
книги из ГПНТБ / Белицкий В.И. Коммутаторы каналов радиотелеметрических систем учебное пособие
.pdf91
l
При выборе элементов схемы необходимо учитывать следующие соображения.
Величина сопротивления R3 ограничивается снизу максималь но допустимым током через транзистор 1кдоп и предельно допусти мым сопротивлением нагрузки на распределитель импульсов комму татора RHMUH. Так как входное сопротивление эмиттерного повто
рителя Rgx ^ f R 3 |
. |
то при пренебрежении шунтирующим воздейст |
||
вием делителя R, - |
Rz |
необходимо соблюдать неравенство: |
||
|
|
|
|
( 5 л ) |
, В более общем случае |
требуется |
|
||
|
|
/ |
г / , > , ? |
(5.2) |
|
Янмин |
^1 |
|
|
Сопротивление RHliuH |
может быть определено |
при расчете рас |
пределителя импульсов. Например, для распределителя на триггер ных ячейках
^нмин^ ~ 2)#к тр 1 (5.3)
где ^ктр- коллекторное сопротивление плеча триггера.
При проектировании коммутатора расчет можно вести и в об ратном порядке:. сначала по R3 , R, и Rz определяется допусти мое R-нмин * а уже после этого рассчитывается триггерная ячейка.
Соотношение сопротивлений R, и Rz определяет потенциал базы транзистора Tj и стабилизирует его рабочую точку. Вместе
92
e R3 сопротивления R, и Rz влияют на величину коллекторного тока-~транзистора Tj. Поэтому отношение Я, :#2 должно быть, с од ной* стороны,достаточно большим, чтобы обеспечить надежное запи рание второго транзистора,с другой стороны, настолько малым, чтобы селектирующий импульс смог надежно запереть транзистор Tj. Последнее условие записывается в виде:
|
|
» 6 Г |
|
R, + Rz |
U,сел |
(5.4) |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
Напряжение |
на базе |
|
примерно равно потенциалу |
эмиттера |
||
(при условии, |
что |
падение |
напряжения на открытом эмиттерном р-п |
|||
перехбде пренебрежимо мало): |
|
|
||||
113 |
R3l 3 |
M jl |
E«R |
(5.5) |
||
|
оС |
Я, + R, |
|
|||
|
|
|
|
|
Поэтому соотношение плеч делителя R3- Яц, включенного в базовую цепь второго транзистора, должно быть таким, чтобы в отсутствие селектирующего импульса транзистор Т2 был надежно заперт:
а д д * |
иэ |
б’ |
кR,+Rz-гкг |
(5.8) |
|
- |
- |
|
|||
Следовательно, в схеме, приведенной на рис.5 .2, должно вы |
|||||
полняться неравенство: |
|
|
|
|
|
Rs |
^ |
-_gi____ |
• |
( 5 . 9 ) |
|
R3 + R^ |
|
R, + R2 |
|
||
При выборе величины коллекторного |
напряжения необходимо учи |
тывать условие неискаженности входного сигнала и обязательность выполнения неравенства (5 .4 ). Условие неискаженности входного сигнала обеспечивается выбором рабочей точки транзистора Т2 на достаточно большом линейном участке его вольтамперных характе ристик. Если, например, входной сигнал имеет обе полярности и
его |
положительная амплитуда |
й ^ р ав н а |
отрицательной Щх_, сле |
дует взять R3=Rh и выбрать |
такое Ек , |
чтобы ZKU&xmIX<z0!6-0JEK |
|
{К |
- коэффициент усиления усилителя). |
Следовательно, в схеме |
|
должно иметь место неравенство: |
|
||
|
|
|
( 5 Л 0 ) |
При проектировании желательно обходиться одним из имеющих ся в радиотелеметрической системе источников напряжения.
93
При выполнении перечисленных условий коммутируемый сигнал будет передаваться на выход каскада временной селекции без иска жений. Коэффициент усиления схемы будет равен примерно
( 5 .II)
Обычно сопротивление RK в несколько раз больше сопротив ления #э .
