книги из ГПНТБ / Кузьмич, В. И. Основы импульсной техники учебник

Синусоидальное напряжение u\ поступает на одно сравни­ вающее устройство непосредственно, а на второе — через фа­ зовращатель. Сравнивающее устройство формирует короткий импульс напряжения, привязанный к определенной (обычной

нулевой) фазе синусоидального напряжения. Изменяя с по­ мощью фазовращателя фазу напряжения «3, можно плавно из­ менять задержку импульсов щ относительно импульсов мг.

Зависимость фазы 9 напряжения на выходе фазовращате­ ля от угла а поворота его ротора имеет вид, представленный на рис. 13.10.

Разность 9 — а представляет собой ошибку фазовращате­ ля и носит периодический характер. Ошибка в установке вре­ мени задержки

или в относительных величинах

404

А*з cp — а

Последнее выражение показывает, что с увеличением угла ? относительная ошибка в установке времени задержки умень­

шается. Используя это обстоятельство, можно создать устрой­ ство временной задержки очень высокой точности.

§ 13.5. ДИОДНО-РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ СРАВНИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

1. Общие сведения о сравнивающих устройствах

Сравнивающие устройства или амплитудные компараторы предназначены для получения перепада или короткого импуль­ са напряжения в момент равенства двух входных напряжений. Одно из входных напряжений обычно является постоянным или медленно изменяющимся и называется опорным (или ре­ гулирующим), другое — изменяется относительно быстро по пилообразному или синусоидальному закону.

4 0 5

К сравнивающим устройствам предъявляются следующие требования:

— высокая стабильность момента сравнения и совпади ю- ідего с ним момента выработки выходного импульса;

—■высокая крутизна фронта выходного импульса. Устройства сравнения напряжений находят широкое при­

менение в устройствах временной задержки импульсов, вре­ менной импульсной модуляции, измерения фазы синусоидаль­ ных колебаний, автоматического сложения и в ряде других случаев.

Сравнивающие устройства можно разбить на две группы:

—сравнивающие устройства с диодами;

—сравнивающие устройства на основе ждущих мультиви­ браторов и несимметричных триггеров.

Сравнивающие устройства с диодами представляют собой сочетание диодного устройства сравнения напряжений и уст­ ройства формирования выходного импульса. На устройство сравнения подаются входное и опорное напряжения. Разность этих напряжений используется для управления устройством формирования выходного импульса. В качестве устройства формирования выходного импульса может быть использован как обычный, так и регенеративный усилитель. Достоинством регенеративного усилителя является большая крутизна фрон­ та выходного импульса.

Ждущий мультивибратор и несимметричный триггер (триг­ гер Шмидта) являются регенеративными устройствами, кото­ рые переходят из одного состояния равновесия в другое при определенном уровне входного сигнала. Поэтому они могут использоваться в качестве сравнивающих устройств.

Ниже будут рассмотрены наиболее часто применяемые сравнивающие устройства.

2. Ламповое диодно-регенеративное сравнивающее устройство

Диодно-регенеративное сравнивающее устройство (рис. 13.11) состоит из диодного устройства сравнения и регенера­ тивного усилителя на пентоде, в анодную цепь которого вклю­ чена первичная обмотка импульсного трансформатора (ИТ). На вход подается линейно-падающее напряжение.

Рассмотрим работу устройства, используя временные диа­ граммы на рис. 13.12.

Состояние устойчивого равновесия. В исходном состоянии потенциал катода диода Д1 определяется входным напряже­ нием ыь а потенциал анода — опорным напряжением Ѵ 0. Так как « 1 > С/0, то диод закрыт.

406

Пентод открыт по анодному току, так как его первая сетка через резистор Rg подключена к плюсу напряжения Е„. Н а­ пряжение на первой сетке

rglk

U g\kü — Е

а R g + Гн is

Обычно Rg > rsi*, поэтому напряжение Ugі*0 близко к нулю.

