CIRCUITE BASCULANTE BISTABILE CU TRANZISTOARE

CIRCUITE BASCULANTE BISTABILE CU TRANZISTOARE

Scopul lucrarii

In aceasta lucrare se analizeaza func_ionarea in regim static _i dinamic a unui circuit basculant bistabil ( CBB ) cu tranzistoare npn. Se stabilesc rela_ii pentru tensiunile din bazele _i colectoarele tranzistoarelor, urmand ca valorile ob_inute sa fie verificate prin masuratori. Se exemplifica diverse modalita_i de comanda a CBB.

Considera_ii teoretice

Un CBB este un circuit caracterizat de doua stari stabile. In lipsa unei comenzi exterioare, circuitul poate ramane in oricare din cele doua stari un timp nedefinit. Func_ionarea circuitului basculant bistabil consta in comutarea dintr‑o stare in alta ca urmare a ac_iunii unui semnal exterior.

Regimul static al CBB‑ului cu tranzistoare

Schema electrica a unui CBB cu tranzistoare este data in figura 1. Daca schema este dimensionata corect, unul din tranzistoare este blocat, iar celalalt saturat. Sa consideram ca tranzistorul T1 este blocat, iar T₂ este saturat. Pentru tranzistorul blocat vom neglija curentul rezidual al jonc_iunii BC (I_co). In aceste ipoteze, circula_ia curen_ilor este cea indicata in figura 1.

Se poate scrie:

de unde rezulta rela_ia:

Pentru calculul curentului I_C2 vom scrie:

_i deci:

Pentru a asigura saturarea tranzistorului T₂, acesta trebuie sa aiba un factor de amplificare b suficient de mare pentru a verifica inegalitatea:

Tensiunea in baza tranzistorului T₁ este data de divizorul rezistiv format de R _i r intre V_CEs _i E_B _i se calculeaza cu rela_ia:

Pentru a asigura blocarea lui T₁ trebuie ca V_BE1 = V_B1 < 0. Tensiunea in colectorul lui T₁ se poate calcula analog:

Deoarece V_C1 >0 iar V_B1 < 0 rezulta V_BC1 = V_B1‑V_C1 < 0 _i deci condi_iile de blocare pentru T₁ (V_BE1 < 0 _i V_BC1 < 0) sunt indeplinite.

Schema de comanda a CBB simetrice

Dupa cum se _tie, CBB cu tranzistoare pot fi comandate pentru a trece dintr‑o stare stabila in alta stare stabila pe o cale comuna (pe baze sau colectoare) sau pe cai separate (pe baze sau colectoare). In figura 2.a. se indica o modalitate de comada in colectoare, rezultand un CBB de tip JK.

In ipoteza T₁ blocat _i T₂ saturat, schema poate fi basculata in starea opusa daca la intrarea J corespunzatoare tranzistorului blocat se aplica un impuls dreptunghiular. Intr‑adevar, la ie_irea circuitului RC trece‑sus format din R_d _i C_d (cu constanta de timp =R_dC_d mai mica decat palierul pozitiv al impulsului dreptunghiular) se ob_in impulsuri scurte care ajung in colectorul tranzistorului T₁. Impulsurile pozitive (vezi figura 2.b) nu influen_eaza CBB‑ul, datorita diodei de separare D₁. In schimb cele negative determina scaderea tensiunii in colectorul lui T₁ _i prin divizorul rezistiv format de R _i r scaderea tensiunii _i deci a curentului in baza tranzistorului T₂, determandu‑l sa iasa din satura_ie. Ca urmare, curentul de colector al lui T₂ scade _i tensiunea sa colector‑emitor cre_te. Aceasta varia_ie duce la cre_terea tensiunii baza‑emitor a tranzistorului T₁, tensiune care determina intrarea sa in conduc_ie. Curentul care incepe sa circule prin T₁ (I_C1) detertmina la randul sau o scadere a tensiunii colector‑emitor. Daca amplificarea in bucla de reac_ie pozitiva descrisa mai sus este supraunitara, atunci acest proces se dezvolta in avalan_a, ducand in final circuitul in starea opusa cu T₁ saturat _i T₂ blocat.

