Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные цепи и микросхемотехника. Импульсные и цифровые устройства. Конспект лекций. Учебное пособие
.pdf
u
Е
н
+Eп
0
-Eп
i
н
t
и
T
u
н
i
н
Рис. 1.34
t
Для данного режима постоянная составляющая тока нагрузки определяется выражением
0max з 0 п
(2 1) /II K UE, (1.45)
но при одинаковых параметрах нагрузки пульсации тока в индуктивности нагрузки для 2ИР больше, чем для 1ИР.
В режиме 2ИР, изменяя коэффициент заполнения, можно изменять
не только уровень, но и направление протекания тока нагрузки.
Третий импульсный режим. В третьем импульсном режиме (3ИР)
питание нагрузки, как и в режиме 2ИР
, осуществляется прямоугольным
двухполярным напряжением. Однако в этом случае существуют интервалы, на которых напряжение нагрузки равно нулю (рис. 1.35).
Данный режим имеет практическое значение при
и1 и2 пп
и ,tt
Е
т. е. для случая, когда постоянная составляющая напряжения нагрузки
равна нулю. При этом осуществляется регулирование мощности первой
гармоники переменного напряжения.
В режиме 3ИР частота первой гармоники напряжения и тока в
нагрузке равна частоте следования импульсов питающего напряжения.
Одной из схем, которая может реализовать все три режима регули-
рования мощности,
является мостовая схема (рис. 1.36).
41
+Eп
0
-Eп
Е
u
н
t
1и
t
t
2и
T
Рис. 1.35
VT
3
VT
1
п
VT
2
VD
VD
1
L
н
R
2
VD
3
н
VT
4
VD
4
Рис. 1.36
При переключении попарно транзисторов, расположенных по диа-
гонали (
14,32VT VT VT VT
), ток в нагрузке меняет направление и
можно формировать знакопеременное напряжение.
42
Лекция № 6
Kj
2. ИМПУЛЬСНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИМПУЛЬСНЫХ
ГЕНЕРАТОРАХ
Генератор – это устройство, позволяющее преобразовать энергию
первичного источника питания в энергию электрических колебаний
определенной формы, амплитуды и частоты. Генераторы импульсов в
зависимости от формы выходного напряжения делят на генераторы:
– напряжения прямоугольной формы (мультивибратор);
– напряжения экспоненциальной формы;
– линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН);
– напряжения треугольной формы;
– ступенчато изменяющегося напряжения;
– напряжения с
ратор).
Общий принцип организации генераторных схем основан на использовании в структуре генератора усилителя с собственной комплексной
передаточной функцией
ратной связи с коэффициентом передачи
колоколообразной формой вершины (блокинг-гене-
()
, замкнутого в цепь положительной об-
()bj
(рис. 2.1).
U
ВХ
U
K
ОС
вых
U
вх
)( jK
)( jb
Рис. 2.1
Kj
1()()
Kj bj
43
()
U
ВЫХ
. (2.1)
Нетрудно заметить, что при равенстве
()()1Kj bj
коэффициент
усиления усилителя делается равным бесконечности, что физически
означает очень быстрый переход усилителя из одного квазиустойчивого
состояния в другое, т. е. в режим генерирования электрических колебаний. Поскольку входящие в (2.1) коэффициенты являются комплексными числами, характеризуемыми модулем и фазой, приведенное выше
равенство распадается на два:
где
()K ,()b
()()1Kj bj
() () 0
Kb
– амплитудно-частотные характеристики;
; (2.2)
, (2.3)
()
, ()
K
b
–
фазочастотные характеристики усилителя и блока обратной связи.
Выражения (2.2), (2.3) являются соответственно условиями баланса
амплитуд и баланса фаз.
2.2. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ
Мультивибратор – это релаксационный генератор, регенеративный
процесс в котором, т. е. процесс, приводящий к образованию в системе
крутых перепадов токов и напряжений, осуществляется петлей положительной обратной связи при помощи усилительных каскадов. При наличии в петле «усилитель – цепь» обратной связи реактивного элемента
(например, конденсатора) усилитель с положительной ОС не имеет
ни
одного устойчивого состояния и генерирует периодически изменяющееся напряжение.
