книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Логические схемы устройства первичной обработки радиолокационной информации учебное пособие

Таким образом; в случае Е ]> 0 и Е" <С_0 схема совпадения может !работ;ать только в режиме В. Поэтому при расчетах мож-' но пользоваться только теми из полученных ранее соотношений, которые относятся к режиму В. Сопротивление R в рассматри­ ваемом случае не имеет в рассмотренном смысле оптимального значения и выбирается ив условия получения умеренной величи­ ны разности напряжений Ет— Е".

Д. Переходные процессы в диодной схеме совпадения

17.Реальные устройства совпадения содержат, кроме акти ных, также и реактивные элементы (паразитные емкости), кото­ рые обусловливают возникиовенне переходных процессов в мо­ мент изменения напряжения на одном или большем числе входов. Переходные процессы искажают перепады выходного напряже­ ния, что проявляется в появлении всплесков напряжения (пара­ зитных сигналов) на нагрузке, :в увеличении длительности уста­ новления выходного напряжения при изменении входных потен­ циалов на том или ином числе входов.

Рис. 3.33

'Схема совпадения с учетом паразитных емкостей изображена на рис. 3.33, пде через С3 и Ся обозначены емкости диодов в запертом и отпертом состояниях соответственно, через С„ — выходная емкость источников входных сигналов и через Сн — входная емкость нагрузки.

300

18. Рассмотрим влияние паразитных емкостей на характе изменения (Выходного напряжения при,скачкообразном увеличе­ нии потенциала на том или ином числе входов от уровня Е' до уровня Е". Пусть в состоянии покоя схемы на k ее входах дейст­

циала Е \ происходит скачкообразное (повышение потенциала от уровня Е' до Е", а на остальных s = т — п — k входах входные потенциалы остаются неизменными. В соответствии с этим при все ветви схемы совпадения можно разделить на три груп­

ко основное влияние этого сопротивления (на величину устано­ вившихся значений выходного напряжения) легко учесть вклю­ чением его в сопротивление Яд соответствующего диода. Кроме того, учтем, что наличие сопротивления Яи и емкости Сн входно­ го источника обусловливает конечную крутизну нарастания входного напряжения в точке А 2. Поэтому, пренебрегая Для уп­ рощения анализа сопротивлением R„ и емкостью' Си. примем, что при ( > 0 э. д. с. источников .входных сигналов в п ветвях из­ меняется от уровня £ 'д о уровня Е" = Е' -+- ДЕ не мгновенно, а с конечной скоростью по экспоненциальному закону с постоян­

схемы, однако, разорвем связь между емкостной и потенциомет­ рической цепями в точке Аз (рис. 3.33)..Допускаемая при этом погрешность будет тем меньше, чем меньше различие в величи­ нах постоянных времени ГдСд и ЯИСИ.

На основании приведенных соображений можно приближен­ но представить рассматриваемую схему в воде, показанном на рис. 3.34. Процессы в этой схеме можно описать следующим образом.

* В действительности запирание диодов из-за наличия шунтирующих их емкостей происходит не мгновенно, в соответствии с чем имеет место посте­ пенное во времени изменение сопротивлений (от гя до # д) и емкостей (от Сд до С3). Мы, однако, пренебрежем этим обстоятельством.

301

указанной величины) шунтирует ,весьма большое сопротивление

вующее данной ситуации, анализировалось ранее, причем найде­ но выражение (3.69) для выходного напряжения Цн,*.

В момент /=*0 на п входах (ив числа т — k), подвергавших­ ся действию низкого потенциала Е \ происходит возрастание по­ тенциала в соответствии с формулой (3.82), ввиду чего примем с некоторым приближением, что диоды в этих ветвях запирают­ ся и их сопротивление становится равным RA2> г*. На рис. 3.34 запирание диодов отражается размыканием ключа К*.

Таким образом, в момент t =' 0 в схеме происходит двоякое изменение: во-первых, в п ветвях э. д. с. Е' заменяется на э. д. с. e { t) —>E'-\- &e>(t)} а, во-вторых, резко изменяется сопротивле­ ние этих ветвей (ключ К размыкается). Ниже -производится анализ переходных процессов, вызванных этими изменениями.

