Диоди в комбинирани цифрово-импулсни възли
В допълнение към описаните по-горе диодни вериги, различни импулсни устройства, базирани на биполярни и полеви транзистори, както и цифрови микросхеми, се използват широко в съвременните схеми. Въпреки факта, че основният превключващ елемент на тези вериги е транзистор (или логически елемент на микросхема), диодите могат да играят спомагателна роля в тях, осигурявайки превключване на допълнителни вериги, които подобряват производителността на възлите. Пример за диодно-транзисторна ключова верига е показан на фиг. 3.1-10.
Фиг. 3.1-10. Импулсен усилвател на мощност със затварящ диод
Това е превключващ усилвател на мощност, който осигурява превключване на активно-индуктивен товар. Тук специален шунт диод \ (VD1 \) всъщност превръща веригата за превключване на серийния транзистор в серийно-паралелна. Токът на индуктора протича през него в интервала от време, когато транзисторът е затворен, т.е. независимо от състоянието на транзисторния ключ, винаги има верига за протичане на товарния ток, което е фундаментално необходимо за нормалното функциониране на товари, съдържащи индуктивност.
Диодите често се въвеждат в традиционните схеми на транзисторни превключватели не само за осигуряване на допълнително превключване (както е описано по-горе). Поради техните ограничаващи свойства (вижте Диодни ограничители като част от различни хардуерни компоненти), те могат да се използват за подобряване на характеристиките на работа на тези превключватели. Факт е, че значителна част от времето за изключване на биполярен транзистор, особено при пасивно заключване, е времето на неговата резорбция.
За да се елиминира този интервал от време, е необходимо да се предотврати преминаването на транзистора в състояние на дълбоко насищане, което може да се постигне чрез фиксиранеминимално напрежение на колекторния преход на транзистора. Такова решение е реализирано във веригата на фиг. 3.1-11.
Фиг. 3.1-11. Ненаситена ключова верига на биполярен транзистор със затягащо напрежение \(U_\), използвайки диод и базов резистор
Ако в диаграмата на фиг. 3.1-11 вместо конвенционален силициев диод, използвайте диод на Шотки, който има малък спад на напрежението в проводящо състояние, тогава резисторът \ (R_b \) може да бъде изключен и веригата се преобразува в тази, показана на фиг. 3.1-12(а).
Такава схема е намерила най-широко приложение в цифровите интегрални схеми (логика TTLSh), където диодът на Шотки и транзисторът са незабавно комбинирани, поради специалното оформление на полупроводниковата структура, в която клемата от неблагороден метал допълнително има контакт с колекторната област, образувайки допълнителен възел на Шотки.
Интегрален елемент, произведен по описания начин, обикновено се наричатранзистор с притискане на Шоткиили простотранзистор на Шотки (да не се бърка с транзистор с полеви ефект на Шотки) и се обозначава, както е показано на фиг. 3.1-12(b).
Фиг. 3.1-12. Транзисторно-диоден ключ с диод на Шотки (а) и биполярен транзистор на Шотки (б)
Понякога, за да се избегне натрупването на излишен заряд в базовата област на биполярния транзистор, вместо напрежението \(U_\), напрежението \(U_\) е фиксирано. В този случай схемата, показана на фиг. 3.1-13, в който последователно свързан диод и източник на затягащо напрежение са свързани между емитерните и колекторните клеми на транзистора. Въпреки това, поради значителното технологично разпространение на параметрите на транзистора, стойността \(U_\) трябва да бъде избрана с достатъчен запас, което води до голямо остатъчно напрежение върху затворения ключ.
Фиг. 3.1-13. Схеманенаситен ключ на биполярен транзистор със затягане \(U_\) с помощта на диод и допълнително затягащо напрежение
Когато се използва в усилватели на мощност, схемата на фиг. 3.1-13 се изражда и се свежда до директно шунтиране на транзистора със свободен диод. Такова включване на транзистори обикновено се нарича "стойка" (пример на фиг. 3.1-14).
Фиг. 3.1-14. Импулсен усилвател на мощност с бутони за превключване и затваряне
На фиг. Фигура 3.1-15 е проста схема, показваща възможна употреба на верига диод/кондензатор в комбинация с TTL цифрова логическа врата за забавяне на фронта.
Фиг. 3.1-15. Верига за забавяне на фронта на импулса (a) и времеви диаграми, обясняващи работата й (b)
В първоначалното състояние, когато към входа на веригата се приложи сигнал за логическа нула, диодът \ (VD1 \) е отворен и кондензаторът \ (C1 \) се поддържа при напрежение, равно на спада на напрежението върху предубедения диод \ (VD1 \) (това се дължи на вътрешната схема на TTL логическия елемент). Когато на входа на устройството пристигне сигнал на логическа единица, диодът \ (VD1 \) незабавно се затваря и кондензаторът \ (C1 \) започва бавно да се презарежда поради тока, протичащ през емитерното съединение на TTL входния транзистор на елемента. Когато напрежението в кондензатора превиши прага на гейта, на изхода ще се появи обърнат забавен фронт на входния импулс. При преминаване на разреза входът отново ще се затвори до общия проводник и кондензаторът \ (C1 \) за много кратко време (като се има предвид ниското изходно съпротивление на типичен TTL елемент, от който идва импулсният сигнал) ще се разреди през диода \ (VD1 \) и устройството ще отиде в първоначалното си състояние.
Ако е необходимо да се забави не предната, адостатъчно е да се приложи предварително обърнат сигнал към описаната схема. След това на неговия изход ще се получи оригиналният сигнал (а не неговата инверсия) със забавени прекъсвания на импулса. За да забавите целия импулс, е необходимо да използвате два идентични етапа (фиг. 3.1-16), единият от които е отговорен за предното закъснение, а другият за прекъсване (тук на изхода ще се получи и неинвертиран забавен сигнал).
Фиг. 3.1-16. Верига за забавяне на импулса (a) и времеви диаграми, обясняващи работата й (b)
Недостатъкът на такова устройство е, че обикновено може да обработва само импулси, чиято продължителност не е по-малка от времето на забавяне.
Най-простият възел на забавянето на предния импулс, описан по-горе, може също да се използва като част от различни формировачи. Например, на негова основа може да се изгради схема за генериране на импулси със зададена продължителност (фиг. 3.1-17). В тази схема оригиналният сигнал се подава директно към единия вход на логическия елемент 2I-NOT, а към другия - с предно закъснение и инверсия. Изходният сигнал е импулс с логическа нула, чиято продължителност е равна на времето на забавяне на фронта на входния импулс.
Чрез включване на интегрираща схема на изхода на такъв формовчик, който ще избере постоянния компонент на импулсния сигнал, можете да получите най-простия преобразувател честота към напрежение (принципът на работа на преобразувателя е, че постоянният компонент на периодичния импулсен сигнал е обратно пропорционален на работния цикъл на този сигнал и следователно, с постоянна продължителност, той е пряко пропорционален на честотата).
Фиг. 3.1-17. Формировач на времеви импулси
Две други приложения на веригата за забавяне са самоосцилиращи (фиг. 3.1-18) и изчакващи (фиг.3.1-19) мултивибратори.
Фиг. 3.1-18. Самоосцилиращ мултивибратор
Фиг. 3.1-19. Мултивибратор в режим на готовност