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

книги из ГПНТБ / Белицкий В.И. Коммутаторы каналов радиотелеметрических систем учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
4.98 Mб
Скачать

91

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

- 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

»

(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

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 -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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