19.Исследуем процессы в схеме рис. 3.34, предположив сна

чала, что потенциал н ад входах изменяется -в момент t=* О

ск а ч к о о б р а з н о от величины Е' до Е" — Е' -ф АЕ.

*Строго говоря, следовало бы также учесть коммутацию емкости (от значения Сддо значения С3), шунтирующей диод. Это обстоятельство не учи­ тывается в последующем анализе.

302

Как отмечалось, переходные процессы в схеме обусловлены двумя причинами: а) отключением сопротивления Ли и б) воз­ действием приращения &Е входного потенциала. Поскольку по­ сле отключения ключа цепь становится линейной, будем искать

тельно с сопротивлением гш включен источник тока, создающий

Яи

при условии, что все остальные источники замкнуты накоротко. Соответствующая этому эквивалентная схема изображена на рис. 3.35, где приняты обозначения:

303

замкнем накоротко все остальные источники напряжений. В ре­ зультате получим эквивалентную схему, приведенную на рис. 3.36, в которой используются принятые выше обозначения.

tit*3

где Тэ — /?э Сэ. выражается формулами (3.87а, б), а начальная и установившаяся составляющие соответственно равны:

Выражаемая формулой (3.90) величина совпадает с величиной U„к, выражаемой формулой (3.69), если в ней заменить k на

k-(- п.

Всоответствии с формулой (3.90) приращение .выходного на- ■ пряжения при переходе от состояния, при котором высокий по­

304

тенциал Е" действует на k входах, к состоянию, при котором высокий потенциал действует на k + я входах, равно

тактных диодах типа Д2, приближенное значение параметров которых равно:

Расчет интересующих нас величин дает приведенные ниже значения.

ПРИМЕР 2

В схеме, рассмотренной в примере 1, точечно-контактные диоды замене­ ны на плоскостные диоды типа Д7, параметры которых равны: гд = 10 ом

Яд —500 ком; C3s2 0 пф; Сд~ 10 пф;

Для двух режимов работы, указанных в примере 1, получены следующие значения интересующих нас величин.

Случай 1 {k --- 0; п — 4). Случай 2 (k = 0; п — 5)

следующие выводы, относящиеся к случаю скачкообразного из­

m — k —n.

и /?! С 7?д/ п . Вследствие этого величина установившегося пе­ репада Д£/н {k ,k -\- п ) , определяемая формулой (3.91), мала (единицы вольт) и оказывается существенно меньше величины начального скачка выходного напряжения, обусловленного на­ личием паразитных емкостей и равного дИн, в(0). Отсюда сле­ дует, что выходное напряжение в рассматриваемом случае из­

V

меняется, как показано на рис. 3.37,а жирной кривой, т. е. име­ ет выброс на фронтовой части £7НВ= Дцн, е (0) • Выброс напря­ жения при значительной его величине может быть причиной сра­ батывания выходного устройства, и поэтому он должен рассмат­ риваться как паразитный сигнал на выходе схемы совпадения.

306

Величина UHb выброса существенно зависит от емкостей диодов, емкости нагрузки, величины перепада потенциала на 'входах и числа п ветвей, в которых одновременно, происходит перепад входного потенциала. Особенно опасным является случай k — 0,

марного сопротивления тЛ+ RK; чем меньше эта величина, тем меньше величина перепада. В этом отношении )можно рекомен­ довать использовать эмиттерные (катодные) повторители в ка­ честве выходных каскадов^ источников входных сигналов и при­ менять диоды с небольшим сопротивлением: гдзё 100 ом. В этом случае удается получить суммарное сопротивление гЛ+ Rn = 200 -г- 300 ом. При таких параметрах даже наибольший пере­

циалов до величины Е" на выходе схемы совпадения образуется

рабочий перепад напряжения ДНн(0,/га) = A(Jp , величина ко­ торого близка к величине входного перепада ДЕ . При этом вы­ полняется соотношение Дкн, е(0) <( ДПн(0, гаг), благодаря чему напряжение на выходе (рис. 3.37,6) получает вначале небольшое скачкообразное приращение, а затем: нарастает по экспоненци­ альному закону с постоянной времени 7’э до установившегося значения UH"— U„, т . Активная длительность установления вы­ ходного напряжения определяется .приближенно формулой

‘Скачок выходного напряжения, образующийся за счет пара­ зитных емкостей, при формировании рабочего перепада выход­ ного напряжения является полезным. Однако получение значи­ тельного скачка напряжения при большой емкости нагрузки Сн затруднительно. (В этом случае активная длительность фронта является важным параметром схемы совпадения. Из приведен­ ных выше расчетов видно, что при использовании точечных дио­ дов величина 7фа~ 0,2 -н 0,3 мксек, тогда как в случае плоскост­ ных диодов она; равна 1,5 2 мксек.

