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

Выбор параметров можно произвести, например, в следующем порядке. По допустимой длительности фронта /ф после выбора транзистора (т. е. величины

простоты не ввели в рассмотрение). Поэтому полученное из ф-лы (3.14) значе­ ние следует сравнить с С0 и при С ^ С0 увеличить С и соответственно изме­ нить R и RK.

Схема формирователя с укорачивающим трансформатором на выходе аналогична схеме ключа с трансформаторным выходом (рис. 2.29), рассмотренной в параграфе 2.3.2. Роль укорачивающей индуктивности играет индуктивность намагничивания L. Если вы­ брать параметры Rm L, Со так, чтобы обеспечить критический апе­ риодический режим, то на выходе (см. параграф 2.3.2) получим им­

пульс с длительностью, примерно равной 2л У LCo 3L/R'm, и ам­ плитудой Um вых = UmKn, где п = w2/wi — коэффициент трансфор­ мации, UmK — амплитуда импульса на коллекторной обмотке.

Выбор параметров приведен в разд. 2.3.2.

3.2.3. УСИЛИТЕЛИ-ФОРМИРОВАТЕЛИ С УКОРАЧИВАЮЩЕЙ ЦЕПЬЮ НА ВХОДЕ

Схема формирователя с RC — цепью и соответствующие времен­ ные диаграммы приведены на рис. 3.16. В схеме формируется им­ пульс, имеющий короткие фронты и, благодаря использованию ре­ жима насыщения транзистора, плоскую вершину; последнее от­ личает этот импульс от импульса, формируемого в схеме с уко­ рачивающей цепью на выходе.

Рассматриваемая схема благодаря возможности формирова­ ния импульсов с фиксированными амплитудой и длительностью широко применяется для получения тактовых импульсов (анало­ гичное применение имеет схема с входным укорачивающим транс­ форматором, рассматриваемая ниже).

Принцип работы формирователя. заключается в следующем. В исходном состоянии транзистор заперт. При подаче отпираю­ щего перепада UmBX входного напряжения иах транзистор отпи­ рается, ток базы і'б после начального скачка убывает вследствие заряда конденсатора С. Предполагается, что отпирающий ток

плоская вершина. По мере спада тока базы в ией происходит

220

транзистор выходит из насыщения н в дальнейшем благодаря смещению запирается (входное напряжение теперь уравновеши­ вается напряжением на конденсаторе). Д ля‘быстрого восстанов­ ления схемы после окончания входного импульса в схему вклю­ чается диод Д, через который быстро разряжается конденсатор С.

Рис. 3.16

ние транзистора в активном режиме; Ск — емкость коллекторного перехода.

Ток базы і 'б ( 0 согласно эквивалентной схеме рис. 3 .1 6 6 и с учетом ф-лы (1.5) изменяется по экспоненциальному закону:

_<_

М 0 = /б + ( / б т - / б ) е "С ,

221

где

7° = _ (Ra + Ѵ х ) ’ т с « С (Яг + /?вх)-

Зная ток базы и переходную характеристику транзистора (см. параграф 2.2.2), можно при помощи интеграла Дюамеля (или другим способом) определить закон изменения заряда Q(t) в базе и затем найти длительность вершины импульса (т. е. практи-

Рис. 3.17

чески длительность ія выходного импульса) путем разрешения отно­ сительно tu уравнения

Уравнение (3.16) — трансцендентное и решается графически.

Для грубой оценки длительности tn можно не учитывать инер­ ционность транзистора и предположить, что избыточный заряд после включения транзистора весьма быстро достигает макси­

К І + Аби

Формула (3.17) позволяет выбрать величину постоянной вре­ мени тс укорачивающей цепи при заданном значении так как Яг задано и RBX определяется по характеристикам выбранного транзистора, то находим С — тс/(/?гҢЯВх).

