книги из ГПНТБ / Виглин, С. И. Генераторы импульсов автоматических устройств учеб. пособие

Выведем уравнение динамической

характеристики

А'

В'

процесса

разряда. Основное уравнение лампы

Л1

в

линейной

области

статических

характеристик

имеет

вид

'ai

— Лю +

$i ugl

+

у^.

(19.18)

где / а 0 — условная величина

тока

/ а 1

при

agl

= О и иа 1

= 0 .

Она

определяет­

ся графически, как показано на рис. 19.9.

Подставляя в формулу (19.18) выражение

для

и„,

из

соотношения

(19.13),

получаем следующее уравнение:

•»»

|

^а_1

(19.19)

1 +S,RK

(1

+SlRK)Rh

+

Соответствующее

динамической характеристике

А'

В',

Так как в исходном состоянии лампа

Л-2

является анодной нагрузкой

для лампы

Л,,

то положение точки

А'

иа характеристиках лампы

мож­

но

найти,

если

построить

линию

на-

а)

8)

грузки

из

точки « a i =

£а

под углом

'I

C tg а — #|а + Я К

и

определить

напряжение

usi

соглас­

t

- r

p

но

(19.13).

Способ

определения

рабочей

точ­

4V

-JOK"

ки каскада с отрицательной обратной

связью

по

току

излагается в

гл.

16.

Динамическая

характеристика

А' В'

имеет

наклон,

определяемый

Рис. 19.10.

Эквивалентные

углом

{J,

который

согласно

уравне­

нию

(19.19)

можно

найти

так:

схемы:

а—пентода; 6*-разряда емкости С.

Уравнению (19.19) соответствует эквивалентная схема пентода, пока­

занная

на

рис.

19.10,я. Тогда

эквивалентная

схема разряда

емкости

С

принимает

вид,

показанный

на

рис.

19.10,6.

Постоянная

времени

разря­

да, очевидно,

равна

*р =

С (Rsi

+ Л.) = С \Ru +

(и, +

1) Як!

(19.20)

и коэффициент

нелинейности

» v = V - .

( 1 9 . 2 1 )

С/лм =

/ с о

к-

(19.22)

Для

увеличения

UMt

желательно

увеличивать

^ам

и уменьшать

С.

Однако

уменьшение

С приведет к возрастанию коэффициента нелиней­

ности. Поэтому большую

величину

или

обеспечивают в основном за счет

увеличения тока 1т.

Для этой цели

иногда в цепь лампы Лг

включают

дополнительный источник

положительного смещения

Еа. Так

как

в

этом

случае

ll.gL =

Eg

— /,ц /?,;,

то

точка

А.' перемещается вверх

по

характеристикам

лампы,

что

приво­

дит

к возрастанию

тока

/а м-

ра

по схеме

ОБ его выходная

проводимость YKe

резко уменьша­

ется по сравнению с выходной

проводимостью

YK9

транзистора,

включенного

по схеме ОЭ.

Иначе говоря, при питании транзисто­

ра

от источника тока / э

=

const

обеспечивается

лучшая стаби­

лизация тока

коллектора

iK,

чем

при питании от

источника

тока

/б =

const.

Поэтому на практике выгоднее применять схему

ОБ.

Принципиальная схема

генератора линейно изменяющегося

на­

щие

ее работу,

—

на

рис. 19.12. Транзистор

Ту служит для раз-

4}

о - 8 Ь

Г,

£

\

1'

t

_

Уэ'

7,

Ух/

"за?

Рис. 19.11. Схема генератора линей­

но изменяющегося

напряжения

Рис. 19.12. Форма напряжений

с токостабилизирующим

в схеме генератора с токоста­

транзистором.

билизирующим транзистором.

ряда

конденсатора

С практически постоянным током, а транзистор

Т2 выполняет роль

ключа. Сопротивление

У?э

служит для стаби­

лизации тока эмиттера

h i , а сопротивление

R& определяет ре­

Ввиду того что у транзистора Т\ заземляется

база,

для пита­

ния приходится использовать

два

источника

Ек

и Еч.