В том случае, если необходимо получить коэффициент переда чи каскада временной селекции разным I, целесообразно нагрузку
сделать разделенной и снимать выходной сигнал с части на грузки.
Примепение в схемах временной селекции транзисторов вызы
вает необходимость учета их |
инерционных свойств. |
Однако при |
|
условии, что распределитель |
импульсов и временные |
селекторы |
|
коммутатора выполняются на |
транзисторах одного и |
того же |
типа, |
в первом приближении можно полагать, что основную роль в |
иска |
жении фронтов выходных сигналов коммутатора играет распредели тель импульсов.
При проектировании временных селекторов обычно бывают из вестны величина коммутируемых сигналов U8x и амплитуда селек тирующего импульса UceJI . Иногда может быть задано допустимое время нарастания фронта импульса на выходе схемы временной се лекции тн . При использовании в схеме коммутатора однотипных транзисторов величина тн составляет не более 0,2 - 0,3 Т„ , где т„ - время переключения коммутатора.
|
Инженерный расчет каскада временной селекции, представлен |
||
ного |
на рис.5 .2, может быть проведен в следующем порядке. |
||
|
I . .Задается коэффициент усиления усилителя с общим эмитте |
||
ром К . |
Обычно величина его лежит в пределах 3-8. |
||
|
2. Выбирается напряжение питания Ек |
. Исходными данными |
|
для |
этого являются величины Ugx и Ucejl. Выбраннцй источник пита |
||
ния должен удовлетворять условиям 15.10) |
и (5 .4 ). |
||
|
3. |
Опираясь на известную величину Ек |
и заданное время на |
растания хп , выбирается тип транзистора. |
В усилителе с общим |
||
коллектором (эмиттером) можно считать, что |
|||
|
|
03-5)1 |
(5.12) |
|
|
*оС |
|
Поэтому выбранный транзистор должен удовлетворять неравен ствам:
|
|
|
|
94 |
|
|
|
|
|
|
|
К, |
|
; |
|
(5 .1 3 ) . |
|
|
|
|
|
|
(5.14) |
|||
|
|
|
V |
(^5 )Р |
■ |
|||
4 . |
|
|
|
т» |
|
|
||
Определяется минимально допустимая величина сопротивле |
||||||||
ния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D . |
^ |
Т |
» |
(5.15) |
|
|
|
|
*э.т т |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
хк доп |
|
|
|
|
|
|
В . |
|
Rhmin |
(5.1 |
) |
|
|
|
|
*3. т т |
|
Р |
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Если сопротивление RHmin |
неизвестно, выбор Ч3 производит |
|||||||
ся только в соответствии с формулой |
(5 .15). |
Обычно величина |
со |
|||||
противления |
R3 |
составляет единицы килоом. |
|
|
||||
5. |
В зависимости от величины и полярности сигнала выбирает |
|||||||
ся отношение |
^ ^ |
, определяющее потенциал базы транзистора |
Tg. |
Поскольку линейный участок вольтамперных характеристик транзис
тора обычно не превышает 0,6 - 0,7 Ек , |
отношение -^^ -колеблет |
ся в пределах 0,3 - 0,7, Окончательный |
выбор этого отношения |
зависит от полярности входного сигнала.
6 . По известному-д-^^-в соответствии с формулой (5 .9) вы
бирается отношение |
« При этом необходимо |
следить |
за |
выпол |
|
нением условия (5 .4 /. |
г |
|
|
|
|
7. Рассчитываются сопротивления |
, й2 , |
й3 и ^ |
. |
Вели |
чины их должны быть достаточно большими, чтобы от источника Ек на создание базовых смещений тратилась минимальная мощность. Сопротивления и #2 , кроме этого, должны удовлетворять не равенству (5 ,2 ).