222

Пример схемы формирователя с укорачивающим трансформато­ ром на входе и соответствующие временные диаграммы приведены на рис. 3.17. Принцип работы этой схемы не' отличается от ранее рассмотренной. И здесь в исходном состоянии транзистор заперт. При подаче отпирающего перепада напряжения транзистор отпи­ рается и ток базы после начального скачка (см. параграф 2.3.2), равного

причем здесь |/б| = Еб/Якх.

Выбор параметров может быть произведен в следующем порядке. Вначале из ф-лы (3.19) определяется TJ,, затем из (3.18) вычисляется L. Коэффициент трансформации п, как и в параграфе 2.3.2, выбирается, например, из условия

согласования .нагрузки (п = Y^Rax/Rr) или из условия получения на ней необхо­ димого перепада напряжения.

3.3. УСИЛИТЕЛИ-ФОРМИРОВАТЕЛИ РАСШИРЕННЫХ ИМПУЛЬСОВ

Иногда требуется увеличить длительность относительно корот­ ких импульсов, т. е. расширить их. Такую задачу можно решить при помощи рассматриваемых в последующих главах генераторов импульсов: мультивибраторов, фантастронных генераторов, бло- кинг-генераторов. Однако в ряде случаев для расширения им­ пульсов используется RC- или RL-цеаъ (в последнем случае — обычно импульсный трансформатор) в сочетании с усилителем.

Как следует из рассмотрения этих цепей в гл. 1, если входной сигнал — прямоугольный импульс, то при достаточно больших значениях постоянной времени т — RC (или т = L/R) выходной сигнал (т. е. напряжение на емкости С в /?С-цепи или на сопро­ тивлении R в RL-цетт) имеет форму треугольного импульса,

223

фронт которого практически равен длительности входного им­ пульса, а длительность

ден на рис. 3.J8; роль «расширяющей» емкости играют емкости нагрузки С „ и коллекторного перехода С , ( ; емкость Сі — раздели­ тельная.

В исходном состоянии транзистор заперт и нпь,х = 0- При воз­ действии отпирающего импульса с длительностью ЛІПХ напряжение на выходе и „ ы х возрастает по мере заряда емкости С „ ; в момент ^и~Лівх транзистор вновь запирается и напряжение на выходе

вследствие разряда «расширяющей» емкости падает по экспо­ ненциальному закону с постоянной времени порядка

Для расширения импульсов .можно использовать также эф­ фект насыщения транзистора. Длительность выходного импульса больше длительности входного (без учета фронтов) на время рас­ сасывания tv избыточного заряда, накопленного в базе во время действия входного кратковременного импульса. Чем больше сте­ пень насыщения, тем больше расширение импульса. Для увели­ чения ір усилители-расширители работают обычно при нулевом смещении.

3.4.ФОРМИРОВАТЕЛИ ИМПУЛЬСОВ

СКОНТУРАМИ УДАРНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Рассмотренный в разд. 1.5 колебательный контур ударного воз­ буждения применяется во многих устройствах формирования или генерирования импульсов, В некоторых из них такой контур воз-

224

пикает из-за наличия паразитных параметров. Так, например, в устройствах формирования с импульсным трансформатором ко­ лебательной коңтур LC создается индуктивностью намагничива­ ния и шунтирующей паразитной емкостью; колебания, возбуждае­ мые в этом контуре, являются нежелательными, поэтому прини­ маются специальные меры по уменьшению их амплитуды.

тм і Ы і ь

taint k

4 ^

Рнс. 3.20

Однако во многих случаях колебательный контур специально создается в качестве необходимого элемента устройства. Прежде всего, отметим схемы, состоящие из колебательного контура и электронного (транзисторного или лампового) ключа. Примеры подобных схем приведены на рис. 3.19. При коммутации ключа в этих схемах ударно возбуждаемые в контуре колебания с

течением времени постепенно затухают. Даже при высокой доброт­ ности контура не удается получить серию колебаний с приблизи­ тельно постоянной амплитудой при большом числе периодов. Для получения серии колебании с большим числом’ периодов и прак­ тически постоянной амплитудой можно использовать схемы с по­ ложительной обратной связью. Подобные схемы аналогичны схе­ мам автогенераторов.

