Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
101
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
20.98 Mб
Скачать

В режиме преобладания намагничивающего тока изображаю­ щая точка перемещается в в е р х , от точки М* (см. рис. 6), что при­

водит к возрастанию анодного тока и к нежелательному

спаду вер­

шины импульса (рис. 7, б). Чем сильнее проявляется

преоблада­

ние намагничивающего тока, тем в большей мере длительность им­ пульса определяется не только уменьшением сеточного напряже­

ния, но и

возрастанием

тока

і^; когда

сильно возросший ток

не может

быть

уравновешен

нарастающим током

і а , должно

про­

изойти

обратное

опрокидывание БГ. В частности,

возможен такой

режим

работы,

при котором почти

сразу

после начала

стадии

Твп

из-за насыщения сердечника происходит

опрокидывание БГ. При

таком

режиме

удается

получать

пределі но

короткие

импульсы

Си <С 10 не) [147]: За исключением

случаев

генерации

таких им­

пульсов применение данного режима работы нежелательно по ряду причин: понижается стабильность, длительности и частоты повто­ рения импульсов, затрудняется регулировка этих величин, иска­ жается форма импульсов, увеличиваются потери энергии в системе.

21. Если на характеристиках лампы не проявляется доста­ точно четко линия критического режима, то движение изображаю­ щей точки в стадии Т в п оказывается сложнее описанного выше. В этом случае приходится строить динамическую характеристику БГ, соответствующую процессам в стадии Т Ш І , с учетом того, что напряжение на конденсаторе уменьшается [114]. Методика пост­ роения таких характеристик была предложена С. Я- Шацем [4,

ч.3] и развита Л. А. Мееровичем [5].

22.Выбор рабочей точки и требования к лампе и транс­ форматору. В рабочей точке М* (рис. 6) должно удовлет­ воряться уравнение баланса мощностей в системе:

ЩП = Ut It +EÎ (Го +1%) + W iß (Q-

Влевой части уравнения фигурирует мощность, подводи­ мая к первичной обмотке, а в правой части — мощности, передаваемые в нагрузочную и сеточные обмотки, и мощ­ ность, определяемая намагничивающим током (см. рис. 2).

Пренебрегая

этой последней мощностью, а также

током

І*я / * о

запишем

 

 

П я-Щ) e<liVt + It W +1 UB0V

I),

(12.27)

где принято во внимание равенство £ * 2 = пгіи*1

и равенст­

ва (19) и (21). В точке М* однозначно определяются величи­ ны U*г., /* а и U0 К р- Напряжение же U*a, определяющее при выбранном U*a ток /* 0 , однозначно не устанавливается

выбором рабочей точки; известно лишь, что U*c >

Uc/Kp-

Уточнение напряжения U*0 производится из условия

обес­

печения стабильной работы БГ, для чего желательно выпол­ нение соотношения U*c > l,5Uc к р . Обычно это достижи-

330

мо, если выбранный тип лампы удовлетворяет соотноше­ ниям [9]:

 

 

 

/ а * ( £ а - 1 / а * ) > 1,5/*£/*;

U*a<0,3Ea.

(12.28)

При

 

этом

рассеиваемая

на

аноде

лампы

мощность

I*aU*jQ0

 

(Qc

скважность)

не должна

 

превосходить

до­

пустимого

значения.

 

 

 

 

 

 

 

Выбранная

рабочая точка (после уточнения напряжения

U*c)

определяет нужные коэффициенты

трансформации:

 

 

 

« 3 1 = - ^ Ц - ;

/ г 2 1 = ^ + | (

У

7 ' .

(12.29)

 

 

 

 

Ea-Ut

 

 

Ea-Ut

 

 

При

применении

стандартных

трансформаторов

2 1

и п31

фиксированы)

значения

U*a

и U*0

 

определяются

из

формул

(29).

 

 

 

 

ta

(см. рис. 3, б, д)

23. Длительность рабочего импульса

несколько

больше длительности Тви стадии формирования

вершины

импульса:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

la

Твв

+ 0,5 ф

+ Тс) s* 1,1 Тш,

(12.30)

где (см. рис. 3, б, в) Т0 — длительность стадии среза ра­ бочего импульса (см. п. 25). Для определения Тврассмот­ рим процессы в цепи сетки (см. рис. 1) в стадии формирова­ ния вершины импульса. Ток, протекающий через' конденса­ тор,

 

/ = Câuldt

= ic

+ iR 9ä ic.

 

 

 

 

(a)

В данной стадии и + и0

=

£'*г

= const,

откуда

du/dt

^

=t —dujdt.

