книги из ГПНТБ / Смирнов Б.В. Основы электроники и техники связи учебник

Кварцевая пластина, определенным образом вырезанная из кристалла, имеет строго фиксированную частоту. Будучи зажатой между металлическими пластинами (кварцедержателем), кварце­ вая пластина способна резонировать (механические колебания) при подключении между пластинами кварцедержателя переменно­ го напряжения. В режиме такого резонанса колебания кварцевой пластины очень стабильны при изменении температуры, давления, влажности н т. п.

Применение кварца позволяет стабилизировать генерируемую частоту: степень ее изменения составляет 10-8 от основной час­ тоты.

7. Импульсные генераторы

Форма импульсов. Наряду с колебаниями синусоидальной фор­ мы в вычислительных и логических устройствах, в телемеханике, телевидении, радиолокации, осциллоскопии, измерительной техни­ ке применяют импульсные колебания различной формы. Импуль­ сы могут быть колоколообразиымп (рис. 70,а), трапецеидальны­ ми (рис. 70,6), остроконечными (рис. 70,в), треугольными (рис. 70,а), прямоугольными (рис. 70,6) и другими. Наряду с одиноч­ ными импульсами возникает необходимость иметь последователь­ ность прямоугольных (рис. 70, в, ж) пли пилообразных импульсов

(рис. 70, з).

В простейшем случае импульсы, близкие по форме к колоколо­ образным (Uвых), можно получить пропусканием через диод тока синусоидальной формы (рис. 71) или при помощи усилителя, ра­ ботающего в режимах В, ВС, С (рис. 53). Для получения импуль­ сов, по форме близких к трапецеидальным, из синусоидальных колебаний используют ограничители, например диодные (рис. 71). Степень ограничения, то есть пропускания через диод «верхушек» синусоиды, определяется значением напряжения Е\ для положи­ тельной и Еч для отрицательной полярностей (рис. 71,а). В слу-

д

ПО

чае необходимости иметь трапециевидные импульсы одной, напри­ мер положительной полярности, применяют вместо обратно парал­ лельного включения обратно последовательное (рис. 71,6). Диод Л\ заперт положительным потенциалом Е\. Этот диод открывает­ ся при /7bx^ £ i- Д иод Л 2, как и любой диод, пропускает ток, ког­ да потенциал на аноде больше потенциала катода. Поэтому бла­

нарастания и спадания амплитуды исходного импульса образуют­

существует, так как для нарастания и спада его амплитуды требу­ ется конечное время. Поэтому за прямоугольный импульс прини­ мают трапециевидный с Д,?»0. При Д ,> 0 при помощи дифферен­ цирующих (рис. 73, а) и интегрирующих (рис. 73,6, в) фильтров можно, меняя соотношение между т и Д, не только незначительно изменять форму импульсов, но и получать остроконечные, тре­ угольные или пилообразные импульсы.

На практике прямоугольные импульсы получают при помощи релаксационных генераторов (изменение электрического состояния их происходит скачкообразно). К таким генераторам принадлежат блокинг-генераторы и мультивибраторы. Последние бывают с дву­ мя пли одним устойчивым состоянием и работают в запускающем (триггеры) или ждущем режиме. Пилообразное напряжение или ток формируют в газотронных и тиратронных генераторах или при помощи комбинации блокинг-генератора с разрядной лампой.

Мультивибратор представляет собой двухкаскадный усилитель на сопротивлениях, с выхода которого напряжение полностью по­ дается на его вход, так что образуется полная положительная об­ ратная связь (рис. 74,а). Обычно схему мультивибратора изобра­ жают не в виде усилителя, а в виде симметричной схемы двух­ лампового генератора (рис. 74,6).

Мультивибратор имеет два временно устойчивых состояния. Допустим, что схема мультивибратора симметрична не только

по начертанию, но и по параметрам: Ri = R2l Rs= R a\ С\ — С2. Од­ нако даже в этом случае из-за разброса параметров ламп Л\ и Л2 и различных случайных причин токи в лампах не будут абсолютно равными. Это оказывается достаточным для начала работы муль­ тивибратора.

Например, если ток Д станет больше тока /2, то падение на­ пряжения на сопротивлении R3 увеличится и конденсатор С\ нач­ нет разряжаться по цепи «левая положительная обкладка конден-

112

прямоугольной формы. Длительность импульса определяется про­ должительностью разряда упомянутых конденсаторов на сопротив­ ление названной выше цепи:

7’1 = 2,3/?2 C1 ] g 4 ^ - .

£со

r 2 = 2 ,3 ^ C 2 l g A ^ - -

8 Б. В. Смирнов

экспоненциальному закону, то появляется еще одна причина, бла­ годаря которой прямоугольный импульс становится отличным от идеального.

Подбором значений анодных (R3 и RA) и сеточных (R\ и R2) соп­ ротивлений можно изменять форму генерируемых колебаний вплоть до прямоугольных. Когда анодные сопротивления велики, а сеточ­ ные малы, конфигурация импульсов принимает вид, показанный на рисунке 74, г. Если анодные сопротивления малы, а сеточные вели­ ки, то форма импульсов такая, как на рисунке 74, д.

Когда С\ФС2 и Ri=/=R2, длительность импульсов, образуемых цепями каждой лампы, становится неодинаковой.

Генерируемые колебания можно снимать с анодной или сеточ­ ной цепи. При включении небольшого сопротивления в катодную цепь генерируемые импульсы можно снимать с этого сопротивле­ ния.

Работа схемы мультивибратора на транзисторах (рис. 74, в) аналогична описанной.

