книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Импульсные и цифровые устройства [учебник]

В момент tx происходит срез сигнала u2(t) (рис. 11, в),

врезультате чего образуется импульс длительностью t'„ =

=2tx. Обозначим фронт этого импульса через f $ = X^t'u,

Из формулы (34) видно, что высота выходных импульсов обратно пропорциональна скважности Qc; так как обычно ЗЯф/С* < 1, та U2 < C/BXm/QcНизкая в амплитудном отно­ шении эффективность данного способа формирования им­ пульсов составляет основной его недостаток. Более эффек­ тивным является способ, рассматриваемый в § 9.3.

§9.3. ПИК-ТРАНСФОРМАТОР

1.Один из наиболее простых и-продуктивных способов преобразования синусоидального напряжения в кратковре­ менные импульсы основан на использовании эффекта глубо­ кого насыщения ферритового сердечника, характеризуе­ мого прямоугольной петлей гистерезиса. Такой способ, не требующий применения электронных приборов, весьма на-

240

дежей в эксплуатации. Преобразующее устройство оказы­ вается предельно простым, компактным, имеющим малый вес и размеры.

2. Преобразующее устройство, известное под названием пик-трансформатора, представляет собой импульсный транс­ форматор, работающий в режиме, при котором сердечник быстро насыщается. Принципиальная схема устройства формирования импульсов изображена на рис. 13, а. Основ-

Г^2 і

-И

в)

Рис. 14.

ным элементом схемы является пик-трансформатор; RR — внутреннее сопротивление источника синусоидальной э.д.с. бвхі # я — сопротивление нагрузки. С целью получения бо­ лее высокого выходного напряжения устанавливают коэф­ фициент трансформации п — w2/wx = 5 Ч- 10.

При технических расчетах характеристику намагничи­

индукция насыщения; при напряженности магнитного поля

представленными на рис. 14 временными диаграммами. Ус-

241

танавливают такой режим работы пик-трансформатора, что­

режим работы сердечника имеет место в областях времени, в которых входная э. д. с. изменяется наиболее быстро.

Пусть (рис. 14, б) перед моментом t — 0 сердечник был

расположены несимметрично относительно точки, в которой

этому согласно формуле (5.2 а) приращение индукции в сер­ дечнике на этом интервале нарастает во времени по квадра­

Расчет конструктивных параметров трансформатора при­ водится в работе [9].

это было найдено в § 9.2, тем не менее при Qc > 1 величина Ui С Евхт. Однако рассматриваемый метод формирования импульсов обладает существенным преимуществом перед другими подобными методами благодаря одному обстоятель-

242

отсутствии паразитных параметров и высокой прямоуголь­ ное™ петли гистерезиса сердечника (Вг/В3 > 0,9) дли­ тельность среза іс -> 0. Поэтому при подаче выходного им­ пульса на укорачивающую цепь можно получить более ко­ роткий импульс длительностью t'a, непосредственно не свя­ занной с длительностью tllQ импульса на выходе пик-транс­ форматора. Высота же импульса на выходе укорачивающей цепи близка к величине і/2 , выражаемой формулой (36). Это обстоятельство делает ненужным получение к р а т к о ­ в р е м е н н о г о импульса на выходе пик-трансформа­ тора: можно принять Аю — 0,15", что позволяет'значитель­

§9.4. ФИКСАТОРЫ УРОВНЯ

1.Фиксация сигналов относительно заданного уровня. Пусть периодическая последовательность прямоугольных

ных случаев на рис. 15, в, г, д. Несмотря на различие этих

входного практически лишь тем, что он смещается на вели­

щей падения напряжения на л и н е й н.ы х элементах цепи.

243

2. Отметим во входном сигнале е„ (рис. 15, б), рассматри­ ваемом в виде колебаний сложной формы, о с н о в а н и е этих колебаний аа и их в е р ш и и у bb. Иногда требуется получить выходной сигнал, представляющий собой по форме

при осциллографировании импульсов с изменяющейся вы­ сотой или с переменной скважностью их следования. Осо­ бенно широко применяются фиксаторы уровня в телевиде­ нии [128] и в усилителях развертывающих напряжений электроннолучевых индикаторов при изменении масштаба развертки изображения [12]. В этом случае меняется вели­ чина постоянной составляющей напряжения на раздели­ тельном конденсаторе усилителя (создается переменное

244 -

динамическое смещение). Вследствие этого изображение на экране индикатора смещается вправо или влево и полу­ чается размытым. При применении фиксатора уровня этот недостаток устраняется.

4. Схемы фиксаторов уровня. Для фиксации выходного сигнала относительно заданного уровня необходимо ис­ пользовать нелинейный элемент. Для этой цели обычно применяют полупроводниковые диоды.

t

"и

"вы»

Рис. 17.

На рис. 17 изображены две типовые схемы фиксатора уровня*). Здесь еа — э. д. с. источника входных сигналов, R„ — его внутренее сопротивление, Д -^диод, используе­ мый в качестве нелинейного элемента, С — разделительный конденсатор, RB — сопротивление нагрузки и Еф — напря­ жение, определяющее уровень фиксации (Ыф ^ Еф).

*) Другие варианты схем фиксаторов уровня рассматриваются в книге В. Т. Фролкина [12].

