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

i-іыміі вещественными частями), т. е. необходимо, чтобы:

условие (9.5) является условием отсутствия самовозбуждения. Ре­

схеме возникают автоколебания. При Д^?>^|/?_|Сд они носят ре­ лаксационный характер; именно такие условия реализуются и схемах автоколебательных мультивибраторов. При достаточно

больших значениях R, когда R > |/? _ |, в схеме возможны три со­ стояния равновесия, соответствующие точкам А, В, С (рис. 9.3) > причем точки А и В определяют устойчивые состояния равновесия, точка С — неустойчивое состояние; такой режим используется в триггерах.

Таким образом, на основе схемы рис. 9.3а при соответствующем: выборе параметров можно реализовать основные импульсные уст­ ройства. Для их построения используются также рассматриваемые

Вернемся к схеме рис. 9.3а и предположим, что она обладает дву­ мя устойчивыми состояниями, соответствующими рабочим точкам А и В (рис. 9.4). Пусть в исходном состоянии рабочей точкой является А, и ток через диод равен і а , и пусть введен тем или иным путем запускающий перепад напряжения АЕ. Будем пола­ гать L = 0. С вводом запускающего напряжения АЕ нагрузочнад

422

.линия займет положение 2 , что соответствует возрастанию тока і.

Так как напряжение на емкости Сд измениться скачком не мо­ жет, то в момент запуска на диоде сохранится напряжение иА и, •следовательно, через емкость Сд потечет ток іс = ісп, определяе­ мый как разность между токами і и ід. Ток іс вызывает заряд ем­ кости со скоростью t'c/Сд. По мере заряда емкости Сд растет на­ пряжение на диоде ид и в соответствии с вольтамперной характе­ ристикой меняется ток ід. Одновременно меняется ток іс, причем при значениях напряжения ид, меньших Uі, ток іс уменьшается, что, в свою очередь, вызывает уменьшение скорости заряда ем­ кости и замедление переходного процесса.

При недостаточной амплитуде запускающего сигнала, когда

туннельную ветвь характеристики. Поэтому по мере заряда шун­ тирующей емкости напряжение на диоде в какой-то момент дости­ гает значения Uit что соответствует окончанию интервала подго­ товки. При дальнейшем росте напряжения на диоде ток ід падает, следовательно, возрастает ток через емкость и увеличивается ско­ рость изменения напряжения «д, что, в свою очередь, приводит к дополнительному росту тока. Поэтому на стадии регенерации переходный процесс протекает лавинообразно (на рис. 9.46 штри­

диффузионой ветви, а после окончания запускающего импульса — положение В. При подаче запускающего импульса (перепада) от­ рицательной полярности возникает аналогичный процесс перехода рабочей точки из положения В в положение А.

Очевидно, что для увеличения скорости переключения ТД не­ обходимо увеличить ток іс через емкость Сд. Это может быть до­ стигнуто включен-ием последовательно с R индуктивности L; дей­ ствительно, если предположить, что в интервале регенераций ток і в индуктивности остается постоянным или изменяется, незначи­

L, вне зависимости от параметров Е, R, переключение ТД завер­ шается на диффузионной ветви в точке с напряжением, практи­ чески равным 0 з, и тем самым стабилизируется уровень выход­ ного перепада напряжения.

Оценим длительность t0 переключения ТД. Так как напряжение «д на ТД есть напряжение на емкости Сд, то длительность измене­

423

ния Ыд в некоторых пределах от и' до и*'

И"

(9.6)

В частном случае, когда переключение осуществляется от гене­ ратора постоянного тока /г,

Интеграл (9.6) можно вычислить графо-аналитически или ана­ литически, если предварительно аппроксимировать характеристики /д = Днд). Для грубой оценки t0 можно предположить, что емко­ стный ток іс растет и убывает во времени по линейному закону. Полагая к тому лее u' = Ui и и" = U3, получим

Более точные результаты для значения t0 получаются, если бо­ ле точно аппроксимировать статическую характеристику туннель­ ного диода и учесть, что практически переключение ТД осущест­ вляется током /п, превышающим Л.

