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

рабочий импульс, после чего БГ возвращается к исходному

состоянию покоя. Длительность стадии

восстановления ис­

ходного состояния Г в = Г р е л s 3RCC

(в течение этого

времени БГ малочувствителен к импульсам запуска). Час­ тота повторения импульсов запуска должна удовлетворять соотношению Рш ^ \l(3RcC).

5. Паразитная емкость БГ образуется в основном междуобмо­ точными емкостями трансформатора [42, 51] и емкостью С п на­ грузки. Приведенные (динамические) значения этих емкостей на­ ходятся с учетом энергии, запасаемой в емкостях, которая пропор­ циональна к в а д р а т а недействующих на емкостях напряжений.

- р # f « r l S -

 

 

 

Рис. 14.

 

Для уменьшения

паразитной емкости все обмотки долоісны

наматы­

ваться в одном направлении

и располагаться на сердечнике по од­

ной из указанных

на рис. 14 схем.

 

При полярности рабочих импульсов, совпадающей с поляр­

ностью э. д. с. ег

в сеточной обмотке (в транзисторных

БГ —

с э. д. с. в базовой

обмотке), наименьшая величина паразитной ем­

кости получается

по схеме

рис. 14, а:

 

+ С н

« І . + С с - к 4 і + С а . с ( 1 + я 2 1 ) я + С м .

(12.44)

При полярности же рабочих импульсов, противоположной поляр­ ности э. д. с. в сеточной (базовой) обмотке, наименьшая величина паразитной емкости получается по схеме рис. 14, б:

С п =

(<Ѵ З) ( 1 + " I , + пг1) + ( С 1 3 / з ) (1

,)» +

 

+

Св

л§, + - С С . К я§, + С а . с (1 +n21f

+ С Н .

(12.45)

В формулах

(44) и (45) Сі2 , С 2 3 и С13

статические

значения

междуобмоточных емкостей (рис. 14); С с . к

и Са .0 —междуэлектрод­

ные емкости

лампы (в транзисторном БГ их

аналогом

являются

соответственно барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов); С м — емкость монтажа-

340 -

§12.4. ТРАНЗИСТОРНЫЙ БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОР

1.Схема и принцип действия транзисторного и лампо­ вого БГ в своих основных чертах аналогичны. Но отмечен­ ные в § 11.2, п. 2 отличительные особенности транзистор­ ных устройств проявляются в БГ наиболее сильно.

 

Типовая схема транзисторного БГ изображена на рис. 15.

При

работе в

режиме

автоколебаний (или синхронизации)

э. д. с. источника смещающего напряжения Ес <

О (обыч­

но

Еб

= Е

К ) , а

в

ждущем

режиме — э. д.

с. Еб > 0.

В

цепь базы

иногда

включается

резистор R0

(2

3 ) г б в

для ограничения тока базы насыщенного транзистора. Включение этого резистора стабилизует работу БГ и ослаб­ ляет зависимость тока базы от непостоянной и отличающей­ ся большим разбросом величины объемного сопротивления го = /"бв насыщенной базы. Но вместе с этим несколько по­ вышается инерционность БГ и понижается предельно до­ стижимая скважность следования импульсов, которая за­

висит от отношения RoKRo +

/"бн)- Диод

Д г и резистор Rv

служат для подавления кратковременного

выброса коллек­

торного напряжения ( — ы к >

Еи)> возникающего после за­

пирания транзистора.

 

 

2. Так же как и в ламповом БГ, в рабочей стадии (Гр ) конденсатор С приобретает определенный заряд. После же запирания транзистора в течение большого интервала вре­

мени

Грел >

Г р

стадии

релаксации) происходит срав­

нительно медленный

разряд

конденсатора

током —і2

— ÏR +

і во

( Р и с -

15)- Так как в этой стадии

индуктирован­

ная э. д. с. е2 s* 0, то базовое напряжение практически рав­ но напряжению на конденсаторе: щ ^ и > 0. В ждущем режиме работы базовое напряжение по мере разряда кон­

денсатора стремится

к напряжению покоя U^n = EQ —

— / к о Д б > 0 , и отпирание транзистора происходит

при

подаче запускающего

импульса и3 < 0. В режиме же

авто­

колебаний конденсатор под воздействием смещающего на­

пряжения Е5 = '—Ек стремится перезарядиться, в

соот­

ветствии с чем базовое напряжение понижается, и при

ыб =

= 0 транзистор отпирается.

