Файл: Кузьмич, В. И. Основы импульсной техники учебник.pdf

Глава 5

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ РЕГЕНЕРАТИВНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ УСТРОЙСТВ

§ 5.1. ВВЕДЕНИЕ

ассмотренные в первом разделе нерегенеративные им­ Рпульсные устройства обладают только устойчивыми со­ стояниями равновесия. Отличительной особенностью ре­ генеративных схем является то, что кроме устойчивых они име­ ют и неустойчивые состояния равновесия. Устройство не мо­

чивого равновесия. Как правило, в начальной стадии процесс перехода развивается с нарастающей скоростью, лавинообраз­ но. Этот лавинообразный процесс называется регенеративным, откуда и происходит название рассматриваемого в этом разде­ ле класса устройств.

Основное применение регенеративных устройств — генера­ ция прямоугольных импульсов с крутыми фронтами (фронты импульсов формируются во время скачков) и формирование перепадов напряжений (токов). Для получения неустойчивого равновесия применяют двухполюсники и четырехполюсники, характеристика которых имеет падающий участок. В качестве двухполюсников с падающим участком вольт-амперной харак­ теристики (рис. 5.1) обычно применяют туннельные диоды, динисторы, газоразрядные приборы (неоновые лампы, тиратро­ ны и т. д.), электронные лампы, работающие в динатронном или транзитронном режиме. В качестве четырехполюсников с падающим участком выходной характеристики (рис. 5.2) обыч­ но применяют усилители с положительной обратной связью (ПОС) и тиристоры *.

Наибольшее распространение в импульсной технике в на­ стоящее время получили регенеративные устройства с ПОС на

1Усилители с положительной обратной связью и тиристоры иногда при­ меняются и для получения двухполюсников с падающим участком вольтамперной характеристики.

20 1

усилительных приборах. Достоинствами этих устройств явля­ ются достаточно большая стабильность, возможность получе­ ния весьма коротких фронтов и импульсов, относительная

простота регулировок и согласования с нагрузкой, хорошие возможности микроминиатюризации. В этой главе будет рас­ смотрена общая теория регенеративных устройств на примере устройств с усилителями, охваченными положительной обрат­ ной связью.

Принцип работы регенеративных импульсных схем на двух­ полюсниках с падающим участком характеристики подробно рассматривается в гл. 9.

§5.2. ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЯ

СПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Обобщенная схема регенеративного устройства на усилите­ ле с ПОС изображена на рис. 5.3.. Для получения ПОС напря­ жение на выходе усилителя п„,,1х должно быть в фазе с напря­

2 0 2 ,

жением на входе мвх. Так как напряжение на выходе уси­ лителя У1 находится в противофазе с напряжением на входе, то в цепь ПОС включается фазоинверсное устройство У2, напря­ жение на выходе которого иаых находится в противофазе с на­ пряжением мвых1 и, следовательно, в фазе с напряжением ит. Таким образом, усилитель в регенеративном устройстве состо­

ит из собственного усилителя и фазоин­ версного устройства. В качестве фазоин­ версного устройства может применяться второй усилитель или импульсный транс­ форматор, у которо­ го выходные обмотки включены встречно со входными. В пер­ вом случае мы полу­ чаем двухкаскадные регенеративные уст­

ройства (триггеры, мультивибраторы), во втором —- однокас­ кадные (блокинг-генераторы).

Характеристика усилителя с положительной обратной связью обычно строится с использованием характеристики уси­ лителя с разомкнутой цепыо обратной связи ивнх = / (ивх). В качестве примера построим характеристику изображенного на рис. 5.4 двухкаскадного лампового усилителя без обратной связи (контакт К разомкнут). При построении характеристик (рис. 5.5) необходимо учитывать известные зависимости меж­ ду токами и напряжениями в ламповом усилителе. Напряже­ ние анод-катод лампы определяется выражением

ших (по абсолютной величине) напряжения запирания лам­ пы лампа заперта, анодный ток — 0 и

Uak макс - в.

При положительных напряжениях на входе происходит сеточ­ ное ограничение и напряжение на аноде ограничивается на уровне

^” AjORa *

где /ии — анодный ток усилителя при itgk — 0.

