книги из ГПНТБ / Барсуков Ф.И. Элементы и устройства радиотелеметрических систем

Число диодов, необходимое для образования двухступенчатой матрицы, определяется из соотношения

Две двухступенчатые матрицы могут использоваться в качестве коммутирующих устройств матрицы третьей ступени.

Таким образом, используя матрицы предварительных ступеней для коммутации логических элементов И высшей ступени, можно образовывать многоступенчатые матрицы.

Число выходов у многоступенчатой матрицы, у которой в каж­ дой из нижних ступеней используются по две идентичных коммути­ рующих матрицы, определяется из следующего выражения:

чатой матрицы может быть увеличено как за счет увеличения числа триггерных ячеек в матрице первой ступени A4, так и за счет уве­ личения числа ступеней. Можно также, не меняя величины nq, умень­ шить Л'і и одновременно увеличить q. В ряде случаев последнее обстоятельство позволяет при заданном числе выходов коммутирую-

а)

Рис. 5-12. Матрица с двумя кольцевыми распределителями.

а — функциональная схема; б — схема логического элемента И.

Ідей матрицы путем подбора значений h'i п q обеспечить зпачигольное уменьшение числа диодов, необходимое для образования матри­

Необходимое число диодов для формирования q ступеней ма­ трицы, у которой q— 1 пижиих ступеней идентичны, может быть определено из выражения

Выход каждого из элементов И является одним из выходов матри­

цы с двумя кольцевыми триггерными распределителями, определя­ ется из выражения

с другими рассмотренными выше матрицами формируются из мень­ шего числа диодов. Однако для ее коммутации требуется два коль­

Логический элемент И в схемах распределителей. Одним из важных элементов распределителей является

151

янное) напряжение на выходе схемы при отсутствии входных напряжений будет весьма незначительным. Его величина определяется из соотношения

В большинстве практических случаев этим напряже­ нием можно пренебречь.

Когда на входы схемы подаются напряжения поло­ жительной полярности, то она выполняет функции логи­ ческого элемента И. Напряжение на выходе схемы в этом случае появляется только при одновременной по­ даче напряжений на все входы.

сигнала выходное напряжение будет незначительным и равным

(5-18)

152

При подаче напряжений положительной полярности на все входы схемы выходное напряжение можно опре­ делить из следующего выражения:

где Unv »um — наименьшее по величине из входных напря­ жений.

Если на все входы схемы подаются одинаковые на­ пряжения Uвх, Т О ГД а Uвых— 'Евх-

Под воздействием управляющих импульсов, по­ ступающих с выходов распределителя, ключевые устрой­ ства осуществляют в кодере поочередное подключение выходов отдельных источников сигналов ко входу сумми­ рующего устройства, а в декодере производится распре­ деление общего сигнала с выхода приемника по соответ­ ствующим каналам.

Вотсутствие управляющего сигнала ключевое ка­ нальное устройство должно быть закрытым и не про­ пускать сигнал со входа на выход. При поступлении уп­ равляющего сигнала ключевое устройство открывается и входной сигнал проходит на выход.

Важнейшим требованием, предъявляемым к ключе­ вым схемам, является требование возможно меньшего искажения того параметра входного сигнала, который несет информацию о значении телеметрируемой величи­ ны. В большинстве случаев, особенно в кодерах, на ка­ нальные входы коммутатора подаются постоянные или медленно изменяющиеся напряжения, которые преобра­ зуются коммутатором в импульсные напряжения. Ампли­ туда импульсов в этом случае отражает значение телеметрируемых величин.

Вкоммутаторе, осуществляющем такое преобразова­ ние, ключевые устройства выполняют одновременно функции амплитудных модуляторов импульсов. Поэтому

они должны иметь линейную амплитудную характеристи­ ку, протяженность которой должна быть не меньше диа­ пазона изменения величины входного сигнала. Коэффи-

153

циент передачи ключевого устройства Ккл в таком ком­ мутаторе, представляемый как отношение амплитуды выходного импульса к величине входного напряжения (Ккл—и вых/ и вх), стремятся сделать возможно большим и независимым от величины входного сигнала и ампли­ туды управляющих импульсов.