 

При отпирании транзистора развивается регенеративный процесс, приводящий к глубокому насыщению транзистора. Затем в стадии формирования вершины импульса проис­ ходит заряд конденсатора, что приводит к ослаблению тока базы до некоторого критического значения, при котором транзистор выходит из насыщения; последнее может быть

341

Ч

также обусловлено ростом намагничивающего тока транс­ форматора. После выхода транзистора из насыщения разви­ вается регенеративный процесс, приводящий к запиранию транзистора.

3. Эквивалентные схемы БГ. Так же как и в ламповом БГ, токи и напряжения на элементах транзисторного БГ связаны между собой уравнениями токов и напряжений, которые учитывают трансформацию параметров схемы, обусловленную действием трансформатора. Но при анализе процессов в транзисторном БГ необходимо учитывать инер-

Рис. 15.

Рис. 16.

ционность тока коллектора, в то время как электронный ток лампы можно было считать безынерционным. В соответствии с этим эквивалентная (операционная) схема Б Г (приведенная к анодной обмотке) в стадии регенерации имеет вид, изобра­ женный на рис. 16, а, где штрихом отмечены приведенные значения токов, напряжений и параметров схемы, причем

г> /

«н . r

i

гбо . р /

«о . р '

«б

 

"зі

 

пгі

"ai

"ai

 

 

 

 

 

(12.46)

 

С'=п^С;

CK^(Ê+l)CK;

ß = ß / ( l + p t ß ) ;

(12.46а)

здесь

пи = wjwi,

n 0 1

= w3/Wi

и rg — ?бо — объемное со­

противлениененасыщенной базы. Приведенное значение суммарной паразитной емкости С ' п (с учетом барьерных емкостей транзистора) выражается формулой (44) или (45).

342

После входа транзистора в насыщение эквивалентная схема упрощается (рис. 16, б). Здесь напряжение на пер­ вичной обмотке практически не меняется, т. е.

 

 

 

ч

= US =Ек

\ иш

I s

Ек

=

const,

( 12.47

и можно

пренебречь

влиянием

паразитных

емкостей.

 

4 .

Временные диаграммы

процессов в БГ (в режиме ав­

токолебаний) изображены на рис. 17. Левее вертикали

АА

отображено

состояние

БГ

 

 

 

 

 

 

перед

отпиранием

транзи­

 

 

 

 

 

 

стора.

В момент

t0,

когда

 

 

 

 

 

 

базовое напряжение «б = О,

 

 

 

 

 

 

входное

 

сопротивление

 

 

 

 

 

 

транзистора

резко

пони­

 

 

 

 

 

 

жается, и возникает ток ба­

 

 

 

 

 

 

зы

>

0,

вызывающий

 

 

 

 

 

 

появление с

некоторым за­

 

 

 

 

 

 

паздыванием

 

усиленного

 

 

 

 

 

 

тока

 

коллектора

 

(рис.

 

 

 

 

 

 

17, в, г). В результате

это­

 

 

 

 

 

 

го возникают быстро

нара­

 

 

 

 

 

 

стающие ток

намагничива­

 

 

 

 

 

 

ния

Zu и магнитный

поток

 

 

 

 

 

 

в сердечнике;

последний

 

 

 

 

 

 

индуктирует

в

обмотках

 

 

 

 

 

 

трансформатора

э.

д.

с.

 

 

 

 

 

 

е3 = ин

и э. д. с. е2 < О,

 

 

 

 

 

 

которая способствует росту

 

 

 

 

 

 

тока

базы.

