Verwenden des Miller-Effekts beim Timing von RC-Schaltungen. Schema, Beschreibung

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Verwendung des Miller-Effekts zur zeitlichen Steuerung von RC-Schaltungen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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In Impulsformern einer bestimmten Dauer (Timer, Generatoren usw.) werden häufig zeiteinstellende RC-Glieder verwendet, deren Funktionsweise auf dem Laden und Entladen eines Kondensators über einen Widerstand basiert (Abb. 1a). An den Eingang der RC-Schaltung wird eine konstante Spannung U0 angelegt, und der Kondensator C1 beginnt sich über den Widerstand R1 aufzuladen, wie in der Grafik dargestellt (Abb. 1b). In diesem Fall steigt die Spannung UC1 am Kondensator C1 exponentiell an und ihr Wert kann jederzeit mithilfe der Formel UC1(t)=U0(1 - et/R1-C1) ermittelt werden.

Verwenden des Miller-Effekts beim Timing von RC-Schaltungen

Es ist zu beachten, dass sich der Kondensator theoretisch nie auf die Spannung Uo auflädt, daher ist es üblich, die Zeit zu bestimmen, in der er sich auf einen bestimmten Wert auflädt. Als Maß für die Ladezeit wird die Zeitkonstante τ = R1·C1 genommen – der Zeitraum, in dem UC1 den Wert Uo (1 – 1/e) erreicht. Beim Entladen des Kondensators läuft der Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab.

Beim Bau von Generatoren, Timern und anderen ähnlichen Geräten wird die RC-Schaltung mit verschiedenen Geräten verbunden – Transistoren, Operationsverstärker-Komparatoren usw., die auf die eine oder andere Weise den Lade-Entladevorgang beeinflussen. Damit der Effekt vernachlässigbar ist, muss der von diesen Geräten aufgenommene Strom mindestens zehnmal geringer sein als der Ladestrom des Kondensators.

Um die Zeitkonstante zu erhöhen, müssen Sie entweder einen größeren Kondensator oder einen Widerstand mit höherem Widerstand wählen. Im ersten Fall nehmen die Abmessungen des Kondensators und der Leckstrom zu. Im zweiten Fall nimmt der Ladestrom ab, was dazu führt, dass der Einfluss des Leckstroms des Kondensators und der angeschlossenen Geräte auf die Zeitkonstante zunimmt.

In dieser Situation kann der Miller-Effekt helfen, dessen Kern wie folgt ist. Wenn ein Kondensator mit einer Kapazität von C2 in den Gegenkopplungskreis eines Spannungsverstärkers (Abb. 1) mit einem Verstärkungsfaktor einbezogen wird, dann ist die äquivalente Kapazität eines solchen Kreises Ky-mal größer: Seq = C1·Ky. In Verstärkungsstufen, insbesondere bei hohen Frequenzen, muss dieser Effekt bekämpft werden, hier kann er jedoch nützlich sein.

Verwenden des Miller-Effekts beim Timing von RC-Schaltungen

Der durch den Widerstand R1 fließende Strom verzweigt sich in zwei: den Kollektorstrom des Transistors VT1 und den Ladestrom des Kondensators C1. In diesem Fall fließt der größte Teil des Ladestroms durch die Emitterverbindung des Transistors. Da der Basisstrom des Transistors h21E-mal kleiner ist als der Kollektorstrom (wobei h21E der statische Übertragungskoeffizient des Transistor-Basisstroms ist), ist der Ladestrom des Kondensators ungefähr genauso oft kleiner als der Strom durch den Widerstand R1.

In der beschriebenen Einheit sollte ein Transistor mit hohem Übertragungskoeffizienten, niedrigem Sperrkollektorstrom und der Fähigkeit, bei niedrigem Kollektorstrom zu arbeiten, verwendet werden, zum Beispiel KT3102, KT3130 mit beliebigen Buchstabenindizes.

Für den Widerstand R1 mit einem Widerstandswert von 300 kOhm (mit einer Toleranz von ±2 %) wird ein Tantaloxidkondensator mit einem Nennwert von 100 μF für eine Spannung von 16 V (reale Kapazität beträgt etwa 120 μF) und ein Transistor KT3130B-9 verwendet Die experimentell ermittelte Zeitkonstante betrug 380 s. Dieselben Elemente ohne Transistor lieferten eine Zeitkonstante von 39 s. Somit sorgte die Verwendung eines Transistors für eine Erhöhung der Zeitkonstante um etwa das Zehnfache.

Als praktisches Beispiel für die Verwendung des betrachteten Knotens in Abb. Abbildung 3 zeigt ein Diagramm eines Timers, der nach einer bestimmten Zeit eine leistungsstarke Last an eine Stromquelle anschließt. Als gesteuertes „Kontaktpaar“ wird ein schaltender Feldeffekttransistor VT2 verwendet. Der Komparator ist auf dem Operationsverstärker DA1 mit positiver Rückkopplung montiert.

Verwenden des Miller-Effekts beim Timing von RC-Schaltungen

Im ersten Moment ist der Kondensator C1 entladen und am Ausgang des Operationsverstärkers liegt eine Spannung nahe der Versorgungsspannung. Dadurch wird der Feldeffekttransistor geschlossen und die Last stromlos.

Wenn sich der Kondensator C1 auflädt, steigt die Kollektorspannung des Transistors VT1, und wenn sie die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Komparators überschreitet, schaltet er um. Seine Ausgangsspannung sinkt nahezu auf Null – der Feldeffekttransistor öffnet.

Zum Neustart drücken Sie kurz die SB1-Taste. Bei den im Diagramm angegebenen Typenwerten der Elemente beträgt die Verzögerungszeit ca. 10,5 Minuten (ohne Transistor VT1 - ca. 1 Minute). Wenn der Transistor durch einen Operationsverstärker mit höherem Eingangswiderstand ersetzt wird, kann die Verzögerungszeit noch weiter erhöht werden.

Autor: I. Nechaev, Kursk

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