Первый

из них создает необходимые напряжения

« б э о

и

« к э 2

для транзи­

стора Г? . а также напряжение

иКб i

для

транзистгра

7",. заряжая

конденсатор С. Второй служит только

для

питания

цепи

эмиттер — база

транзистора 7*1.

Для

пояснения

работы

схемы на

рис.

19.13 приведено

семейство стати­

ческих

характеристик

транзистора

Ти включенного по схеме ОБ. Выход­

ное

сопротивление

A*™ (при

гэ = const)

определяется

обычным

способом:

u ts

ji3-=-const

Рис. 19.13. Перемещение

„

насыщения

для схемы

„

рабочей

точки

транзистора

Линия

ОБ при

в процессе

разряда.

не слишком больших токах /,

распола­

В

исходном

состоянии

гается

в

области

напряжений

йКб < 0.

открыты оба транзистора Т\ н

Г2 ,

при­

чем

они

включены

последовательно.

Основные

(коллекторные)

токи

транзисторов

протекают от

«плюсового» зажима

источника

Еэ

сначала через

участок

эмиттер—коллектор

транзистора

Т\, а

затем Г2 на «минусовый» зажим источника Ек.

Часть

тока ответ­

вляется

на базу транзистора

Т\ или Т2. Из схемы соединения

тран­

зисторов

(рис.

19.11) следует

очевидное соотношение

или

/к1 =

/э2 .

/ , 1 - / б 1 = « / к 2

+

(19.23)

/62.

Через открытый транзистор Г* конденсатор С заряжается

до

максимального

напряжения

ис*

=

Ек~икэо,

(19.24)

которое

меньше, чем

Ек.

Токи

транзисторов

Т\ и Г2 определяются

следующими

соотно­

шениями. Напряжение

Еь

распределяется между резистором

R3

и входным сопротивлением

/?В .\ОБ

транзистора

Т\. Если

U = ^ ~ " 3 6 1

(19.25)

При

сравнительно

большом сопротивлении

R3 ток / э , не

зави­

сит от

режима транзистора

Т\. Ток

эмиттера

транзистора

Т2

/ а 3

= / « 1

Я!

(19.26)

а ток

коллектора

/к? =

a j / э а =

р а / 6 3 .

(19.27)

Ек =-- £/С м + " б е 2 + Ли /?в.

(19.28)

Пренебрегая малым

напряжением й б Э

2 .

получим

- Ек — d/см

/б2 —

# 6

Величины

б'с.м и / Э 1

определяют

положение' исходной

'рабочей

точки Л транзистора

(рис.

19.13).

Для формирования пилообразного импульса на базу транзи­

стора

Т% подается

положительный запускающий

импульс,

который

запирает

его

на

время

/„

(в те-

: •

чение

промежутка t\—12

на

рис.

19.12). Конденсатор С разряжается

через

транзистор

Т\

по

цепи, по-

+ 0

С

казанной на рис. 19.14. По мере раз­

ряда

конденсатора

С

уменьшается

напряжение

икб i

и

рабочая

точка

транзистора

Т\ движется

по

стати­

ческой

характеристике 73 1 =C.onst.

Рис. J9.14. Цепь

разряда

При этом

ток

разряда,

равный кол-

конденсатора

С.

лекторному току 1К\, остается прак­

тически постоянным. В

момент t2 снова

отпирается транзистор Т2

и происходит быстрое восстановление исходного

состояния. Кон­

денсатор

С

заряжается

через транзистор

Т2.

Амплитуда пилообразного

импульса

^ л м = 4 - | * с л

= = 4 Н в

-

( 1 9 - 2 9 )

исмин= Оси- ияи.

(19.30)

Ввиду

того что в схеме

ОБ линия

насыщения располагается

при «к б <

0, конденсатор С может разряжаться почти постоянным

током

до

напряжения Ис > и и = 0.