Мультивибраторы могут работать в различных режимах:
в режиме автоколебаний;
1)
2) в режиме синхронизации (деления частоты);
3) в ждущем режиме (одновибратор).
44
2.2.1. СИММЕТРИЧНЫЙ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР
K
НА ТРАНЗИСТОРАХ С КОЛЛЕКТОРНО-БАЗОВЫМИ СВЯЗЯМИ
Е
R
К1
C
R
б2
R
б2
б1
Е
Б
C
б1
К
R
К2
VT2
u
б2
u
К2
u
К1
VT1
u
б1
Рис. 2.2
Основные этапы работы схемы отражены на рис. 2.3.
Регенеративная стадия
Предположим, что при подаче напряжения питания ток коллектора
одного из транзисторов (например, VT1) увеличился в большей степени,
чем ток другого. Это приведет к уменьшению потенциала коллектора
VT1, что скажется на уменьшении потенциала базы, тока базы и коллектора VT2, а значит, на увеличении потенциала коллектора VT2 и базы
VT1, что вызовет
еще большее возрастание тока коллектора VT1. Ска-
занное наглядно иллюстрируется приведенным ниже «графиком» событий:
,iuu iiu uii
к1 к1 б2 б2 к2 к2 б1 б1 к1
подтверждающим наличие в схеме положительной обратной связи;
RR
K
00102
к1 к 2
RRRR
к2 вх1 к1 вх2
, (2.4)
1
где
того усилителя;
ров;
– петлевой коэффициент усиления по напряжению разомкну-
0
,
– коэффициенты передачи по току транзисто-
02
,RR
вх1 вх2
01
– входные сопротивления транзисторов.
45
К
f
f
I
I
Е
u
к1
u
б1
u
к2
н
1
t
М1
U
t
и
1
К01RК1
ЕК-I
Е
К
с
1
t
U
кн
1
t
U
бн
1
t
t
с
2
2
U
кн
u
б2
н
2
t
U
U
бн
2
Рис. 2.3
t
н
М
2
2
t
t
К02RК2
ЕК-I
Длительность стадии регенерации – время нарастания тока коллектора до своего максимального значения:
1
где
tt
c1 c 2
– предельная частота усиления тока базы.
2...3 (2...3)
, (2.5)
2
Максимальное значение тока в коллекторной цепи открывающегося
транзистора VT1 достигается в режиме насыщения, для создания кото-
рого необходим ток
, равный
б1
EU
I
ббн1
б1
R
б101
I
кн1
, (2.6)
где
– ток в цепи коллектора насыщенного транзистора:
кн1
46
R
Е
Е U
Здесь
,UU
кн1 бн1
I
кн1
– остаточные напряжения на коллекторе и базе транзи-
ккн1
R
к1
. (2.7)
стора VT1.
При расчете
необходимо брать
б1
01min
.
Этап квазиустойчивого состояния
Предположим, что на предыдущем этапе работы генератора транзистор VT1 был закрыт, а транзистор VT2 – насыщен. Вследствие этого
С
конденсатор
напряжению источника питания
окажется заряженным до напряжения, близкого к
б2
, и с положительной полярностью
к
левой обкладки относительно правой. Изменение состояний транзисторов, т. е. переход транзистора VT1 в режим насыщения, приведет к тому,
что к эмиттерному переходу VT2 приложится отрицательное напряже-
С
ние емкости
, надежно запирающее транзистор. Аналогичный про-
б2
цесс имеет место, когда состояния транзисторов изменились на противоположные. Только теперь роль запирающего источника будет играть
С
напряжение на конденсаторе
б1
.
На этом этапе происходят процессы, определяющие длительность
импульса в коллекторной цепи транзистора закрытого состояния транзистора.
