Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Виглин, С. И. Преобразование и формирование импульсов в автоматических устройствах учеб. пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.10.2023

Размер:

6.28 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1513 14 15 > Следующая >>>

рые обеспечивают не только сигналов.

Рис. 13.41. Двухстороннее ограничение синусоидаль ного напряжения при па раллельном включении диодов.

Характеристика ограничителя и графики, поясняющие процесс ограничения синусоидального напряжения, приведены на рис. 13.40 и 13.41. Так как характеристики па раллельной схемы ограничителя всег да проходят через начало координат, го сдвига кривой ивыХ не происходит.

Сравнение характеристик ограни чителей с последовательным и парал лельным включением диода показыва ет, что последовательная схема обла дает важным преимуществом, ибо да ет четкое ограничение. Но в парал лельной схеме не происходит смеще ния кривой ивых. Кроме того, здесь не требуется конструктивных изменений, поскольку диод включается парал лельно нагрузке. На практике исполь зуют обе схемы диодных ограничите лей. Так как они ослабляют сигнал, то наряду с диодами часто используют в качестве нелинейных элементов мно гоэлектродные лампы — триоды н пентоды, а также транзисторы, кото

ограничение, но и усиление входных

§ 13.4. АНОДНОЕ ОГРАНИЧЕНИЕ

Как показано в § 3.2 *, анодное ограничение имеет место в уси лительном каскаде с пентодом (рис. 4.5) при достаточно большой амплитуде входного сигнала. Двухстороннее ограничение синусо идального напряжения поясняется рис. 3.20. Теперь определим по роги ограничения Un„ и U„B и построим характеристику ограничи теля. Как видно из рис. 3.20, ограничение сверху наступает при

ugK— UgKp, когда «вх —		« 1 = ^ пв-	Подставляя эти		значения в
уравнение
получим		WgK	“Т ^g>
получим		UBB= U gKp- E g.			(13.29)
		UBB= U gKp- E g.			(13.29)
Ограничение снизу	происходит		при ugK = Eg0, когда и.вх —и1—
= Una. Поэтому
Um =	Ee0- E g= ~ [\|£g0\| -			\Eg\\.	(13.30)
* См. учебное пособие		«Методы	анализа	усилительных и импульс
ных схем».

120

Если при двухстороннем ограничении					симметричного	сигнала
выбрать
р	_	£ g o	i	u s кр	’
и г ~			о		’
то			IJ	кр ...	F
/ / .	и	___	IJ	кр ...	F
^ IIR	' - ' П Н			/-V
;-	т	Г 8о! - К 4 кР[].				(13.31)

Соотношение (13.30) показывает, что нижний порог ограниче ния Um можно регулировать изменением смещения E g и напря

жения	запирания E go-	Последнее, как известно, зависит	от	типа
лампы	и напряжения	Еа. Верхний порог ограничения	£/пв	сог

ласно уравнению (13.29) помимо смещения Es определяется так

же величиной UgKp, которая зависит от сопротивления					R a.
При	возрастании R a	уменьшается	Ug кр	(если оно	отрица
тельно,	то растет по абсолютной величине)			и верхний порог огра
ничения	UnB. Регулируя	величину R a ,	можно добиться,		что огра

ничение сверху наступит ка.х при отрицательных, так и при поло

жительных ugK. Во избежание	перегрузки		источника	входного
напряжения сеточными токами	режим	ограничителя		выбирается
так, чтобы каскад работал только при ugK < 0.
Построим характеристику ограничителя			ивт = ия — / (ивх). Ес
ли и вк < чВх < Епв (Ее0 < ugK <	Ugкр ),	то	анодный ограничитель

работает как обычный усилительный каскад, для которого связь между напряжениями ил и ugK определяется зависимостью

«, = £Ло -	К0(иКк	- Eg) = и а0 -		Ко ывХ)	(13.32)
где Н0 — коэффициент	усиления	каскада;
£/а0 — напряжение на аноде при			ugK — Ее («вх — //., — 0).
Если ивх > UnB(ugK > UgKp),		то	вследствие	верхней	отсечки

анодного тока напряжение на аноде ограничено снизу, причем

“ а = « а » и „ - Еа — IaHRB.

