Файл: Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 249

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

8.10. РАСЧЕТ ГЕНЕРАТОРОВ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

И с х о д н ы е д а н н ы е . Исходными

для расчета обычно являются: ампли­

туда (Um),

длительность

рабочего хода

(Гр), период повторения входных

им­

пульсов (Г),

максимально

допустимая задержка (/3) начала рабочего хода,

по­

лярность выходных импульсов, максимально допустимый коэффициент нелиней­

ности (умако). параметры цепи

нагрузки (Rn и

Сп), пределы изменения темпе­

ратуры 0 =

С окружающей

среды

(ѲМИц

и

Ѳмакс) и допустимые

величины

■относительных

нестабильностей

начального уровня (киВЫх о/ивых о) и

скорости

рабочего хода

(о).

 

 

 

 

 

В ы б о р

с х е м ы г е н е р а т о р а .

При

выборе схемы в первую очередь

необходимо

решить вопрос о том, будет ли

выполняться генератор на лампах

■или на транзисторах. В настоящее время все еще иногда-отдают предпочтение ламповым схемам (например, в измерительной технике) при необходимости

•обеспечить малое значение коэффициента нелинейности у (порядка десятых до­ лей процента и ниже) и большую амплитуду Um выходного напряжения (сотни вольт). Для значений у, больших 0,5%, и значений амплитуд ниже 100В целесо­

образно использовать транзисторные варианты схем, применительно к

которым

л рассматриваются вопросы расчета в настоящем разделе.

решается

Далее, в зависимости от требований к выходному напряжению,

вопрос об использовании схем с зарядом конденсатора для получения нарастаюхЦего по абсолютной величине напряжения или с разрядом его для получения падающего напряжения.

Затем в зависимости от заданного значения умокс решается вопрос об ис­

пользовании простейшей схемы с зарядом

через резистор (разд. 8.3)

для

У’мако = (5 -г- 10) % или схем с зарядом или

разрядом через стабилизатор

тока

для более низких значений уМаксПри этом необходимо учитывать, что исполь­ зование схемы с зарядом через резистор возможно лишь при наличии источника напряжения, в десятки раз превышающего заданную амплитуду Um выходного напряжения.

При использовании схемы со стабилизатором тока СТ необходимо выбрать

способ создания в нем

напряжения Е. Наибольшее применение получили

схемы

с заряженным

конденсатором в качестве источника напряжения Е (разд. 8.5)

для получения

линейно

растущего напряжения и схемы с использованием

в ка­

честве источника Е общего источника коллекторного питания (разд. 8 .6 ) для получения линейно падающего напряжения. Схемы с отдельным источником практически приемлемы лишь при отсутствии (R„ = оо) заметной внешней на­ грузки (рис. 8.10а и 8.12). Вариант, показанный на рис. 8.106, практически ис­ пользуется крайне редко из-за трудности построения отдельного, изолированного ■от «земли», источника Е.

При необходимости обеспечить предельно малые значения коэффициента нелинейности желательно применить схему с коррекцией (рис. 8.16).

Если по условию задачи должно быть получено линейно падающее напря­ жение без начального скачка, используется схема с дополнительным резистором Дс (рис. 8.14).

Входная цепь генератора выполняется по аналогии с входными цепями ключей и формирователей импульсов в виде резисторного делителя с ускоряю­

щим конденсатором

(или без него) и

источником смещения в цепи базы клю­

чевого транзистора или в виде разделительной #С-цепи.

В ы б о р т и п а

т р а н з и с т о р о в .

К ключевому транзистору предъявляют­

ся следующие основные требования:

 

— предельно допустимое значение напряжения между коллектором и эмит­ тером U„в доп должно превышать амплитуду пилообразного напряжения Um и

должно выполняться условие б доп

Um + Евх

вх— амплитуда

входных

импульсов);

 

насыщения (т») и

в актив­

— постоянные времени транзистора в режиме

ном режиме (тр) должны быть достаточно малыми

для обеспечения малой ве-

395


личины задержки начала рабочего хода, вызванной процессами рассасывания заряда и запирания ключевого транзистора; ■

— дифференциальное сопротивление J?>us з закрытого транзистора должно быть возможно большим для уменьшения его шунтирующего действия в про­ цессе заряда конденсатора;

— изменение тока /„о при изменении температуры, приводящее к появлению температурной нестабильности скорости выходного напряжения на рабочем участке, должно быть по возможности малым.