Через первичную обмотку импульсного трансформатора протекает анодный ток Іа0 пентода. Сопротивление обмотки постоянному току очень мало, поэтому напряжение на аноде пентода

Конденсатор С заряжен до напряжения

Рабочий ход и первое опрокидывание. С началом рабочего хода входное напряжение и\ уменьшается. Как только оно ста­ нет равным опорному напряжению U q, диод Д 1 откроется и входное напряжение через разделительный конденсатор С бу­ дет поступать на первую сетку пентода. Напряжение иец начнет уменьшаться. С этого момента времени в действие вступает положительная обратная связь, аналогичная обрат­

4 0 7

ной связи в блокинг-генераторе. Действительно, с уменьшени­ ем Ugik будет уменьшаться анодный ток іп пентода. В анодной обмотке ИТ возникает э.д.с. самоиндукции е\, в сеточной — э.д.с. взаимоиндукции е2, которая минусом через диод Д1 и

конденсатор С прикладывается к первой сетке пентода. Про­ цессы развиваются лавинообразно, пока лампа не закроется по анодному току. Ток в анодной обмотке ИТ мгновенно исчез­ нуть не может. Он будет замыкаться через резистор Ra. На аноде пентода возникает скачок напряжения. Затем напряже­ ние будет спадать по экспоненциальному закону с постоянной

времени . В сеточной обмотке трансформатора и, следова-

тельно, на первой сетке пентода появится такой же импульс.

408

по отрицательной полярности. Длительность этого импульса должна быть такова, чтобы к моменту его окончания пентод оставался закрытым под действием входного напряжения иі. В противном случае пентод может открыться и в устройстве возникнут паразитные релаксационные колебания.

Пока пентод закрыт, происходит процесс перезаряда кон­ денсатора С по цепи:

Г,л — Re — С — Д х — ИТ — генератор входного напряжения.

Поэтому напряжение и*,!*—и, —«с будет несколько отли­ чаться от напряжения и\.

Пунктиром на рис. 13.12 показано изменение напряжения ug\k без учета, а сплошной линией — с учетом изменения на­ пряжения на конденсаторе С.

Обратный ход и второе опрокидывание. С началом обрат­ ного хода напряжения и\ напряжение uR\k будет возрастать. Как только напряжение и%и, станет равным напряжению запи­ рания Ugoi, лампа откроется и замкнется цепь положитель­ ной обратной связи. В анодной обмотке ИТ появится отри­ цательный, а в сеточной — положительный импульс напряже­ ния, который закроет диод. За время действия этого импульса напряжение и\ должно успеть возрасти до уровня Uq, чтобы после окончания действия импульса диод Д1 оставался закры­ тым.

Восстановление исходного состояния. После закрытия дио­ да конденсатор С будет восстанавливать свой заряд от опор­ ного напряжения Uo через резистор R и участок сетка—катод пентода. За счет зарядного тока на первой сетке пентода воз­ никает небольшой положительный выброс напряжения.

Достоинствами рассмотренного устройства являются высо­ кая крутизна фронта и стабильность выходного импульса. Не­ достатком является то, что данное устройство не может рабо­ тать с медленно изменяющимся входным напряжением, так как при этом могут появиться паразитные релаксационные ко­ лебания.

3. Стабильность момента сравнения лампового диодно-регенеративного сравнивающего устройства

Нестабильность момента сравнения определяется рядом фак­ торов. Важнейшим из них является смещение характеристик диода Д1 при изменении напряжения накала и при его старе­ нии. На рис. 13.13 представлены характеристики диода при различных напряжениях накала, которые показывают, что с увеличением напряжения накала диод Д І будет открываться

409

раньше и наоборот. Следовательно, при изменении напряЖёния накала появляется нестабильность момента сравнения входного напряжения Пі с опорным U0. Эффективным спосо­ бом увеличения стабильности является включение дополни­ тельного диода Д2.

До момента сравнения диод Д1 закрыт и конденсатор С полностью заряжен. Через диод Д2 и резистор R протекает не­ большой начальный ток ід02-

На резисторе R создается падение напряжения

U R — *д02 R ■

Величина ііц определяется пересечением характеристики дио­ да с прямой, проведенной из начала координат под углом

arctg-^- (рис. 13.13).

Потенциал анода диода Д1 равен

и = U0 — uR — U0 — ід02 R ■

Обычно в качестве Д1 и Д2 применяют двойной диод. Поэтому изменение напряжения накала или старение будет смещать ха­ рактеристики диода приблизительно на одинаковую величину.

