Импульсные свойства транзисторов важны для работы в цифровых и импульсных устройствах.
При работе транзистора в импульсных схемах различают режимы малого и большого сигнала. При малом сигнале транзистор работает в активном режиме как усилитель. При большом сигнале переходит скачком из режима отсечки в режим насыщения и обратно, т.е. выполняет функции электрического ключа (ключевой режим).
Скорость перехода транзистора из режима отсечки в режим насыщения и обратно зависит от скорости накопления и рассасывания неравновесных зарядов в базе, т.е. заряда и разряда диффузной емкости эмиттерного перехода.
t2 - t1 - время задержки коллекторного тока (мало);
t3 - t1 - время установления;
t5 - t4 - время задержки выключения;
t8 - t4 - время рассасывания заряда;
t3 - t2 - длительность переднего фронта импульса коллекторного тока;
t8 - t2 - длительность заднего фронта импульса коллекторного тока.
Наилучшие параметры в режиме переключения имеют транзисторы, выполненные по планарной технологии.
Кроме того, широко используются сплавные и диффузионно-сплавные. Например транзистор 1Т308А имеет время включения 0,1...0,25 мкс, время выключения 1...1,3 мкс. Недостаток - низкое пробивное напряжение эмиттерного перехода.
Рис. 7. Процесс переключения транзистора
Параметры транзистора в режиме большого сигнала. Для характеристики работы транзистора в режиме большого сигнала используются специальные параметры:
- интегральный (статический) коэффициент усиления по току
(вместо малосигнального h21);
- статическая крутизна характеристики прямой передачи
(в схеме ОБ); 
(в схеме ОЭ);
- напряжение UК нас между коллектором и эмиттером в режиме насыщения;
- напряжение UБ нас между базой и эмиттером в режиме насыщения;
- время рассасывания tр, определяемое как интервал времени, в течение которого после подачи запирающего импульса напряжение на коллекторе падает до величины 0,1.
Автоколебательный мультивибратор.
Мультивибратор — релаксационный генератор электрических колебаний прямоугольного типа с крутыми фронтами. Термин предложен голландским физиком ван дер Полем, так как в спектре мультивибратора присутствует множество гармоник — в отличие от генератора синусоидальных колебаний («моновибратора»).
Схема автоколебательного мультивибратора приведена на рис.33а. Он состоит из инвертирующего триггера Шмитта, охваченного отрицательной обратной связью с помощью интегрирующей RC-цепочки.
Рис. 33. Схема мультивибратора (а) и временнaя диаграмма его работы (б)
Когда напряжение uc достигает порога срабатывания триггера Шмитта, схема переключается и ее выходное напряжение скачком принимает противоположное значение. При этом конденсатор начинает перезаряжаться в противоположном направлении, пока его напряжение не достигнет другого порога срабатывания. Схема переключается в первоначальное состояние (рис. 33б).
Анализ схемы мультивибратора позволяет записать дифференциальное уравнение:
При начальных условиях uc(0) = –Uп решение этого уравнения имеет вид:
Значение напряжения, равное порогу срабатывания триггера Шмитта (условие uc(t)=Uп), будет достигнуто спустя время
t1 = RCln[1 + 2R1/R2].
Период колебаний мультивибратора, таким образом, равенT = 2t1 = 2RCln[1 + 2R1/R2]. (39)
Как видно из последней формулы, период колебаний мультивибратора не зависит от напряжения Uм, которое, в свою очередь определяется напряжением питания Uпит. Поэтому частота колебаний мультивибратора на ОУ мало зависит от питающего напряжения.
Ждущий мультивибратор (одновибратор)
Обычное назначение ждущего мультивибратора – получение одиночного импульса заданной длительности. Отсчет длительности импульса начинается от фронта (или уровня) специального запускающего импульса. Для того, чтобы перейти от схемы автоколебательного к схеме ждущего мультивибратора, необходимо ввести дополнительно цепь запуска и цепь “торможения”. Схема одновибратора приведена на рис. 34а.