Обычно в качестве ключевых используются маломощные высокочастотные транзисторы. При необходимости получения очень короткого обратного хода, когда требуемый коллекторный ток в это время оказывается сравнительно боль­ шим при значительном напряжении на коллекторе, приходится использовать транзисторы большей мощности.

Транзистор стабилизатора тока должен удовлетворять следующим требо­ ваниям:

— предельно допустимое значение напряжения 11к о доп должно удовлетво­ рять тому же требованию, что и для ключевого транзистора, т. е. быть больше амплитуды выходного напряжения;

— для получения возможно меньшего значения у транзистор должен в соот­

ветствии

с ф-лой (8.37) обладать возможно большим значением произведения

isRnuK о\

это произведение, как указывалось в разд. 8 .2 , для данного

типа тран­

зистора

практически мало зависит от значения і0; так, при значениях ь, боль­

ших 1 ч- 2 мА, произведение і'эЯпыхв изменяется лишь в пределах

10 ч - 20%;

для обеспечения возможно меньшего влияния сопротивления г, шунти­ рующего транзистор, желательно в соответствии с ф-лой (8.39) иметь возможно большее значение ß;

для повышения температурной стабильности скорости изменения напря­ жения на рабочем участке ток / ко должен по возможности мало зависеть от температуры; для этого желательно выбрать транзистор стабилизатора одно­

типным с ключевым транзистором и тем самым обеспечить компенсацию влияния токов / коі и / 1,02;

— для обеспечения малого влияния инерционных свойств транзисторов на нелинейность рабочего участка выходного напряжения необходимо выбирать транзистор с постоянной времени тр, значительно меньшей длительности рабо­ чего хода Гр (8.50). Последнее требование оказывается существенным лишь для генераторов с малой длительностью рабочего хода.

В ы б о р р е ж и м а р а б о т ы с т а б и л и з а т о р а т о к а . Основной вели­ чиной, определяющей режим работы стабилизатора, является его начальный ток <пач. При его выборе необходимо исходить из следующих соображений.

1. Наименьшее влияние шунтирующего сопротивления г на величину у, как

указывалось

выше, имеет место при максимальном значении

произведения

ßi3 « ßinan.

Значение ß при увеличении і0, как известно, вначале

растет, а за­

тем, после прохождения максимума, относительно медленно падает. При этом произведение ßi3, как показывает анализ, все время увеличивается с ростом і3. Таким образом, с рассматриваемой точки зрения желательно выбирать значение Іиач возможно большим.

2. При увеличении тока інач уменьшается температурная нестабильность од скорости рабочего хода, вызванная влиянием обратных токов коллекторных пё» реходов /коі и /к 02. С этой точки зрения желательно также выбирать значение Іцач ВОЗМОЖНО б о Л Ь Ш И М .

3. Для реализации возможно меньшего значения у необходимо в соответ­ ствии с ф-лой (8.21) выполнить условие т = Ra* Зіэ -С Е.

Как указывалось в разд. 8.2, произведение Rax аіо увеличивается с ростом іа. Поэтому нельзя увеличивать значение інач выше определенного предельного уровня іцач 1, при котором начинает уже заметно возрастать значение у.

4. С ростом інач увеличиваются значения средних мощностей, рассеиваемых на транзисторах генератора. Для каждой конкретной схемы можно найти пре­ дельные значения токов іпачг и іпачз, при которых мощности Ркі и Ркг на тран­ зисторах Гі и Го соответственно не превосходят допустимых значений, и тогда Інач ^ ІначгІ Інач ^ Іначз-

396


5. При увеличении і„ач и заданной скорости рабочего хода (/е = Um/TP) растет значение емкости С. Для генератора, в котором в качестве источника Е используется заряженный конденсатор С е , увеличение емкости С потребует уве­ личения С е -

6. При увеличении і„ач и соответствующем увеличении емкости С растет время задержки /34, вызванной конечной скоростью процесса запирания диода

вгенераторах, описанных в разд. 8.5.

