книги из ГПНТБ / Фролкин В.Т. Импульсная техника учебное пособие для радиотехнических факультетов высших учебных заведений

Это лавинообразное перераспределение потенциалов заканчивается, когда потенциалы анода и управляющей сетки понижаются на величину Ди, определяемую харак­ теристиками лампы и ее режимом.

5)

Рис. 4. 44. Фантастрон со связью по экранирую­ щей сетке.

Как было показано в предыдущей главе, при высокоом­ ной нагрузке Ra величина Ди несколько меньше напряжения запирания Egal .

После окончания начального скачка наступает временно устойчивое состояние схемы, при котором конденсатор С

связи с анода на сетку через конденсатор С потенциал сетки растет медленно по линеаризованной экспоненте. Диод в это время заперт и на работу схемы влияния не оказывает.

180

Временно устойчивое состояние схемы прекращается, когда лампа перестает работать в нормальном усилительном режиме. Обычно параметры схемы подбираются так, что лампа перестает усиливать при достижении потенциалом

и вступает в действие цепь положительной обратной связи. При повышении потенциала управляющей сетки пони­ жается потенциал экранирующей и третьей сеток и повы­ шается потенциал анода, что, в свою очередь, приводит к еще большему возрастанию потенциала управляющей сетки. В результате этого лавинообразного процесса анод­ ный ток лампы прекращается за счет понижения потенциала

пентодной сетки ниже напряжения запирания Eg03.

После этого происходит восстановление начального заряда на конденсаторе С через нагрузку Ra и участок сетка-—катод R к пентода. Переходные процессы в цепи третьей сетки (см. рис. 4. 44, б) образуются за счет пере­ заряда ускоряющего конденсатора С\.

Длительность импульса. Как уже указывалось выше,

длительность импульса фантастрона определяется законом изменения анодного напряжения. Полная длительность импульса в аноде фантастрона складывается из длительности фронтов тф1 и тф2 (см. рис. 4. 44, в) и длительности т: вре­ менно устойчивого состояния, в течение которого линейно убывающее напряжение на аноде изменяется от значения

Ео—Дм до потенциала LLd мин

Длительность переднего фронта определяется крутизной пускового импульса, паразитными емкостями в цепях элек­ тродов лампы и обычно не превышает 1—2 мксек.

Длительность заднего фронта включает небольшой интер­ вал сравнительно медленного нарастания потенциала, соот­ ветствующий участку характеристик лампы, на котором коэффициент усиления в цепи положительной обратной связи еще не превысил единицы, а также интервал лавинообраз­ ного нарастания потенциала. Длительность этого интервала определяется паразитными емкостями. Кроме того, длитель­ ность заднего фронта включает также время тв, определяе­ мое восстановлением заряда конденсатора С.

Для вывода формулы длительности т временно устойчи­ вого состояния можно использовать эквивалентную схему

181

анодной цепи фантастрона (рис. 4. 45, а), в которой воздей­ ствие напряжения отрицательной обратной связи на неза-

182

Закон изменения выходного напряжения U будет

U = Ейе + iRae = Ea — Lu —

S'Ratg

Обычно параметры схемы выбираются таким образом, чтобы хорошо выполнялось неравенство:

(4.92а)

С учетом этого неравенства и формулы (4.91), получаем формулу для длительности импульса т фантастрона, заменяя текущее значение U на Ua :

- Дц - 1/амин

(4.93)

Еа + Ди

Как видно из полученной формулы, длительность импульса фантастрона в первом приближении линейно зависит от управляющего напряжения Еа и постоянной времени CRg цепи управляющей сетки. Обычно точная регулировка дли­ тельности осуществляется потенциометром Ео, и шкала его с диапазоном изменения порядка 1—20 и более может быть проградуирована в единицах времени; смена диапазонов осуществляется переключением конденсаторов С.

Как видно из формы колебаний (см. рис. 4. 44, б), прибли­ зительно прямоугольный импульс напряжения положитель­ ной полярности с длительностью т в рассмотренной схеме фантастрона получается в цепи экранирующей сетки. Исполь­ зуя эквивалентную схему цепи экранирующей сетки, нетрудно получить следующие приближенные формулы для определения амплитуды импульса в цепи экранирующей

183

где ’ U30 ■— начальное напряжение на экранирующей сетке,

Коэ = $3Rfl — коэффициент усиления в цепи экраниру­

ющей сетки,

Ко = S'Roe — коэффициент усиления в анодной цепи. При выводе формул (4. 94) мы пренебрегали величиной

напряжения источника е’Оэ (см. раздел 2 гл. 1) и считали,

что при первом опрокидывании схемы экранный ток умень­ шается до нуля, кроме того, были сделаны такие же допуще­ ния относительно линейности времязадающего напряжения, как и при выводе формулы (4. 93).