25. Полученные выше результаты относятся к случаю, когд потенциалы на входах 'Изменяются скачкообразно. В действи­ тельности, как отмечалось выше, входные сигналы нарастают от значения Е' до значения Е" в течение конечного времени. При­ ближенно закон нарастания может (быть описан экспоненциаль­ ной функцией (3.82), постоянная времени которой 7’ф s R HC н. Приведем выражение, описывающее в данном случае изменение выходного напряжения при условии, что Тф<^Тэ :

+и„, в(сж)(1 — е"'/ТФ) - [Ди„, е (оо) - Ди„. е (0)] - — ---- ---- -. (3.95) 1 — Еф1Тэ

Анализируя полученное выражение, можно прийти к выводу, что благодаря конечной крутизне фронта входного сигналя уменьшается скорость нарастания выходного напряжения и сни­ жается амплитуда выброса. Последнее является благоприятным, так как уменьшается возможность появления ложного сигнала. Характер изменения выходного напряжения при 7ф >0 показан на рис. 3.37 'пунктирными кривыми. Ввиду существенного умень­ шения величины выброса напряжения (рис. 3.37,а) с ним можно практически не считаться, во всяком случае, если используются точечные диоды. Что же касается длительности, фронта рабоче­

можно не считаться практически ;во всех случаях. Приближенно можно полагать, что в, этом случае при k-j- n —•т выходное на­ пряжение просто повторяет закон изменения входного сигнала и

входного сигнала. Приведенные выше расчеты показывают, од­ нако, что получающаяся на практике величина Тэ весьма мала (в случае точечных диодов — сотые доли микросекунды). По­ этому для повышения, быстродействия схемы целесообразно

308

предъявлять требование к величине 7ф и стремиться прибли­ зить ее к Т а. При использовании плоскостных диодов величина Та

•в случае k -\-n — m велика (около 1 мксек). В этом случае про­ цессы протекают так, как если бы входные сигналы имели вид прямоугольного перепада; длительность фронта при этом прак­ тически определяется,постоянной времени Т9 . В этом случае для повышения быстродействия схемы имеет смысл снижать посто­ янную Тэ (путем. уменьшения сопротивления и емкости на­ грузки) до величины, близкой или несколько меньшей 7 Ф-

26. До сих пор рассматривались процессы в схеме совпаде­ ния, возникающие при повышении потенциалов на ее входах. Найдено, что наибольшая величина эквивалентной постоянной времени Тэ получается при одновременном воздействии высоко­ го потенциала на все входы, поскольку ® этом случае сопротив­ ления всех диодов велики.

Предположим теперь, что до момента t ■=' 0 на все входы дей­ ствует потенциал Е '\ а в момент ^ = 0 потенциал на одном или нескольких входах скачком падает до уровня Е'. В этом случае выходное напряжение будет спадать но закону, близкому к экс­

что п = 10, ,а k равно числу остающихся запертыми после момен­

напряжения приближенно происходит так же, как и при скачко­

образном. уменьшении входных потенциалов, и формула (3.96) остается приближенно справедливой. Если, однако, спадание по­

тенциалов. на входах происходит медленно, так что выполняется неравенство 7’ф > 7'э , то длительность спадания выходного на­ пряжения практически равна длительности спадания потенциа­ лов на входах.

Следует .заметить, что. .при k <( гп— 1 величина /?э настолько мала, что на практике почти всегда Тф> Тэ , и имеет место по­ следний из рассмотренных случаев.

Е. Особенности работы схемы совпадения

при импульсном характере входных сигналов

27. На практике входные сипналы часто имеют характер длительно действующего (постоянного) напряжения Е' (нижний уровень), н.а который накладываются кратковременные импуль­ сы напряжения длительностью ta, вх и амплитудой —1Е" —

— Е', повышающие входной потенциал до уровня Е". В реаль­ ных условиях эти импульсы имеют конечные длительности фрон­

309