7.Ток [цоч не должен превышать допустимого тока для транзистора вы­

бранного типа: Іапч ^

I ,,2 доп.

8. Увеличение тока

і нач приводит к росту тока коллектора /«п і ключевого

транзистора. Однако при заданном отношении Т0/Гр должна оставаться по­ стоянной степень насыщения Si ключевого транзистора. Таким образом, с ростом

/к„і увеличивается ток І к, рпз ключевого

транзистора во время

разряда конден­

сатора С. При определенном значении

/ ІІИі

величина /„ і раз может превысить

допустимое значение /„, доп-

 

что величина тока

стабилизатора

Из приведенных соображении следует,

іппч должна выбираться возможно большей, но так, чтобы не превысить неко­ торых допустимых значении.

В ы б о р

с о п р о т и в л е н и я R в с т а б и л и з а т о р е т о к а . Значение R

определяет

величину тока стабилизатора и

находится из равенства

 

 

 

R ^ Е/("нач-

(8.93)

В ы б о р

е м к о с т и

С. Значение емкости С определяется по заданной ско­

рости рабочего хода к выходного напряжения:

 

 

 

С іцач/к EKTp/RUm.

(8.94)

В ы б о р

е м к о с т и

ко и д е и с'а т о р а

Се в г е н е р а т о р е рис.

8.12. Для

того чтобы изменение напряжения на конденсаторе Се в о время рабочего хода практически не влияло на значение коэффициента нелинейности, емкость Се должна быть выбрана в соответствии с ф-лой (8.79), исходя из условия

М

- < ѵ .

 

 

 

 

 

£ ь

Ь-с-

 

увеличении емкости конденсатора Се растет время

 

С другой

стороны, при

его заряда, т.

е. увеличивается составляющая t"oa

общего времени восстановле­

ния. Поэтому

величина С е

должна быть

выбрана

также

с учетом соотношения

(8.82).

с о п р о т и в л е н и я Ra в

г е н е р а т о р е

рис. 8.12. Величина R3

 

В ы б о р

влияет на значение коэффициента нелинейности у. При наличии сопротивления нагрузки Rn величина общего сопротивления г, шунтирующего транзистор Г2, равна: г = RuWRo. При этом необходимо, чтобы результирующий коэффициент

нелинейности

(8.39) не превысил допустимой величины.

 

 

В ы б о р

с о п р о т и в л е н и я R „ в

г е н е р а т о р е рис. 8.13. Величина со­

противления

R к влияет на коэффициент

нелинейности

и длительность

обратного

хода. Поэтому его величина должна удовлетворять

условиям (8.85)

и (8.86).

8.11. ОСОБЕННОСТИ ЛАМПОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ПИЛООБРАЗНЫХ ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Схемы ламповых генераторов (рис. 8.17) не имеют принци­ пиальных отличий от схем транзисторных.

Предельное достижимое значение у при использовании триода

Л 2 с

большим

значением цг

составляет

около одного процента,

если

выполнить

условия RK

Ri2 и Се

С. Дальнейшее сниже­

ние величины у можно получить при использовании схемы с кор­ рекцией нелинейности, аналогичной показанной на рис. 8.16.

397


Схема генератора с ООС приведена на ри.с. 8.18. Применение пентода (или пентагрида) с управлением по двум сеткам (управ­ ляющей и антндинатронной) позволяет обойтись здесь одной лам­ пой, что определяет некоторую специфику работы данной схемы по сравнению с транзисторной.

Отметим, что ламповые генераторы пилообразного напряже­

ния,

уступая транзисторным

вариантам по

таким показателям,

как

надежность, габариты и

экономичность,

превосходят их по

Рис. 8.17

Рис. 8.18

ряду важных характеристик, к числу которых относятся: коэффи­ циент нелинейности, стабильность работы и максимально дости­ жимая амплитуда выходного напряжения.

