Рве. 9.14. Структурная (а) в принципиальная (б) схемы глин с кон- денсаторной ос в его диаграмма вапряжений(в)

связь была отрицательной, число каскадов усилителя должно быть’ нечетным. Так же как и в предыдущем случае, необходимо, чтобы вход­ное сопротивление усилителя было велико (Л_и -* со), а выходное — мало (^?вых 0).

Рассмотрим, как влияет обратная связь такого типа на форму вы­ходного напряжения. Будем считать, что источник напряжения дает постоянное напряжение Е. Тогда зарядный ток конденсатора, проте­кающий через резистор R,

(9.11)

Так как (—^_Вых)~^вх> то] уравнение] (9.11)] перепишется в виде

ЕК^и^т /* {LKbsiZi^ ’/a tn\

После преобразований выражения (9.12) получим /?С(14-К) ^+®вых⁼ — (9.13)

ас

Решение дифференциального уравнения (9.13) имеет вид ^«.-ffif.-.™). Р.И)

Из выражения (9.14) видно, что применение конденсаторной об­ратной связи приводит к увеличению постоянной времени цепи в 1 + К раз. Одновременно и уровень выходного напряжения увели­чивается в К раз.;

Коэффициент нелинейности

ЯС (l-ьК)

а коэффициент использования напряжения к ^^т .

^Б~ Е ~1+К«С\

Таким образом, коэффициент нелинейности уменьшается прибли­зительно в 1 4- К раз по сравнению с £ для обычной ЯС-цепи. При этом даже при £< 1% Ке & 0,64-0,8.

Схема транзисторного генератора, в которой применена обратная связь рассмотренного вида, показана на рис. 9.14, б. Это транзистор­ный вариант широко известного интегратора Миллера.

В исходном состоянии транзистор Т₂ закрыт положительным сме­щением Е_см, поэтому /_к2 (0) « 0 и :₈₂ (0) = 0. Эмиттерный и базовый токи транзистора Д отличны от нуля:

41 (0) = /ci (0) = E/R,

т. е. в исходном состоянии транзистор T_t находится в режиме глубо­кого насыщения, а Т₂— в режиме отсечки.

При подаче на вход отрицательного импульва и_вх (рис. 9.14, в) транзистор T_t отпирается, а транзистор 7\ выходит из насыщения. Для обеспечения работы его в активном режиме необходимо, чтобы

«вх — «б2> that + «би

где и,в₂ — напряжение между эмиттером и базой открытого транзис­тора Т₂, «61 — потенциал базы транзистора Т₂ в активном режиме.

Появившееся приращение тока 1_к2 в первый момент времени практически полностью проходит через емкость С в базу транзистора 7*1 навстречу начальному току 1^ (0). Следовательно, в момент при­хода запускающего импульса ток базы транзистора Т_х изменится скач­ком: * ' .

<61 (4 Ю) = /_б1 (0) - 1_К2 (/Ч- 0).

Таким образом, под действием управляющего импульса, во-первых, появляется ток /_К1 = /_м, во-вторых, уменьшается ток 1^. Это способ­ствует быстрому выходу из насыщения транзистора Т_ь который во время прямого хода работает в активном режиме.

Изменение тока базы транзистора T_t создает на резисторе R скачок напряжения, которые через конденсатор С передается на коллектор Т_ь вызывая скачок коллекторного напряжения порядка десятых до- лей вольт. Во время рабочего хода транзисторы 7\ и Т_а работают в активном режиме и представляют собой обычный усилитель.

Рис. 9.15. Схемы фантастрона на биполярных транзисторах (а) и диаграммы изменения его напряжений (б)

Коэффициент нелинейности в подобной схеме § « 0,5 4-1 %. Дли­тельность выходного напряжения определяется длительностью вход­ного сигнала.

Добавление к рассмотренной цепи порогового устройства позво­ляет получить линейно изменяющееся напряжение, длительность ра­бочего цикла которого не зависит от параметров запускающего импуль­са. Такой генератор линейно изменяющегося напряжения получил название фантастрона. Упрощенная схема фантастрона приведена на рис. 9.15, а. В состав схемы входят интегратор Миллера и допол­нительный транзистор Т₈, который совместно с транзистором Т₃ об­разует триггер о эмиттерной связью. Роль резистора в эмиттерной цепи выполняет транзистор Т^ Диоды Дц Д_а предназначены для фиксации коллекторного напряжения «_м на уровнях —E_t и —E^ причем |£il > |Д«1-

В исходном состоянии транзистор 7\ открыт и насыщен, транзис­тор Т_в закрыт, а транзистор Т_в открыт и находится в активной обла­сти. Ток транзистора Т_# полностью протекает через транзистор T_t. По­тенциал эмиттера транзистора Г, близок к нулю. Конденсатор С за­ряжен до потенциала «_в, равного —Ei (рис. 9.15, б).