(13.33)

Если uBX<U„„(ugK < E g0), то из-за нижней отсечки анодного тока напряжение на аноде ограничено сверху. Так как /а = 0, то

	wa =	иамакс = Еь.		(13-34)
На основании	формул (13.32) — (13.34)		построена	характерис
тика ограничителя	(рис. 13.42). Если учесть,		что реальные характе
ристики анодного тока имеют		плавный загиб вблизи		ugK ~ Eg0, а

также вблизи линии критического режима, то характеристика огра ничителя имеет вид, показанный на рис. 13.42 пунктиром. Это

121

приводит к сглаживанию кривой напряжения на								выходе.		Значит,
в схемах анодных ограничителей целесообразно							применять лампы
			с резкой		отсечкой			анодного			тока
			как	снизу,		так	и	сверху.		С	этой
			точки	зрения пентоды имеют							пре
			имущества перед триодами, у кото
			рых	наблюдается длинный						«хвост»
			статических			характеристик				вблизи
			Egо,	а также нечетко выражена ли
			ния критического				режима.
			Как		видно		из		соотношения
			(13.32), при			ограничении				симмет
			ричного сигнала уменьшение по
			рогов	Ь'т и Uim,			а	следовательно,
			длительность tф ограниченного сиг-
Рис. 13.42.	Характеристика		нала	на	выходе		возможно				при
анодного	ограничителя.		сближении			величин			Е„л и UgKf>.
			Для	этой		цели	включают				боль
шое сопротивление Ra , что приводит к					возрастанию				по абсолют
ной величине	/Л кр-	Однако чрезмерному увеличению							Ra препят
ствуют паразитные		емкости.
Общая длительность фронта ограниченного сигнала на выходе
может быть определена по формуле
		О, ---= iф I + О, :								(13.35)

где /ф, длительность фронта ограниченного сигнала, опреде ленная без учета паразитных емкостен из соотношения

(13.7'; /ф —длительность заряда (разряда) паразитных емкостей,

определенная соотношением

	/ф.	2,2 0„ .
При возрастании Ra уменьшается /ф,, но увеличивается пара
зитная постоянная	времени 0„	и /ф... Поэтому увеличивать Ra име
ет смысл лишь до тех пор, пока уменьшается				общая длитель
ность фронта /ф ,	т. е. пока	величина	, не	становится срав
нимой с

§13.5. СЕТОЧНОЕ ОГРАНИЧЕНИЕ

Сеточное ограничение связано с использованием нелинейных свойств сеточной цепи. В анодной цепи производится только ли нейное усиление. На рис. 13.43 приведена схема сеточного ограни чителя с триодом. Он представляет собой усилительный каскад с анодной нагрузкой в виде сопротивления Ra , в сеточной цепи .ко торого последовательно с источником входного напряжения «„х включено сопротивление Rorр. Напряжение иа , снимаемое с анода лампы, поступает на выход каскада.

Чтобы исключить анодное ограничение, при рассмотрении про цессов б схеме будем предполагать, что амплитуда напряжения на входе

\ |£йо|-

Кроме того, будем считать --- 0. Работа сеточного ограничителя аналогична действию диодного ограничителя с параллельным

включением диода. Если ивх<0,то в сеточной цепи ток не проте кает и, следовательно, входное напряжение ивх полностью пере дается на сетку лампы, причем имеет место равенство

= z tM.

(13.36)

Если иВх>0, то в цепи сетки протекает сеточный то,к /g, ко торый создает падение напряжения на сопротивлении /?огр. По этому входное напряжение распределяется между /?0,.р и внут ренним сопротивлением Rig участка сетка -

катод. Тогда

	ugK	иах		RIt			Мри ,
			^ о г р " К		^ i g
Если							/		/
		^огр К* ^Ig>						/
то напряжение		ugK	оказывается			значительно	'		ГЛ
меньше ивх и происходит ограничение. Харак
теристика	сеточной			цепи		ограничителя	PiK.	13.44. Характе
MgK = / ( и вх)	приведена			на	рис.	13.44. При	ристика			сеточной
построении	характеристики				учитывается, что		цепи		ограничителя.
сопротивление		Rig	быстро		уменьшается с
ростом напряжения ugK				и	тока ig. Поэтому		даже			при	боль-
ших «вх > 0	напряжение			на сетке оказывается			достаточно				малым.