Рис. 34. Схема одновибратора (а) и временнaя диаграмма его работы (б)
Если выходное напряжение ОУ отрицательное максимальное, то диод VD1 открыт, и напряжение на времязадающем конденсаторе uc небольшое отрицательное, равное примерно 0,5 В. При правильном выборе параметров схемы напряжение на неинвертирующем входе ОУ
5
поэтому при отсутствии запускающего импульса Uзап схема находится в устойчивом состоянии. По приходе положительного запускающего импульса достаточной амплитуды операционный усилитель за счет положительной обратной связи переключается в такое состояние, при котором его выходное напряжение равно +Uм. Диод VD2 закрывается и на р-входе ОУ устанавливается напряжение Uп, определяемое выражением (37). К времязадающей цепи RC теперь приложено напряжение +Uм, под действием которого закрывается диод VD2 и начинается заряд конденсатора С. Когда, спустя время t1, напряжение uc достигнет порога Uп, операционный усилитель переключится и вернется в первоначальное состояние. Конденсатор С начнет разряжаться и, спустя промежуток времени tр, называемый временем релаксации, напряжение uc станет отрицательным, диод VD1 откроется и цикл закончится.
Процессы в схеме описываются тем же уравнением (38), но начальное условие иное, и его решение для одновибратора имеет вид:
uc(t) = UM - (UM + UД)e-t/RC,
где UД – падение напряжения на открытом диоде VD1. Отсюда по условию uc(t1) = Uп найдем длительность импульса одновибратора:
t1 = RCln{[1 + (R1/R2)][1 + (UД/UМ)]}.
Из последнего выражения видно, что длительность импульса одновибратора зависит от выходного напряжения насыщения ОУ, которое, в свою очередь определяется напряжением питания. Другим недостатком рассмотренной схемы является значительное время релаксации, в течение которого на одновибратор нельзя подавать запускающий импульс (иначе будет сокращена длительность выходного импульса). Эти недостатки отсутствуют у одновибратора, выполненного на специализированных ИМС, называемых аналоговыми таймерами.
28.
Т - триггер называют часто счетным триггером
Состояние его выхода меняется на противоположное при поступлении на вход счетного сигнала Т=1 и сохраняется неизменным при Т=0.
Из таблицы состояний для JK - триггера видно, что при J=K=1 состояние JK - триггера, синхронизируемого фронтом будет изменяться на противоположное (Qn+1=-Q-n) при поступлении каждого синхроимпульса. Таким образом JK - триггер в этом случае функционирует как Т - триггер при подаче счетного сигнала Т на вход синхронизации. Схемно это можно представить так:
Функцию Т-триггера может выполнять D - триггер если соединить вход D с инверсным выходом:
Cчетчик импульсов предназначен для подсчета количества импульсов, поступающих с измерительных датчиков на счетные входы (или один счетный вход) счетчика импульсов и пересчета их в требуемые физические единицы измерения путем умножения на заданный множитель (например, в метры, литры, штуки, килограммы и т. д.); подсчета суммарной выработки за смену, сутки, неделю, месяц и т. д.; управления исполнительными механизмами одним или несколькими дискретными выходами (чаще всего, в счетчиках импульсов в качестве дискретного выхода используется реле или оптопара).
Как правило, в качестве датчика применяется механический прерыватель или индуктивный датчик (бесконтактный датчик) или энкодер.
Кроме того, счётчики импульсов классифицируют по направлению счета (режиму работы):
суммирующие счетчики импульсов;
вычитающие счетчики импульсов;
реверсивные счетчики импульсов.
Импульсы от энкодера с определением направления вращения
Реверсивные счетчики импульсов чаще всего используются при работе с 2-х канальными энкодерами или с двумя индуктивными датчиками, при этом:
автоматически счетчиком импульсов определяется направление вращения энкодера;
происходит увеличение в 4 раза разрешающей способности энкодера, то есть 1 полный импульс c энкодера счетчик импульсов превращает в 4 инкремента (см. рис. поясняющий работу счетчика импульсов в реверсивном режиме).