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

элемент, которому предшествует элемент, находящийся во включенном состоянии. Отдельные элементы соединены между собой так, что положение «включен» возможно одновременно только для одного элемента. После подачи очередного им­ пульса в положение «включен» перейдет элемент, следующий по кругу за ранее включенным элементом. В счетчике преду­ сматривается индикация положения «включен» для каждого

Под действием каждого из импульсов, поступающих на двоичную ячейку, последняя скачком переходит из одного устойчивого состояния равновесия в другое. Если в качестве выходных импульсов использовать униполярные импульсы на выходе квазидифференцирующей цепочки, подключенной к одному из анодов триггера, то коэффициент пересчета (деления) этой ячейки будет равен двум. Индикатором состоя­ ния двоичной пересчетной ячейки, который называется инди­ катором остатка при последовательном соединении ряда пересчетных ячеек, является обычная неоновая лампа, включенная параллельно анодной нагрузке одного из плечей триггера.

На рис. 7. 2. представлена схема триггера с анодно­ сеточными связями, используемого в качестве двоичной

260

пересчетной ячейки. Отрицательные пусковые импульсы, как обычно, поступают через двойной диод Д1 на аноды пле­ чей триггера. Индикатором состояния (остатка) ячейки слу­ жит неоновая лампа Л3, подключенная к анодной нагрузке Лх через высокоомное сопротивление порядка 0,5—1 Мом.

Потенциал зажигания неоновой лампы выбирается меньше перепада напряжения на анодной нагрузке открытой лампы. Когда левый триод Лу открывается, неоновая лампа зажи-

Рис. 7. 2. Двоичная пересчетная ячейка на триггере.

гается. Высокоомное сопротивление Л?д практически не шун­ тирует анодной нагрузки. При последовательном включении таких ячеек для того, чтобы выход одного элемента можно было присоединить непосредственно ко входу пускового диода Д2 следующего элемента, выходной импульс снимается

с части анодной нагрузки Т?а2. Разрешающая способность такого счетчика без применения каких-либо специальных мер составляет единицы микросекунд.

Одна из схем быстродействующего триггера была рас­ смотрена в разделе 4. 2. Разрешающая способность триггер­ ных ячеек, как было указано в этом разделе, определяется временем нарастания напряжения на сетке запираемой лампы. Существенное значение имеет также время нараста­ ния анодного напряжения. Сокращение его может быть достигнуто уменьшением анодных нагрузок, а также умень­ шением величины перепадов напряжений на анодах ламп, поскольку обычно амплитуда напряжения на анодах (порядка 100 в) значительно превышает напряжение запирания (по-

261

рядка 10 в). Следует однако отметить, что уменьшать вели­ чины анодных сопротивлений для уменьшения времени нара­ стания напряжения нецелесообразно, так как схема стано­ вится слишком критична к изменению напряжения питания. Поэтому для уменьшения времени нарастания более целе­ сообразно применить отсекающие диоды в цепях сеток

и анодов.

Двоичная пересчетная ячейка на тиратронах (рис. 7. 3).

Преимущество таких пересчетных ячеек заключается в воз-

Рис. 7. 3. Двоичная пересчетная ячейка на тиратронах.

можности непосредственного включения в анодную цепь одного из тиратронов электромеханического счетчика относительно большой мощности.

Основным недостатком пересчетных ячеек, выполняемых на тиратронах, является значительная нестабильность их работы, а также большое время деионизации, ограничивающее разрешающую способность величиной порядка 50 мксек. Вследствие этого тиратронные счетчики практически непри­ менимы для счета хаотически повторяющихся импульсов.

Рассмотрим работу ячейки на тиратронах. В интервале Л — /2 Лх находится в ионизированном, а Л2 — в деиони­ зированном состоянии. В момент /2 на сетки обеих ламп подается положительный импульс. При этом Л2 ионизи­ руется, напряжение в ее аноде падает почти до нуля, а через разделительный конденсатор С на анод Лх передается отри­ цательный перепад, деионизирующий Лх. Амплитуда этого

262

перепада приблизительно равна £а. Затем напряжение

ваноде Л± возрастает по экспоненте с постоянной времени

Т= £аС до значения £а. При приходе следующего пуско­ вого импульса функции ламп меняются. Сопротивления £а не должны быть велики, чтобы предотвратить деионизацию, которая может возникнуть при слишком малом анодном токе,

ине должны быть слишком малы, чтобы анодный ток не пре­ вышал допустимой величины. Емкость конденсатора выби­ рается такой, чтобы время нарастания потенциала в аноде деионизированной лампы было бы не меньше времени деиони­ зации тиратрона.