Одновременно

 

 

 

 

 

 

из-за падения напряжения

 

 

 

 

 

 

% > 0 на первичной об­

 

 

 

 

 

 

мотке

(см. рис.

15)

повы­

 

 

 

 

 

 

шается

коллекторное

на­

 

 

 

 

 

 

пряжение

ик

(рис.

17,

д).

 

 

 

 

 

 

Обусловленные

процессом

 

 

 

 

 

 

регенерации

быстрые изме­

 

 

 

 

 

 

нения токов и напряжений заканчиваются

в момент 4 (вер­

тикаль

ВВ),

когда

транзистор

оказывается

в глубоком на­

сыщении

(«к

=

и к

н ^ 0 ) . В

этот момент

напряжения

на

обмотках

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W i = / 7 x * S É £ k , e ï = . - £ a * = ^ / i B 1 t / l * f

8 | = f / B * = n 3 1 c / 1 * ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.48)

343

ГДе приняты во внимание равенства (47). Так как за корот­ кое время процесса регенерации напряжение на конденсато­ ре С не успевает заметно измениться (рис. 17, а), то почти вся э. д. с. е2 прикладывается к резистору R0 и к базе (влия­ нием цепи источника Еб ввиду Ro > R0 + /'си здесь можно пренебречь). В момент tx ток базы достигает максимального значения (рис. 17, е) : И

i 6 m a x = / G m ^ « 2 1 £ K / ( / ? 0 + r 6 n ) ,

(12.49)

где пренебрежено небольшими напряжениями на перехо­

дах транзистора и напряжением и ^

0 на конденсаторе.

Ъ. После момента tx наступает

стадия формирования

вершины рабочего импульса {Тт,), в течение которой напря­ жения на обмотках трансформатора и, следовательно, высо­ та рабочего импульса остаются практически неизменными; они выражаются формулами (48). Таким образом, вершина рабочего импульса отличается высокой равномерностью,

что является следствием высокой крутизны линии насыще­

ния транзистора;

при этом

весьма полно используется на­

пряжение питания

(U*i ^

Ек).

 

 

 

В стадии формирования вершины импульса происходит

заряд конденсатора С до напряжения

U (рис. 17, а, ин­

тервал ВВ—СС)

током базы (влиянием

тока iR < / б

здесь

можно пренебречь). Это приводит к ослаблению тока

базы,

изменяющегося

по закону

 

 

 

 

 

/

Б ( / '

) ^ ^ 2

- е - ' ' / ѳ п ,

(12.50)

где Ѳ„ == (R0 +

г

и время t'

= t — tx (рис. 17). В этой

стадии ток коллектора

і а =

/ к н

равен

практически

сумме

трех токов (рис. 16, б):

 

 

 

 

Ток іквКП

либо нарастает

(если

рост iß

преоблада­

ет

над уменьшением

гб '), либо

падает (если

приращение

Д / 1

1 < | Аг'б 'I),

либо

же

остается

почти

неизменным

(рис. 17, г),

что

типично для

мощной

нагрузки

( # Н < ; Я 0 + Гба ). Таким образом,

в БГ имеет

место режим

динамического

насыщения

'(/кн//б

Ф const).

 

*> Из-за модуляции объемного сопротивления базы ток базы может несколько нарастать и после насыщения транзистора [148].

344

6.

По

выходе в момент t2

транзистора

из насыщения

(рис.