Триггер (запускающее или спусковое устройство) представля­ ет собой разновидность мультивибратора. В схеме триггера вмес­ то конденсаторов обратной связи (Ci и С2, рис. 74, б) используются сопротивления обратной связи R\ (рис. 75). Из-за отсутствия упо­ мянутых конденсаторов, которые могут разряжаться и заряжаться в цепях ламп, непрерывного образования прямоугольных импуль­ сов в схеме триггера происходить не может (временно устойчивое состояние отсутствует). Благодаря сопротивлениям обратной свя­ зи R1 триггер обладает двумя постоянно устойчивыми состояниями,

114

в каждом из которых одна лампа открыта, а другая закрыта. Для перевода триггера в новое состояние (опрокидывание схемы) на сетки ламп необходимо подать внешний сигнал, так называемый запускающий импульс И (рис. 75, а).

Конденсаторы С (небольшой емкости) способствуют увеличению скорости подачи импульсов одновременно на обе лампы. Схема триггера на транзисторах строится аналогично описанной (рис.75,б). Для перевода триггера из одного состояния в другое подают импульсы Us. Режим запуска устанавливают при помощи сопротивлений Ru, R0, R3, форму импульсов — при помощи сопро­ тивлений R 1 и R2.

Четкость работы триггера улучшается при подаче запускаю­ щих и снятия выходных импульсов через разделительные диоды Д, благодаря, которым отрицательный потенциал на лампе или транзисторе надежно отделен от внешних цепей.

Важной характеристикой триггера является р а з д е л и т е л ь ­ ное в ре мя , под которым подразумевается минимальный допусти­ мый промежуток времени между запускающими импульсами. Ве­ личина, обратная этому времени, называется р а з д е л и т е л ь н о й ч а с т о т о й (/р) . У триггеров на триодах ^р= 100-4-200 кГц, на пен­ тодах /р= 0,5-т-1,0 мГц (с применением специальных мер до 5— 10 мГц).

Одновибратор или однотактный триггер, как и рассмотренные выше мультивибратор и двухтактный триггер, относится к релакса­ ционным устройствам. Их электрическое состояние скачкообразно изменяется под действием запускающего электрического импуль­ са. В двухтактном триггере запускающий импульс использует­ ся для перевода схемы из одного состояния в другое (явление опро­ кидывания). Однотактный триггер или одновибратор возбуждает­

в исходное состояние. С помощью одновибратора при подаче в схе­ му входного сигнала получают импульсы одинаковой полярности и длительности. На рисунке 76, а одновибратор представляет собой двухкаскадную схему не с двумя, а с одной цепью обратной связи в виде конденсатора С. Поэтому имеется возможность получить только одно устойчивое состояние схемы, когда открыта лампа «772 и закрыта лампа Л {. При подаче внешнего импульса UBX в момент ti схема опрокидывается (лампа Л2 закрывается, а лампа Л\ откры­ вается), но с течением времени снова возвращается в исходное со­ стояние (момент t2). На аноде лампы Л 2 образуется импульс поло­ жительного напряжения (рис. 76,6). Его длительность

где /01— анодный ток лампы Л\ при закрытой лампе Л2; /02— анодный ток лампы Л2 в исходном режиме;

E z0— потенциал отсечки лампы Л 2.

Рис. 77. Схемы (a, 6) и формы им­ пульсов (в, г, д) блокипг-генератора.

Рис. 78. Схема для формирова­

Такие колебания получаются при заряде конденсатора С через со­ противление Ra от источника постоянного напряжения Ея, когда лампа заперта. В это время происходит медленное нарастание на­ пряжения на конденсаторе С (прямой ход 1—2, рис. 78,в). Когда лампа открывается положительным импульсом блокииг-генератора

118

t/BX (рис. 78,а, б), конденсатор С очень быстро разряжается на лампу (обратный ход 2—3, рис. 78, в). Образуется пилообразное напряжение, так как явления повторяются.

Схема блокинг-генератора на транзисторах аналогична рас­ смотренной на рисунке 78, а.

Газотронный генератор. При подключении ключом К конденса­ тора С к источнику постоянного напряжения Е через сопротивление R конденсатор начнет заряжаться (рис.79,а). Напряжение на кон­ денсаторе будет возрастать (момент Ч рис. 79, б) до тех пор, пока не наступит газовый разряд в газотроне Г (момент f2 зажигания газотрона, рис. 79, б). Из-за газового разряда напряжение зажига­ ния 0 3 на конденсаторе уменьшится до £/п, при котором газовый разряд прекратится. Но подключенный к конденсатору С источник питания снова начнет заряжать конденсатор. Опять наступит газо­ вый разряд, явления будут повторяться и возникнут незатухающие колебания практически пилообразной формы, так как время At значительно меньше времени ^—Ч-

Частота генерируемых колебаний

Ее можно менять подбором величин R и С, но .управлять ко­ лебаниями нельзя.

Тиратронный генератор (рис. 79, в) позволяет менять ампли­ туду колебаний и время заряда конденсатора С (то есть частоту, возникающих пилообразных колебаний) путем изменения потен­ циала сетки тиратрона. Сопротивление R' в схеме тиратронного генератора необходимо для защиты тиратрона от сверхтоков при возникновении в нем газового разряда.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1.Какие вам известны генераторы электромагнитных, колебаний?

2.Объясните работу генераторов с независимым возбуждениемКаких они бы­ вают видов?

3.Нарисуйте схемы осуществления обратной связи в LC-генераторах" на лампах и на транзисторах.

4.Какие колебания называются колебаниями первого и второго рода?

5.Расскажите о форме применяющихся в электронике импульсов и принципах

9.Как работает блокннг-генератор?

10.Объясните работу мультивибратора и триггера-

11.Каким образом осуществляется стабилизация частоты генераторов при по­ мощи кварцевых резонаторов?

119