книги из ГПНТБ / Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника учебник

определяется как

Отсюда следует, что интегрирующее устройство должно иметь

Рис. 121. Линейное формирование задан­ ного спектра может быть также осуществлено путем суммирования исходного полигармонического

сигнала с таким же, но сдвинутым во времени (по фазе) на некоторое время задержки т, сигналом (рис. 121, г). В простейшем случае эта

230

задача решается путем изменения фазы одной (или нескольких) составляющей на заданный угол. На рис. 122,а приведена схема фазовращателя, позволяющего плавно изменять фазовый сдвиг в пределах от 0 до 180° и имеющего комплексный коэффициент пере­ дачи

Рис. 122.

времени т. Это позволяет менять фазовый сдвиг ф (со) путем изме­

231

Таким образом, напряжения на выходах I и I I сдвинуты по фазе на 90° и этот сдвиг ни от частоты, ни от регулировки не зависит.

Таким образом, и в этой схеме фазовый сдвиг между напряже­ ниями постоянен, равен 90° и не зависит ни от частоты, ни от соот­ ношения между R1 и R2, R4 и R5, но при этом необходимо, чтобы выполнялись условия Rl + R2 = const и R4 + R5 = const.

Осуществляя интегрирование и дифференцирование, суммируя напряжения от нескольких источников, применяя полосовые и режекторные фильтры, задерживая сигналы (или их отдельные соста­ вляющие) на некоторое время и затем суммируя их с другими сигна­ лами, можно как угодно изменять форму исходных сигналов. Однако при любых линейных преобразованиях: а) сохраняется не­ прерывность сигналов; б) не происходит переноса спектра и пе появляется новых спектральных составляющих; в) не уменьшается длительность сигнала.

§ 74. Нелинейные преобразования сигналов

Простейшим нелинейным преобразованием сигнала, широко при­ меняемым на практике, является амплитудное ограничение. В каче­ стве амплитудного ограничителя может быть использован любой усилитель при больших уровнях входного сигнала, переводящих усилительные элементы то в режим насыщения, то в режим запира­ ния. Ограничитель может быть выполнен также на стабилитронах, катушках индуктивности с ферромагнитными сердечниками, кон­ денсаторах с сегнетоэлектриками и т. д. Для ограничения, при кото­ ром должен строго выдерживаться уровень ограничиваемого напря­ жения, применяются ограничители с источниками опорного напря­ жения. В частности, на рис. 123, а приведена схема диодного двустороннего ограничителя. Когда на входе действует знакоперемен­ ное напряжение, амплитуда которого меньше напряжений опорных батарей, стоящих в цепи диода, диоды закрыты и напряжение на выходе не ограничивается. Если t7B X ^ t70 , то диоды открываются и напряжение ограничивается (рис. 123, б).

232

Чем больше "амплитуда входного напряжения и чем меньше уро­ вень ограничения (U0), т е м ближе выходное ограниченное напря­

ключевого типа. Во время положительных полупериодов входного

противлениями резисторов Ro, R2 и внутренним сопротивлением

Для ограничения малых напряжений (порядка единиц милли­ вольт) применяются транзисторные ограничители, работающие в ре­ жиме насыщения коллекторного и базового токов (рис. 123, г).

Большие успехи в создании нелинейных сопротивлений с задан­ ным видом нелинейности (тиритовые резисторы, варисторы, термо­ резисторы, позисторы и т. д.), а также возможности управления нелинейностью активных элементов (ламп, биполярных и полевых транзисторов, лавинных и туннельных диодов и т. д.) привели к тому,

233

что в современной радиоэлектронике применяется множество раз­ личных нелинейных преобразователей. При этом нелинейные пре­ образователи позволяют выполнять с достаточно высокой степенью точности математические операции над сигналами: логарифмирова­ ние, потенцирование, возведение в степень, извлечение корня, умно­ жение и деление.

Рис. 124.