Как «в кодерах, так и в декодерах РТС с ВРК комму­ тируются сигналы одной полярности и сигналы с изменя­ ющейся полярностью. В первом случае можно применить более простые схемы ключевых устройств. Для комму-

мостовой схеме на диодах Ді—Д4. К диагонали моста а и Ь подво­ дится коммутируемое напряже­ ние UBX, а к диагонали e n d ,—

управляющее напряжение Uy. Если полярность управ­ ляющего напряжения будет такой, как показано на рис. 5-14,а, то ключ будет открыт и на его выходной на­ грузке Ra выделится напряжение UBUX, пропорциональ­ ное напряжению t/Bx.

!54

При смене полярности коммутирующего напряжения Uy ключ закроется и напряжение ІІВЫХ значительно упадет.

•В случае идентичных вольт-амперных характеристик всех четырех диодов ключа коэффициенты передачи на­ пряжения UBX со входа ключа на его выход будут:

при замкнутом ключе

я _г я н

где RBX— внутреннее • сопротивление источника UBX; R i —внутреннее сопротивление открытого диода; Діобр— внутреннее сопротивление закрытого диода в обратном направлении.

В реальных условиях подобрать диоды с идентичными вольт-амперными характеристиками не удается, в ре­ зультате на сопротивлении нагрузки напряжение UBhlx не будет соответствовать коммутируемому напряжению UBX. Величина этого несоответствия оценивается величи­ ной искажения (помехой), которая определяется сте­ пенью неидентичности характеристик диодов. Для умень­ шения искажений, вносимых подобным ключом, необхо­ димо стремиться как можно лучше сбалансировать его схему.

На рис. 5-14, б приведена мостовая схема биполяр­ ного ключа, балансируемая посредством потенцио­ метра R .

На рис. 5-14, в приведена диодная ключевая схема, представляющая собой двухдиодный (с двумя входами) логический элемент И. На один из его входов подается коммутируемое напряжение UBXj а на другой — управля­ ющее напряжение Uy с распределителя. Для обеспечения нормальной работы элемента И сопротивления резисто­ ров схемы и внутренние сопротивления открытых диодов ( R i ) выбираются из соотношения Ri^> (Ri + Rz). Величи­ ны же напряжений, подаваемых на входы схемы, должны удовлетворять неравенству Uy> U BX.M&KC, где Двх.мако— максимально возможное значение входного напряжения. При одновременном воздействии UBX и Uy на выходе

155

ключевой схемы будет появляться напряжение, величина которого будет определяться значением входного напря­ жения. В этой схеме управляющее напряжение может по­ даваться вместо источника питания Е.

Если изменение входного напряжения будет происхо­ дить в пределах линейной части характеристики диода, то зависимость между выходным и коммутируемым на­ пряжением будет линейной.

Диоды, используемые в ключевых схемах, должны иметь большое обратное сопротивление, малое прямое

Рис. 5-15. Схемы транзисторных ключей.

а — мостовая (компенсированная) схема; б, в — некомпенси­ рованные схемы.

сопротивление, стабильную характеристику при измене­ нии внешних условий и малую емкость. Этим условиям удовлетворяют в лучшей степени вакуумные и кремние­ вые плосткостные диоды. В качестве электронных ключей

156

На рис. 5-15, а приведена одна из схем компенсиро­ ванного ключа с последовательно встречным включением транзисторов. При идентичных параметрах обоих тран­ зисторов обеспечивается идеальная коммутация напря­ жения UBX. Однако из-за невозможности получить пол­ ностью сбалансированную схему ключа в его выходном напряжении будет присутствовать составляющая помехи.. Величину этой помехи можно значительно уменьшить за счет подбора величин сопротивлений базовых резисторов.

На рис. 5-15,6, е приведены две схемы некомпенси­ рованных транзисторных ключей. Если на базу транзисто­ ра (рис. 5-15, б) подать управляющее напряжение Uy отрицательной полярности и достаточной величины, то транзистор окажется в режиме насыщения и напряжение на его выходе UBBlx практически будет равно нулю. При подаче управляющего напряжения Uy положительной полярности транзистор закрывается и входной сигнал UBX проходит на его выход.

Работая в режиме ключа, транзистор должен обла­ дать малой разностью потенциалов между эмиттером и коллектором в открытом состоянии и в режиме размыка­ ния (транзистор закрыт) не должен добавлять замет­ ного тока в нагрузочную цепь. Вместе с тем управляю­ щий ток цепи базы транзистора не должен замыкаться через цепь измеряемого сигнала или нагрузки и вносить тем самым искажения в измерения.