Подставляя

последнее равенство

в уравнение

(а), получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

—С — = і0

или dt = —С — .

 

 

 

(б)

 

dl

 

 

г'с

 

 

 

 

 

В течение длительности ТВИ

= t2 ty

(см. рис. 3, а, б)

напряжение

ис меняется

от значения U*c

до Uc

к р .

Инте­

грируя уравнение (б) в указанных пределах,

получим

 

 

U ° КР j

"скр

,

 

 

 

где принята квадратичная аппроксимация тока

іс

^

аи\,

которая при ыа = ІУ*а =

const близка к реальной

завис'и-

331

мости. Для уменьшения погрешности аппроксимации уста­ новим коэффициент а из равенства / * 0 = аі/*2^ Таким об­ разом,

Тви

= С

 

 

=СЦ

Л - * * ! -

1 V

(12.31)

Обычно Uc к р

s

(0,4 -H 0,6) U0*, и при

приближенных

расчетах можно

принять U0* =

211с к р , откуда

 

 

Г в п s

^

С =

/ск С,

где гс .к = Ц .

(12.32)

24. Формула (32) используется для выбора емкости С. Как

видно,

длительность

Т ш

пропорциональна С. Это позволяет осу­

ществить регулировку длительности

Г Ш 1 es lu изменением

емкости

С. Диапазон регулировки ограничивается сверху насыщением сер­ дечника, а снизу наименьшей допустимой величиной С, которая должна в несколько раз превосходить паразитную емкость БГ. Обычно удается перекрыть примерно десятикратный диапазон длительностей импульса.

Из формулы (31) видно, что с приближением i/o

к U0 к р нуж­

ная для получения заданной длительности импульса емкость G

возрастает Это обстоятельство можно использовать

для генерации

предельно коротких импульсов (без чрезмерного уменьшения ем­

кости

С). Однако

ослабление

неравенства U* > 1,5ІУС к р пони­

жает

стабильность

работы БГ.

 

Д.СРЕЗ РАБОЧЕГО ИМПУЛЬСА

ИСТАДИЯ РЕЛАКСАЦИИ

 

25. Срез рабочего импульса начинается

в

момент

t2

(см. рис. 3, б,

вертикаль СС), когда

сеточное напряжение

ис

= К р

и начинает

развиваться процесс

регенерации,

приводящий

к

обратному опрокидыванию БГ. В момент

t\

лампа запирается (см. рис. 3, б, г)

и процесс

регенера­

ции прерывается, но срез рабочего импульса

завершается

позже: в момент tg,

когда напряжения на обмотках транс­

форматора (и, следовательно, напряжение ип

рабочего им­

пульса)

становятся

равными нулю (см. рис. 3, в,

д, верти­

каль DD). Таким образом, длительность стадии среза Тс

=

= U

^ 2

(интервал СС — DD). К моменту

начала стадии

среза

напряжение

на

конденсаторе

достигает

значения

(см. рис. 3, а)

 

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«=^=1^орІ + АѴ,

 

(12.33)

332

где приращение напряжения на конденсаторе за время фор­ мирования вершины импульса почти равно изменению сеточ­ ного напряжения:

AUséU*-U0K1>. (12.34)

26. В течение кратковременной стадии среза напряжение и = U и ток i„ s /,. остаются почти неизменными, где согласно формуле (24)

Рис.

8.

Рис. 9.

Поэтому и в стадии среза,

используя равенство (Г4), в котором надо

заменить | U n o p \ на

U, можно построить динамические характери­

стики анодного и нагрузочного тока; последний выражается фор­ мулой (16). Динамические характеристики начинаются в окрест­

ности

точки

М*

(см. рис. 6); в частности, они могут начинаться и

в точке М*

(рис. 8). В стадии среза

динамическая

характеристика

анодного тока

проходит

н и ж е

характеристики

нагрузочного

тока.

Разность

і а іцагр =

i'n <С 0

выражает приведенное значе­

ние тока суммарной паразитной емкости (здесь он протекает в на­ правлении, противоположном протеканию тока і'п при формиро­ вании фронта импульса). Так как к.началу стадии среза напряже­

ние

«с

< U*c. на величину

AU, то

в соответствии с

соотношением

(15)

запирание

лампы произойдет

при

напряжении

ы а =

Uaa

s

^

Еа

— AU/пц

(рис. 8). В момент

окончания

стадии

среза

а

=

•=

£ а )

нагрузочный ток іН агр =

Длительность

стадии

среза

выражается формулой, аналогичной формуле (22): Тс

=

С' п

а

U*)/

] in |ср-

Активная

длительность

среза

tc s

 

0,8ТС.

