3
.pdf
rL rП rд
f0 2 1LC
Условие, необходимое для того, чтобы передвинуть рабочую точку системы в область, отмеченную на ВАХ туннельного диода серым цветом:
EП UП.max
АВТОГЕНЕРАТОРЫ С RC КОНТУРОМ.
Простейшая схема RC генератора на основе моста Вина.
Следует отметить, что автогенераторы с RC контуром проще, чем автогенераторы с LC контуром, но у первых больше нелинейных искажений.
|
|
R |
|
|
|
Z |
2 |
p |
|
|
|
K p p 1 |
|
ОС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
p |
Z |
|
|
||||||
|
|
|
Z |
2 |
p |
||||||
|
0 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|||
|
Z1 p |
pC1R1 |
1 |
|
p |
R2 |
|
|
|
где |
|
|
|
; Z2 |
|
|
|
||
pC1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
pC2 R2 1 |
|
||
K
|
|
RОС |
|
|
|
R2 pC1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
R |
pC R pC R 1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
pC R 1 R pC |
||||||
|
0 |
|
1 1 |
2 2 |
|
2 2 |
2 1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RОС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 pC1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
||
p2C R C R p C R C R C R |
|
1 |
|
|
|||||||||||||||||||||||
1 |
|
1 |
|
2 |
|
2 |
|
1 |
1 |
2 |
|
2 |
|
1 |
2 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
RОС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j C1R2 |
|
|
||||||||||
K j j 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
||||||||||||
|
|
R0 |
|
|
|
2C1C2 R1R2 j C1R1 C2 R2 C1R2 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
||||||||||||||||||||
Баланс фаз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
C1C2 R1R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Баланс амплитуд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RОС |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C1R2 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
K 0 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||||||||||||
C1R1 |
C2 R2 |
|
C1R2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Находим параметры. Пусть R1 R2 , C1 |
C2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
|
|
K 0 3 1 |
RОС |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
3 |
|
|
|
R0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
!
выбираем RОС и R0
Для того, чтобы генератор нормально работал, надо четко соблюсти соотношения * . Но, на практике, это сложно и поэтому наш генератор будет входить в ограничение:
В самом критическом случае картина будет такой:
При колебаниях температуры должно поддерживаться отношение K . Для того, чтобы добиться динамической подстройки K в режиме работы генератора, применяют различные схемы:
Схема на полевом транзисторе.
При увеличении Uвых будет увеличиваться сопротивление полевого транзистора и,
следовательно, уменьшаться коэффициент передачи усилителя. То есть, производится автоматическая балансировка коэффициента усиления:
Если амплитуда сигнала увеличивается, то коэффициент усиления уменьшается, сигнал на диоде выпрямляется и принимает первоначальную форму. Таким образом, происходит плавное «качание» вокруг заданного значения:
|
RОС |
|
|
K* |
1 |
||
|
|||
|
RП |
||
где RП – сопротивление канала полевого транзистора:
RП |
|
RП 0 |
|
|
a Uвых |
||
1 |
|||
UЗ 0 |
|||
где RП 0 – сопротивление канала полевого транзистора при нулевом смещении на затворе.
Недостаток схемы: сильная зависимость параметров полевого транзистора от температуры.
Схема с термозависимым элементом.
Л – лампа накаливания, термозависимый элемент (так как сопротивление спирали накаливания зависит от температуры).
K* 1 |
RОС |
|
|
RЛ |
|
||
RЛ |
rЛ 0 |
|
|
1 b I 2 |
|
||
|
|
Л |
|
где rЛ 0 – сопротивление холодной лампочки
b – коэффициент зависимости, определяемый типом лампы
С ростом Uвых IЛ (следует из ВАХ) rЛ K Uвых .
Рассмотрим несколько задач.
Задача 1.
R 10 кОм С 10 нФ
На какой частоте будет происходить генерация?
Фазы U1 , U2 , |
|
|
U3 |
сдвинуты на 120 друг относительно друга. |
|
|||||||||||||||||||||||||
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K* |
K p |
|
|
– коэффициент передачи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
1 K p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Z2 |
p 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
K p p |
|
|
|
|
, где Z2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
R1 |
|
|
pCR 1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
p 1, так как 100% обратная связь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
3 |
|
|
|
|
R 3 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
K p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pCR |
3 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
R1 pCR |
1 |
|
|
|
|
R1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
R |
3 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
R |
3 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||||
K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e j 3 |
e j |
||||
R |
|
j RC |
|
3 |
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 CR |
2 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
tg CR
Условие баланса фаз (УБФ):
3 060
0CR |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
3 |
|
|
|||
3 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
CR |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
0 |
|
R |
3 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
K |
|
|
|
|
|
1 (из условия баланса амплитуд (УБА)) |
|||||||||
R1 |
|
8 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
R |
1 |
|
R 2R . |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
2R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Задача 2.
