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

бается в те моменты времени, когда резко изменяется первая про­ изводная входного сигнала, т- е. когда возрастает его вторая про­ изводная u,\'(i).

Дифференцирующая цепь RC

Цепь RC (или RL) второго вида (рис. 1.5) имеет спадающую переходную характеристику

h (/)—=с

прН4еМ А(ос)—0. Поэтому при достаточно малой постоянной вре­ мени тц она производит операцию дифференцирования.

Выясним качественно, как происходит дифференцирование г. Цепи RC. Напряжение на выходе этой цепи равно

(10.50)

Следовательно, в цепи RC второго вида дифференцируется на­ пряжение на емкости. При малой постоянной времени процесс за­

ференцирования найдем первый и второй моменты переходной ха­ рактеристики:

о

П

0

При тм ' 3*, можно считать

е Т'1 « 1.

Значит,

R > ('п ) ~ 2 V

20

Одним из способов улучшения дифференцирующих свойств це­ пи RC является включение ее на входе усилителя с обратной связью по току (рис. 10.11). Так как в этой схеме дифференциро­ вание обеспечивается совместным действием основной дифферен­ цирующей цепи RC и специальным образом подобранных элемен­ тов /?к и Св цепи обратной связи, то назовем схему (рис. 10.11)

в целом дифференцирующим усилителем.

Рис. ИМ !. Дифференцирующий усилители.

Рассмотрим качественно, как изменяется переходная характе­ ристика каскада. Она зависит, в первую очередь, от формы управ­

21

При подаче на вход единичного перепада напряжение на сетке

ug, снимаемое с сопротивления Rg. спадает по экспоненциальному закону с постоянной времени тц

(рис. 10.12). Под действием этого напряжения в лампе появляется пе­

ременный анодный ток ia, который постепенно заряжает емкость Ск. Форма напряжения обратной связи

ик показана на рис. 10.12. Сначала это напряжение возрастает по мере заряда емкости Ск анодным током, а затем, когда напряжение на вхо­

де усилителя ug и анодный ток i3 сильно уменьшатся, преобладающим будет процесс разряда емкости Ск через сопротивление R*, из-за чего

из-за чего напряжение «к= 0 . Обратная связь практически не дей­

быстро заряжается анодным током, напряжение ик успевает сле­

довать за изменением ug и имеет практически ту же форму. В

этом случае управляющее напряжение %< также имеет ту же

форму, что и входной сигнал ug. Следовательно, при малой и большой ~к усилитель с обратной связью не изменяет длительно­

сти переходного процесса, а производит лишь усиление сигнала ug. Заметим, что от величины тк зависит амплитуда напряжения

Найдем теперь переходную характеристику дифференцирующе­ го усилителя, воспользовавшись операционным методом. Произ­ водя вычисления, аналогичные проведенным в § 6.6, но с учетом,

— преобразованная постоянная времени.

Полагая р = /со, получим операционное изображение переходной

23

Поскольку дифференцирующая цепь и усилительный каскад включены последовательно, то общий коэффициент передачи

л -1( /со) = - ^ = л -д(у« ; л-(/ш),

— коэффициент передачи дифференцирующей цепи. Тогда опера­ ционное изображение переходной характеристики дифференцирую­ щего усилителя будет

(10.57)

1 ~Г Р "ц 1 Т р Ч<1

Анализ этого выражения и соответствующего ему оригинала h\(t) показывает, что целесообразно выбирать постоянные времени тк и тц равными:

При этом условии выражение (10.57) упрощается так:

(Ю.59)

ТК1 1 1 Р -К1

Ему соответствует переходная характеристика

___t_

ХК1

Отсюда видно, что в дифференцирующем усилителе при выполне­ нии условия (10.58) переходная характеристика спадает с посто­ янной времени тк1 < тц , что улучшает точность дифференцирова­ ния. Одновременно происходит усиление слабого сигнала, снимае­ мого с выхода основной дифференцирующей цепи RC.

§10.5. КОНТУРЫ УДАРНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Вразличных импульсных устройствах требуется выработать синусоидальное напряжение, начало и окончание действия которо­ го были бы строго фиксированы во времени. Иначе говоря, необхо­ димо получить ограниченный во времени пакет синусоидальных колебаний. Для этой цели используют колебательные контуры, в которых возбуждают колебания под действием внешнего импуль­ са. Такой способ получения колебаний называют ударным воз­ буждением контура.

24

Одной из наиболее распространенных схем с контуром ударно­ го возбуждения является схема, приведенная на рис. 10.13, где параллельный контур включен в катодной цепи лампы. На­ пряжение ик, образующееся на контуре, подается на вход ка­ кой-то нагрузочной цепи (на­ пример, усилителя импульсов), имеющей входное активное со­ противление /?„. Управление работой схемы осуществляется отрицательными импульсами с

длительностью tu, подаваемы­ ми на сетку лампы.

Физические процессы в схе­ ме протекают следующим об­ разом. В исходном состоянии, когда отсутствуют импульсы на сходе, лампа Л открыта, так

как з цепь ее сетки не включен источник смещения и, значит, на­ пряжение на сетке wg= 0. В лампе протекает постоянный анодный ток /а, который замыкается через индуктивность контура L. Так как постоянный ток не создает напряжения на катушке L, то кон­ денсатор С разряжен, и напряжение на контуре ик = 0.