Первым двум требованиям лучше всего удовлетворя­ ют германиевые транзисторы типа р = п —р, имеющие самое низкое сопротивление постоянному току в режиме насыщения и позволяющее использовать их для комму­ тации-напряжений низкого уровня. Для исключения за-' мыкания управляющего тока базы по цепи нагрузки и улучшения тем самым точности воспроизведения выход­ ного напряжения управляющий сигнал в цепь базы ком­ мутирующего транзистора подается через трансформатор (рис. 5-15, в).

Коммутируемое напряжение Uвх подводится к коллек­ тору транзистора, работающего в режиме эмиттерного повторителях нагрузкой RB-

В цепь базы транзистора включена ^С-цепочка, на которой образуется напряжение автоматического смеще­ ния, надежно запирающее транзистор после снятия им­ пульса управляющего напряжения. Заряд конденсатора в этой цепочке происходит за счет тока базы во время

157

действия управляющего импульса. Работа ключевых схем, использующих электронные лампы, основана на запирании анодного тока лампы при одновременном воздействии на один или два электрода (сетки) лампы управляющего и коммутирующего напряжении.

Ламповые и транзисторные ключевые схемы позволя­ ют наряду с коммутацией производить усиление комму­ тируемых сигналов. Достоинством таких схем являются также малые значения коммутируемых и управляющих напряжении.

5-6. ИМПУЛЬСНЫЕ МОДУЛЯТОРЫ И ДЕМОДУЛЯТОРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В РТС С ВРК

В качестве модуляторов АИМ используются раз­ личного вида ключевые схемы, в том числе и рассмотрен­ ные выше. На выходе коммутирующих устройств ампли­ тудно-импульсная модуляция образуется автоматически. В спектре АИМ (при передаче сигнала синусоидальной формы) содержится составляющая полезного модули­ рующего сигнала с амплитудой

в спектре сигналов АИМ оказывается очень небольшой, составляющей 1 —2 % амплитуды ^смодулированных

. импульсов.

При демодуляции АИМ попользуется линейная филь­ трация с применением узкополосных фильтров низкой частоты. С целью повышения амплитуды выделяемого при фильтрации сигнала увеличивают амплитуду или длительность модулированных импульсов. .

Для демодуляции импульсов с АИМ применяются обычные пиковые детекторы. Типовая схема такого де­ тектора показана на рис. 5-16,а. На выходе детектора устанавливается фильтр нижних частот. Периодическая последовательность амплнтудно-модулированных им­ пульсов информационного капала подается на вход_ детектора Д, в катодную цепь которого включены соеди-~ ценные параллельно конденсатор С и резистор R. Во вре­ мя действия импульса конденсатор С сравнительно быст-

158

ро заряжается через малое внутреннее сопротивление диода, а в промежутках между импульсами медленно разряжается через большое сопротивление резистора R. В результате на RC-цепочке образуется напряжение «зубчатой» формы (рис. 5-16,6). Фильтр нижних частот сглаживает это напряжение так, что его форма прибли­ жается к форме модулирующего сигнала. При идеальной П-образной частотной характеристике ФНЧ выходное напряжение оказывается в каждый данный момент про-

порциональным телеметрируемой величине, если частота опроса Fо вдвое превышает максимальную частоту спек­ тра сигнала FмаксПри этом полоса пропускания филь­ тра должна быть равна FMaKC-

Обычно на практике реальная характеристика филь­ тра, отличается от П-образной, поэтому параметры филь­ тра выбраны, исходя из условия •

F (2,5н-4)і7макс-

Параметры пикового детектора для обеспечения его нормальной работы выбираются так, чтобы постоянная времени заряда тг3 =С7?г-, где Ri—внутреннее сопротивле­ ние диода в прямом направлении, конденсатора С была значительно меньше длительности приходящих импуль­ сов (ти), а постоянная времени разряда (тP = CR) значи­ тельно превышала время интервала между импульсами. При этом скорость спадания напряжения на конденсато­ ре С за время паузы между импульсами не должна быть меньше наибольшей скорости спадания огибающей вход­ ных импульсов.

При выборе элементов пикового детектора для не­ искаженного воспроизведения синусоидального напряже-

15?