книги из ГПНТБ / Кузьмич, В. И. Основы импульсной техники учебник
.pdfПоследнее соотношение показывает, что коэффициент нели нейности равен экспоненциальному множителю выражения (3.3) при t -■ t„р. Если t„рСт, то можно органичиться лишь
___ (пр_
двумя первыми членами разложения е ' в ряд Маклореиа
Тогда из соотношения (3.4) получаем
^пр Ар
тRC
Амплитуду пилообразного напряжения можно найти как разность напряжений на конденсаторе при t —t„p и t —0 (см. рис. 3.1). На основании закона (3.3) находим
|
|
|
|
|
|
_ |
J n p _ |
и Cm — ис [^ /пр — |
6'со = |
(А — и со) (1 — е |
' ) . |
||||
Определим коэффициент |
использования |
напряжения источ |
|||||
ника питания |
|
|
|
|
|
|
|
£ |
Ucm |
Е — |
и со |
,, |
— -1C ч _ |
Е — Uсо , |
|
? “ |
Е ~ |
Е |
~ |
( |
~ |
|
Ё |
Обычно |
Uco^E, |
поэтому |
|
е. |
|
|
|
Полученное равенство показывает, что простейшие ГИН не могут создать пилообразное напряжение с малым коэффициен
том нелинейности |
в |
и большим |
коэффициентом использова |
|
ния источника питания. |
|
|
||
В реальных схемах параллельно конденсатору С подклю |
||||
чается сопротивление нагрузки R„ |
(см. рис. 3.2). |
|||
Эквивалентная |
схема |
цепи заряда конденсатора может |
||
быть приведена к схеме, изображенной на рис. 3.3, где |
||||
Елкв = Е ___ _____ |
— эквивалентное напряжение; |
|||
/?„ + R |
|
|
|
|
R,KB — — f f . ---- |
|
— эквивалентное сопротивление. |
||
/?„ f R |
|
|
|
|
В этом случае напряжение |
ис |
на конденсаторе будет изме |
||
ряться по закону |
|
|
|
|
ill
|
t |
и с = U СО -f- (^ЭКВ — Uco) (1 |
е су?э*» ) , |
где Uco — начальное напряжение на конденсаторе. Коэффициент нелинейности с учетом нагрузки равен:
, г |
_пр_ |
tпр |
Чф |
R |
С/?" |
||||
|
|
R«R |
CR |
Rn |
|
|
Rn + R |
|
|
|
= |
8 1 + |
R |
|
|
Rn |
|
||
|
|
|
|
Таким образом, чтобы нагрузка мало влияла на парамет ры пилообразного напряжения, должно выполняться условие
Rn » R-
2. Простейший ГПН на лампе
Схема простейшего ГПН на лампе представлена на рис. 3.4. Временные диаграммы изображены на рис. 3.5.
Резистор Rp входной разделительной цепи можно вклю чить двумя способами:
—между сеткой и катодом триода (схема с «нулевой» сет
кой) ;
—между сеткой триода и плюсом источника анодного пи тания £'а (схема с «положительной» сеткой).
Рис. 3.5
Второй способ включения резистора Rp является более предпочтительным, так как, во-первых, уменьшается напряже ние на аноде UakMm и, во-вторых, повышается стабильность напряжения на сетке ugk и, следовательно, напряжения на аноде Uakmn во время отсутствия входных импульсов.
1І2
Так как в исходном состоянии триод открыт, то напряже ние на конденсаторе
{-'СО - ^ akмин •
С приходом отрицательного прямоугольного импульса дли тельностью t nр триод закрывается и конденсатор С начинает заряжаться от источника Еа через резистор Ra. Напряжение на конденсаторе будет изменяться по закону
_ t
ис = Uсо + (Еа - |
Uсо) ( 1 - е CR« ) . |
|
Коэффициент нелинейности |
|
|
|
*ПР |
4- |
е |
C R |
^пр |
С учетом нагрузки |
|
CRa |
|
|
|
|
1 -Ц |
Ra |
|
|
Ra |
Коэффициент использования напряжения источника питания
Uсо
С
так как обычно U<;о ч' Еи .
По.окончании действия входного импульса лампа открыва ется, и конденсатор С начинает разряжаться через открытую лампу.
Внутреннее сопротивление триода R t |
переменному току |
|||
при |
ugk 0 — примерно постоянная величина, поэтому время |
|||
восстановления исходного состояния |
(при Ra > Rt) |
|||
|
t _ яГ |
^ а ^ 1 |
~ Я Ск> |
‘ * |
|
“ 6 |
Ra + Rt |
6 |
|
3, |
Простейший ГПН на транзисторе |
|
|
|
Схема данного генератора и временные диаграммы пред ставлены на рис. 3.6 и 3.7.