 

 

 

27.

Послеимпульсные

колебания

и выброс

напряжения.

По окончании стадии среза на хвостовой

части

рабочего

импульса

(рис.

9)

возникает кратковременной

переходный процесс,

который

333

вызывается процессом рассеяния энергии, запасенной в сердечнике трансформатора. Анализ этого процесса производится на основе эквивалентной схемы (рис. 9, а), в которой сопротивление R' =

=

Rn II -Rc II R>iu г Д е

сопротивление

потерь

в

сердечнике

[9,

42]. Если коэффициент затухания d =

p/R' <

2 (ра

=

LjCn),

то на хвостовой части импульса возникают колебания (рис. 9, б)

затухающие практически до

нуля в течение

времени

Г х

s

SR'CÛ;

 

 

если

d >

 

2,

то

процесс

носит

 

 

апериодический

характер (рис.

 

 

9, в)

и

Тх

s

 

3^/R'.

 

 

 

 

 

 

Послеимпульсиый

пере­

 

 

ходный

процесс

 

вызывает

воз­

 

 

никновение

выбросов

 

напря­

 

 

жения

а

(см.

рис.

3,

s),

 

 

AUn

= " з і д

^ а

(рис.

9)

и

AU0

 

 

(см. рис. 10). При

d <

2 выб­

 

 

рос

напряжения

Д і / а

s

/^р;

 

 

при d >

2 выброс Д 1 / а =

 

IßR'-

 

 

Выброс

 

напряжения

значи­

 

 

тельной

величины

(он

может

 

 

привести к пробою лампы БГ)

 

 

возникает

при

 

высокоомной

 

 

нагрузке Rn

или

при

вентиль­

 

 

ном

характере

 

ее

(когда

на

 

 

полярности,

противоположной

Рис.

10.

рабочей, сопротивление Rn

рез­

 

 

ко возрастает).

 

Для

пониже­

 

 

ния

величины выброса

напря­

жения параллельно одной из обмоток трансформатора

вклю­

чается резистор

Rr (иногда

последовательно

с

диодом,

отпираю­

щимся на нерабочей полярности [42]), причем его сопротивление подбирается из условия установления критического режима работы

цепи (d = 2). В этом случае AUa = 2 / ^ Я э к в / е , где # а к в = Rr

|| R'

28.

Стадия релаксации наиболее длительная

стадия

работы

БГ. Основной процесс в этой стадии — медленный

разряд конденсатора С на большое сопротивление Rc (см. п. 6). Разряд конденсатора начинается в момент, близ­ кий к 4 (см. рис. 3, а, б), когда напряжения на обмотках

трансформатора равны нулю, а сеточное напряжение иа

— —U.

Принимая этот момент за начальный (рис. 10),

представим закон

изменения напряжения на

конденсаторе

в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

u==u(t>)=(Je-i'/RcC

( Г = = ^ _ д _

(12.35)

Длительность стадии релаксации определяется момен­

том f

Г р е л

(момент

отпирания

лампы), в

который

и =

= — ис

= \ и ц

о р

I . Подставляя

эти значения в функцию

334

(35) и решая

полученное уравнение относительно Трелі най­

дем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 р е д

= Rc С1 n JjL-

 

= Rc

С In ( 1 + U ° * U °

 

"P ) ,

(12.36)

 

 

 

I ^ пор I

 

 

 

\

 

Iuaop I

 

/

 

где приняты

во

внимание

 

равенства (33) и

(34). Ориенти^

ровочно, Г р е л

s

(0,7 ~

1,5)

Rc

С.

 

 

 

 

 

 

29.

Период автоколебаний

(рис. 3

и 10)

 

 

 

 

 

 

 

=

^рел +

^р =

Т'рел +

^и»

 

 

 

(12.37)

где длительность рабочей

стадии

(длительность

отпертого

состояния лампы)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т

=Т,

4-Т

4-Т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

J ф ~

1 ви г

•* с — *И"

 

 

 

 

Из формулы (36) следует, что длительность 7 1

р е л

сущест­

венно

зависит

от

нестабильности

разности

 

напряжений

U*c — Uc „р s=

At/. Этим объясняется низкая

стабильность

частоты автоколебаний

БГ.

Уход

частоты

автоколебаний

из-за изменения напряжения питания на 10% достигает

здесь

(3

7)%, а при смене

лампы — до

(7

15)%.