Двоичные пересчетные

ячейки на неоновых лам­ пах и тиратронах с холодным

ячейки на одной неоновой лампе Лх. Схема работает следую­ щим образом. Предположим, что в начальный момент Л± погашена. Положительный входной импульс, амплитуда которого должна быть достаточно велика, зажигает лампу. Лампа горит до прихода следующего импульса, который заряжает конденсатор Ci и тем самым гасит неоновую

щая собой последовательное соединение ряда двоичных ячеек. Каждая двоичная пересчетная ячейка собрана на тира­ тронах с холодным катодом типа МТХ-90 и подобно спуско­ вой схеме на электронных лампах имеет два устойчивых состояния равновесия, при которых одна из ламп зажжена, а вторая погашена.

Предположим, что в начальный момент Л1 зажжена, а Л2 погашена. Очередным положительным импульсом, подавае­ мым на третий электрод, зажигается вторая лампа и гасится первая. Это гашение вызывается тем, что скачок напря­ жения, образующийся на вспыхнувшей лампе, подается через конденсатор связи С2 на первую лампу и вызывает уменьшение напряжения на ее электродах до значения,

263

меньшего напряжения гашения. Последующий импульс опять меняет состояние лампы и т. д.

Зажигание ламп следующей двоичной ячейки может осу­ ществляться за счет значительного повышения напряжения в точке А по мере заряда конденсатора С2 после гашения лампы Л2. Но так как скорость заряда конденсатора С2 невелика, лампы следующей ячейки вспыхнут с запозданием. Это обстоятельство не позволяет считать периодические импульсы с частотой повторения выше 500—700 импульсов в секунду.

Рис. 7. 5. Пересчетная схема на тиратронах с холодным катодом.

Для повышения разрешающей способности счетчика в его первых каскадах используются вспомогательные неоновые лампы типа МН-5. Напряжение батареи питания Ея выби­ рается таким, чтобы при зажигании лампы МТХ-90 падение напряжения на ее катодном сопротивлении было бы несколько меньше потенциала зажигания лампы ЛШ-5.

При зажигании второй лампы двоичной ячейки скачок напряжения, снимаемый с ее катода, сложившись с имею­ щимся на лампе МН-5 напряжением, превысит потенциал зажигания лампы МН-5 и она вспыхнет. Это создает на сопротивленииД3 положительный импульс, вызывающий срабаты­ вание следующей ячейки.

Описанный метод позволяет увеличить максимальную частоту повторения импульсов до 5000—7000 имп/сек.

Кольцевые счетчики п-го порядка. Применяя принципы, положенные в основу построения двоичных пересчетных схем, можно составить кольцевые делители с коэффициентом пересчета три, пять, десять и т. д. Однако при увеличении коэффициента пересчета возникают существенные трудности. Так, например, для осуществления десятичного кольцевого счетчика число устойчивых состояний схемы должно быть равно коэффициенту пересчета п = 10. Это потребует нали-

264

чия в схеме п ламп с (п — 1) числом цепей связи каждой из ламп с другими и общего числа связей

n(n — 1) = Ю-9 = 90.

Для нормальной работы кольцевой схемы коэффициент усиления каждого каскада схемы должен быть не ниже определенной величины. Анодная нагрузка каждой лампы шунтируется потенциометрами связи в цепях сеток всех остальных ламп. В связи с этим при увеличении числа ламп кольцевой схемы коэффициент усиления каждого из каскадов падает. Одновременно увеличение числа связей приводит к увеличению паразитной емкости схемы, что снижает ее разрешающую способность.

Вследствие этого кольцевые схемы пересчета с коэффи­ циентом деления свыше трех применяются редко. Более высо­ кие коэффициенты пересчета достигаются при последователь­ ном соединении двоичных и троичных ячеек.