8.12. ЖДУЩИЕ И АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С ЛИНЕЙНЫМ

РАЗРЯДОМ КОНДЕНСАТОРА

8.12.1. ЖДУЩИЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ С ЛИНЕЙНЫМ РАЗРЯДОМ КОНДЕНСАТОРА

Рассмотренные в предыдущих разделах генераторы пилообраз­ ного напряжения управлялись импульсами прямоугольной формы с длительностью, равной длительности рабочего хода Тр пилооб­ разного напряжения.

В ряде случаев возникает необходимость в построении гене­ раторов, вырабатывающих один период пилообразного напряжения каждый раз после подачи на его вход короткого запускающего импульса. Такие генераторы аналогичны ждущим мультивибрато­ рам (гл. 5), но отличаются от них линейным, а не экспоненциаль­ ным законом изменения напряжения на времязадающем конден­ саторе С.

Ждущие генераторы пилообразного напряжения могут исполь­ зоваться в качестве простейших устройств регулируемой временной

398


задержки или преобразователей напряжений, во временной интер­ вал с линейной зависимостью временной задержки от уровня управляющего напряжения.

Если в обычном ждущем мультивибраторе с коллекторно-ба­ зовыми связями заменить резистор R^ 2 на стабилизатор тока, то времязадающий конденсатор С в режиме квазиравновесия будет разряжаться по линейному закону. Рассмотрим, однако, другую реализацию линейного разряда конденсатора.

Схема, изображенная на рис. 8.19а, отличается от схемы обыч­ ного ждущего мультивибратора с коллекторно-базовыми связями включением времязадающего конденсатора С в цепь эмиттера транзистора Т2. Транзистор Т3 вместе с элементами R и Е со­

ставляет

стабилизатор тока СТ. Временные диаграммы напряже­

ний для

рассматриваемой

схемы показаны на рис. 8.196.

В

исходном состоянии

транзистор Т\ заперт, а Т2 насыщен.

Ток

стабилизатора = E/R) протекает через насыщенный тран­

зистор Т2. При этом конденсатор С оказывается заряженным до напряжения

uct = EK- i ~ RM*™

 

(8.95)

АК1 "Г Ак2

 

 

В исходном состоянии выходное напряжение

ивых исо- Па­

раметры У?бі, R' и Е выбраны таким образом, что при насыщенном

транзисторе Т2 потенциал базы «біо транзистора

Тх оказывается

выше — £ э(0,5-т-1 В) и Т\ надежно заперт.

 

 

При подаче в момент t\ запускающего импульса е с ампли­

тудой, превышающей разность £„ — исо, диод

Д

открывается и

запускающий импульс попадает на базу транзистора Т2. После рассасывания заряда, накопленного в базе, Т2 выходит из режима насыщения, его ток начинает убывать, потенциалы ик 2 и, следо­ вательно, «бі падают. После преодоления запаса по запиранию транзистора ^(«бю — Еэ) последний отпирается и начинает дей­ ствовать положительная обратная связь, приводящая, как обычно в мультивибраторе, к скачку напряжений и токов. В результате скачка транзистор Г] насыщается, а потенциалы ыкі и «62 стано­ вятся равными —Еэ. Транзистор Т2 при этом запирается, так как потенциал его эмиттера (—«со) оказывается значительно ниже потенциала базы (—Ев). После запирания транзистора Т2 конден­ сатор С разряжается по линейному закону через обычный стаби­ лизатор тока СТ.

После достижения в момент t2 напряжением «с уровня —Еэ потенциалы базы и эмиттера транзистора Т2 оказываются равными и Т2 отпирается. При этом вновь вступает в действие положитель­ ная обратная связь, и в результате второго скачка транзистор Т\ запирается, а Т2 насыщается.

В процессе восстановления исходного состояния после вто­ рого скачка конденсатор С заряжается через насыщенный тран­ зистор Т2 и параллельно включенные сопротивления ^ Кі и Ria.

399