Формирователи с контурами ударного возбуждения приме­ няются для укорочения и расширения импульсов, но чаще всего они используются в устройствах, предназначенных для генериро­ вания серии остроконечных импульсов, служащих, например, для калибровки развертки осциллографа. Структурная схема и вре­ менные диаграммы устройства показаны иа рис. 3.20 а, б. При подаче иа вход устройства импульса щ в схеме с контуром удар­ ного возбуждения и положительной обратной связью генерируется серия незатухающих колебаний и2і длительность которой равна длительности входного импульса. После ограничения двусторон­ ним ограничителем получается серия колебании и3 прямоуголь­ ной формы с коэффициентом заполнения 0,5. Далее при помощи дифференцирующей цепи создаются короткие остроконечные им­ пульсы «4 чередующейся полярности. Наконец, использование на выходе схемы ограничителя снизу позволяет получить серию им­ пульсов положительной полярности »5- с временными интерва­ лами, равными периоду собственных колебаний контура ударного возбуждения. Подобрав соответствующим образом параметры контура, можно обеспечить заданную величину этих интер­ валов.

3.5.ФОРМИРОВАТЕЛИ ИМПУЛЬСОВ

СЛИНИЯМИ ЗАДЕРЖКИ

3.5.1.НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ДЛИННОЙ ЛИНИИ

Вимпульсной технике для формирования прямоугольных им­ пульсов различной длительности широко применяются устройства, использующие линии задержки (ЛЗ). Достоинством этик уст­ ройств является высокая стабильность длительности формируе­ мых импульсов. Кроме того, при помощи таких формирователей нетрудно получать прямоугольные импульсы большой мощности. Основной недостаток формирователей с ЛЗ — их относительно большие габариты, особенно в случаях, когда велико отношение длительности формируемого импульса к длительности фронта. Формирователи с применением ЛЗ используются в устройствах кодирования и селекции импульсов, в мощных импульсных моду­ ляторах и во многих других устройствах, где требуются высокая ■стабильность длительности импульсов и большая мощность в им­

пульсе.

Подставив ф-лу (3.23) в (3.22), получим

®а---------------------------* це линии удваивается, а напря­

В зависимости от соотношения величин внутреннего сопротивления Rr источника напряжения и волнового сопротивления р в начале ли­ нии будет иметь место соответствующий процесс отражения. В об­ щем случае несогласованной нагрузки (RHф р, Rr Ф р) возникнет режим многократного отражения волны от конца и начала линии.

Rn = 0).

Рассмотрим основные способы и схемы формирования импуль­ сов при помощи ЛЗ и источника постоянного напряжения.

228

3.5.2. ФОРМИРОВАТЕЛИ ИМПУЛЬСОВ

Формирователи импульсов с разомкнутой ЛЗ

Структурная схема формирователя импульсов с ЛЗ, разомкну­ той на конце, и соответствующие временные диаграммы приведены на рис. 3.23, где RB— сопротивление нагрузки, Rr — сопротивление источника перепадов напряжения U0. При t С t0 линия разряжена, напряжение на ее входе ип и напряжение во всех точках линии равны нулю.

В момент t — t0 генератор ивх создает перепад напряжения U0. В результате появляется перепад тока

*г(д = £Ѵ(Янг + р)

и перепады напряжения:

w" ^1'1= "Ж7 “нг ^ ~ fiHr + p Ѵ°'

где ^нг = ^п г+-^г. Рассмотрим сначала случай согласованной на­ грузки Rur= р (рис. 3.236). При этом i(t0 ) = U 0 /2p и un (t0) =

—uar(t0) = Uо/2. Перепад «ц(^о) на входе линии распространяется

вдоль нее и через время t3 = Цѵ — I Y~LC достигает разомкнутого конца. Волна напряжения полностью отражается от конца линии без перемены знака, напряжение на выходе удваивается и стано­ вится равным U0.

22Ѳ