246

Представленные на рис. 17 схемы внешне не отличаются от схем диодных ограничителей (см. рис. 5), если они под­ ключаются к источнику через посредство разделительного конденсатора. Но по своим функциям эти схемы различны: в ограничителе видоизменяется ф о р м а ограничиваемых сигналов, а в фиксаторе уровня форма входных сигналов должна сохраняться, но меняется их постоянная состав­ ляющая. Такое различие функций схем достигается благо­

пиально необходимо; в фиксаторе же уровня желательно иметь Ru — 0. Разделительный конденсатор принципиаль­ но необходим для работы фиксатора уровня; в ограничителе же конденсатор не играет принципиальной роли в про­ цессе ограничения сигналов.

5. Принцип работы фиксатора уровня. Из представлен­ ных на рис. 17 схем видно, что постоянная составляющая тока /„ диода замыкается через сопротивление Rn (ток кон­ денсатора не содержит постоянной составляющей). В зави­ симости от направления протекания тока І0 выходной сиг­ нал приподнимается или опускается, обусловливая тем фик­

Рассмотрим принцип работы схемы НАД, Пусть вход­ ной сигнал за период своего изменения принимает значения в пределах от en r o i n до е и т а х . Для упрощения рассуждений предположим, что сопротивление Ra ^ со, а прямое со­ противление диода и сопротивление Ru источника равны нулю. Тогда, если в схеме НАД выполняется равенство

(в этом и заключается упомянутое выше ограничение), то конденсатор зарядится через отпертый диод до наибольше­ го отрицательного напряжения

где учтены принятые на схеме (рис. 17, а) положительные направления отсчета напряжений. После завершения заряда конденсатора диод (при любом значении еа > ен m i n ) запи­ рается. Пренебрегая обратным током запертого диода, мож­ но принять гьых = е и — Пусть емкость С настолько ве-

246

Лика, что ее заряд почти не меняется за период изменения входного сигнала. Тогда, полагая и s= «min = const и учи­ тывая выражение (39), получим

Если в этой формуле Еф = 0, то «В ых меняется в пределах

это значит, что сигнал фиксируется НАД уровнем ІІФ = 0. Если Еф Ф 0, то

Еф ^ "вых ^ ^ ф ~ Н е и max ß n min),

т. е. выходной сигнал фиксируется НАД уровнем 1/ф = ЕФ. Так как все же Ru Ф со, то в действительности заряд конденсатора несколько уменьшается. Но когда в процессе изменения входного сигнала начнет выполняться неравенст­ во еи — w < .Еф, диод отопрется и заряд конденсатор а быст­ ро восстановится. При отпертом диоде, как это видно из схемы, выходной сигнал « В Ы х — Еф — и£ =^ Еф, ибо на­

пряжение на отпертом диоде весьма мало* Аналогично поясняется принцип работы схемы ПОД

(в этом и заключается отмеченное выше ограничение), то конденсатор заряжается до напряжения « m a s = е„ т а х - —

— Еф, после чего диод запирается. При запертом диоде

6. Анализ работы фиксатора уровня. Для конкретности рассмотрим схему НАД (рис. 17, а) при £ ф > 0 и при пода­ че на ее вход сигнала е„, представленного на рис. 18, а.

Состояние, схемы в момент t0 = 0, предшествующий пе­ репаду э. д. с. еи , будем называть исходным. При нормаль­ ной работе фиксатора уровня к моменту tQ переходные про­ цессы, вызванные предшествующим перепадом е,„ должны быть практически закончены, ввиду чего ток разделитель* ного конденсатора і = 0 . В этом случае диод слегка приот-

247

крыт (его ток ограничен большим сопротивлением /?„). и выходное напряжение (рис. 18, в)

(9 42)

w—и<

а) -ж

t

Рис. 18.

при малой величине прямого сопротивления диода

248

этим изменением, то выходной сигнал, выражаемый форму­ лой (40), должен был бы иметь вид, показанный на рис. 18, в ломаной abbaabba; такой результат соответствует неиска­ женной фиксации сигнала НАД уровнем £/ф . Рассмотрим теперь влияние непостоянства напряжения и.

В момент 4 возникает перепад входного сигнала на ве­ личину |Л£ И | > 0- Так как напряжение на емкости не мо­ жет мгновенно измениться, то перепад |А£И | передается на активные элементы схемы (см. рис. 17, а): на сопротивление Rn и цепь диода, параллельно которой включено сопротив­ ление RB. В результате перепада |АЯ„| диод почти мгно­ венно запирается и возникает перепад выходного напряже­

за время 7\ напряжение на конденсаторе меняется на вели­ чину \àU\. Так как в этой стадии диод заперт и ивых =

Для уменьшения этогоискажения добиваются, чтобы постоянная времени Ѳх > 7\. При этом условии конденсатор разряжается почти неизменным током

* До перепада входного сигнала диод находился в слегка при­ открытом состоянии. Поэтому инерционностью диода при его пере­ ключении можно пренебречь. Обычно допустимо пренебречь также влиянием паразитной емкости С В Ы х <с С, так как паразитная по­ стоянная времени Яи Свых сравнительно с длительностями

Тг и 7V

249