Таким образом, з схеме происходит ограничение сверху с порогом

	— 0.	Очевидно,	при выборе	R as?		необходимо выполнить			не
равенство (13.38) для максимального значения							/?igM,	которое	оп
ределяется по характеристикам				сеточного тока			при ngK = 0 .
Для регулирования порога ограничения в цепь сетки включают
источник смещения			Eg (рис. 13.43). В этом случае на входе сеточ
ной	цепи действует		напряжение	«вх +		Е%. Очевидно,		теперь	се
точный ток протекает при условии					(«вх ~f Es) >		0. Поэтому
при	н,,	< — Ее	иек = иш + Ек\					(13.391

при	н„х > — Е„		1
			Аогр	1 'Vjg				03.40)

Тогда характеристика сеточной				цепи	принимает		вид,	показанный
па рис. 13.44 пунктиром, если				Eg <	0.
Так как анодный ток триода пропорционален напряжению wgK,
то пока		HgK < 0, с ростом напряжения на входе растет						4 и умень

шается «а • До как только игк становится положительным и насту пает ограничение, перестает изменяться и ток 4 , а следователь но, напряжение ий . Временные графики, иллюстрирующие процесс ограничения синусоидального напряжения, приведены на рис. 13.45.

Поскольку анодная цепь сеточного ограничителя только усили

вает уже	ограниченное	сверху	напряжение	игк ,	то для	построе
ния характеристики ограничителя иа /(н вх)				необходимо восполь
зоваться	соотношением	(13.32),	устанавливающим		связь	между

иа и ugK в усилителе, и характеристикой сеточной цепи ограни чителя. При UgK < 0 напряжения uZK и ивх связаны соотноше нием (13.39). Подставляя значение ttgK из (13.39) в (13.32), на ходим

при и„ < — Eg

	«а = Оа0 -			(13.41)
При иек > 0 нужно воспользоваться формулой				(13.40). Тогда
при uBX> — Eg имеем
На	- и«> -	к ,	Я* - EZ )•	03.42)
Следует иметь	в виду,	что когда	напряжение ugK < ^g,,. то в

данной схеме, как н в анодном ограничителе, происходит анодное

ограничение снизу. Поэтому	при нвх <	(Zfg0 — Eg) ~ — (!£g0! —j£g!)
н,	Ел .	(13.42')

Характеристика ограничителя построена на рис. 13.46

124

Рис. 13.45. Сеточное ограничение.

Рис. 13.46. Характеристика сеточного ограничителя.

125

При достаточно большой амплитуде напряжения ивх ь схеме может быть произведено двухстороннее ограничение — сеточное (сверху) и анодное (снизу). Ввиду того, что при ugK > 0 , несмотря на ограничение, напряжение на сетке не остается неизменным, ме няются также 4 и и.л . Поэтому четкость сеточного ограничения хуже, чем анодного ограничения сверху (в схемах с пентодами).

§ <3.в. ОГРАНИЧЕНИЕ. В СХЕМЕ С ТРАНЗИСТОРОМ


Как	известно, в транзисторном		усилительном			каскаде имеет
место режим		ограничения при большой амплитуде					входного		сиг
			нала	благодаря			нижней		или
			верхней		отсечке		коллекторно
			го тока.		Рассмотрим в настоя
			щем параграфе				элементарную
			теорию ограничения, не учиты
			вая	особенностей, вызываемых
			глубоким насыщением транзис
			тора и его инерционными свой
			ствами.		Эти	особенности			изу
			чаются ниже. Считая транзис
			тор	безынерционным				прибо
			ром, при элементарном анали
			зе процессов			в	ограничителе
Рис.	13.4”. Схема ограничителя		будетучитывать лишь статиче
	с	транзистором.	ские	характеристики				транзис
			тора.
На	рис.	13.47 приведена принципиальная схема					ограничителя

