zabránění deformace výstupního impulsu

Právě zapojení z obr. a s korekčními diodami se často používá. Kondenzátor se nabíjí přes odpor R₁, nabíjení přes R_C1 brání záporně polarizovaná dioda D₁. Pro vybíjení přes R_B2 a otevřený T₁ je dioda D₁ polarizovaná propustně.

 Astabilní klopný obvod lze rovněž realizovat zapojeními s hradly, setkat se můžeme i s realizací astabilního klopného obvodu jako monolitického integrovaného obvodu.

Schmittův KLOPNÝ OBVOD

                Obvod má dva stabilní stavy, které se skokem mění při průchodu vstupního signálu nastavenou napěťovou úrovní na vstupu. Je možno tak z analogového signálu, získat signál logický. Má emitorovou vazbu. Průběh se mění skokem.

U_cc = 9V; u₂ = 5V; U_E =  = 3 V

NPN tranzistory KSY 71

Z grafů odečteme: I_c2sat = 8,4mA; U_ce2sat = 0,95V; I_b2sat = 0,125mA;U_BE2sat = 1,24V

proud děličem volíme I_d = 0,3mA

pro 1. stabilní stav platí:

odpor R₁₂ lze určit, když zanedbáme R_C1

Odpor R_C1 zanedbáme Þ

pro zajištění hystereze volíme I_C1sat = 0,8I_C2sat = 0,8 . 0,0084 = 6,72mA