Uniwersytet Śląski

Pracownia Elektroniczna

Instytut Fizyki

Sprawozdanie z laboratorium elektroniki

Ćwiczenie nr 5.

Temat:

Badanie przerzutnika Schmitta.

Damian Ukleja

Andrzej Wójcik

sekcja 5

1. Przerzutnik Schmitta.

Przerzutnik Schmitta jest to układ dwóch tranzystorów T₁, T₂, w których między kolektorem tranzystora T₁ a bazą T₂ wprowadzono sprzężenie przez oporowy dzielnik napięcia R₁R₂, drugim zaś elementem sprzężenia zwrotnego jest wspólny opornik emiterowy R_e. Stan początkowy układu przy zerowej wartości napięcia wejściowego jest taki, że przewodzi tranzystor T₂, zaś tranzystor T₁ jest zablokowany; wynika to ze sposobu polaryzowania baz tych tranzystorów, gdyż baza tranzystora T₁ jest ujemnie polaryzowana przez spadek napięcia na oporniku R_e, baza zaś tranzystora T₂ - dodatnio przez oporniki R₁, R₂. Wartość napięcia wyjściowego (napięcie kolektorowe tranzystora T₂) jest w stanie spoczynkowym mała, gdyż tranzystor ten pracuje w stanie nasycenia, a spadek napięcia na oprniku jest niewielki. Jeżeli napięcie wejściowe narasta w sposób liniowy, to początkowo nie powoduje to żadnych zmian w układzie, gdyz tranzystor T₁ jest nadal zablokowany ujemnym napięciem bazy (dopóki u_we < od U_re) prąd i_c1 pojawia się dopiero wtedy, gdy u_we> U_re, rośnie on początkowo liniowo, równoczesnie obniża się liniowo napięcie kolektora U_ce1, ta zmiana napięcia przenosi się na bazę tranzystora T₂ przez dzielnik R₁R₂, jednakże tranzystor T₂ trwa dalej w stanie nasycenia i jego prąd i_c2 nie ulega zmianie. Przy dalszym wzroście napięcia wejściowego następuje takie obniżenie napięcia bazy U_be2, że tranzystor T₂ wychodzi z nasycenia i wchodzi w obszar aktywny; w tym momencie oba tranzystory znajdują się w stanie aktywnym, czyli ich wzmocnienia stają się duże i zostaje spełniony warunek niestabilności układu k_u β_u >> 1. Dodatnie sprzężenie powoduje gwałtowny przeskok układu, prąd i_c1 szybko rośnie, prąd i_c2 równocześnie maleje do zera, odpowiednio zmieniają się także skokowo napięcia kolektorowe obu tranzystorów. Dalszy wzrost napięcia wejściowego nie powoduje już większych zmian w rozpływie prądu, jedynie dojście tranzystora T₁ do stanu nasycenia.

Rys. 1 Przerzutnik Schmitta.

Jeżeli napięcie wejściowe będzie się zmieniać w odwrotnym kierunku (a więc będzie liniowo opadać), to zajdą podobne przebiegi o przeciwnym znaku, czyli nastąpi przeskok układu, powodujący zablokowania tranzystora T₁ i przepływ prądu tranzystora T₂; przeskok następuje jednak przy innej nieco wartości napięcia wejściowego niż w poprzednim przypadku co wskazuje na istnienie niejednoznaczności charakterystyki; charakterystyka układu u₂ = f(u_we) ma przebieg typowego układu przekaźnikowego ze strefą nieczułości, przy czym jest to przekaźnik sterowany napięciowo. Przerzutnik Schmitta bywa często stosowany do przetwarzania napięcia sinusoidalnego na impulsy prostokątne o tej samej częstotliwości.

2. Opracowanie uzyskanych wyników.

Wykres 1. Charakterystyka wejściowa przerzutnika Schmitta.

Wykres 2. Przebieg napięcia przerzutu i powrotu przerzutnika w funkcji rezystancji szeregowej źródła polaryzującego.

3. Porównanie przerzutnika Schmitta i diody tunelowej pod względem wytwarzania ujemnej rezystancji.

Rys. 2 Charakterystyki statyczne diody tunelowej (z lewej strony) i przerzutnika Schmitta (z prawej strony) z różnymi rezystancjami obciążenia.

Analizując charkterystykę nieliniową diody tunelowej, która na rysunku została uzupełniona prostymi obciążeniami dla dwóch przypadków: R`> -r_d oraz R``< -r_d zauważamy, że dla pierwszego przypadku możliwe są trzy punkty pracy P, Q oraz S co wskazuje na niejednoznaczność rozwiązania i niestabilność. W drugim przypadku tylko punkt pracy Q jest możliwy i układ jest stabilny. Mała rezystancja obciążenia zapewnia stabilność, duża zaś powoduje niestabilność. Układ więc jest stabilny zwarciowo. Dioda tunelowa reprezentuje ujemną rezystancję uzależnioną napięciowo popularnie nazywaną ujemną rezystancją typu N.

Przerzutnik Schmitta może być traktowany jako ujemna rezystancja uzależniona prądowo popularnie nazywana ujemną rezystancją typu S. Powstanie ujemnej rezystancji jest wynikiem istnienia wewnatrz układu dwóch tranzystorów składowych pnp oraz npn, połączonych w pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego. Analizując charakterystykę (patrz. rys.) zauważamy, że realizując punkt pracy przy użyciu obciążenia o małej rezystancji R`, otrzymujemy trzy rozwiązania, P, Q oraz S i układ niestabilny. Tylko w przypadku dużej rezystancji obciążenia R`` jest możliwe jednoznaczne określenie punktu pracy. Układ jest więc stabilny rozwarciowo.

---