Допустим, что на­ пряжение накала возросло. Характе­ ристики диодов сдви­ нутся влево. Сдвиг характеристики вле­ во должен был бы привести к более раннему отпиранию диода Д1. Однако увеличение напряже­ ния «я за счет уве­

личения тока диода Д2 приводит к

уменьшению потен­ циала анода диода Д1 и, следовательно, к задержке отпира­ ния диода ДІ. Так как характеристики диодов Д1 и Д2 не­ сколько отличаются друг от друга, полной компенсации нет, но стабильность момента сравнения повышается в несколько раз.

Запаздывание момента сравнения может возникнуть и в том случае, если к моменту начала очередного рабочего хода конденсатор С не успеег восстановить свой заряд.

410

при этом понижается. Следовательно, диод Д І будет откры­ ваться позже.

При большой крутизне входного пилообразного напряже­ ния существенное влияние на стабильность момента сравнения могут оказать паразитные емкости схемы.

4. Балансное диодно-регенеративное сравнивающее устройство на транзисторе

В состав этого устройства (рис. 13.14) входят балансное уст­ ройство сравнения на диодах Д І и Д2 и блокинг-генератор на транзисторе. Применение балансного устройства сравнения значительно повышает температурную стабильность.

иіы*.

Обмотки / и IV импульсного трансформатора создают меж­ ду коллектором и базой транзистора отрицательную обратную связь, а обмотки I и IV' — положительную связь. В состоянии устойчивого равновесия диод Д І закрыт опорным напряжени­ ем Uо, а диод Д2 открыт. Транзистор открыт. В устройстве дей­

411

ствует отрицательная обратная связь, стабилизирующая ис­ ходный режим транзистора.

Па вход устройства подается линейно падающее напряже­ ние іі\ отрицательной полярности. Как только это напряжение по абсолютной величине превысит опорное напряжение U0, диод Д2 закроется, а диод Д1 откроется. Происходит обрыв отрицательной и замыкание положительной обратной связи и блокпнг-генератор вырабатывает короткий импульс. Этот же импульс подается на расширитель для срыва рабочего хода пилообразного напряжения.

После формирования выходного импульса конденсатор С будет перезаряжаться от источника напряжения Е через ре­ зистор R и эквивалентное сопротивление

Rэкп

R I R->

/ѵг :7k :

Процесс восстановления исходного состояния окончится тогда, когда откроется диод Д2.

Это устройство обладает высокой чувствительностью и стабильностью момента сравнения, а также большим входным сопротивлением. Недостатком является сравнительно большое время восстановления исходного состояния.

§ 13.6. СРАВНИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ЖДУЩИХ МУЛЬТИВИБРАТОРОВ

ИНЕСИММЕТРИЧНЫХ ТРИГГЕРОВ

1.Ждущий мультивибратор в качестве сравнивающего устройства

На рис. 13.15 изображена схема ждущего мультивибратора с катодной связью, выполняющего роль сравнивающего уст­ ройства. Входным напряжением является линейно возрастаю­ щее напряжение.

Рассмотрим работу устройства.

Состояние устойчивого равновесия. В исходном состоянии лампа Л2 открыта. Через катушку индуктивности L протекает анодный ток іп20. Потенциал анода второй лампы

^ «20 = £-• а <

так как сопротивление индуктивности постоянному току прак­

412

ритель. Лампа Л2 должна работать без сеточных токов, для этого падение напряжения Uk0 на резисторе должно на 1—3 В превышать опорное напряжение U0-

Первая лампа закрыта, так как потенциал на ее сетке от­ носительно катода ниже потенциала запирания Egш.

Конденсатор С заряжен до напряжения

U со = Е а — U 0 .

Рабочий ход и первое опрокидывание. С началом рабочего хода входное напряжение и\ возрастает, следовательно, растет напряжение на сетке первой лампы.

Как только станет равным Egou лампа Л1 открывает­ ся и в схеме восстанавливается петля положительной обрат­ ной связи

В результате лампа Л1 скачком открывается, а лампа Л2 скачком закрывается. На аноде лампы Л2 формируется поло­ жительный импульс напряжения с амплитудой ia20 Ran.

413