с транзистором, представляющая собою резисторный усилительный каскад с базовым сопротивлением. На основании уравнения Кирх гофа

« и = ~ (Ек — 4 RK)

(13.43)

построим линию нагрузки и затем способом, указанным в главе 3,—-динамическую характеристику (рис. 3.30) в системе координат (4, 4 )• Ввиду того, что ограничитель работает с большими тока ми в базовой и коллекторной цепи, можно пренебречь малым то ком /ко. считая, что транзистор отпирается при 4 = 0 .

Рассмотрим режим двухстороннего ограничения синусоидально го сигнала (рис. 13.48). В исходном состоянии транзистор открыт. В его базовой цепи протекает ток / бн, вызывающий в коллекторной цепи ток /кн. Величина /бн определяется сопротивлением А4 и на пряжением источника питания Е к. Для того чтобы «вырезать» наи более крутую часть синусоиды (см. §13.1), исходная рабочая точка


Р выбирается	в середине линейного участка динамической характе
ристики. Как	и в усилителе, такое положение рабочей точки обес
печивается выбором сопротивления		согласно формуле (4.43).

126

Начальное напряжение на базе U6a и начальное напряжение на коллекторе UK„ определяются по входным и выходным статичес ким характеристикам транзистора (см. гл. 3).

Поскольку входной сигнал и\ подается через разделительную емкость Ср, то на базу поступает, как и в усилителе, лишь пере

менная

его

составляющая

и, —

Поэтому

( п

^бн

^бн ~ Т ' ^вх*

(13.44)

Изучим

кривую

базового тока

гй . При

подаче

положитель

ного

полупериода

входного сигнала и,1Х напряжение

на

базе

возрастает, и в момент г,,

когда

ивх=

— и Ьи= | и 6н\,

на

пряжение «б достигает нуле

вого значения, из-за чего тран

зистор запирается.

Происходит

одновременно нижняя

отсеч

ка базового

и коллекторного

тока. Транзистор остается за

пертым при иб >0, «вх> —^бн

(участок tj—t., на рис.

13.48).

В момент /, вследствие умень

шения

иш

снова

отпирается

транзистор. Он остается откры

тым также в течение всего

отрицательного

полупериода

входного сигнала.

В открытом

Франзисторе ток базы

/б сле

дует за изменением «й

(учас

ток /,

/- на рис.

13.48).

На

чиная

момента

tb, снова

за

пирается транзистор и процес

сы повторяются.

При построении кривой /й

необходимо

учитывать

нели

нейные

свойства

входной

це

пи транзистора.

Из-за

нели

нейности

характеристики

Рис. 13.48 Ограничение синусо

—/(мбэ)

форма базового тока

идального напряжения

н схеме

отличается от кривой напряже

с транзистором.

ния на базе ибз.

Однако

на

сказывается

(особенно

при близ

работу

ограничителя это

мали

ких порогах ограничителя)

и поэтому не учитывается

при построе

нии графиков (рис. 13.48).

iK построена

на

основе

динами

Кривая .коллекторного

тока

ческой

характеристики

(рис. 3.30).

В запертом транзисторе jV-- 0,

и кривая

коллекторного

тока

ограничивается

снизу

(участок

127

В	открытом	транзисторе ток iK	следует за изменением
тока гб до	тех пор,	пока /б не достигает	критического значения
/бкР (участок		После этого при i6	> /б кр имеет место верх

няя отсечка коллекторного тока вследствие насыщения транзис тора. Кривая коллекторного тока ограничивается сверху (участок Затем, когда базовый ток гб уменьшается, транзистор вы ходит из насыщения, и ток ф снова изменяется пропорционально