Элемент с надписью K – инвертирующий усилитель с коэффициентом передачи K .
При каких условиях система превратится в автогенератор? K ? Частота квазирезонанса?
Решение:
KU 1 (по инверсному каналу)
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
pC |
|
|
|
||||||
K |
|
|
|
1 |
1 |
|
(по прямому входу) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
U |
|
R |
1 |
|
|
|
pCR 1 |
|
|||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
pC |
|
|
|
|
|||
K p K |
|
|
1 |
|
1 1 1 2 K |
1 pT 2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
pT 1 |
|
|
|
|
|
1 |
pT |
||||||
T RC (постоянная времени) |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
j |
2 |
j |
2 |
|
|
|
|
|||||
K K |
1 |
|
K |
e |
|
K e 4 j K e j 4 |
||||||||
|
|
|
|
j |
||||||||||
|
1 j |
|
e |
|
|
|
|
|
|
|||||
УБФ:
4 0
4
tg0 1
0 1 104
K 0 K 1
Задача 3.
Найти соотношение R2 , чтобы система могла стать автогенератором.
R1
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
K p |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
, |
где и RC |
|||||||||||||
p |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
R1 |
|
|
|
|
p и |
|
|
|
||||||||||||
K j |
|
|
|
j |
|
2 |
|
|
|
R |
|
|
|
|
R |
|
1 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 2 |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
R1 |
|
|
|
R1 |
|
и |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
0 |
1 |
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
и |
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ.
Электронные ключи используются как в цифровой, так и в аналоговой технике для коммутации сигналов.
Требования к ключам:
1.Минимальное время переключения.
2.Максимально большое сопротивление в открытом состоянии .
3.Минимальное сопротивление в закрытом состоянии 0 .
Добавочные параметры:
1.Максимальный ток, который ключ может переключать.
2.Максимальное напряжение, на которое он рассчитан.
Ключи бывают:
–диодные
–на биполярных транзисторах
–на полевых транзисторах
Диодные ключи.
rд Rпр Rоткр
Rпр прямое сопротивление
Rоткр сопротивление в открытом состоянии.
Rобр сопротивление в закрытом состоянии.
Мы получили последовательный ограничитель.
Параллельный ограничитель:
Исследуем динамические свойства параллельного ограничителя:
При заданных условиях и замкнутом ключе получим идеальный источник тока.
Пусть U1 |
Uд0 |
RБ |
rд |
Определим, какие переходные процессы будут происходить в системе при размыкании и замыкании ключа.
I |
|
|
U1 Uд0 |
|
U1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
RБ |
rд |
|
|
RБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
I |
|
|
U1 Uд0 |
|
|
U1 |
|
U |
|
I |
|
r |
r |
U |
|
, где r импульсное сопротивление диода |
|||
пр |
|
|
дm |
пр |
д0 |
||||||||||||||
|
|
|
RБ |
rд |
|
|
RБ |
|
|
Би |
д |
|
ди |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rди |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(начальное сопротивление диода при подаче входного напряжения.
До замыкания ключа, объем полупроводника нейтрален, после замыкания мы вводим туда дополнительные заряды. Образуется избыточный заряд:
QБ Iпр Б , где Б – время жизни носителей заряда.
Процесс возникновения избыточных зарядов при I const описывается формулой:
|
|
|
|
t |
|
Q I |
|
|
|||
|
1 |
e |
Б |
||
|
Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Через t 2 3 Б можно считать процесс установившимся.
|
|
|
r t r r |
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
r |
e |
Б |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
Б |
Б |
|
Би |
Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t I |
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
U |
д |
пр |
r I |
пр |
r |
|
r |
e |
Б |
U |
д0 |
||||||
|
|
д |
|
Б |
|
Би |
Б |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При этом, в базе диода будет находится заряд:
QБ Iпр Б , где Б – время прямого установления, время переключения диода
tуст 0.06 0.15 мкс
Чем больше заряд QБ , тем больше время установления.
Время установления– интервал времени от момента подачи импульса тока на диод до установления заданного установившегося уровня.
Заряд, образующийся при переключении:
QПК 25 120 пКл
После размыкания ключа ток упадет до нуля, а напряжение будет определяться накопленным зарядом Q в объеме полупроводника. Поэтому, в начале напряжение упадет до Uд0 , а затем, в
результате рекомбинации и уменьшения заряда в объеме полупроводника, напряжение на диоде начнет падать, пока не станет нулевым.
Формула, описывающая процесс рассасывания заряда Q :
t
Uд t t t1 Uд0 e Б