При подаче короткого запускающего импульса положительной по­лярности на базу транзистора Т_а он будет отпираться, а транзис­тор 7\ выходит из насыщения в активную область. Это приводит к увеличению модуля напряжения ы_к1, которое является напряжением эмиттера транзистора Т_в. Сопротивления резисторов Ra, R^ в базовой

цепи транзистора T_t подобраны так, что приращение эмиттерного на­пряжения и_9я вызывает запирание транзистора Т_я. При этом потен­циал базы транзистора Г_а фиксируется на уровне, обевпечивающем работу транзистора Г_а в активной области. Строго говоря, потен­циал изменяется во время цикла разрядки конденсатора.

Разрядка конденсатора С происходит аналогично тому, как это было в интеграторе Миллера, и продолжается до тех пор, пока потен­циал коллектора транзистора Т, не достигнет значения —£_а. В этот момент времени диод Д_! открывается и потенциал коллектора тран­зистора Т_г фиксируется на уровне —E_t. Конденсатор С продолжает разряжаться. Так как н_ка = —Е₂, то разрядка конденсатора приво­дит к уменьшению потенциала базы транзистора 7\ и быстрому уве­личению базового тока транзистора T_t. Напряжение на коллекторе транзистора 7\ уменьшается по модулю и через короткий промежуток времени достигает значения, при котором происходит отпирание тран­зистора Т₃. Затем вследствие действия положительной обратной свя­зи происходит обратное опрокидывание транзистора Т_я. Транзистор Т\ открывается и насыщается, транзистор Т_ъ закрывается. После за­рядки конденсатора С до напряжения —Ei через резистор /?_ка и со­противление база—эмиттер транзистора Л схема возвращается в ис­ходное состояние.

В последнее время ГЛИН часто выполняют с использованием ин­теграторов на ОУ. При применении в ОУ эффективных коммутацион­ных элементов, разряжающих конденсатор, удается реализовать вы­сокостабильные генераторы, нелинейности которых не превышают со­тых долей процента. Генераторы на дискретных транзисторах целе­сообразно применять только тогда, когда требуется получить выход­ное напряжение U_m, большее В—10 В.

Генераторы ступенчато изменяющегося напряжения (ГСИН). Работа таких генераторов основана на использовании процесса за­рядки (разрядки) высокодобротного конденсатора, а именно зависи­мости напряжения на конденсаторе от электрического заряда Q, на­копленного в нем:

Q = и_еС.

Если заряд конденсатора изменять на строго постоянную величи­ну AQ, то выходное напряжение будет получать одинаковые прираще­ния А«_ВЫ1. Следовательно, задача построения ГСИН сводится к соз­данию электрической цепи, обеспечивающей периодическое прираще­ние заряда конденсатора AQ в течение коротких промежутков времени и сохранение заряда Q на конденсаторе во время формирования сиг­нала очередного приращения заряда.

Схема ГСИН приведена на рио. 9.16, а. В нем роль дозатора заря­да AQ выполняет конденсатор C_v Диод Д_а обеспечивает сохранение заряда на зарядном конденсаторе С_а, а транзистор Т разряжает его в определенные моменты времени.

Пусть операционный усилитель Aj близок к идеальному, т. е. имеет малые входные токи /_вх->0, высокий коэффициент усиления К -> оо, большое входное /?_вх -* оо и малое выходное R_UUz -* 0 со-

противления. Тогда дифференциальный входной еигнал Д«_в> ОУ, работающего на линейном участке характеристики, етремится к ну­лю. Входные зажимы генератора ступенчато изменяющегося напря­жения подключены к генератору прямоугольного напряжения, обеспечивающего получение знакопеременного напряжения «вх (рис. 9.16, б).