8. Рассчитывается сопротивление RK : |
|
RK= К R3 |
(5.16) |
§ 5.2 . КАСКАДЫ ВРЕМЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ КЛЮЧЕВОГО ТИПА
Каскады временной селекции ключевого типа могут вшюлнятьгся на одном транзисторе и двух транзисторах.
Простейшая схема временной селекции на одном транзисторе представлена на рис.5 .5 . Транзистор схемы Т благодаря положи тельному смещению Eg находится в запертом состоянии, пока на
95
схему не поступит отрицательный селектирующий импульс UCM . Запертый транзистор представляет собой весьма большое сопротив ление г , поэтому при условии, ято
Кэз |
'э |
» |
(5.17) |
|
коммутируемый сигнал, подаваемый в коллектор транзистора, на выход схемы не попадает. Селектирующий импульс отрицательной полярности компенсирует действие запирающего смещения Eg и открывает транзистор. Очевидно, это возможно, если амплитуда импульса селекции Uce/I больше запирающего напряжения на базе:
|
|
|
(5.18) |
|
Пока на |
базе транзистора |
|
действует селектирующий им |
|
||
пульс, транзистор находится |
|
||
в насыщении и практически |
|
||
все |
коммутируемое напряжение |
|
|
поступает на выход схемы. |
|
||
Очевидно, потери сигнала в |
|
||
каскаде селекции тем меньше, |
|
||
чем сильнее |
неравенство |
|
|
|
|
(5.19) |
|
гйе |
гкзо - |
сопротивление |
Рис.5.5 |
транзистора в режиме насы |
|
||
щения. |
|
|
|
|
Назначение сопротивления Rg |
в схеме состоит в том, чтобы |
внутреннее сопротивление источника смещения Eg не шунтировало входного сопротивления каскада селекции RSx , которое является нагрузкой для распределителя импульсов. В режиме насыщения R6xx R3 . Сопротивление Rg выбирать очень большим опасно..изза температурных тонов транзистора 1К0 . Действительно, проте
кая через Rg , ток 1К0 создает |
на базе |
отрицательное смещение |
|
ние |
|
|
|
|
Есм~ |
к о 1 |
(5.20) |
которое при больших |
1К0 может превысить запирающее напряжение |
||
Ед . Следовательно, |
сошэотивление Rg |
должно по возможности |
|
|
|
|
|
96 |
|
|
|
|
|
удовлетворять |
двум неравенствам: |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
П |
|
О |
• |
|
(5.21) |
|
|
|
|
|
К6 |
|
кэ |
’ |
|
||
|
|
|
|
H i. :=> |
г |
|
|
|
(5.22) |
|
|
|
|
|
|
|
к о max ' |
|
|||
Величина 1к0тах определяется по максимальной температуре |
||||||||||
и начальному |
току 1ко , |
взятому |
из |
|
справочных данных: |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
JN?о |
о |
(5.23) |
|
|
I |
|
|
= I |
ко |
Z |
* |
. |
||
|
‘■котах |
|
^ |
|
|
|
|
|||
Здесь оС - коэффициент, равный 9 |
для германиевых и 16 для |
|||||||||
кремниевых транзисторов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Время переключения схемы из одного состояния в другое опре- |
||||||||||
деляется параметрами транзистора и токами схемы: |
|
|||||||||
|
^пф~ |
|
^ ОГ |
_ Г |
|
1 |
(5.24) |
|||
|
г |
|
|
|||||||
|
* |
|
У1И |
‘■к нас |
|
|||||
г |
- Г In |
^ |
|
|
г |
|
,_(1кнас л |
(5.25) |
||
х‘? V " |
|
|
|
|
|
~'J ■ |
|
|||
Здесь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
= |
^ +/ |
|
• |
|
|