Время восстановления. Как уже указывалось, по окон­ чании временно устойчивого состояния конденсатор С дол­ жен зарядиться до значения, приблизительно равного £0- Цепь заряда состоит из анодной нагрузки Ra и сопротивле­ ния участка управляющая сетка — катод, которое из-за наличия сеточных токов обычно пренебрежимо мало по срав­ нению с Ra. Таким образом, время восстановления твмакс

при верхнем положении движка потенциометра определяется соотношением

Из условий линеаризации времязадающего напряжения анод­ ную нагрузку желательно выбирать высокоомной. В связи с этим время восстановления может достигать значительной величины.

Например, если допустить, что сопротивления Ra и Rg

одного порядка, как это часто бывает на практике, то из фор­ мул (4. 93) и (4. 95) нетрудно заключить, что максимальная относительная длительность тмакс/0 импульса такого фан­ тастрона при условиях стабильной работы не превышает

25—30%.

Существенное сокращение времени восстановления тв фантастрона обычно достигается применением катодного повторителя (см. схему рис. 4. 46). Если коэффициент пере­ дачи Кк п катодного повторителя близок к единице, то на условия временно устойчивого состояния схемы включение катодного повторителя в первом приближении не повлияет.

Начальный заряд на конденсаторе С будет восстанавли­ ваться через катодный повторитель, и в выражение для постоянной времени восстановления начального заряда конденсатора С войдет теперь вместо Ra выходное сопротив­ ление 1/SK п катодного повторителя, которое обычно в сотни и тысячи раз меньше первого.

184

Вследствие этого, обратный ход таких схем обычно опре­ деляется временем восстановления заряда паразитной емко­ сти Сп в аноде фантастрона

T„s3/?aCn. (4.96)

Поскольку обычно емкость конденсатора С по крайней мере на порядок больше емкости Сп, то величина тмакс/6 в этом случае близка к единице.

Выбор основных элементов схемы. Важнейшим условием правильной работы фантастрона является наличие сильной отрицательной обратной связи в течение рабочего хода, что, в свою очередь, требует большого значения коэффициента усиления Ко = S'Ra. Из этого следует, что лампа фантастрона должна иметь большую крутизну S. Для четкой и стабиль­ ной фиксации начального уровня Ео в аноде лампы необхо­ димо наличие резкой отсечки анодного тока по пентодной сетке.

В связи с этим пентоды типа 6Ж4, не удовлетворяющие последнему требованию, работают в режиме фантастрона менее стабильно, чем лампа 6Ж2П с резкой отсечкой по третьей сетке, сконструированная специально для работы в фантастронных схемах. Эта лампа пальчиковой серии имеет малые межэлектродные емкости, что очень важно, так как

185

эти емкости обычно замедляют процессы коммутации схемы и препятствуют, в частности, получению коротких импульсов длительностью менее 1 мксек.

Сопротивление анодной нагрузки Да из условий соблю­ дения неравенства S'Ra > 1, как указывалось выше, обычно выбирается высокоомным. Максимальная величина Да огра­ ничивается временем заряда паразитной емкости Сп в аноде фантастрона.

Элементы CRg цепи управляющей сетки определяют длительность импульса. Как указывалось выше, каждому диапазону изменения длительности импульса соответ­ ствует определенный конденсатор С, а сопротивление Rg выбирается такой величины, чтобы не превысить допусти­ мую мощность рассеяния по управляющей и экранным сет-, кам в начальном состоянии схемы.

Делитель Rlt R2, Rs и источник — Е в совокупности обеспечивают коммутацию анодного тока лампы и должны выбираться по характеристикам лампы и с учетом принятых допусков на стабильность параметров схемы. Емкость кон­ денсатора Cj обычно выбирается малой, порядка 10—30 пф, чтобы не увеличивать время восстановления схемы и суще­ ственно не искажать формы импульса напряжения на экран­ ной сетке.

Выбор величин управляющего потенциометра г0, а также вспомогательных юстировочных реостатов t\ и гг подчи­ няется следующим соображениям. Суммарное сопротивление Г\ + г2 + г0 должно быть намного меньше суммы сопро­ тивлений в цепи диода. Это необходимо для того, чтобы потен­ циал движка г0 в минимальной степени зависел от тока диода. Отношение г0 /(л + г2 + го) определяется задан­ ными пределами плавной регулировки Ео. Окончательная регулировка величин и г2 производится при установке начального и конечного значений длительности импульса.