17,

г) возникает регенеративный процесс (интервал

СС—DD),

который приводит

к обратному

опрокидыванию

БГ и запиранию в момент t3 транзистора. В этой стадии из-за

резкого уменьшения

э. д. с. е2 ток базы может стать

отри­

цательным (рис. 17, в), что способствует запиранию

тран­

зистора. Так как ток

не может

мгновенно

измениться,

то

после запирания

транзистора

все токи (кроме £к = О

и

с'б ^ 0) меняют

свое направление, что при маломощной

или вентильной нагрузке (ее сопротивление,

после запира­

ния транзистора,

Ru > RB) может привести к образованию

сильного выброса

напряжения А£/к (рис. 17, о). Для его

ослабления до допустимого значения Ас/ „г подключают диод Д р и резистор R r (см. рис. 15). По мере ослабления тока происходит восстановление напряжений ик и «g. Напря­ жение же и U на конденсаторе большой емкости С за­ метно не меняется на интервале СС—FF (рис. 17, а). Но все же медленный релаксационный разряд конденсатора начинается примерно в момент t2 и продолжается в течение всей стадии релаксации до последующего отпирания тран­ зистора.

ХАРАКТЕРНЫЕ ВРЕМЕННЫЕ ИНТЕРВАЛЫ РАБОТЫ БГ

 

7. Длительность импульса

ta =

Тт

равна

длительности

на­

сыщенного

состояния

транзистора.

Выход

транзистора

из насы­

щения происходит в момент f =

ТВц,

в который

заряд базы

0(f)

становится

равен граничному (при данном

мгновенном

значении

тока

/ к =

заряду,

т. е. при

 

 

 

 

 

 

 

 

Q (/') == QH =

(„п (/') Тя/В.'

 

(12.52)

где

!цц (О

выражается

функцией (51),

а т и — время жизни

не­

основных носителей в насыщенной базе. Закон же изменения заря­

да базы Q =

Q (?)

находится, из решения дифференциального урав­

нения заряда

базы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i ? + f

= / б ( П =

^ & _ е - ' ' / Ѳ я .

( 1 2 . 5 3 )

 

 

dt

хи

 

 

« о +

Гбн

 

 

при

начальном условии Q (0) = і'к н (0)тя IB,

определяемом

функ­

цией

(51) при /' =

0.

Из

решения уравнения

(53) получаем

 

 

 

 

е - ' ' / 0

. .

- е - ' ' / т п

Ru+

Ro+гбн

(12.54)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rp + гби

 

« 2 1

( 1 — V ® 4 >

 

 

 

346

Подставляя функции (51) и (54) в равенство (52), получаем

урав­

нение относительно

t' = Твп

£

ttt,

которое

приводится к

виду

 

* вп

 

Т

Т

(12.55)

1 +

+

( ß * _ l ) e

W T H =

ß * e W Ö H )

где

В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.56)

ß* = Y

 

 

 

 

 

 

Трансцендентное уравнение (55) в общем случае решается гра­ фически [98], (см. также [112]). В часто встречающихся, на практике случаях удается получить весьма точное аналитическое выражение корня уравнения (55). Так, при сравнительно, большой длитель­ ности импульса (tu > Ѳ н > Зт п и > Ѳм ) из приближенного ре­ шения уравнения (55) (с определением поправки по методу Ньюто­ на** получаем

 

 

 

 

 

і я

г

ей

(in s*) (і + ѳн/Ѵ)-\

(12.57)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При т н

= Ѳ н

и tn

>

а

получим

 

 

 

 

 

 

/ И £ т п

( ІпЛ.

 

,

Х =

;

 

(12.58)

если же

<и

<

т н ,

то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

n S

T

H (

l *

^

»

^ ) '

" , l 2 l ( l + ß

W v )

 

(12.58а)

Для получения предельно коротких импульсов целесообразно

установить т а

её З Ѳ Н

(дальнейшее

уменьшение

Ѳ н

не дает

сущест­

венного эффекта). Но и в этом случае получение tu

< т н

требует

очень

сильного выполнения

неравенства Тр. <

т ц .

 

 

 

8.

Как показало исследование

[148], при tu

2> т п

длительность

импульса слабо зависит от изменения температуры в пределах от

—50° С до + 6 0 ° С ( Д г У / и = 1%). При соизмеримости

же длитель­

ностей. tB и т н , но т > / и , наблюдается существенная

зависимость

длительности импульса от температуры (у сплавных транзисторов изменение длительности импульсов достигает 50%, а у дрейфовых —

20%).