В исходном состоянии транзистор открыт и насыщен, поэто му напряжение на конденсаторе С
Uсо =* и к.э.н — 0 .
При подаче на вход схемы положительного прямоугольного импульса спад коллекторного тока ік начнется с некоторой за-
s. Зак. 362. |
ИЗ |
держкой, определяемой временем tp рассасывания избыточ ного заряда в базе, и будет идти по экспоненциальному зако ну. Так как транзистор закрывается не мгновенно, то происхо дит искажение начального участка экспоненциально изменяю щегося напряжения ис. Это искажение как бы эквивалентно
дополнительной задержке, примерно равной длительности спада tQ коллекторного тока.
t
Рис. 3.6 |
Рис. 3.7 |
Если не учитывать инерционность и обратный ток коллек тора транзистора, то напряжение на конденсаторе С будет из меняться по закону
По окончании действия входного импульса транзистор от крывается и переходит в активный режим. Источником пи тания при этом оказывается заряженный конденсатор. Поло жение рабочей точки на выходных характеристиках транзис тора определяется величинами
Коллекторный ток в этой точке
превышает ток насыщения
114
Разряд конденсатора С происходит через открытый транзис тор. При этом ток разряда
ір /к |
Ек |
ис |
і к, где /дк |
гл |
В режим насыщения транзистор войдет в конце разряда кон денсатора С, когда напряжение на нем станет близким к нулю.
Достоинством простейших ГПН является простота схемы и высокая надежность. Однако они не могут создать пилообраз ного напряжения с малым коэффициентом нелинейности £ и большим коэффициентом использования напряжения ис точника с.
ВОПРОСЫ д л я САМОКОНТРОЛЯ
1.Определите влияние сопротивления резистора Ra и ем кости конденсатора С в ламповом ГПН на параметры пилооб разного напряжения.
2.Каким требованиям должна удовлетворять лампа, прос тейшего ГПН?
3.Определите влияние сопротивления резистора /?б в тран зисторном ГПН:
—на задержку и искажение начального участка пилооб разного напряжения;
—па время восстановления исходного состояния схемы.
4.Как и на какие параметры пилообразного напряжения влияет амплитуда входного импульса в транзисторном ГПН?
5.Каким требованиям должен удовлетворять транзистор простейшего ГПН?
§3.3. ГЕНЕРАТОРЫ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ТОКОСТАБИЛИЗИРУЮЩИМ
ДВУХПОЛЮСНИКОМ
1. Применение гокостабилизирующего двухполюсника для улучшения линейности пилообразного напряжения
Пилообразное напряжение, изменяющееся |
по линей |
ному закону, можно получить, если в цепь заряда |
(или разря |
да) конденсатора включить токостабилизирующий двухполюс ник Д.
115
Ток идеального токостабилизирующего двухполюсника Iл является постоянной величиной, не зависящей от напряжения на двухполюснике.
В этом случае напряжение на конденсаторе, равное
ис — —j |
ic dt = —~ ~ j IAdt = — t , |
о |
о |
Судет изменяться строго по линейному закону.
Однако идеальных двухполюсников в природе нет. Реаль ные двухполюсники имеют характеристики, примерный вид ко торых представлен на рис. 3.8. Такими характеристиками об ладают пентоды и транзисторы. Уравнение вольт-амперной ха
рактеристики |
на почти линейном рабочем участке AB имеет |
||
вид: |
|
|
|
|
h |
'до |
г. |
|
|
|
|
du, |
|
|
- |
где Гд— — |
— внутреннее сопротивление токостабплпзирую- |
||
иіл |
|
|
|
шего двухполюсника. Сопротивление г, составляет для пенто дов и транзисторов десятые доли и единицы мегомов.
U Й МИН |
Е |
Рис. 3.8 |
Рис. 3.9 |
Тіа рис. 3.9 представлена.эквивалентная схема ПІИ с заря дом конденсатора через токостабнлизирующий двухполюсник. В исходном состоянии ключ замкнут. На конденсаторе уста навливается начальное напряжение Осо- После размыкания ключа начнется заряд конденсатора. Напряжение на конденса торе определится выражением
t
itс — Uсо А-----^ ic dt .