(5.26) |
|
|
|
х? |
|
Znf^ |
’ |
|
|
|
тУсел~Е$
- |
V/ |
риэ |
» |
(5.27) |
|
I |
= - ^ « |
’ |
(5.28) |
|
хкнас |
В |
|
|
|
|
кз |
|
|
|
г |
= I I |
|
(5.29) |
|
L61 |
R6 • |
|
Для расчета каскада временной селекций, приведенного на рис,5.5, необходимо знать диапазон изменения коммутируемого
сигнала |
USx , максимальную рабочую температуру |
t°max и допу |
стимое время переключения схемы г 9тах . |
|
|
I, |
Инженерный расчет схемы можно начать |
с выбора транзис |
тора. При этом достаточно удовлетворить лишь требованию быстро действия:
|
|
|
|
|
97 |
|
|
|
|
^ |
^ |
|
|
О’З ) ^tp max |
(5.30) |
Отсюда |
|
|
|
||||
|
f ^ (3-s)fi |
|
|||||
|
|
|
(5.31) |
||||
|
|
|
таГ~~ Г |
<р шах |
|||
|
После выбора остальных параметров схемы следует проверить |
||||||
выполнение условий: |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
г |
ё Г |
<рmax 1 |
|
|
|
|
|
'■ щр — |
|
(5.32) |
||
|
|
|
Tjy ^ |
%фщах • |
|||
|
|
|
|
||||
|
2. |
Исходя из неравенств |
(5.17) и (5 .19), |
выбирается вели |
|||
чина |
сопротивления Иэ |
. Обычно гкэ0 составляет 10-20 ом, а |
|||||
гкзз |
- |
сотни килоом и даже |
единицы мегаом. Поэтому величину R3 |
целесообразно выбирать в пределах несиолышх единиц-десятков
килоом. |
|
|
|
|
3 . Рассчитывается ток 1К0Ю№и выбираются |
Е6 и Rg . |
При |
||
этом необходимо следить за выполнением неравенств (5.21) |
и |
|||
(5 .22). |
|
|
|
|
4. Определяется необходимая амплитуда селектирующего |
им |
|||
пульса lfcejl. При расчете |
учитывается, |
что при максимальных на |
||
пряжениях коммутируемого |
сигнала Щх |
схема |
должна находиться |
в насыщении. Тогда при меньших коллекторных напряжениях тран
зистор наверняка будет в насыщении. Так как в режиме |
насыщения |
|||||
lk нас |
й8х |
max |
|
(5.33) |
||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
условием насыщения является неравенство |
|
|
||||
1л, > |
|
|
йвх max |
(5.34) |
||
р |
~ |
ря3 |
' |
|||
|
|
|||||
Из формул (5.27) и (5.34) |
следует, |
что для ввода |
транзисто |
ра в насыщение необходим селектирующий импульс с амплитудой
(5.35)
6х max •
5. Определяются величины h i и |
Тр |
|
числения длительностей фронтов: |
|
|
. M |
l . |
|
h i |
R* |
’ |
|
Яв |
, необходимые для вы
(5.29)
|
|
98 |
|
|
= |
А*7 |
(5.26) |
6 . |
По формулам (5.24) и (5.25) |
рассчитываются длительности |
|
фронта |
хпср и тзр , после чего |
проверяется выполнение неравенств |
|
(5 .3 2 ). |
|
|
|
Схема временной селекции, |
представленная на рис.5 .5, при |
годна лишь для коммутируемых сигналов отрицательной полярности. Использование в данной схеме транзисторов типа п -р -п позволяет применять схему для коммутации положительных сигналов.
Если коммутируемый сигнал имеет произвольную полярность, в коммутаторах применяются каскады временной селекции на двух транзисторах. Часть из них способна передавать входной сигнал на выход коммутатора без искажений. Такие временные селекторы применяются в аналоговых радиотелеметрических сигналах. Приме ры схем селекции, не искажающих входной сигнал, приведены на рис.5.6 и 5.7 .