Предположим, что конденса­торы С_х и С_а в исходном состоя­нии разряжены, т. е. Q_cj я ~ О*

При подаче первой положи­тельной полуволны входного напряжения длительностью ^ открывается диод Д_г и конден­сатор Cj заряжается до напря­жения

“ci(4)=«bx(1—е"'^1/т), ’ где т = RuC^, R_B —, выходное сопротивление генератора пря­моугольных импульсов.

Если 4 > 5т, то к моменту окончания положительной полу­волны напряжение на конденса­торе Сл станет равным входному “лЙ) » «вх* При смене поляр­ности входного сигнала к кон­денсатору С_х будет приложено напряжение

■Ис! ⁼ «вх 4“«ct (У °

■=«вх(2-е~'*'^т).

П

Рис. 9.16. Схема ЕЛИН (а)] диаграмм мы изменения его напряжение (б)

ри этом откроется диод Д^ и конденсатор С_а начнет заряжаться тем же током, что и конденсатор Сл»

-<« (0= +<ci (0 =<о (0) е-"\

где

,_e(0)»^»^ef(2-_e-^.

Е

А«с1»«и (2-е’^) c_t.

(9.И)

сли длительность отрицательной полуволны /_а такова, что выпол­няется условие /_а » т, то через промежуток времени (3-r5)i <_а (0 =» = ^а (0 ** 0» напряжение на конденсаторе ^ изменится на Д«_вл, а заряд его получит приращение

Изменение выходного напряжения определится изменением напря­жения на конденсаторе С,:

А#вых ^s ^®с2 ^e &QcJC₂t (9.16)

В идеализированном ОУ токи зарядки конденсаторов Ci и С» рав­ны между собой /_С1 = —/_с2, а соответственно равны и изменения заря­дов на конденсаторах: AQ_el = AQ_c2.

Подставив в выражение (9.16) значение AQ_e2, с учетом (9.15) по­лучим

4Яшх ⁼ —^авх (2 — "7Г" •

Ч

В следующий период все процессы повторятся, причем так как при положительной полуволне входного напряжения диод Д₂ закроется, то заряд конденсатора С₂ останется неизменным. Он получит прира­щение Д^с2 только при следующей отрицательной полуволне. Для получения одинаковых приращений выходного напряжения Аи,_Ы| необходимо, чтобы /i > (3-? 5)т. Тогда переходный процесс переза­рядки конденсатора Ci будет полностью заканчиваться к моменту из­менения полярности входного напряжения и все приращения заряда будут одинаковы.

Для уменьшения длительности процесса приращения выходного напряжения следует уменьшать постоянную времени т за счет умень- шения выходного сопротивления источника прямоугольного напря­жения При выполнении этих условий

Днвых= — 2и_вх ■ ■ .

Выходное напряжение после л-го периода й«Ы1⁼ввЫ1(^)4"^ПАйвЫ11 где «вых(О) — выходное напряжение в исходном состоянии.

Для возвращения генератора в исходное состояние параллельно конденсатору С₂ подключен токовый ключ на полевом транзисторе. Он открывается импульсом и_у, подаваемым на его затвор, и разряжа­ет конденсатор С₂. В результате выходное напряжение падает до ис­ходного значения (рис. 9.16,6). По окончании импульса и_у процесс формирования ступенчатого изменяющегося напряжения повторяет­ся. Импульсы «_у подаются или при достижении выходным напряже­нием определенного уровня, или независимо от него с определенной частотой. «Высоту» ступенек устанавливают подбором напряжения и емкости конденсатора С^ ГСИН используют в качестве источников компенсирующего напряжения, а также как делители частоты и час­тотные дискриминаторы (устройства, обеспечивающие преобразова­ние частоты в напряжение или ток).f M. БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОР С ТРАНСФОРМАТОРОМ НА НЕНАСЫЩАЮЩЕМСЯ СЕРДЕЧНИКЕ

Блокинг-генератором (БГ) называют релаксационный генератор импульсов, регенеративный процесс в котором осуществляется за счет использования им­пульсного трансформатора в включенного в схему однокаакадного усилителя, который о помощью этого трансформатора охвачен положительной обратной связью.

Блокинг-генераторы применяют в качестве мощных источников коротких импульсов (длительностью от сотых долей до десятков мик­росекунд), имеющих большую скважность (Q > 10) и высокую кру­тизну фронтов. БГ могут работать в различных режимах: ждущем, автоколебательном, режимах синхронизации и деления частоты.