Как проектировать электронные схемы
Шрифт:
Ограничения по току распространяются и на случай параллельного включения транзисторов. Если учесть разброс параметров приборов, становится очевидным, что два параллельно включенных МОП транзистора никогда не имеют идентичные сопротивления в открытом состоянии. Вследствие этого через них будут проходить неравные токи, и риск превышения допустимых значений увеличивается. Наконец, следует отметить, что МОП транзисторы, как правило, менее надежны, чем биполярные. Кроме того, редко удается заранее выявить признаки возможного выхода прибора из строя.
Одно из несомненных достоинств полевых транзисторов — простота управления при малом токе, потребляемом от источника сигнала. Поданный на вход импульс напряжения 5 В, генерируемый
Обычно МОП транзистор начинает проводить ток при управляющем напряжении 4 В. Однако для полного открывания на его вход нужно подать напряжение 10 или 12 В (последнее значение соответствует стандарту RS232). Управляющий электрод (аналогичный базе биполярного транзистора) называется затвором, аналогом эмиттера является исток, а коллектора — сток. Для наиболее распространенной схемы включения с общим истоком управляющим напряжением является Vgs, а выходным напряжением — Vds (рис. 2.54а). Между источником входного сигнала и затвором, как правило, включается низкоомный резистор. Одно и то же управляющее напряжение может подаваться на несколько параллельно включенных полевых транзисторов.
В этом случае на каждый транзистор требуется по затворному резистору (рис. 2.54б). Примеры управления МОП транзистором с помощью логического инвертора и каскада на биполярных транзисторах показаны на рис. 2.54в, г.
Аналогично существованию биполярных транзисторов n-р-n и p-n-p типов имеются полевые транзисторы с каналом n– типа и p– типа. Транзисторы с p-каналом редко применяются в виде дискретных элементов. Объединение МОП транзисторов обоих типов позволило создать комплементарные интегральные схемы, характеризующиеся исключительно низкой потребляемой мощностью. Тестирование МОП транзистора при помощи мультиметра затруднено, поскольку затворный электрод фактически изолирован от двух других. Можно лишь получить информацию о состоянии защитного диода, включенного между стоком и истоком, и проверить отсутствие короткого замыкания между выводами.
Следует помнить, что входной электрод МОП транзистора, как и вход логического вентиля КМОП типа, не должен оставаться свободным. Под воздействием наводок потенциал электрода способен принимать любое значение, что, в частности, может вызвать открывание транзистора и протекание высокого тока в выходной цепи при отсутствии входного сигнала. Поэтому во всех режимах, в том числе и на этапе тестирования, между затвором и общей точкой должно быть включено сопротивление утечки (обычно порядка 1 МОм).
ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Быстрое развитие электроники позволяет непрерывно совершенствовать основные параметры современных компьютеров: скорость вычислений, объем памяти, качество отображения информации на мониторе и др. Наряду с этим работа компьютеров все еще в значительной степени зависит от характеристик такого классического
Для перемещения считывающих и печатающих головок применяются шаговые двигатели. Они имеют ротор в виде постоянного магнита и несколько обмоток, для питания которых используются четыре, шесть или восемь выводов. Переключение обмоток в определенном порядке вызывает угловое перемещение ротора на точно заданную величину, минимальный угол поворота ротора называется шагом. Шаговый двигатель может выполнять до 48 шагов за полный оборот, что обеспечивает угловое перемещение 7,5° за каждый шаг. Чтобы ротор вращался непрерывно, необходимо переключать питание обмоток в соответствии с определенной повторяющейся последовательностью. При изменении этой последовательности на противоположную двигатель начинает вращаться в обратном направлении. Скорость вращения зависит от частоты переключений и может достигать высоких значений. Если прервать последовательность управляющих сигналов, двигатель быстро останавливается в положении, соответствующем заданному соединению обмоток.
При этом на его оси сохраняется достаточный вращающий момент, гарантирующий высокую точность углового положения ротора. Хорошее представление о впечатляющих возможностях этих двигателей, не требующих специальных систем регулирования скорости вращения, дает наблюдение за перемещениями печатающей каретки принтера.
Шаговыми двигателями достаточно просто управлять с помощью специальных схем или путем программирования некоторого числа управляющих сигналов. На рис. 2.55 показана упрощенная схема питания обмоток двигателя посредством транзисторов, а также приведен пример последовательности управляющих сигналов.
Существуют также специализированные микросхемы для управления шаговыми двигателями, например SAA1027 и L297. На их входы подают два импульсных сигнала для выбора направления вращения и для подачи команды перехода к следующему шагу (последовательность переключения обмоток задается при этом автоматически).
Прежде чем подключать двигатель, следует внимательно изучить его параметры (напряжение питания, маркировку обмоток и т.д.).
При работе необходимо следить за тем, чтобы ось двигателя не перегружалась. Для увеличения вращающего момента можно применить редуктор, при этом соответственно увеличится число шагов за один оборот. На практике используются редукторы с фрикционной (для жестких дисков) и зубчатой передачей (для перемещения печатающей каретки).
ШИФРАТОР С ДВОИЧНЫМ КОДОМ
Некоторые логические функции удастся построить, не используя специализированные микросхемы. Устройство на дискретных элементах обычно оказывается дешевле и упрощает топологию печатной платы.
На рис. 2.56 показан шифратор с четырьмя входами и двумя двоичными выходами.
Такой компонент может служить полезным дополнением к переключателю, расположенному на лицевой панели. При этом каждому положению переключателя соответствует двоичное слово на выходе шифратора. Данное устройство может использоваться, например, для светодиодной индикации состояния переключателя. К нему не предъявляют специальных требований в отношении быстродействия и качества генерируемых сигналов, поэтому его схема предельно проста.