Другие каскады временной селекции позволяют фиксировать лишь факт появления сигнала на входе. Эти схемы проще в прак
тическом использова нии, однако их приме нение ограничено циф ровыми радиотелеметрическими системами. По добные схемы в настоя щее время нашли широ кое применение в вычис лительной технике. На рис.5.8 и 5.9 представ лены примеры логиче ских схем И с двумя входами, на которые по даются селектирующий
импульс и коммутируемый сигнал. |
|
||
Изображенная на рис.5.6 |
схема временной селекции работает |
||
следующим образом. КЬгда на |
базах транзисторов действует толь |
||
ко отрицательное напряжение |
смещения -E g |
, транзисторы нахо |
|
дятся в |
насыщении, их сопротивление гнзнас очень мало и при усло |
||
вии, что |
R, ^ гкзнас напряжение на выходе |
схемы практически рав |
|
но нулю. |
Как только на базы |
транзисторов |
поступает положитель |
99
ный селектирующий импульс Uoej! , транзисторы запираются и на пряжение Ufa поступает в нагрузку. Для того чтобы потери сиг нала в каскаде селекции были минимальны, очевидно, необходимо потребовать, чтобы сопротивление нагрузки было намного больше
Сопротивление Rz в принципе может отсутствовать. Оно вклю чается в схему для развязки выходов каскадов временной селек ции, т .е . является балластным. Обычно выбирают Rz <BS •
Поскольку все выходы каскадов временной селекции коммута тора запараллелены, коммутируемый сигнал на общеканальном эле менте ослабляется в 2 N раз (j\/
Кроме того, при достаточно большом числе каналов N на чинает сказываться суммарное напряжение помехи, обусловленной конечной величиной проводимости запертых транзисторов схемы. Поэтому схему, приведенную на рис.5 .6, целесообразно применять лишь в коммутаторах с небольшим числом каналов.
В основу инженерного расчета схемы, изображенной на рис.5.6, могут быть положены соображения, которые используются при рас чете диодного каскада временной селекции параллельного типа
(§ 4 .2 ).
В электронных коммутаторах с большим числом каналов более приемлемыми оказываются схемы временной селекции с последова тельным соединением транзисторов. Одна из таких простейших схем приведена на рис.5.7 . При запертых транзисторах схема селекций: имеет практически бесконечное (единицы-десятки Мом) выходное сопротивление, и на выход схемы коммутируемый сигнал
100
практически не поступает. С приходом на базы транзисторов отпи рающих импульсов селекции триода Tj и Tg переходят в режим на сыщения и сигнал Щх поступает в нагрузку.
В цифровых радиотелеметрических системах в качестве времен ных селекторов могут быть использованы схемы совпадения типа И на два входа, широко применяемые в различного рода логических устройствах.
Транзисторные схемы И могут работать на отпирание или за пирание. На рис.5.8 изображен каскад временной селекции, рабо тающий на отпирание. В отсутствие импульсов на входах схемы оба транзистора схемы благодаря действию источника смещения+Е6 закрыты и через нагрузку RH ток не протекает. Для того чтобы на выходе схемы появилось напряжение, необходимо одновременно на оба входа подать отрицательные импульсы достаточной ампли туды. Если при этом оба транзистора входят в режим насыщения, через сопротивление нагрузки кн протекает ток
(5.27)
Пример каскада временной селекции, работающего на запирав ние, представлен на рис. 5.9. В этой схеме источник смещения Е$
имеет отрицательную поляр ность, благодаря чему тран зисторы схемы находятся в открытом состоянии, шунтируя сопротивление нагрузки RH . Как только на базы обоих транзисторов поступят поло жительные импульсы доста точно большой амплитуда, транзисторы закроются, ток через сопротивление RH пере станет протекать и на выходе схемы появится скачок напря жения. С окончанием одного из входных импульсов нагруз ка RH вновь зашунтируется
открытым транзистором, а на выходе схемы сформируется задний фронт импульса UStaf
На рис.5.10 изображен каскад временной селекции на двух эмиттерных повторителях, транзисторы которого также работают