усилителя с линейными сопротивлениями, § 62) можно записать уравнения:

Решая второе и третье уравнения, определяем

Из первого уравнения находим входной ток

—^ в х

Вх ~ До

и окончательно записываем

234

Таким образом, напряжение на выходе операционного усилителя, охваченного отрицательной обратной связью через нелинейный элемент, оказывается преобразованным в соответствии с функци­ ональной зависимостью, отображающей вольт-амперную характе­ ристику нелинейного элемента. На рис. 124, а приведена функциональная схема устройства, производящего деление сигналов. Если нелинейные элементы НЭ1 и НЭ2 имеют логарифмические вольт-амперные характеристики U = к lg i, то напряжение на вы­ ходах первого и второго операционного усилителей:

^вых 1 = ^1 l g UвЫХ 2 = — k2\g ——,

Если

k1 = k2 = R, то г в х 4 = — l g - ^ - .

Напряжение на выходе четвертого операционного усилителя определяется входным током и характером нелинейности элемента

§ 75. Преобразование формы сигналов с помощью релаксационных

генераторов, работающих в заторможенных режимах

В отличие от автоколебательного режима, в котором релакса­ ционный генератор имеет два неустойчивых состояния равновесия, в заторможенном режиме имеется одно устойчивое и одно неустой­ чивое состояние равновесия (или два устойчивых состояния равновесия).

Это достигается тем, что на управляющие элементы усилительных приборов, используемых в генераторе, подается напряжение смеще­ ния в запирающей полярности, вследствие чего они оказываются запертыми и самопроизвольно открыться не могут. Поэтому схема находится в состоянии устойчивого равновесия, вывести ее из кото­ рого может лишь внешнее воздействие. Внешнее воздействие — пусковой или управляющий импульс — прикладывается к схеме таким образом, чтобы закрытый усилительный прибор открылся (или открытый — закрылся). При этом схема переходит в состояние неустойчивого равновесия, а через некоторое время возвращается в исходное состояние устойчивого равновесия.

235

Релаксационные генераторы с одним состоянием устойчивого равновесия называются пусковыми схемами или одновибраторами,

с двумя устойчивыми состояниями равновесия — триггерами. Отли­ чие триггерных схем от пусковых состоит в том, что в пусковых схемах обязательным является наличие реактивного элемента (емко­ сти или индуктивности), в котором происходит накопление энергии, поддерживающей схему в состоянии неустойчивого равновесия.

Втриггерных схемах этот элемент отсутствует (за исключением

транзистор включается, начинает протекать ток и развивается бло- кинг-процесс, приводящий сначала к полному открыванию транзи­ стора, затем к его полному запиранию, в котором он и остается до прихода следующего импульса запуска. Таким образом, воздей­ ствие отрицательного импульса практически любой формы приводит к срабатыванию блокинг-генератора и появлению на его выходе импульса, форма и амплитуда которого не зависят от входного сиг­ нала при условии, что его амплитуда несколько больше Есы.

На рис. 125, б приводится схема заторможенного мультивибра­ тора с эмиттерной связью. В начальном состоянии схемы левый транзистор закрыт, правый — открыт. Запирание левого транзи­ стора обеспечивается за счет падения напряжения на резисторе R3. Когда подается положительный импульс запуска левый транзистор открывается и начинает пропускать ток. При этом ранее заряженный конденсатор Сб оказывается подключенным к правому транзистору в полярности: минус на базу, плюс на эмиттер. Вследствие этого правый транзистор оказывается запертым, а левый остается откры­ тым. Это состояние является неустойчивым, и как только конденса­ тор Сб разрядится настолько, что правый транзистор начнет снова пропускать ток, левый транзистор закроется (за счет увеличения падения напряжения на резисторе R3), а правый полностью откроется. Длительность неустойчивого состояния (длительность выходного положительного импульса)

Схема одновибратора на тиратроне тлеющего разряда приведена на рис. 125, в. Когда нет входных запускающих импульсов, ток через тиратрон не протекает, так как напряжение источника питания сравнительно мало, а сопротивление резистора анодной нагрузки велико. При этом конденсатор СЗ заряжен до напряжения источника анодного питания. При воздействии положительного запускающего импульса в промежутке поджигатель — катод тиратрона происходит разряд, вследствие чего развивается тлеющий разряд и в промежутке