 

 

§ 12.3. ВАРИАНТЫ СХЕМ ЛАМПОВЫХ

 

 

 

БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОРОВ

 

 

1;

Схема с отпирающим

напряжением

смещения. Для

снижения

нестабильности частоты автоколебаний Б Г, вызы­

ваемой сменой лампы, целесообразно ввести в цепь сетки положительное смещающее напряжение Еа. Для этого резис­ тор Rc приключается не между сеткой и катодом лампы, как это показано на рис. 1, а между сеткой и анодом лампы. Аналогично описанному в §11.1, п. 14 (см. рис. 11.6), переключение резистора Rc практически не отражается на работе БГ в рабочей стадии (при отпертой лампе). В стадии же релаксации конденсатор стремится перезарядиться от

значения

и

= U, выражаемого формулой- (33), до и (со) ==

= —Еа.

В

соответствии с этим сеточное напряжение

долж­

но меняться

от значения ис = —U до «с (оо) == Еа

по зако­

ну

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ис

с ( О

=Ea-(Ea

+ U)e-''/Rcc.

 

( 1 2 . 3 8 )

Длительность

стадии

релаксации

определяется

моментом

V = Трел,

в

который

напряжение ис = — | с / п о р

|. Под-

335

отавляя эти значения в функцию (38) и решая полученное уравнение относительно Трол, найдем

Г п в л - Я с С І п

E & + U . = RuCln(

1 + ^ * - ^ с к р _

 

 

(12.39)

где приняты во внимание равенства

(33) и (34).

Из сравнения формул (36) и (39)

видно, что в рассматри­

ваемой здесь схеме существенно ослабленовлияние неста­

бильности

величины I Uuov I <С

£ а - Однако влияние неста­

бильности

Д£/ = U*с — UсК р

сохранилось и даже уси­

лилось, так как в формуле (39) под знаком логарифма стоит

меньшая

величина, чем в формуле (36) (см. § 11.1, п. 12).

Поэтому

уход частоты, обусловленный изменением питаю­

щего напряжения, при данной схеме снижается мало, а в некоторых случаях согласно опытным данным даже повы­ шается. Уход же частоты, вызванный сменой лампы, сни­ жается примерно до (4 —• 10)%.

Определяемая законом (38) длительность Tprj[ в не­ сколько раз меньше постоянной времени RCC. Поэтому часто целесообразно, разложив экспоненциальный множи­ тель в ряд, использовать только два первых члена ряда, откуда

 

u o = M O = - U + ( £ a + 6 0 / 7 / ? o C .

(12.40)

Таким

образом, в интервале 0 ^ ?

Г р , л закон

aa(t')

близок к линейному.

 

 

2.

БГ с колебательным контуром.

Высокой стабиль­

ностью частоты обладает БГ, в цепь катода которого вклю­ чен колебательный контур, настроенный на частоту авто­ колебаний, и фиксирующий диод 13, 15] (нестабильность частоты не превышает 1%). Однако конструкция такого БГ при F& < 5 кГц громоздка. Более проста схема БГ с ко­ лебательным контуром (рис. 11, а), настроенным на частоту Fю кратную частоте F a автоколебаний:

Процессы в рабочей стадии такого Б Г мало отличаются от процессов в БГ при обычной схеме. Действительно, так как большая емкость С„ = ( 5 - f 10)С шунтируется большой индуктивностью L„, то за малое время рабочей стадии ток в индуктивности не успевает нарасти до существенной ве­ зде

Личины. Поэтому в этой стадии

можно полагать

L K

со,

а- конденсаторы С и С„ как бы

соединенными

последова­

тельно (они образуют времязадающий элемент

системы).

Процессы в стадии релаксации иллюстрируются

временной

диаграммой изменения сеточного напряжения (рис. 11, б). По внешнему виду эти процессы схожи с процессами в Б Г, работающем в режиме деления частоты (см. гл. 13, п. 6). Однако в закономерностях обоих процессов имеется сущест­ венное различие. Как показало теоретическое и экспери­

Рис. П.

ментальное исследование, проведенное В. Т. Горяиновым [9], наилучший режим работы достигается при

 

т — /*к

T'a

35СК '

(12.42)

где

Q — добротность

колебательного контура

учетом

всех

активных элементов системы

при запертой

лампе).

При выполнении соотношения (42) нестабильность частоты снижается в 3—5 раз.