203

л

Рис. 5.5

2 0 4

Полагая, что входы усилителей не шунтируют выходы пре­

выражения для максимальных и минимальных выходных на­ пряжений:

эта характеристика имеет два горизонтальных участка, кото­ рые получаются вследствие ограничения, и наклонный участок AB, на котором оба каскада находятся в усилительном режи­ ме. Наклон характеристик определяется коэффициентом уси­ ления усилителя

Это свидетельствует о том, что при замыкании входа и выхода усилителя образуется положительная обратная связь. В цепь положительной обратной связи в схеме, изображенной на рис. 5.4, включен источник напряжения е. Поэтому связь меж­

Этому уравнению обратной связи в осях ивых — ивх соответ­ ствует прямая, проведенная под углом 45° к оси абсцисс, от-

205

секающая на этой оси отрезок е и называемая прямой обрат­ ной связи.

Для построения зависимости п,ых = ? (е) необходимо ре­ шить совместно уравнения = / (ивх) и (5.1) при задан­ ном е. Это решение производится графически. Решением явля­ ются точки пересечения прямых обратной связи и характерис­ тики усилителя мвых -= / (изх), которые определяют состояние равновесия устройства. Задаваясь различными значениями е, можно построить искомую зависимость иВЬІХ= ©(е) (рис. 5.6). Как видно из построения, в случае К> 1 при некоторых значе­

ниях с получаются три решения (три точки), и характеристи­ ка усилителя с положительной обратной связью имеет падаю­ щий участок (рис. 5.6,а). При /С<1 (угол наклона кривой «вых — f (м-вх) меньше 45°) падающего участка в характерис­ тике «вых = ©(<?) не образуется (рис. 5.6,6).

Таким образом, регенеративное устройство может быть по­ лучено путем замыкания в цепь положительной обратной свя­ зи усилителя с коэффициентом усиления /С>1.

2 0 6

В заключение отметим, что принципиальным является на­ личие падающего участка. Положение относительно осей коор­ динат функций н„ых = /( н вх) и иСЬ|Х= z(e) несущественно и зависит от параметров усилителей и величин питающих напря­ жений.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Как изменяются характеристики усилителя (рис. 5.5):

а) при увеличении сопротивления анодных резисторов

обратной связью при К<1 и К= 1.

§ 5.3. УСТОЙЧИВОЕ И НЕУСТОЙЧИВОЕ СОСТОЯНИЯ РАВНОВЕСИЯ

Точки пересечения прямой обратной связи и характеристи­ ки усилителя являются точками равновесия устройства. Одна­ ко ввиду постоянно существующих в реальном устройстве флюктуаций токи и напряжения не могут быть строго постоян­ ными во времени и всегда несколько отключаются от значений, соответствующих положению равновесия. В связи с этим воз­ никает важный вопрос — является ли состояние равновесия устойчивым или неустойчивым. В случае устойчивого равно­ весия устройство стремится возвратиться к состоянию равно­ весия. В случае неустойчивого равновесия небольшие отклоне­ ния напряжений или токов от равновесных нарастают и уст­ ройство уходит от состояния неустойчивого равновесия.

Таким образом, в состоянии устойчивого равновесия уст­ ройство может находиться неограниченно долго, а в состоянии неустойчивого равновесия устройство сколь-нибудь долго на­ ходиться не может.

Для анализа вопроса об устойчивости равновесного состоя­ ния необходимо исследовать вопрос о поведении устройства вблизи состояния равновесия. При этом должны быть учтены инерционные параметры устройства (паразитные емкости и индуктивности, инерционность приборов). Учет инерционнос­ ти произведем включением в схему усилителя с ПОС выходно­ го сопротивления усилителя R и входной емкости С (рис. 5.7).

207

Флюктуациоиный толчок в этой схеме вызовет появление емкостного тока

где z = RC.

Проанализируем устойчивость равновесных состояний устройства, используя формулу (5.3) и характеристики усилителя (рис. 5.8). В точках /, //, ПІ /{ и вх)—ивх — С и, в со­

точки изображают равновесные состояния устройства. Пусть

ивх будет нарастать, и следовательно, после такой флюктуа­ ции изображающая точка будет смещаться вправо, к состоя-

2 0 8