При подаче на сетку лампы Л отрицательного импульса дос­ таточно большой амплитуды она запирается, и протекание тока в лампе прекращается. Но токгф в катушке L не может исчезнуть мгновенно, поэтому он замыкается теперь через емкость С, вызы­ вая появление в контуре собственных затухающих колебаний. Они продолжаются до тех пор, пока действует отрицательный импульс, запирающий лампу.

После окончания импульса и отпирания лампы под действием анодного тока возникает новый переходный процесс. Собственные колебания постепенно затухают, и схема возвращается в исходное состояние, ожидая прихода следующего управляющего импульса. При периодической подаче импульсов на сетку лампы в .контуре вырабатываются радиоимпульсы, частота следования которых рав­ на частоте импульсов запуска.

Чтобы определить форму напряжения ик, составим эквива­ лентную схему для промежутка 0 < t < ta, соответствующего вре­ мени действия управляющего импульса. Так как лампа Л в это время заперта, то она на процессы в контуре не влияет, и ее мож­ но отбросить. Тогда эквивалентная схема принимает вид, пока­ занный на рис. 10.14. Источником энергии, поддерживающим ко­

25

лученными результатами для данного случая, когда колебания возникают при выключении источника тока (лампы Л ), применим такой прием. Действительная форма анодного тока 4 показана на рис. 10.15 (4 /а при t < 0; га - 0 при 01. Ее можно представить в виде суммы двух функций, показанных на рис. 10.15 пунктиром:

Тогда выключение источника тока можно рассматривать как сов­ местное действие постоянного тока 4 i и дополнительного тока 4?. включаемого в момент / —О и имеющего обратный знак. Восполь­

26

Значит, нужно выбирать контур с большой емкостью и добиваться, чтобы шунтирующее сопротивление R н имело большое значение. Это позволяет объяснить, почему для ударного возбуждения ис­ пользуется режим запирания лампы Л.

Если в исходном состоянии лампа Л была бы заперта посто­ ронним смещением и отпиралась положительным импульсом, по­ даваемым на сетку, то при возбуждении колебаний внутреннее со­ противление лампы, имеющее сравнительно малую величину, шунтировало бы контур, и колебания быстро затухли. Наоборот, после окончания импульса при запертой лампе сравнительно долго происходило бы восстановление схемы.

Включение колебательного контура в анодную цепь лампы не­ целесообразно, так как выходное сопротивление каскада с катод­ ной нагрузкой, как известно, гораздо меньше внутреннего сопро­ тивления лампы при анодной нагрузке, и в последнем случае воз­ растет время восстановления схемы.

Амплитуда U3 управляющего импульса определяется следую­

27

получить примерно постоянную амплитуду колебаний на контуре с течение длительного времени. В этом случае применяются более сложные способы включения контура ударного возбуждения. Идея создания таких схем заключается в том, чтобы скомпенсиро­ вать затухание в контуре благодаря применению положительной обратной связи.

Одна из сложных схем приведена на рис. 10.17. После запи­ рания лампы Л 1 в контуре возбуждаются колебания, которые под-

г-нс. 1 0.17. Схема генератора ударного

на контуре, то, протекая по катушке L, он частично компенсирует затухание. В зависимости от величины сопротивления R эта ком­ пенсация может изменяться. При большом R колебания, конечно, будут затухать, при малом — они нарастают. Подбирая величину сопротивления R (обычно экспериментально), можно добиться по­ лучения в контуре незатухающих колебаний.

§ 10.6. СМЕЩЕНИЕ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА. ФИКСИРУЮЩИЕ СХЕМЫ

Представим себе, что цепь RC с большой постоянной времени (тц> Т) включена между двумя усилительными каскадами и слу­ жит для неискаженной передачи импульсов. Рассмотрим форму напряжения па сетке последующего каскада (рис. 10.18). Для вы-

28

бора рабочего режима усилителя в цепь сетки включается источ­ ник смещения Eg. Очевидно, что напряжение на сетке

tig — U R E g .

Так как источник смещения блокирован большой емкостью Сф, которая представляет короткое замыкание для импульсных про цессов, то импульс ui, подаваемый

на вход схемы, полностью выделя­ ется на сопротивлении R. Поэтому напряжение и% определяется фор­ мулой (2.76). Тогда

«,, = и х(()— Uсо -Ь Е„.

(10.67)

вается смещением рабочей точки усилительного каскада. Напом­ ним, что оно объясняется тем, что в течение паузы между импуль­

сами конденсатор С разряжается через внутреннее сопротивление источника импульсов (которое мы считаем в данном случае равным

нулю), емкость фильтра Сф и сопротивление R. Благодаря этому на сопротивлении R создается отрицательное напряжение, равное Uсо, которое и приводит к смещению рабочей точки.

Если на вход схемы подаются импульсы с постоянной скваж­

ностью и неизменной амплитудой, то £/co=const, и смещение рабо­ чей точки учитывается при расчете усилителя путем изменения Е g. Однако, часто одна и та же схема используется для усиления им­ пульсов с различными параметрами. Тогда смещение исходной ра­ бочей точки может привести к уменьшению коэффициента усиле­ ния и искажению импульсов. Это поясняется следующим приме­ ром.

Пусть на вход усилителя подается последовательность пря­ моугольных импульсов, характеризуемая отношением

±

Выберем исходную рабочую точку усилителя так, чтобы в дан­ ном случае каскад работал в линейной области характеристик, что

29