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

иию равновесия I. Если флюктуация сместит изображающую точку вправо, то

/ (и„) < ивх - е и < U

и после окончания флюктуационного выброса напряжение иях будет уменьшаться и устройство возвратится в состояние /. Таким образом, состояние I является состоянием устойчиво­ го равновесия устройства.

Аналогично можно показать, что состояние III также явля­ ется состоянием устойчивого равновесия.

Рассмотрим теперь состояние равновесия, которое изобра­ жается точкой II. Пусть флюктуационный выброс сместил изо­

Следовательно, напряжение ивх в этой области нарастает и изображающая точка продолжает смещаться вправо, удаля­ ясь от состояния равновесия II. Смещение это будет происхо­

дит дить до тех пор, пока не станет равна нулю производная — >

и с

т. е. до точки III, в которой

Диалогичным образом можно показать, что при смещении изображающей точки влево от состояния II начнется процесс уменьшения напряжения «вх и изображающая точка перейдет в состояние устойчивого равновесия I. Таким образом, состоя­ ние II является неустойчивым равновесием, так как под влия­ нием флюктуаций, которые всегда существуют в реальной си­ стеме, устройство перейдет из этого состояния в состояние ус­ тойчивого равновесия I или III. Этот процесс совершается бы­ стро, скачком и называется регенеративным процессом.

Переход регенеративного устройства из одного устойчиво­ го состояния в другое, называемый опрокидыванием, может происходить под влиянием внешнего сигнала или процессов внутри устройства.

Регенеративные устройства подразделяются на два боль­ ших класса: устройства, в которых опрокидывания происходят только иод влиянием внешнего сигнала (триггеры) и устрой­ ства, в которых по крайней мере одно опрокидывание происхо­ дит без воздействия внешнего сигнала под влиянием внутрен­ них процессов в устройстве (релаксационные генераторы). В

настоящей главе будут рассмотрены общая теория триггеров и релаксационных генераторов. Практические схемы триггеров и релаксационных генераторов рассматриваются в главах

6—9.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Покажите, что состояние III (рис. 5.8) является состоя­ нием устойчивого равновесия.

2.Покажите, что если состояние равновесия определяется точкой II, то смещение точки влево вызывает регенеративный процесс.

§5.4. УСТОЙЧИВЫЕ СОСТОЯНИЯ РАВНОВЕСИЯ

ИРЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПРОЦЕСС В ТРИГГЕРЕ

Вкачестве триггера обычно применяется двухкаскадный усилитель на транзисторах или лампах с резисторными связя­ ми между каскадами. Вход и выход усилителя замыкается

цепью положительной обратной связи. Воздействие на триггер внешнего сигнала может быть учтено введением в цепь ПОС источника е, инерционность триггера — введением в схему цепи R, С. Обобщенная схема триггера изображена на рис. 5.7.

Рассмотрим процесс опрокидывания триггера. Пусть до по­ дачи управляющего сигнала напряжение источника е = 0. В этом случае возможны два устойчивых состояния равновесия триггера — А и В (рис. 5.9). В общем случае оба состояния равновероятны.

Предположим, что в триггере установилось состояние рав­ новесия А. При увеличении напряжения е от нуля до в\ пря­ мая обратной связи wnbIX= нвх— е сдвигается вправо. Если из­ менение напряжения е производится относительно медленно (так, чтобы инерционностью усилителя можно было прене­ бречь), то каждому значению величины е соответствует со­ стояние равновесия, которое определяется пересечением пря­ мой обратной связи с характеристикой усилителя на участке AN. Когда напряжение внешнего сигнала станет равно щ, со­

стояние равновесия будет определяться касательной к харак­ теристике усилителя в точке N. Теперь достаточно незначитель­ ного увеличения входного сигнала, чтобы выполнилось условие

f( u BX)> u BX—e и, в соответствии с формулой (5.3), —у“х > 0.

Следовательно, напряжение мвх будет нарастать и изображаю­ щая точка перейдет в положение М (предполагается, что за

210

время этого процесса входной сигнал практически не изме­ няется).

После окончания входного воздействия е = 0 и изображаю­ щая точка перейдет в положение В. Таким образом, в резуль­ тате подачи входного сигнала произошло опрокидывание — триггер из одного устойчивого состояния равновесия перешел в другое.

Для обратного опрокидывания необходимо подать отри­ цательный входной сигнал. Когда сигнал достигнет вели­ чины в2, изображающая точка скачком перейдет в положе­ ние F, а после окончания входного сигнала — в исходное по­ ложение А.