Е
Б
R
б2
VT2
С
б2
U
сб0
02
Iк
+
Рис. 2.4
47
Бесконечно долго это состояние продолжаться не может, поскольку
Е
I
I
E
I
I
E
Е
E
Е
С
конденсатор
действием источника
перезаряжается в противоположном направлении под
б2
(рис. 2.4).
б
Запишем уравнение изменения напряжения на конденсаторе
начальное значение которого приблизительно равно
С
,
б2
где
– тепловой ток транзистора VT1.
к01
С учетом теплового тока
UEIR
С
()
б0 кк01 к1
, протекающего в базовой цепи транзи-
к02
,
(2.8)
стора VT2 и ускоряющего процесс перезаряда конденсатора, получим
tt
UU Е IRe Е IR е
С
б2
()( )1
бэ2 кк01 к1 бк02 б2
б2 б2
. (2.9)
Приравняв левую часть (2.9) нулю, получим выражение для расчета
длительности импульса
t τ
и2 б2
t
:
и2
EIR IR
кбк01 к1 к02 б 2
ln
EIR
бк02 б2
. (2.10)
Из выражения (2.10) видна роль теплового тока, который сильно зависит от температуры как одного из факторов, влияющих на стабильность частоты генерируемых колебаний.
В то же время ввиду малости токов
к01
и
можно упростить вы-
к02
ражение (2.10):
EE
кб
t ττ
и2 б2 б2
ln ln 1
E
б
Обычно напряжения источника питания
ния
одинаковы, и тогда
б
к
. (2.11)
б
и источника смеще-
к
и2 б2 б2
Заменив индексы в (2.16), получим выражение для длительности
и1 б1 б1
ln 2 0, 7t ττ
ln 2 0, 7t ττ
48
. (2.12)
t
:
и1
. (2.13)
Напомним, что
f
R
R
Е
R
R
б1 б1 б1 б2 б2 б2
,.tRС tRС
Период и частота генерируемых колебаний соответственно равны:
и1 и2
, 1/.Т tt
T
Чтобы напряжение на коллекторе закрывающегося транзистора
успело достигнуть установившегося значения, необходимо, чтобы длительность импульса была больше времени восстановления (нарастания
фронта), т. е.
откуда
R
бк
б1 б2 б1 б2 к1 к2
4,3
б2 к2
при
кб
,,CCRRRR
30,7С Rt С R
С
б1
. Учитывая условие насыщения транзистора
R
С
б2
Е
, а также для симметричного мультивибратора
б1 к2 и2 б2 б2
, получим необходимое для нормальной
, (2.14)
работы соотношение
4,3
RR
кбmin к
. (2.15)
Стадия восстановления
Напряжение на коллекторе закрывающегося транзистора VT2 будет
нарастать постепенно, по экспоненциальному закону, что обусловлено
зарядом емкости
через резистор
б1
и эмиттерный переход транзи-
к2
С
стора VT1 (рис. 2.5).
Е
к
R
к2
С
б1
VT2
U
бэ1
Рис. 2.5
49
Происходит формирование фронта нарастания импульса на коллекторе, длительность которого примерно равна
2, 2 .tRC
н2 к2 б1
(2.16)
По аналогии можно записать
2, 2 .tRC
н1 к1 б2
(2.17)
C целью гарантированного обеспечения перехода в состояние ква-
зиустойчивого равновесия, когда все переходные процессы в коллекторных цепях можно считать закончившимися, время восстановления рассчитывают с некоторым запасом:
(3 5)tRC
вкб
. (2.18)
Лекция № 7
2.2.2. ЖДУЩИЙ МУЛЬТИВИБРАТОР (ОДНОВИБРАТОР)
Схема ждущего мультивибратора приведена на рис. 2.6, а диаграммы, поясняющие ее работу, – на рис. 2.7.
R
Е
К
С
з
VД1
з
К
R
1
С
R
R
К
б
2
б
U
ВХ
А
VT 1
С
1
VT 2
R
1
R
2
Е
Б
Рис. 2.6
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]