92.2. ТРИГГЕРЫ И МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

Рассмотрим схему триггера на одном ТД (рис. 9.5) При по­ даче на его вход полол<ительного импульса, вызывающего увели­ чение тока ТД от Іа до Д, рабочая точка переходит из пололсения А в полол^ение В. Такое переключение называется прямым-, отрицательный импульс, вызывающий уменьшение тока ТД от ів до /2, приводит к обратному переключению. Последовательно с R иногда включается индуктивность, что позволяет, как уже отмеча­ лось, уменьшить длительность фронта и стабилизировать ампли­ туду. Схема рис. 9.5 управляется импульсами чередующейся по­ лярности.

На основе указанной схемы может быть построен триггер, имеющий два входа и запускаемый по каждому из них импульсами

424

одной полярности (рис. 9.6а), т. е. триггер с раздельным за­ пуском, а также триггер с общим (счетным) запуском (рис. 9.66); в последней схеме предполагается, что сопротивление RÄOa много больше прямого сопротивления диода Д.

На практике применяются и более сложные схемы триггеров (например, триггеры на двух ТД) с раздельными и счетными вхо­

ной проводимости ТД, то его переключение может наступить только при подаче внешнего запускающего сигнала; следователь­ но, в этом случае может быть построен только ждущий мультиви­ братор. Если такое пересечение имеет место на .участке отрица­ тельной проводимости, то при невыполнении условия (9.5) в схе­ ме возникнут релаксационные колебания, в процессе которых

425

туннельный диод будет поочередно переключаться то на тун­ нельную, то на диффузионную 'ветвь характеристики. Этот случаи соответствует режиму автоколебательного мультивибратора.

На рис. 9.7 приведены типовая схема ждущего мультивибра­ тора и иллюстрирующие ее работу диаграммы. В исходном состоя­ нии рабочей точкой является точка Д на туннельной ветви харак­ теристики (рис. 9.76). В результате запуска (моменты ti, h) ПО' истечении некоторого интервала подготовки ta, необходимого для перевода рабочей точки в точку А, возникает регенеративный про­ цесс переключения ТД, т. е. переход рабочей точки на диффузион­ ную ветвь (по траектории АБ). Далее наступает режим квазиравно­ весия, в котором рабочая точка перемещается по диффузионной ветви (по траектории БВ); при этом уменьшаются напряжение ия

Рис. 9.7

и ток ід ТД. В момент, когда рабочая точка достигает точки В («впадины» характеристики), вновь развивается регенеративный

Найдем длительность импульса tu (БВ) и длительность вос­ становления ^вос (ГД). Процессы формирования вершины импульса и восстановления протекают относительно медленно и практически

. полностью определяются инерционностью внешней (по отношению к ТД) цепи. Длительности t„ и tuос определяются теми интерва­ лами времени, в течение которых ток ід ТД и равный ему ток і в индуктивности изменяются в соответствующих, указанных ниже, пределах.

Ток і изменяется от некоторого значения Г до некоторого зна- -чения I" за время

di

(9.10)

426

UL — напряжение на индуктивности. • Согласно рис. 9.7а uL = Е —

— Нд — iR, причем і = ід. Следовательно, полагая Г = / ь I" = /2, по­

Для вычисления (9.11) и (9.12) следует принять подходящую аппроксимацию участков БВ и ГЦ характеристики ТД. Для про­ стоты примем линейную аппроксимацию участка положительной проводимости:

Заметим, что ф-лы (9.16) и (9.17) можно получить непосред­ ственно из (1.7), если учесть средние значения сопротивления ТД на участках БВ и ГА.

В рассмотренной схеме рабочая точка в исходном состоянии находится на туннельной ветви; именно такой вариант схемы обычно применяется на практике, так как за счет высокой ста­ бильности пикового тока оказывается стабилизированным порог срабатывания мультивибратора. Однако в некоторых случаях встречаются схемы ждущих мультивибраторов, рабочая точка ко­ торых в исходном состоянии находится на диффузионной ветви.

Типовая схема автоколебательного мультивибратора ничем не отличается от схемы рис. 9.7а. Напомним только, что параметры Е, R, L выбираются так, что в схеме нет устойчивого состояния равновесия. Длительность импульса t „ определяется и здесь из ф-лы (9.16), а длительность t u паузы — из (9.12), если только в

427