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

зуется линейно убывающее, как это часто бывает на прак­ тике. В начальном состоянии диод Д ограничителя заперт, а лампа усилителя открыта. По мере убывания пилообразного напряжения напряжение анод — катод диода нарастает, и в момент т, когда напряжение катода становится равным величине £0, диод открывается. Последующий участок пилообразного напряжения воспроизводится на сопротивлении R и через разделительную емкость С пере? дается на сетку усилительной лампы, вначале частично, а затем полностью запирая последнюю. Передний фронт положительного импульса в аноде лампы, представляющий собой усиленное пилообразное напряжение, является рабо­ чим и сдвинут на время т (момент сравнения) по отношению к началу пилы. Из этого фронта затем может быть сформи­ рован выходной, задержанный импульс. Штрихпунктирная кривая UgK после отпирания диода характеризует изменение потенциала при отсутствии изменения заряда разделительной емкости С.

После окончания прямого хода пилообразного напряже­ ния схема при восстановлении начального заряда на раз­ делительной емкости С через сопротивления R и 7?

возвращается в начальное состояние.

Нестабильность момента сравнения определяется теми же факторами, что и нестабильность порога ограничения диодного ограничителя. Важнейшим из этих факторов является смещение (дрейф) характеристик диода при изме­

При высокой крутизне пилообразного напряжения мо­ мент сравнения может запаздывать из-за наличия емкост­ ного тока через емкость Сак диода. Это запаздывание умень­ шается при включении компенсирующего диода, умень­

ром, ухудшающим стабильность задержки, является изме­ нение напряжения запирания — Е„о усилительной лампы.

* С другой стороны, должно выполняться условие RC > Чф-

320

При дифференцировании положительного перепада напря­ жения, возникающего в аноде усилительной лампы, ампли­ туда выходного импульса будет достигать максимального значения несколько раньше момента запирания лампы.

Таким образом, при изменении момента запирания воз­ никает дополнительная погрешность. Для уменьшения этой погрешности необходимо увеличивать крутизну пилы после

скомпенсировано также смещение начального уровня пилооб­ разного напряжения.

Триодные компараторы. Простейший триодный компара­ тор изображен на рис. 9. 23. В отсутствие сигнала триод заперт отрицательным управляющим напряжением Ео, при изменении которого, как видно из схемы, смещается на­ чальный уровень сигнала на сетке лампы. При подаче на сетку положительного сигнала «порогом срабатывания» слу­ жит потенциал отпирания — Ega, при котором возникает анодный ток лампы, и потенциал анода начинает понижаться.

Фиксирующий диод в сеточной цепи служит для восста­ новления начального заряда разделительной емкости.

Более стабильным «порогом срабатывания» обладает компаратор на двух триодах, изображенный на рис. 9. 24. Запирание в отсутствие сигнала осуществляется падением напряжения на катодной нагрузке Дк от тока Л2, величина которого регулируется опорным напряжением Ео. Однако стабильность этой схемы также недостаточна для точных применений.

Вторым недостатком рассмотренных выше схем компара­ торов является невысокая начальная крутизна выходного

напряжения, что приводит при последующем дифференци­ ровании к временным ошибкам.

Этот недостаток исключается применением схем с сильной положительной обратной связью.

Компараторы мультивибраторного типа. Компараторы мультивибраторного типа весьма широко применяются в устройствах средних классов точности, весьма просты и на­ дежны в работе и не содержат таких сравнительно дорого­ стоящих элементов, как импульсные трансформаторы, кото­ рые применяются в точном диодно-регенеративном компа­

раторе, описанном ниже.

параторов мультивибраторного типа по сравнению с диод­ ными является их пониженная стабильность, так как потенциал запирания триода или пентода в общем случае более нестабилен, чем потенциал запирания диода.

В качестве таких компараторов обычно применяются триггерные схемы с катодной связью в кипп-реле с прину­ дительным опрокидыванием, иногда называемые кипп-реле уровня. В схеме компаратора на триггере с катодной связью (рис. 9. 25) в начальном состоянии Л, открыта, а Л2 заперта

322

На рис. 9. 26 изображена схема кипп-реле уровня с ка­ тодной связью, позволяющая при прочих равных условиях получить более высокую скорость опрокидывания. Принцип

связанная с процессами заряда и разряда конденсатора С. Во время прямого хода пилообразного напряжения потен­ циал сетки Л2 не­ сколько отстает от потенциала анода Лг за счет заряда кон­ денсатора С, что сме­ щает момент опроки­ дывания схемы, как это показано пунк­ тиром на соответст­ вующих эпюрах рис. 9. 26, б. Для по­

После окончания пилообразного напряжения, начальный заряд на конденсаторе С восстанавливается через Л^ и диод Д. Очевидно, что для стабильной работы схемы необходимо выполнение следующего соотношения:

Таким образом, стабильная и точная работа компаратора будет иметь место лишь в том случае, когда выбор величины емкости С будет подчинен этим двум неравенствам.