Существенное повышение

стабильности <и достигается при

работе

в режиме сильного намагничивающего тока (т^ соизмеримо

с tlt).

Однако при этом сильно

возрастает намагничивающий ток,

что обусловливает иногда недопустимое возрастание тока коллек­ тора [98, 112] и приводит к возрастанию выброса Д ( / К г (рис. 17, д). Кроме того, в этом режиме проявляется зависимость длительности импульса от магнитных свойств используемого образца трансфор­ матора и существенная зависимость этой длительности от напря­

жения

питания.

/

 

 

*>

Если приближенное

значение

корня уравнения / (х) = 0

равно

хѵ то поправка Д* =

—/ (x{)lf'

{х{), где /' (я) = df/dx.

346

Исследованию возможности формирования предельно корот­ ких импульсов напряжения транзисторным БГ посвящена рабо­ та 1149].

 

9.

Длительность

фронта

импульса

(рис. 17, г,

д)

определяется

из анализа представленной на рис. 16, а схемы [98]

(иногда учи­

тывается также влияние индуктивности рассеяния

трансформато­

ра

[148]). Приближенная величина

длительности

фронта

 

 

 

 

 

 

*

{ +

~ R T ~ )

+

 

 

 

+ (RÔ + r60)[cK

+ Cf,

 

(12.59)

 

 

 

 

 

 

 

 

В

 

 

где

Тр время

жизни

неосновных

 

 

 

носителей в ненасыщенной базе. Фор­

 

 

 

мула (59) справедлива

при

выпол­

 

 

 

нении

неравенств

 

 

 

 

 

 

 

 

L„

» * ф ,

(Яо + Гбо)С » (ф .

 

 

 

 

Ro+гбо

 

 

 

 

 

 

 

 

(12.59а)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 18.

 

В

работе [112]

рекомендуется

 

 

 

 

 

применять:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— для сплавных триодов

>

50 мкГ, С >• 3000 пФ.

— для дрейфовых триодов Z. > 10 мкГ, С < 500 пФ.

Так как приведенные значения сопротивлений R'0 и л'бо об­ ратно пропорциональны nil , то из формулы (59) следует, что су­ ществует оптимальный коэффициент трансформации, при котором длительность фронта минимальна. Именно из условия аіф/ап21 =• •= 0 найдем;

 

 

 

( Л 2 і )

опт —

 

 

 

 

 

 

 

 

\ WX J QU

 

 

 

 

 

(R0 +

r6o){BCK

+ Cn)

i R

° + Гб°

(12.60)

 

 

 

 

 

 

 

 

(рис.

10.

Высота

и длительность

выброса

напряжения

Д к к г

17, д, интервал DD — FF) определяются .из эквивалентной

схемы

(рис. 18), соответствующей

запертому

транзистору.

Здесь

(RH)'

=

Rätnli

— приведенное значение

сопротивления нагрузки

на нерабочей полярности; влиянием большой емкости С' можно пренебречь ( С S °о). Сопротивление Rr резистора, подключае­ мого для гашения колебаний на нерабочей полярности (см. рис. 15),

устанавливается из условия

'

 

Я8кв = ЯгІІ(Ян)'||Яб= 0,5 У^ц/СІ.

(12.61)

347

При выполнении этого условия затухание накопленной в сердеч­ нике энергии носит апериодический характер В этом случае [981

где время отсчитывается от момента f = 0, в который ик •= — Е К

и ДиіГг = 0; постоянная времени 0 и получающийся к моменту окончания рабочего импульса ток намагничивания выражаются равенствами:

О

V = ~ f" = T1"'

(12-63)

В момент г* «= Ѳ/2 функция (62) достигает максимума

При значительной величине паразитной емкости выброс напря­ жения получается недопустимо большой. В этом случае целесооб­ разно устанавливать индуктивность L из условия ограничения ве-

личины

выброса.