3. БГ с времязадающей искусственной линией. Дли­ тельность рабочих импульсов, вырабатываемых БГ, также оказывается нестабильной. При изменении питающего на­ пряжения на 10% длительность импульсов меняется при­ мерно на 10%, а при смене лампы — до 50%. Радикальное устранение этой нестабильностидостигается при -замене конденсатора времязадающим элементом в виде искусствен­

ной линии (рис.

12, а). Одновременно заметно снижается

и нестабильность

частоты автоколебаний.

 

В медленной стадии релаксации

линия ведет себя

как

сосредоточенная

емкость С = kCn,

где k — число звеньев

линии. Основное

различие в работе БГ проявляется в

ра­

бочей стадии. Для уяснения сущности протекающих здесь

337

і-

Процессов будем, ради простоты, полагать, что в Цепь

cef-

ки включен отрезок однородной разомкнутой линии.

 

Пусть в результате разряда емкостей линии (в стадии

релаксации)

напряжение на линии снизилось до значения

ы(0) =

I Uaov

I , а сеточное напряжение повысилось до

зна­

чения

ио (0)

=—ц(0) (рис. 12, б). В этот момент лампа

от­

пирается и в системе развивается регенеративный

процесс.

Под

воздействием

индуктированной в сеточной

обмотке

э. д.

с. е2 = и + ис

(рис. 12, а) вдоль линии начинает рас­

 

 

 

Рис. 12.

 

 

 

 

пространяться

п р я м а я

волна напряжения иа.

До

при­

хода отраженной от разомкнутого конца

линии

 

о б р а т ­

н о й

волны и0 линия эквивалентна активному сопротивле­

нию, равному ее волновому сопротивлению W. Как

показал

анализ [51], наибольшая стабильность работы БГ

дости­

гается

при равенстве W = r*.R

= U*JI*C (см. § 12.2, п. 23).

В этом случае напряжение ип

— 0,5е2 ,

а напряжения на

входе

линии

и на сетке

(рис. 12, б) выражаются

равенст­

вами

 

 

 

 

 

 

 

 

и = и (0) + ип =1 1 / п о р I +

е2 /2;

ис = — | U

| +

е2 /2 =

U*.

При этом сеточное напряжение U*c оказывается

настолько

большим, что условие регенерации перестает выполняться. Поэтому напряжения на всех элементах БГ с, и&, их, и) стабилизируются. Такое состояние длится до прихода ко входу линии обратной волны напряжения и0 = ып , отра­ женной от разомкнутого конца линии. В этот момент напря­

жение

на

входе

линии скачком

повышается

до

значения

I Unov

I +

" п +

«о =

I ^ п о р I +

е2,

в результате

чего

сеточное напряжение

снижается до

значения

е2

и

= —

338

І ^

П О Р І - В процессе

этого

снижения

изображающая

точка попадает в линейную область

характеристик лам­

пы, где условие регенераций выполняется.

Происходит

обратное опрокидывание

БГ

и

лампа

быстро

запирается

(рис. 12, б). Таким образом,

длительность

рабочей

стадии

равна времени двойного пробега волной

напряжения

вдоль

линии.

Применительно к искусственной

линии

 

 

 

T p ^ n s 2 , 2 £ j / 1 ^ ^ = 2 , 2

j / L C T

 

(12.43)

Эта формула совместно с формулой согласования сопро­

тивлений (г*.к =

W = j/~L/C)

позволяет

определить ем­

кость С = kCa

и индуктивность L = kLn

искусственной

линии. Обычно число звеньев линии k = 2 -г 4. Замена конденсатора искусственной линией приводит к уменьше­ нию мощности, реализуемой в нагрузке, примерно в 1,5-f- -т- 2 раза. Поэтому применение конструктивно более слож­ ной схемы БГ с искусственной линией можно рекомендо­ вать в случаях, когда важно стабилизовать длительность импульсов и частоту их повторения.

4 . Ждущий БГ находит широкое применение в качестве подмодулятора (или модулятора) в устройствах импульсной модуляции генераторов высокой частоты, а также при ряде других применений. Для создания ждущего режима БГ в цепь сетки лампы вводится отрицательное смещающее напряжение —Ес , где Ес > | С / п о р | (рис. 13, а). Благодаря этому БГ приобретает одно устойчивое состояние равнове­ сия ( п о к о я ) , .соответствующее запертой лампе, при ко­ тором сеточное напряжение ис = Ucn = —Ес (рис. 13, б), При подаче на сетку лампы запускающего импульса и3 >> О (импульс подается через разделительный конденсатор и клапанирующий диод) лампа отпирается и генерируется один

339

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