236

анод — катод тиратрона, в результате чего начинает разряжаться накопительный конденсатор СЗ. Разряд продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не станет равным напряжению

| ЗИ301А

выключения. После выключения тиратрона конденсатор вновь за­ ряжается до напряжения источника анодного питания, после чего схема готова для нового запуска. Выходное напряжение имеет форму

237

отрицательных пилообразных импульсов, длительность которых может быть определена по формуле

Когда на входе нет импульсов запуска, динистор выключен, по­ скольку напряжение источника питания меньше напряжения вклю­ чения, а накопительный конденсатор С2 заряжен до напряжения источника питания. При подаче на вход схемы отрицательного импульса достаточно большой амплитуды происходит включение динистора. В результате этого конденсатор С2 разряжается и ди­ нистор выключается, затем конденсатор С2 вновь заряжается и одновибратор возвращается в исходное состояние.

Схема одновибратора, выполненного на туннельном диоде, при­ ведена на рис. 125, е. Напряжение на коллекторе диода выбрано таким образом, что туннельный диод работает в режиме положитель­ ного динамического сопротивления. При воздействии запускающего импульса (положительного, если рабочая точка выбрана ниже уча­ стка с отрицательным динамическим сопротивлением, и отрицатель­ ного, если рабочая точка расположена выше него) происходит пере­ ключение туннельного диода в состояние неустойчивого равновесия, в котором он поддерживается некоторое время за счет энергии, на­ копленной коммутирующей индуктивностью L , после чего возвра­ щается в исходное состояние.

Ждущий мультивибратор может быть преобразован в триггер, если изменить цепи положительной обратной связи так, чтобы связь осуществлялась по постоянному току. Для этого переходные кон­ денсаторы необходимо заменить резисторами (рис. 126, а, б). Не­ посредственная междукаскадная связь приводит к тому, что триггер имеет два устойчивых состояния равновесия и переходит из одного состояния в другое лишь под воздействием пусковых импульсов. Ждущий режим работы триггера обеспечивается или подачей сме­ щения (на управляющие электроды используемых усилительных приборов (рис. 126, а), или за счет падения напряжения на общем эмиттерном (истоковом) резисторе (рис. 126, б).

Триггер может быть выполнен как по симметричной, так и по несимметричной схеме. Наибольшее применение находят симметрич­ ные триггеры, обладающие большей устойчивостью в работе.

На рис. 127, а дается схема симметричного триггера с автома­ тическим смещением. При включении источников питания по мере

238

разогрева катодов ламп (из-за асимметрии схемы или флюктуационных процессов) анодный ток в одной из ламп, например первой, увеличивается быстрее, чем во второй. Вследствие этого напряжение на аноде первой лампы уменьшается быстрее, чем на аноде второй. Так как анод первой лампы гальванически связан с управляющей сеткой второй лампы, уменьшение напряжения на аноде приводит к уменьшению напряжения на сетке, что замедляет увеличение анодного тока второй лампы. Поскольку триггер охвачен положи­ тельной обратной связью, которая поддерживает и усугубляет

Рис. 126.

любые изменения напряжений и токов, в конечном итоге первая лампа оказывается полностью открытой, вторая — полностью за­ крытой. Это состояние может быть изменено только под воздействием пускового импульса. Для переброса триггера в другое устойчивое состояние пусковой импульс должен или открыть вторую лампу, или запереть первую. Это достигается подачей положительных или отрицательных импульсов в цепь управляющих сеток либо в цепь анодов или катодов.

В рассматриваемой схеме запуск осуществляется отрицательными импульсами, подаваемыми через диоды Д1 и Д2 на управляющие сетки. Поскольку вторая лампа закрыта, воздействие отрицатель­ ного импульса на ее состояние не влияет. В то же время отрицатель­ ный импульс запуска запирает первую лампу и напряжение на ее аноде увеличивается, в результате чего вторая лампа открывается и остается в открытом состоянии до прихода следующего пускового импульса, который перебрасывает триггер в исходное состояние (рис. 127, б). Процессы переброса осуществляются весьма быстро, хотя и не мгновенно. Это объясняется наличием паразитных входных

?39