книги из ГПНТБ / Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник

схемы как с последовательным, так и с параллельным ограниче­ ниями.

На рис. 3.7 приведены схемы двустороннего последователь­ ного ограничителя и соответствующая временная диаграмма. При

3.1.3. УСИЛИТЕЛИ-ОГРАНИЧИТЕЛИ

Транзисторный ключ ОЭ (рис. 2.12), рассмотренный в гл. 2, является примером усилителя-ограничителя, имеющего два по­ рога ограничения: первый порог определяется уровнем входного напряжения ивх(1 ), при котором транзистор заперт, а второй — уровнем ивх(1 ), при котором транзистор насыщен.

210

В режимах отсечки и насыщения коэффициент передачи равен

стора длительность выходного импульса больше длительности входного. Для уменьшения степени насыщения или предотвраще­ ния насыщения включенного транзистора используется входная

наиболее крутые участки сину­ соиды и при большом коэффи­ циенте усиления выходные им­ пульсы обладают короткими фронтами.

В качестве усилителя-огра­ ничителя широко применяется ключ ОЭ с трансформаторным

выходом, рассмотренный в гл. 2. Основные расчетные соотноше­ ния для усилителей-ограничителей такие же, как в соответствую­ щих схемах ключей; они приведены в гл. 2.

Усилители-ограничители на многоэлектродных лампах не от­ личаются по схеме от рассмотренных в гл. 2 ламповых ключей. Ограничение получают за счет отсечки анодного тока (при на­ пряжении на сетке лампы, меньшем потенциала Egо запирания лампы), а также за счет появления сеточных токов (сеточное огра­ ничение) или за счет верхнего изгиба анодно-сеточной характе-' ристики, обусловленного переходом лампы в область критиче­ ского режима (анодное ограничение).

3.1.4. ПРИМЕНЕНИЕ ОГРАНИЧИТЕЛЕЙ

Ограничители являются основными элементами многих им­ пульсных устройств; они применяются для:

— формирования импульсов стандартной амплитуды путем ог­ раничения входной последовательности импульсов некоторым за­ данным уровнем (рис. 3.9);

211

—восстановления формы импульса, вершина которого иска­ жена помехой (рис. 3.10);

—фиксации уровня импульса, для сокращения длительности фронтов (см., например, разд. 5.4);

—селекции импульсов по амплитуде и полярности (см. гл. 10);

коллекторного напряжения в ключах, триггерах, мультивибрато­ рах и т. д.);

—восстановления постоянной составляющей и фиксации раз­ личных уровней сигналов (см. ниже);

—формирования импульсов из синусоидального напряжения

212

Следовательно, длительность фронта выходного напряжения тем меньше, чем меньше отношение E/Um. Путем многократного ограничения и последующего усиления можно получить прямо­ угольное напряжение с весьма крутыми фронтами.

Если входное синусоидальное напряжение генерируется высо­ костабильным генератором, то период следования п временное положение фронтов выходного напряжения также высокостабиль­ ны. Поэтому указанный метод формирования прямоугольного на­ пряжения широко применяется для получения (путем последую­ щего дифференцирования этого напряжения) масштабных мар­ керных меток времени в различных индикаторных устройствах.

3.1.5. ДИНАМИЧЕСКОЕ СМЕЩЕНИЕ. ФИКСАТОРЫ УРОВНЯ

Передача переменного напряжения от одного каскада к дру­ гому часто осуществляется через разделительные /?С-цепи, рабо­ та которых рассмотрена в гл. 1. Там было показано, что при передаче периодического напряжения разделительный конденса­ тор заряжается в стационарном режиме до уровня, определяе­ мого постоянной составляющей передаваемого напряжения. Если,, например, передаваемое напряжение симметрично, т. е. его по­ стоянная составляющая равна нулю, то и среднее за период зна­ чение напряжения на конденсаторе также равно нулю. При этом предполагалось, что заряд конденсатора в течение одной части периода и его разряд в течение другой части происходят с одной и той же постоянной времени. Другими словами, предполагалось,, что сопротивления цепей заряда и разряда конденсатора одина­ ковы.

Если периодическое напряжение передается через разделитель­ ный конденсатор на ограничитель (рис. 3.12а), то сопротивления цепей заряда и разряда оказываются неодинаковыми. При этом разделительный конденсатор будет заряжен до некоторого по­ стоянного напряжения даже при отсутствии постоянной состав­ ляющей передаваемого напряжения и напряжение на конденса­ торе явится дополнительным напряжением смещения, которое сов­ местно с напряжением внешнего источника смещения определяет порог и уровень ограничения. Это дополнительное смещение бу­ дем называть динамическим смещением, в отличие от статиче­ ского смещения, определяемого внешним источником.

213.

Установим связь между параметрами ограничителя и уровнем заряда разделительного конденсатора. Пусть, например, на вход схемы рис. 3.12а подано периодическое напряжение uBX(t), форма которого показана на рис. 3.12 6. Когда диод открыт, конденса­ тор Ср заряжается, причем сопротивление зарядной цепи

R ' = R \ \ R P = R R p / ( R + R P ).

В течение той части периода, когда диод заперт, конденса­ тор разряжается, причем со­ противление разрядной цепи

R " = Я р .

В стационарном режиме приращение напряжения

#■ наклонной штриховкой.

Разрядный ток і2 « («„х— U0 )/R", убыль напряжения на кон­ денсаторе

где S2— площадь, показанная на рис. 3.12 6 горизонтальной штри­ ховкой.