Daca se dore_te rebascularea schemei trebuie sa se aplice impulsuri la intrarea K. Daca se aplica impulsuri simultane pe intrarile J _i K, circuitul va bascula pe fiecare front negativ al semnalului de intrare, devenind practic un CBB de tip T (vezi figura 3)

Formele de unda care descriu func_ionarea CBB‑ului de tip T sunt prezentate in figura 4.

Tensiunea V_c in punctul de comanda C este reprezentata in figura 4.b. Se observa impulsurile de amplitudine A a caror componenta continua este E_c. Valoarea V_C1 din figurile 4.c _i 4.d este cea calculata cu rela_ia (6), iar valoarea V_B1 din figurile 4.e _i 4.f este cea calculata cu rela_ia (5)

Modul de lucru

Se realizeaza circuitul din figura 1 pentru R_c=1,8KW, R=8,2KW, r=3,3KW, T₁ _i T₂ de tip EFT 373 U (de germaniu, cu 50 < < 60), E_c=+5V, E_b= ‑ 1V. Considerand pentru tranzistoare V_BEs = 0,18V , V_CEs=75mV, cu rela_iile (5) _i (6) se calculeaza V_B1 _i V_C1. Se verifica condi_iile de blocare (V_BE1=V_B1<0, V_BC1=V_C1<0) pentru tranzistorul T₁. Cu ajutorul rela_iilor (2) _i (3) se calculeaza I_B1, respectiv I_C2 _i se verifica condi_ia de satura_ie (4) pentru T₁.

Dupa alimentarea montajului, cu voltmetrul pe scara de 10V, se masoara tensiunile in colectoarele celor doua tranzistoare, identificind tranzistorul blocat. Se masoara V_C1 in colectorul acestuia (pe scara de 10V, apoi se trece voltmetrul pe scara de 1V _i se masoara V_C2 _i V_B2 pentru tranzistorul saturat. Pentru a masura V_B1 < 0 se inverseaza bornele voltmetrului (borna '+' la masa _i borna '‑' in baza lui T₁).

Cu un fir legat cu un capat la masa se atinge colectorul tranzistorului blocat. Se constata bascularea schemei. Se repeta apoi masuratorile de la punctul 3.2. Datele se trec in tabelul 1.

Tabelul 1

Se completeaza circuitul realizat ini_ial astfel incat sa se ob_ina schema electrica din figura 5. Se aplica la intrarea circuitului de diferen_iere realizat cu R_d=3,3K _i C_d=6,2nF impulsuri dreptunghiulare de amplitudine A=3Vvv _i frecven_a f=1KHz. Cu un fir legat la anodul diodei se atinge colectorul tranzistorului blocat. Se observa bascularea schemei. Se repeta opera_ia pentru celalalt tranzistor.

Se realizeaza circuitul din figura 3 pentru R_d=3,3K , C_d=6,2nF , D₁ _i D₂ de tip EFD 105 (diode punctiforme, de gerrmaniu), celelalte valori fiind cele din figura 5. Aplicand la intrarea circuitului impulsuri dreptunghiulare de amplitudine A=3Vvv _i frecventa f=1KHz se vizualizeaza formele de unda din figura 4. Pentru ca semnalele sa apara corelate in timp se recomanda sincronizarea exterioara a osciloscopului cu semnalul de intrare. In acest scop se trece comutatorul de sincronizare a osciloscopului pe pozi_ia EXT _i cu un fir se aplica semnalul de intrare la borna de sincronizare exterioara. Se trece comutatorul de sincronizare (+ ‑) pe pozi_ia '‑', astfel incat declan_area bazei de timp a osciloscopului sa fie provocata de tranzi_ia negativa a semnalului de intrare. Cele _ase forme de unda vizualizate (cele din figura 4) se trec pe caiete corelate in timp. Daca osciloscopul nu permite sincronizarea exterioara, pentru a conserva totu_i corelarea in timp a semnalelor se va alege factorul de umplere al impulsurilor aplicate la intrare q = t/T 1/2 (vezi figura 4.a) de exemplu q = 1/3.

Se scade treptat amplitudinea impulsurilor de la intrare pana cand schema nu mai basculeaza. Se noteaza in acest caz amplitudinea minima A_min1 la care schema mai basculeaza. Se desfac condensatoarele de accelerare C=1nF. Din nou se determina amplitudinea minima A_min2 la care schema mai basculeaza. Se compara A_min1 _i A_min2.