Для уменьшения спада вершины импульса в цепи экра­ нирующей сетки, как это видно из формулы (4. 946), необ­ ходимо уменьшать параллельное сопротивление Ro плечей делителя в цепи экранирующей сетки, увеличивать анодную нагрузку Ra и использовать лампу с малым отношением кру­ тизны по экранирующей сетке к крутизне анодно-сеточной характеристики.

Область применения. Фантастрон со связью по экрани­ рующей сетке применяется в импульсной технике не только в качестве генератора прямоугольных импульсов. Наиболее широко используются фантастроны для получения калибро­ ванной задержки импульсов на интервале г = kE0.

186

Вследствие применения отрицательной обратной связи, фантастрон является более стабильным устройством, чем генераторы мульти вибраторного типа, и обычно при 10-про- центных изменениях параметров схемы нетрудно получить относительную стабильность длительности импульсов фанта­ строна порядка 0,5-10-3.

Диапазон длительности импульсов, получаемых в рас­ смотренных схемах фантастронов, лежит в пределах 5 мксек—

ствуют процессы перезаряда паразитных емкостей, а полу­ чение длительных импульсов требует применения специаль­ ных мер для уменьшения влияния паразитных утечек в лам­ пах и конденсаторах.

Режим самовозбуждения. Фантастрон со связью по экра­ нирующей сетке может быть поставлен в режим самовозбуж­ дения. Схема самовозбуждающегося фантастрона приведена на рис. 4. 47. В этом случае по сравнению с предыдущими схемами исключены сопротивление Д2 и источник отрица­ тельного напряжения — Е. Запирание анодной цепи лампы осуществляется за счет падения напряжения на сопротив­ лении 7?а от тока перезаряда емкости С\. Условно полный цикл колебаний генератора можно разделить на фантастронную (а) и мультивибраторную (б) части. Длительность фантастронной части цикла определяется, как и раньше, величиной управляющего напряжения Ео и постоянной времени CRg. При окончании фантастронной части цикла отрицательный перепад напряжения на экранной сетке передается через

187

емкость Сх на пентодную сетку и запирает анодную цепь лампы. Период колебаний заканчивается, когда ток пере­ заряда емкости уменьшается настолько, что потенциал третьей сетки повышается до значения напряжения отпира­ ния Egaz.

Самовозбуждающийся фантастрон используется в каче­ стве генератора периодической линейной развертки, напри-

г

в схемах автоматической подстройки частоты приемников радиолокационных станций.

Фантастрон с катодной связью. Наряду с рассмотренной выше схемой фантастрона, где коммутация осуществляется за счет связи между цепями второй и третьей сеток, на прак­ тике широко применяется схема фантастрона с катодной связью без дополнительного источника отрицательного сме­ щения — Е (рис. 4. 48).

В начальном состоянии запирание анодной цепи лампы обеспечивается отрицательным смещением третьей сетки по отношению к катоду, получаемым за счет падения напря­ жения на катодном сопротивлении RK при протекании тока экранирующей (второй и четвертой) сетки пентагрида. Необходимая величина этого смещения подбирается соот­ ветствующим выбором плечей делителя 7?i, /?2, 7?3.

При запуске фантастрона отрицательным импульсом достаточной величины импульс, понижая потенциал катода, открывает лампу по анодной цепи. При этом образуется цепь положительной обратной связи: анод — управляющая сетка-

188

экранная сетка — катод — вторая управляющая (третья) сетка — анод, —в результате действия которой происходит отрицательный скачок напряжения Ди в аноде и катоде лампы.

Процессы, происходящие во временно устойчивом состоя­ нии схемы, аналогичны рассмотренным ранее для фанта­ строна со связью по экранной сетке. Отличием является дополнительная отрицательная обратная связь за счет катод­ ного сопротивления, действие которой эквивалентно умень­ шению рабочей крутизны S' лампы.

Вторая коммутация, происходящая при достижении анод­ ным потенциалом критического значения t/амин, осуще­ ствляется аналогично первой с участием катодного сопротив­ ления. Длительность процесса перехода к начальному устой­ чивому состоянию в этой схеме больше, чем в предыдущей схеме, так как за счет катодного сопротивления увеличи­ вается действующее сопротивление участка управляющая сетка — катод.

Формула длительности импульса фантастрона с катодной связью, полученная таким же методом, как и для предыдущего фантастрона, имеет следующий вид:

S', R't — эквивалентные параметры лампы с учетом влияния

сопротивления RK в катоде, определяемые форму­ лами (1. 8).

Линейность изменения анодного напряжения фантастрона

сопротивление 7?к обычно выбирается минимально допусти­ мым с точки зрения надежной коммутации схемы и для лампы 6А7 имеет величину 10 000 ом.

189