Из-за

конечной величины

выходного

сопротивления

# К б тран­

зистора

Г] ток коллектора

i K i уменьшается в течение

разряда

конденсатора С. Это приводит к слабой нелинейности

кривой « с -

Так как

due

lc

ixi

dt

~

С

~~С'

то на основании

соотношения ( 1 9 . 2 )

найдем

' K I (^i)—Ла^г)

_

/ к 1 — 4 i (^2)

4-i(/,)

/ к .

Учитывая,

что

и воспользовавшись

соотношением

( 1 9 . 2 9 ) ,

получим

Для получения малого коэффициента нелинейности

Sv

необ­

ходимо

выполнить

условие

Яке с

»/„.

Изучение процессов в схеме (рис.

1 9 . 1 1 ) показывает,

что

ам­

плитуда

илы

<

Ек.

Найдем коэффициент использования

\

напря­

жения

питания.

Воспользовавшись

соотношениями

( 1 9 . 2 8 )

и

( 1 9 . 3 0 ) ,

получим

Una

—

Ек

— /б2 R6

— U-C мин =

Ек

— /к1 П э ^ — И С

мин-.

$2

Подставляя

значение

/ K

i из

формулы

( 1 9 . 2 9 )

и

учитывая

( 1 9 . 3 1 ) ,

имеем

£=•

р

U ™

=

~Q

.

( 1 9 . 3 2 )

С «

— UQ мнн

j _|

J~\6

К Рг # к б

ношение

R&!RK6-

Однако

сопротивление

Rt

не

может быть

слишком

малым. В начале восстановления схемы

(момент t%) кон­

денсатор

С разряжен, и ток коллектора iK2

имеет

максимальное

значение

г

Ек

Uc мнн

о

I к2 м = '

—

-щ-

Р21

которое

должно

быть меньше

допустимого

/ к 2 д о п .

Отсюда

Пь>

£ к Г

" С м и н

р , .

( 1 9 . 3 3 )

Ек — ис

Дифференцируя

это выражение,

получим

di62

,

1

due •-=0.

dt

1

R6

dt

Так как основным током

заряда

является коллекторный

ток

'•к2, ТО

duC

_

1

:

_ .

1 о ;

~т

С~

~С~

Следовательно,

дифференциальное

уравнение

для

тока

/б2

имеет вид

din

р2

dt

'

R6C i 6 2

= 0.

(19.34)

Отсюда видно,

что

ток базы

'62. а значит, ток

коллектора

iK2

и напряжение

« с

изменяются

в

процессе заряда

по

экспоненци­

альному закону

с

постоянной

времени

р 2

Длительность

восстановления

h

=

Зт3 .

« 0 2 = £ Л

+

с/сР )

(19.36)

где

£ / ср

— напряжение на

разделительном

конденсаторе

Ср .

Величину

С/ср найдем по исходному состоянию, так как оно

поч­

ти не меняется

с течением времени. При иа=0

и И б э 2

= 0 получим

Значит,

и с ?

=

- и С ы .

" б 2 =

с / 3

- с / С м .

(19.36')

Напряжение на базе транзистора Т2 относительно эмиттера

(рис.

19.11)

И б э2 = « 6 2 — Чс =

U3— Uс» +

|«с|.

(19.37)

Для

запирания

транзистора

7"2

должно выполняться

условие

« б э 2 >

О ,

или

- UCu +

И ) > 0.

(19.38)

{U3

Так как с течением

времени

напряжение «с

уменьшается, то

амплитуду

U3

следует

выбирать

из

условия

(19.38)

при

|«с| = Не мни,

что имеет

место

в

момент

t2

окончания

разряда.

Итак,

U3 >

[UCu

— ис

ил

(19.39)

ми.,) =

Отсюда видно, что амплитуда запуска

U3

сравнительно

велика и

превышает амплитуду £ / л м пилообразного

импульса. Это — основ­

ной недостаток

данного

устройства.

В схеме

(рис. 19.11)

транзисторы

Т\ и

Т2 работают в ненасы­

щенном режиме. Для уменьшения

времени

восстановления

( 0

и стабилизации

амплитуды

С/яи

применяют

насыщенный режим

Рис. 19.16. Функциональная схема

Рис. 1У.15. Включение резис­

генератора линейно изменяюще­

тора RK2 Д л я насыщения

гося напряжения с положитель­

транзистора 7"2.