Следует указать также, что недостатком амплитудных: компараторов мультивибраторного типа, схемы которых приведены на рис. 9. 25 и 9. 26, является изменение ампли­ туды выходного импульса при изменении момента сравне­ ния т. Это, в конечном счете, при дальнейшем формировании выходного импульса также приводит к погрешностям,, связанным с изменением крутизны переднего фронта.

Рис. 9. 27. Диодно-регенеративный компаратор.

Для уменьшения этих погрешностей часто в качестве катодной нагрузки используют лампу «постоянного тока» — пентод или триод с отрицательной обратной связью по току.

Диодно-регенеративный компаратор. Для уменьшения ошибок простого диодного компаратора, связанных с неста­ бильностью потенциала запирания — Е„п усилительного пен­ тода, в схему вводится трансформаторная положительная обратная связь. В схеме диодно-регенеративного компара­ тора (рис. 9. 27) первичная обмотка трансформатора обрат­ ной связи помещена в цепь катода усилительной лампы.

Пока линейно убывающее входное напряжение нё до­ стигло величины опорного потенциала Ео, диод заперт, через катодную (первичную) обмотку трансформатора про­ текает катодный ток усилительной лампы, и цепь обратной связи разомкнута.

При отпирании диода коэффициент усиления в цепи положительной обратной связи очень быстро становится

325

больше единицы * и усилительная лампа скачком запи­ рается. Для предотвращения колебаний, вызванных удар­ ным возбуждением контура, составленного из паразитных емкостей и индуктивности трансформатора, первичная об­

не слишком мала, как это иллюстрируется рис. 9. 27, б, лампа усилителя оказывается запертой до окончания пило­ образного напряжения и в аноде лампы формируется поло­ жительный импульс с крутым передним фронтом, опреде­ ляющим момент сравнения.

Очевидно, что импульсный трансформатор должен быть рассчитан на передачу сигнала длительностью т (в данном случае пилообразного напряжения) без искажений. В про­ тивном случае точность срабатывания устройства будет понижаться.

Особенности амплитудных компараторов при синусо­ идальном входном сигнале. Задача фиксации мгновенного значения синусоидального сигнала встречается весьма часто

вустройствах для точного измерения интервалов времени.

Вэтом случае выходные маркерные импульсы должны быть жестко связаны с определенной фазой входного напряжения. Вели частота входного синусоидального сигнала не слишком высока (ниже 5—10 Мгц) и требуется фиксировать не «нуле­ вое значение», то могут быть использованы описанные выше триодные и пентодные компараторы, а также компараторы

мультивибраторного типа. При фиксации амплитудных зна­ чений положительных полупериодов синусоидальных коле­ баний часто используют генераторы синусоидальных коле­ баний, работающие в режиме класса С с углом отсечки,

.превышающим 90°.

* Поскольку коэффициент передачи катодной цепи лампы меньше единицы, коэффициент трансформации трансформатора выбирают больше единицы, например 1,5.

526

Часто бывает необходимо фиксировать моменты нулевых значений синусоидальных сигналов. При этом работа уст­ ройства не зависит от амплитуды сигнала, а точность фикса­ ции повышается, так как крутизна синусоиды в точках: перехода через нуль максимальна.

Вустройствах среднего класса точности для этих целей обычно применяются соединенные последовательно триодныеили пентодные двухсторонние селекторы, в которых «выреза­ ются» и усиливаются соседние с нулевыми отрезки синусоиды..

Трудности, возникающие при этом, связаны с фиксацией начального (среднего) уровня сигнала при изменении ампли­ туды и частоты приложенных колебаний. На рис. 9. 28приведен ряд схем, в которых эта задача решается различ­ ными способами.

Всхеме рис. 9. 28, а вместо сопротивления Rg в цепи, сетки применена катушка самоиндукции, обладающая боль­ шим импедансом для синусоидального напряжения и малым сопротивлением для постоянного тока, что обеспечивает быстрое восстановление начального заряда на разделитель­

ной емкости. В схеме рис. 9. 28, б применена трансформатор­

диода. Вследствие этого токи заряда и разряда раздели­ тельной емкости поддерживаются равными и смещения начального уровня не происходит. В схеме рис. 9. 28,г применена кондуктивная связь с источником входногосигнала, а стабилизация начального потенциала сетки осуществляется при помощи цепи отрицательной обратной

во время отрицательных полупериодов синусоиды диод Д2 запирается, цепь отрицательной обратной связи размы­ кается, обеспечивая четкое запирание лампы и появление крутого перепада напряжения в аноде.

Более высокая точность получается, как и в предыду­ щих случаях, с помощью диодных компараторов. На рис. 9.29 представлена схема компаратора, в котором верхняя часть синусоиды «срезается» сеточными токами пентода, а ниж­ няя — диодом. Сеточный ток появляется при потенциале сетки порядка — 0,5 в, диод начинает эффективно ограни­ чивать также при разности потенциалов анод — катод порядка 0,5 в. Таким образом, если на анод диода подано напряжение 2 в, то разность порогов ограничения состав­ ляет 1 в. В пределах этой величины крутизна характеристики

327