Так, например,

при Сп =• 100 пФ,

/ и •= 5 мкс

и

L ß =

1000 мкГ

получаем

Д с / к г £ 0,6

£ к .

 

 

 

 

Длительность

среза коллекторного

напряжения

 

 

 

 

 

 

t0

=

Грег S

Грег.

 

 

 

 

(12,65)

 

Длительность

хвоста

импульса

(рио.

17,д)

 

 

 

 

 

 

Г х в ( Г х ) о . І

S 2

V Ä B

K

B

-

 

(12.66)

 

11.

Длительность стадии

релаксации

определяется

временем

разряда

конденсатора С от напряжения и =

U до нуля при работе

в

режиме

автоколебаний,

когда

EQ =* ЕК,

или до напряжения

£б — 'ко#б

при работе в ждущем

режиме, когда £ б >

0.

Наиболь­

шее напряжение на конденсаторе, получающееся к моменту окон­

чания

рабочего импульса (см. рис. 16, б),

 

 

 

U^n21a\(l^e~'^e"),

(12.67)

где Qa

= (Ro +

r6a)C

 

и f*i

S ЕК. В

ждущем режиме длительность ТРЕЛ

стадии релак­

сации, строго говоря, бесконечно велика. Практически можно при­ нять, что полное восстановление чувствительности БГ к запускаю­

щим импульсам наступает через время

Треп = SRQC,

где преие-

брежено сопротивлением R0 < RQ. В режиме автоколебаний кон­

денсатор

стремится

перезарядиться

до

напряжения

и ( о о ) =

= — ( Я к +

/ко^б). н о

э т о т

процесс прерывается в момент, когда

напряжение и = 0. Отсюда

определяется

длительность

стадии ре­

лаксации:

/

 

 

 

 

 

 

^рел = R 6 C l n

(\ +

U

) .

(12.68)

348

Для ослабления сильной зависимости длительности этой стадии

от

тока / к 0 следует ограничить величину сопротивления RQ ИЗ условия

'ко наиб^б

Ей-

 

12. Различные варианты схем построения -транзисторных

БГ

(схема без времязадающего конденсатора, схема с общей базой,

схема с эмиттерным конденсатором и др.),

особенности их работы

и методы расчета описаны в справочнике

[15].

ГЛ А В А Т Р И Н А Д Ц А Т А Я

ИМПУЛЬСНЫЕ Д Е Л И Т Е Л И ЧАСТОТЫ

§13.1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДЕЛИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

1.Назначение. Часто бывает нужно производить одно­ временную синхронизацию нескольких релаксационных генераторов импульсов, которые должны работать с раз­

ными частотами повторения Fab Fn2,связанными

 

между

собой

неизменным соотношением:

nxFal

— n2Fn2

— -••>

где tlx,

п2,

— заданные ц е л ы е

числа.

Такая

задача

встречается, в частности, в устройствах калибровки данных измерений (например, дальности в радиолокационных стан­ циях). С этой целью генераторы импульсов синхронизуются о д н и м автогенератором стабильной частоты FR (рис. 1), которая должна быть кратна всем заданным частотам:

PR

= ihFci = n2Fa2=...

(13.1)

Целые числа пи пъ

называются коэффициентами

деле­

ния частоты (к. д. ч.). Каждый из синхронизуемых гене­ раторов работает в режиме деления частоты, т. е. в режи­ ме захватывания внешним синхронизирующим напряжением, воздействующим на генератор. При этом частота повторе­ ния импульсов того или иного генератора (Fui) в целое число (rt;) раз меньше частоты F%. В частном случае, ког­

да iit

= 1, получается

простой

режим синхронизации.

2.

Режим деления

частоты

также широко применяется

для синхронизации релаксационных генераторов с целью

стабилизации их частоты повторения Fn. В качестве син­ хронизующего генератора часто используется кварцован-

ный

генератор

синусоидальных

колебаний, приемлемая

*> В принципе возможна также

работа в режиме, когда гц

равно

отношению

двух целых чисел

[2а, 150].

349

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