о
116
После дифференцирования по времени имеем
|
|
|
duc |
|
|
іс |
|
|
|
|
|
|
1 Г Г |
|
|
С~ |
|
|
|
Учитывая, что, согласно рис. 3.9, |
|
|
|
|
|||||
|
>с = Г |
1 П ------I |
АО |
|
г. |
|
"с |
|
|
|
|
|
Rn |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
«я - = Е - |
ис , |
|
|
|
||
получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
duc |
/ДО + |
|
|
|
Г |
|
||
|
~ d f |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Rn |
j |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
НЛП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
du(. |
IАОГа + А |
|
|
"с I |
1 |
|
1 \ |
|
|
dt |
|
|
|
|||||
|
Сг„ |
|
|
С' I г,. |
|
яГ/ |
|||
Решение этого дифференциального уравнения |
I-й степени име |
||||||||
ет вид: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ис ~ Uсо + |
(/до Г. + |
Е) |
Rn |
- |
£/со |
(1 |
-ч KCRatr д ) |
||
|
|
|
Rn |
|
|
|
|
|
|
Коэффициент нелинейности с учетом нагрузки равен: |
|||||||||
|
Й]|> / |
И Г |
|
1 П|) |
|
. ( 1 + |
(З.Г) а) |
||
|
1 - е ;ф' Ѵ ;'д |
|
|
|
|
||||
|
|
|
с |
R n |
Г А |
|
|
Rn |
|
|
|
|
Rn |
- I - |
г |
|
|
|
|
где |
— — коэффициент нелинейности при отсутствии на- |
||||||||
|
СГд |
грузки |
(Ru = |
cg). |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||
Таким образом, коэффициент нелинейности ГПН с токоста билизирующим двухполюсником определяется сопротивлением двухполюсника переменному току гд. Так как гАочень вели ко, то коэффициент нелинейности имеет значительно меньшую величину, чем у простейшего ГПН.
Эквивалентная схема ГПН с разрядом конденсатора через токостабилизирующий двухполюсник дана на рис. 3.10. В ис-
117
ходном состоянии ключ замкнут й на конденсаторе С устанав ливается начальное напряжение /Л<>- После размыкания клю-
І Н |
і Д |
ча К конденсатор будет разряжаться через токостабилизирую
щий двухполюсник II |
сопротивление нагрузки. При этом |
||||
|
иС |
UCo ------ i<: dt • |
|
||
|
|
|
о |
|
|
После дифференцирования по времени |
|
||||
|
|
du с |
Іг |
|
|
|
|
"с |
|
||
|
|
dt |
С |
|
|
Так как |
|
|
|
и. |
|
|
|
|
и. |
||
і(: = |
ід + |
п— |
|||
|
|||||
|
|
|
|
Ru |
|
|
|
и д |
и г , |
|
|
то |
|
|
|
|
|
duv |
|
1 до |
|
1 |
|
~dt |
|
с |
|
- + |
|
|
|
Ru |
|||
Решение этого дифференциального уравнения имеет вид:
|
^ЩГц R» 4- Uro И |
„ |
с/!дІд |
иг — Uсо |
e ' ' |
• 'д |
|
|
Г я "Т Ru |
|
|
118
Коэффициент нелкпейностп пилообразного напряжения
+ |
<3 5 5 > |
К + гл
Формулы для ис и г' показывают, что уменьшение сопротив ления нагрузки /?н ведет к уменьшению амплитуды и ухудше нию линейности пилообразного напряжения ис.
2. ГПН с токостабилизирующим двухполюсником на лампах
Схема ГПН с зарядом конденсатора через токостабилизи рующий двухполюсник на пентоде представлена на рис. 3.11. Триод выполняет роль ключевого элемента.
а) Исходное состояние
В исходном состоянии лампы открыты. Конденсатор С за ряжен до напряжения
UО) ^Лі£2мин •
где — напряжение на аноде триода Л2.
119
Источник напряжения Е определяет режим работы пенто да по первой и второй сеткам, так как
11g ifc ■ Е ia Rk , iigtk — E .
При этом, чем больше напряжение Е, тем больше анодный ток пентода. Режим подбирают так, чтобы пентод работал без то ка первой сетки.
б) Рабочий ход
С приходом отрицательного входного импульса длитель ностью tnр триод Л2 закрывается и конденсатор С начинаеі заряжаться от источника напряжения Еа через пентод, выпол няющий роль токостабилизирующего двухполюсника. Резис тор Rk создает отрицательную обратную связь по току, до полнительно стабилизируя ток двухполюсника. Действитель но, с уменьшением анодного тока напряжение на первой сетке пентода и^ц. — Е — inxRk увеличится, что приведет к увеличе нию анодного тока. Чем больше сопротивление резистора Rk, тем стабильнее ток двухполюсника и, следовательно, лучше ли нейность пилообразного напряжения. Но с увеличением сопро тивления резистора R,t амплитуда пилообразного напряжения уменьшается, так как уменьшается ток двухполюсника.
Внутреннее сопротивление двухполюсника определяется формулой
-= Rn -I (1 -I іч) Rk.
где
Rii — внутреннее сопротивление пентода переменному току;
14 — статический коэффициент усиления пентода. Коэффициент нелинейности напряжения і’с, согласно урав
нению (3.5а), равен:
Если к выходу генератора подключить сопротивление нагруз ки /?„, то коэффициент нелинейности будет
в) Обратный ход
Во время обратного хода конденсатор С разряжается че рез открытый диод Л2,
120