току i6 (участок		—					на
Значению гб ----- /б кр соответствует критическое напряжение
базе	Uс, кр. которое может быть найдено по входной					харак
теристике транзистора (рис. 3.31).				ик построена	на	основе
Кривая напряжения			на коллекторе
уравнения (13.43). Так как всегда «к < 0, то благодаря						запира
нию транзистора		кривая	ик ограничивается снизу на уровне ик—
----- — Ек,	а благодаря насыщению она			ограничивается	сверху		на
уровне		ик	мин :r-r (Ек	- I KURK).		(13.45)

Амплитуда ограниченного напряжения ик (перепад)

	и к =	Е к -	!ик мин \| =		/км Rk.	(13.46)
Величины UK и / км,	а также		h кр	определяются по		выходным
характеристикам транзистора			(рис.	3.27). Как видно из рис. 13.48,
пороги ограничения	равны
	и п	\и,бн1		jt/ejcpl .
				2	’
						(13.47)

^ п „ = - [ 1 ^ к р \| - \| £ / бв\|] =					-

Отсюда видно, что для уменьшения порогов ограничения необхо димо включать достаточно большое сопротивление R K, при .кото ром оказываются малыми /б кр и U6Kp.

§ 13.7. ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ

Ключевой режим работы транзистора

Изучение двухстороннего ограничения показывает, что в этом режиме транзистор находится в течение длительного времени в одном из двух состояний: в запертом или в состоянии насыще ния. Переход из одного состояния в другое осуществляется под действием входного сигнала.

Расчет длительности перехода, определяющей фронт и спад выходного сигнала, представляет трудную задачу, так как эта длительность зависит не только от параметров входного сигнала, но и от инерционности транзистора. Если входной сигнал изменя-

128


ется	сравнительно медленно, то влияние инерционности				проявля
ется	слабо и им можно		пренебречь. В этом	случае длительность
фронта		и спада tcn	выходного сигнала	определяется	практи

чески только параметрами сигнала на входе и может быть найде

на, например, по формуле (13.7)	(для синусоидального напряже
ния). Иначе говоря, при условии	справедлива элементар
ная теория ограничения.

Режим двухстороннего ограничения используется не только для преобразования формы сигналов, но и для других целей. В устрой ствах автоматики, телеуправления и вычислительной техники час то требуется фиксировать во времени выполнение арифметических или логических операций, для че


го	подменяется				схема		(рис.
13.49).				состоянии			тран
В		исходном
зистор		заперт		благодаря			вклю
чению источника Е б , создающего
на базе положительное напряже
ние. В результате выполнения
какой-то операции управляющее
устройство (УУ) вырабатывает
отрицательный импульс с ампли
тудой,		достаточной			для	насыще
ния	транзистора,				который		пере
дается на базу через емкость Ср.
Под		действием		этого		импульса
транзистор			отпирается			и быстро
переходит в			состояние			насыще Рис.		13.49. Схема транзистор
ния.	После		окончания			входного		ного ключа.
управляющего импульса						транзис
тор снова запирается. На выходе схемы								(на коллекторе транзисто

ра) образуется импульс положительной полярности, свидетельст вующий о выполнении операции управляющим устройством.


Поскольку в	состоянии	насыщения			транзистор	имеет малое
внутреннее сопротивление		(порядка		10—100 ом),		определяемое
наклоном линии	насыщения		на	статическиххарактеристиках,
то напряжение	на коллекторе		ик	оказывается также весьма			ма
лым (порядка 0,1—0,3 в).		Пренебрегая			этим напряжением		по
сравнению с Е к, т. е. полагая			ик~ 0, можно считать			насыщенный

транзистор замкнутым ключом. В запертом состоянии он представ ляет собою разомкнутый ключ.

Обычно ставится задача быстрой фиксации срабатывания уп равляющего устройства. Поэтому в кем образуется управляющий импульс почти прямоугольной формы, имеющий длительность фронта ^фвх, сравнимую или даже меньшую, чем При этом условии длительность перехода транзистора из запертого состоя ния в насыщенное и обратно определяется, главным образом, его

9 С. И. Виглин.

129

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1513 14 15 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