3. Формирователи длительности

Для формирования длительности аналоговыми устройствами используется либо приращение заряда конденсатора (интегрирование тока), либо приращение магнитного потока в индуктивности, которые пропорциональны длительности процесса. В первом случае контролируется напряжение, во втором случае - ток. При этом ток заряда конденсатора или напряжение на индуктивности должны быть либо постоянными, либо изменяться по заранее известному неизменному закону.

Наиболее распространенными устройствами для формирования временных интервалов с невысокой точностью являются одновибраторы, которые после поступления на вход импульса произвольной длительности формируют на выходе прямоугольный импульс (или провал) напряжения заданной длительности. У входного импульса важен только передний фронт, запускающий формирователь длительности (ФД). Под фронтом понимают скачок напряжения или тока от одного уровня к другому вверх (положительный фронт) или вниз (отрицательный фронт).

Наиболее распространены в различных областях техники транзисторные одновибраторы с эмиттерной связью. Однако их существенным недостатком является наличие в паузах напряжения порядка 15...30% от напряжения питания, поэтому в СИФУ используются одновибраторы с коллекторно-базовыми связями, у которых напряжение в паузах практически равно нулю [7, 11]. Одновибратор имеет много других названий: заторможенный мультивибратор, ждущий мультивибратор, заторможенный релаксатор, спусковое устройство, кип-реле и др. Длительность выходного импульса может быть постоянной и регулируемой.

Базовая схема ФД на основе одновибратора с коллекторно-базовыми связями приведена на рис.10,а. Напряжение питания подведено от БП. В исходном состоянии входное напряжение= 0, транзистор VT1 закрыт, конденсаторзаряжен током резистора, транзистор VT2 открыт током резистора, и выходное напряжение ФД. Ток резисторатакже равен нулю.

Передний фронт положительного импульса в моментоткрывает транзистор VT1, напряжениена его коллекторе становится равным нулю (рис.10,б), левая обкладка конденсатора подключается к общей шине, напряжение на базе VT2 становится отрицательным по отношению к его эмиттеру, VT2 закрывается и на выходе ФД появляется напряжение. Это напряжение черезподдерживает транзистор VT1 в открытом состоянии. Далее идет перезаряд конденсаторатоком резистора. Когда обратное напряжение на конденсаторе (справа) превысит напряжение насыще-нияперехода база-эмиттерVT2, он откроется, так как ток резистора переключится в его базу, выходной импульс прекратится, VT1 закроется. В паузу конденсатор зарядится током резисторадо напряжения питания. Напряжение на коллекторе VT1 растет так же по экспоненте, как и напряжение на конденсаторе, превышая его на величину падения напряжения на переходе база - эмиттер VT2.

Во время формирования длительности управляющего импульса напряжение конденсатора изменяется по экспоненте с постоянной времени :

. (9)

При подстановке в (9) значения находим длительность импульса

. (10)

Если подставлять в килоомах ив микрофарадах, то время полу-чается в миллисекундах. Например, задаваясьмс и=15 кОм, найдем=0,047 мкФ.

Для определения величины выходного напряжения необходимо знать вольт-амперную характеристику нагрузки. Обычно нагрузкой является резистор в цепи базы транзистора усилителя мощности, как показано штриховой линией на рис.10,а. В нагрузку входит также сопротивление резистора положительной обратной связи. Результирующее сопротивление параллельно включенных резисторов R=/(+) и выходное напряжение ФД

. (11)

Схему ФД можно упростить, используя вместо VT1 выходной транзистор или выход микросхемы ФСУ, но при этом исключается резистор , и поэтому длительность импульса ФД не может превышать

длительность входного сигнала, поступающего с ФСУ. Вместо можно поставить конденсатор, но в этом случае должно исключаться закрывание VT1 задним фронтом входного импульса. Если в качестве VT2 используется транзистор, эмиттерный переход которого не выдерживает обратного напряжения конденсатора, то в схему добавляются диод и резистор с источником отрицательного напряжения. Таким свойством обладает большинство современных транзисторов. Для точной установки длительности резистордополняется подстроечным резистором.