214

Условие наступления стационарного режима, из которого и

Из ф-лы (3.8) можно вычислить отношение Rp/R по заданному допустимому значению U0. Наоборот, если задано отношение

Rp/R, то можно в соответствии с

С

(3.8) найти величину напряжения Uo на конденсаторе Ср, которая

иопределяет уровень динамичес­ кого смещения в схеме ограничи­ теля.

Все упомянутые здесь резуль­ таты были получены в предполо­ жении, что емкость Ср выбрана настолько большой, что форма напряжения, передаваемого на вход ограничителя, не иска­ жается.

Во многих случаях приходит­ ся принимать специальные меры для уменьшения динамического смещения. Существенно, что на­ пряжение Uо зависит от формы входного напряжения и от скваж­ ности входных импульсов; поэто­ му стабильность порога и уровня ограничения зависит от стабиль­ ности формы и скважности вход­ ных импульсов. Для уменьшения

иа можно уменьшить отношение

Rp/R. Следует, однако, иметь в виду, что уменьшение сопротив­ ления Rp увеличивает нагрузку на предыдущий каскад, а увели­ чение R приводит к увеличению искажений ограничиваемых им­ пульсов из-за влияния паразит­ ной емкости. Динамическое сме­ щение можно устранить, если сделать равными сопротивления

цепей заряда и разряда разделительного конденсатора, что мож­

215

положительных импульсов. Параллельно сопротивлению нагрузки R включен диод, обладающий в открытом состоянии малым внут­ ренним сопротивлением /?пр- В течение времени действия положи­ тельного импульса конденсатор заряжается, причем постоянная времени зарядной цепи т3 ~ С (R + Rr) , где Rr — внутреннее со­ противление источника входного напряжения. Во время паузы

.диод открыт и конденсатор разряжается через диод, причем по­ стоянная времени тр ^ С(/?пр + RT).

а )

Если сопротивления Rv и R„p много меньше сопротивления на­

оказываются зафиксированными снизу на нулевом уровне.

Если на вход схемы подавать отрицательные импульсы, то на выходе их вершины окажутся зафиксированными на нулевом уровне (рис. З.ІЗе). Для фиксации начального уровня отрицательных им­ пульсов (и вершин положительных) следует изменить полярность включения диода в схеме рис. 3.13а.

Уровень фиксации можно изменять введением в схему напря­ жения смещения Е ( Е ^ О ) . Действительно, если на вход схемы

216

рис. 3.14 я подать отрицательные импульсы (рис. 3.14 6) с ампли­ тудой Um„X, то при открытом диоде и'оьк Ä; —Е, а при запертом

Необходимо отметить, что диодная фиксация в ДС-цепн эф­ фективна только при R ^ R r - При этом Нт пых~ Нтвх-

3.2. УСИЛИТЕЛИ-ФОРМИРОВАТЕЛИ УКОРОЧЕННЫХ ИМПУЛЬСОВ

3.2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Во многих случаях требуется укорочение импульса или фор­ мирование из входного перепада напряжения импульса с крутым фронтом; такие задачи возникают, например, в связи с форми­ рованием управляющих, тактовых и синхронизирующих сигналов в вычислительных машинах, устройствах бесконтактной комму­ тации и т. д.

В качестве укорачивающей цепи обычно применяется RC- или ДА-контур; роль последнего чаще всего выполняет импульсный трансформатор. Амплитуда и длительность выходного укорочен­ ного импульса зависят не только от параметров укорачивающей цепи, но и от параметров входного импульса (его амплитуды, крутизны фронтов). Для получения коротких импульсов с до­ статочно большими амплитудами укорачивающие цепи приме­ няются в совокупности с ключами-усилителями. При этом уко­ рачивающая цепь может быть включена как на входе, так п на выходе усилителя; ниже рассматриваются оба варианта вклю­ чения.

3.2.2. УСИЛИТЕЛИ-ФОРМИРОВАТЕЛИ С УКОРАЧИВАЮЩЕЙ ЦЕПЬЮ НА ВЫХОДЕ

Схема такого формирователя с RC — цепью и иллюстрирующие временные диаграммы приведены на рис. 3.15а, в. Пусть в исходном состоянии транзистор заперт, і„ = 0, иВЬІХ= 0 (ток /1( о не учиты­ вается), ик » —Ек, «с(0) г» —Ек. При подаче отпирающего перепада

входного напряжения ивх появляется ток базы і\, транзистор отпи­

217

рается и его колллекторный ток возрастает с постоянной времени Tß « ßTa, стремясь к уровню ß/è. Будем считать, что отпирающий

сигнал сильный (т. е. ß/б / Кн)< В таком случае, как было пока­ зано в параграфе 2.3.2, можно считать, что во время формирования фронта коллекторный ток растет по линейному закону:

Длительность фронта определяется моментом ' достижения то­ ком iK(t) значения При определении /,ш следует иметь в виду

комплексный характер коллекторной нагрузки. При С —>оо кол-

межуточном случае, при конечном значении С, нагрузка транзи­ стора изменяется в процессе разряда конденсатора.

218

транзистор в схеме представлен для простоты только генератором тока iK(t) (3.9) без учета его выходного сопротивления гк.

Так как изображение по Лапласу (3.9)

* а Р

определить оптимальные значения RK0 П т и Сопт, при которых амп­ литуда выходного импульса максимальна. Приведем, однако, лишь грубую оценку этих величин.

219.