Bygga din egen 555 Timer (8 / 20 steg)

Steg 8: mer på kontrollapparaterna

En stor del av min tid och forskning gick till kontrollapparaterna. Mitt mål var att forskning några om dem sedan utforma min egen krets. Så småningom som misslyckades och jag slutade med en fejk version av vad som visas i databladet Schematisk. Under hela processen har jag lärt mig mycket om teorin om hur dessa kretsar fungerar så jag vill dela med mig av lite av det.

Jag har redan sagt att mitt i dessa kontrollapparater är differentiell förstärkaren, särskilt långstjärtade paret. Vad sjutton är det? Jag nämnde också att en diff. amp. förstärker skillnaden mellan två spänningar. Långstjärtade paret är en vanlig typ av diff. amp. som fått sitt namn från motståndet eller andra aktuella limiter som svansar bort av två transistorer (eller vakuumrör). Den första bilden visar en grundläggande långstjärtade paret gjorts med 2 transistorer och 3 motstånd. Svans motståndet ansluter till utsläpp av transistorer; Det bör vara större än två motstånden som ansluter samlare till Vcc. De två resistorer ska vara lika. Här är en (mycket) grundläggande förklaring:

När båda ingångarna är i exakt samma spänning, låt oss säga 1/2 Vcc, transistorerna är "på" samma belopp så lika strömmen flödar genom dem och in svansen motståndet. Det finns ett spänningsfall på båda samlare men skillnaden av spänning mellan två är 0. När spänningen av en ingående stiger några, blir det transistorn "mer på" så mer ström kan flöda genom att höja spänningen vid utsläpp och släppa spänningen av samlare mer. Denna ökning av sändare spänning skapar "tillbaka flöde" i andra transistorn som stänger av mer. När det transistorn stängs av, mindre ström flyter genom så spänningen vid dess samlare stiger. Så nu är skillnaden mellan de två samlare spänningarna mycket stor, på grund av en liten förändring i inspänning.

Som sagt, grundläggande. Det finns några problem med banan: 1. litet värde skillnader i collector motstånden obalans utdata. 2. utdata är en skillnad på två signaler, vi behöver en enda utsignal. 3. När inspänningar ave mycket nära, output voltage skillnaden blir mycket små. Hur löser vi problemen? Tja, finns det två enkla sätt att förbättra design. En förstärker indata och andra förstärker produktionen, samtidigt också lösa andra frågor.

Låt oss börja med förstärkande utdata. Ange Nuvarande spegeln. I den andra bilden kan du se grundläggande Nuvarande spegeln består av 2 PNP transistorer, varav en har dess samlare och bas ansluten, ett motstånd som binder det transistor samlare till marken och en utgång från den andra transistorn samlare. Aktuella spegeln begränsar strömmen av till vänster (i denna bild) till den ström som flödar genom höger sida. Transistorn med dess bas och samlare hopbundna rättsakter som kontroll sida. När motståndet sjunker spänningen mot marken, börjar transistorn vända eftersom spänningen basens sänks. Sedan börjar ström flyta genom transistorn som höjer bas spänningen tills det finns en balans mellan mängden ström som passerar genom transistorn och motstånd. Baserna av de två transistorerna är anslutna så andra transistorn visar också på, men endast till det belopp som den första är på. Strömmen av andra transistorn är alltså begränsad till den nuvarande passerar genom kontroll transistorn. Hur hjälper detta diff. förstärkaren?

Först hjälper, det för att balansera collector strömmen av transistorerna eftersom nuvarande sida begränsas aktivt av strömmen av den andra sidan. För det andra, det ger en enda slutade utgång i stället för en differentierad utgång. Eftersom ena sidan används för att styra aktuellt, kan endast den andra sidan användas för en utgång. Slutligen, det förstärker utdata. När det finns en skillnad mellan ingångarna, ena sidan av diff. förstärkaren. låter mer ström till flöde och den andra sidan låter mindre. Om den sida som tillåter mer aktuell är den sidan att spegel kontroll transistorn är på, då den nuvarande spegeln gör mer aktuell på båda sidor. Överskottet av nuvarande på andra sidan höjer spänningen. När motsatsen händer och sidan av diff. amp. som gör att mer ström är på mirror's last sida, kan sidan kontroll mycket lite aktuella så finns det ett spänningsfall på sidan belastning. Det belopp som spänningen varierar är mycket större än innan och nu dess endast på en utgång.

Nu diff. förstärkaren. fungerar mycket bättre; Det är balanserat mycket bättre, den har bara en utgång och produktionen har förstärkts några. De två första frågorna är lösta, men tredje har inte lösts helt, ännu. Diff. förstärkaren. med en aktuell spegel gör en bra differentiell scenen för en OP-förstärkare, men det är inte optimalt för en komparator. När inspänningar blir nära, har produktionen fortfarande inte en skarp övergång. Det sättet att förbättra det är att förstärka indata.

Om du tar en titt på den tredje bilden, kan du se ett diagram av Darlington transistor eller ibland Darlington par när två diskreta transistorer används. Transistorn uppfanns av Sydney Darlington 1953, och syftar till att skapa mycket hög vinst med hjälp av två transistorer. En signal som tillämpas på indata blir förstärks av den första transistorn. Nuvarande rinner genom transistorn och ur dess sändare. Nuvarande går sedan in basen av andra transistorn, som förstärker det ytterligare. Resultatet är en vinst som är ungefär lika med vinst för första transistorn multiplicerat med vinst på andra. Om vi ersätter de två transistorerna av långstjärtade para med Darlington par, kan vi öka förstärkningen av diff. amp. kraftigt eftersom varje ingång kommer att förstärkas av två transistorer istället för bara en.

Om du tittar på figur 4, kan du se långstjärtade paret med en nuvarande spegel och Darlington transistorer. Denna krets är mycket bra som en komparator eftersom det har mycket hög förstärkning från nuvarande spegel och Darlington transistorer som tillåter indata till vara extremt nära varandra utan utdata "föll bort." Kretsen är också mycket balanserat och har en enda utgång på grund av den nuvarande spegeln.

Detta är en mycket väl utformad krets och har lärt mig mycket. Förhoppningsvis du har lärt dig några alltför (om du inte redan vet eller förstår det).