ной обратнойсвязью.

Н&2 *С Рг Rw

Однако из-за

влияния инерционности насыщенного транзистора

Т2 возникает

нестабильность длительности t„ и искажается на­

§ 19 . 6 . Г Е Н Е Р

А Т О Р ЛИНЕЙНО И З М Е Н Я Ю Щ Е Г О С Я Н А П Р Я Ж Е Н И Я

С

П О Л О Ж И Т Е Л Ь Н О Й О Б Р А Т Н О Й С В Я З Ь Ю

и А =

Я +

иВ Ы х =

£ +

Я"ас

(19.40)

является эквивалентной

э.д.с. источника,

питающего

цепь

RC.

Ключ К управляет работой схемы.

В исходном состоянии ключ К замкнут. Конденсатор С разря­

жен. При размыкании ключа

К происходит заряд

конденсатора

С от эквивалентного источника « А И формируется

пилообразный

импульс.

Поясним, как в этой схеме стабилизируется ток заряда:

C==~R

=—R—'

( 1 9 , 4 1 )

где U R = « А — «в — напряжение на

сопротивлении

/?;

«в = " с — напряжение в точке

В.

По

мере

заряда конденсатора С растет напряжение

«с,

пода­

ваемое

на

вход усилителя, и

пропорционально ему

напряжение

ние

«в = « с

в точке В. Поэтому

напряжение uRi

определяемое

разностью потенциалов в точках А

и В,

а вместе с

ним ток

ic

сохраняют

постоянную

величину.

Подставляя

в формулу

(19.41)

выражение

(19.40), получим

Е-(\-К)ис

(19.41')

Отсюда

видно, что

лишь в

случае

/С=1

ток

ic=

const.

При

К<1 ток ic

и ско­

рость заряда

due

_

ic

dt

~

R

убывают с течением времени, а при К>\,

р с

1917 ф

наоборот, -

возрастают. Следовательно,

жения ^ nW р а ^ н ы ? Л.

регулируя коэффициент усиления К, мож­

но получить различный характер изменения ис

(рис. 19.17). Обычно

Рассчитаем

основные

параметры

пилообразного импульса £ / л ы

и

ov .

Будем полагать,

что

ключ

К

разомкнут

в

промежутке

0 <

t <

ta.

Так

как

при

t = 0

напряжение

uc — 0,

то

i c ( 0 ) = / c = - | -

При 1 — 1л,

напряжение

« с =

£ / 1 М ) значит

'с

Е-(1-К)ияи

(1Л)

=

—

R

Коэффициент

нелинейности

5 V =

i

c

i 0

) ^

( i a

)

=

^

f - (

\ - K ) .

(19.42)

Поскольку

при

A s d

ток

lc

практически

постоянен,

для расчета

амплитуды

UnK полагаем

Тогда

/с — lc — const.

1

'л

/с

,

Um

-

Г •

—-

с

,

lc^ dl-

с

или

иян

=

Е-^-.

(19.43)

можно получить, когда длительность (л

пилообразного

импульса

сравнима с постоянной времени RC заряда. Из-за нелинейных ис­

кажений в усилителе нельзя получить амплитуду

Поэтому

всегда выбирают /л < R С.

Соотношение (19.42) показывает, что даже

при большом коэф­

фициенте использования \ = 1 коэффициент

нелинейности Sv

весьма мал при К, близком к единице.

Принципиальная схема с положительной обратной связью вы­

полняется, как показано на рис. 19.18. Здесь

RK

С —

основная

зарядная цепь. Роль ключа К выполняет транзистор

Т\. В качест­

ве усилителя с коэффициентом усиления

A s s l

используется эмит-

точником для заряда емкости

С служит конденсатор

СБ большой

емкости. Диод Д служит для

отключения

источника

питания Ек

на время заряда конденсатора

С, а также

для быстрого заряда