7. 3. СХЕМЫ НАКОПИТЕЛЬНЫХ СЧЕТЧИКОВ

Счетчики, основанные на принципе накопления энергии, позволяют при том же числе элементов получить большие коэффициенты пересчета, чем пересчетные схемы. Недостат­ ком накопительных счетчиков является ограничение макси­

няются при счете периодических импульсов, когда необ­ ходимо получить большие коэффициенты пересчета, которые

импульсов .*

* Здесь не учитывается влияние сопротивления 7?ш, шунтирующего конденсатор С2, так как для практических схем справедливо неравенство Rm 2> Ri^, где R, — сопротивление открытого диода.

265

На вход накопительного устройства с генератора им­ пульсов поступают прямоугольные импульсы напряжения положительной полярности с постоянной амплитудой и дли­ тельностью. С приходом первого импульса диод Д. откры­ вается и конденсатор С2 заряжается на некоторую величину. Одновременно заряжается и разделительный конденсатор С). В промежутках между импульсами конденсатор Ci восста-

Рис. 7. 6. Блок-схема накопительного счетчика с экспоненциальной огибающей.

навливает свой начальный заряд через диод Д2 и гене­ ратор импульсов, а конденсатор С2 несколько разряжается через сопротивление Дш, которое всегда существует в реаль­ ных схемах и складывается из параллельно соединенных сопротивлений утечки конденсатора С2 и входного сопроти­ вления разрядного устройства.

В целях упрощения в дальнейшем будем рассматривать частный, характерный для практических схем случай, опре­

0 — интервал между импульсами.

При выполнении неравенства (7. 1) можно в первом при­ ближении считать, что к прихбду второго импульса кон­ денсатор Ci полностью восстановит свой первоначальный заряд, определяемый начальным напряжением на генера­ торе и напряжением на аноде диода Д2. Напряжение на кон­ денсаторе С2 после окончания первого импульса возрастает

266

так как результирующая э. д. с., действующая в цепи

Рис. 7. 7. Форма колебаний на накопительном конденсаторе счетчика по схеме рис. 7. 6.

Максимальное напряжение, до которого может зарядиться конденсатор С2, равно Е ф- UА. Таким образом, форма на­ пряжения на конденсаторе С2 имеет вид ступенчатой кривой с экспоненциальной огибающей (рис. 7. 7).

Как только напряжение на конденсаторе С2 достигнет определенной величины [/ср, срабатывает разрядное устрой­ ство, разряжая конденсатор С2 до начального значения и подготавливая тем самым накопительное устройство к но­ вому циклу.

Из сказанного следует, что коэффициент деления в случае периодической последовательности входных импульсов равен числу импульсов, которое потребуется для того, чтобы напря­ жение на конденсаторе С2 достигло величины t/cp.

В качестве разрядных устройств в схеме, изображенной на рис. 7. 6, могут быть использованы релаксаторы с газо­ разрядными или электронными лампами и транзисторами, такие, как блокинг-генераторы, мультивибраторы, схемы фантастронного типа.

267

Основные соотношения. Рассмотрение принципа действия делителя, изображенного на рис. 7. 6, приводит к выводу, что в общем случае напряжение на накопительном конден­ саторе С2 меняется в течение всего периода повторения 9 входных импульсов. Параметры цепей заряда и разряда конденсатора С2 во время действия входных импульсов и в интервалах между ними различны. Поскольку процесс накопления заряда на конденсатре С2 носит периодический характер, рассмотрим гс-й период этого процесса (см. рис. 7. 7), При выводе основных соотношений, определяющих зави­ симость коэффициента деления п от параметров схемы, будем считать входные импульсы напряжения идеально прямоугольной формы с постоянной длительностью т и неиз­ менной амплитудой Е.

В интервале времени 9 (п — 1) < t < гс9 — т конден­ сатор С2 разряжается по экспоненте с постоянной времени

делителя подается импульс напряжения и конденсатор С2 заряжается.

В большинстве практических случаев можно пренебречь

С учетом этого пренебрежения для рассматриваемого интервала времени будет справедливо следующее уравнение,, связывающее ток заряда конденсатора С2 с параметрами

268

Изображение приращения напряжения на конденсатореС2

Переходя к оригиналу функции Д(/2(Л), находим зна­ чение приращения напряжения на конденсаторе С2 к концу

к концу га-го периода.

Согласно рис. 7. 7 и выражению (7. 2) находим начальное условие, при котором следует решать уравнение (7. 6)

[0]

Разностное уравнение (7. 6) определяет значения искомой функции U2 [га], соответствующие дискретным моментам вре­

пользуясь таблицей соответствий, можно применить к выра­

269