Таким образом, опрокидывание триггера происходит при различных пороговых напряжениях е\ и в2. Значения порого­ вых напряжений легко определить по характеристике триггера мвы>=f(e) (рис. 5.10). Различные уровни срабатывания при­ водят к тому, что характеристика триггера имеет гистерезис-. ный характер. Область в\—в2 называется областью гистерези­ са. Наличие области гистерезиса является существенной осо­ бенностью регенеративных устройств,

Чем больше коэффициент усиления усилителя, тем шире область гистерезиса. При К -4 1 область гистерезиса отсутству­ ет и регенеративный процесс в устройстве не возникает.

Рассмотрим вопрос о скорости процесса опрокидывания. Из формулы (5.3) следует, что скорость процесса опрокидывания зависит от постоянной времени т и разности f(uBX) —(ивх—е). Чем меньше і (т. е. чем меньше инерционность устройства), тем быстрее совершается опрокидывание. Инерционность им­ пульсных устройств мала и поэтому опрокидывание происхо­ дит быстро, скачком. Разность /(w BX) — (ивх—е), как видно из характеристики рис. 5.9, на участке ND растет (напряжение е во время опрокиды­ вания обычно остает­ ся практически по­ стоянным). Это свя­ зано с тем, что на указанном участке Я >1. Процесс опро­ кидывания на этом участке идет с воз­ растающей скоро­ стью и называется регенеративным про­ цессом (участок ірі.г

на рис. 5.11).

Па участке DM разность / (нвх) — (мвх—<?) уменьшается, так как на этом участке /С<1, Процесс опрокидывания на этом

212

участке идет с замедляющейся скоростью и называется процес­ сом установления (промежуток густ на рис. 5.11).

Таким образом, опрокидывание триггера (это относится ко всем регенеративным устройствам) состоит из двух процес­ сов — регенеративного и установления. Чем больше коэффи­ циент усиления и меньше инерционность устройства, тем бы­ стрее протекает процесс опрокидывания.

Из проведенного выше анализа следует, что регенеративный процесс возможен только при условии К> 1. Это условие обыч­ но называют условием самовозбуждения регенеративного уст­ ройства.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Рассмотрите процесс опрокидывания триггера из состоя­ ния равновесия В в состояние равновесия А.

2.Покажите на временной диаграмме ггвых=/(гЭ (рнс. 5.11), как изменяется переходный процесс опрокидывания при уменьшении постоянной времени т.

§ 5.5. РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ И РЕЛАКСАЦИОННЫЙ ПРОЦЕССЫ В РЕЛАКСАЦИОННЫХ ГЕНЕРАТОРАХ

Релаксационными генераторами (или релаксаторами) на­ зываются регенеративные устройства, в которых хотя бы одно опрокидывание совершается не ір под действием внешнего сигна­ ла, а в результате внутренних процессов в самом устройстве.

Обычно эти процессы заключа­ ются в заряде или разряде кон­ денсаторов, которые включают­ ся в цепь обратной связи. (Ре­ же для этой цели используют­ ся процессы в цепях с индук­ тивностями.)

В качестве примера рассмот­ рим работу релаксационного генератора, который получает­ ся при включении конденсато­

ра С в цепь обратной связи усилителя с положительной об­ ратной связью (рис. 5.12).

Сопротивление R является входным сопротивлением усили­ теля. В исходном режиме, е = 0, конденсатор С заряжен до на­ пряжения U со, изображающая точка находится в положении

А (рис. 5.13).

213

При подаче положительного входного сигнала е— \UCo | + £о происходит опрокидывание усилителя в положение М. Если входной сигнал кратковременный, то за время сигнала напря­ жение на конденсаторе С практически не изменяется и после окончания сигнала изображающая точка смещается в положе­ ние В. Однако, так как в точке В напряжение «вых значитель­

но больше, чем в исходной точке А, то конденсатор С начнет относительно медленно заряжаться через входное сопротивле­ ние R (рис. 5.12). По мере заряда напряжение на конденсато­ ре нарастает и линия обратной связи смещается влево. Когда линия обратной связи сместится так, что изображающая точка достигнет положения неустойчивого равновесия D, произойдет обратное опрокидывание в точку F, напряжение на выходе ивых резко упадет и конденсатор С начнет разряжаться. По мере разряда изображающая точка перейдет в положение А, кото­ рое является точкой равновесного состояния устройства.

Таким образом, обратное опрокидывание устройства проис­ ходит в результате заряда конденсатора, без внешнего воздей­ ствия, что характерно для релаксационных генераторов. При работе релаксационного генератора процессы опрокидывания происходят быстро, скачкообразно, а процессы перехода в со­ стояние неустойчивого равновесия — медленно. Эти медлен­ ные процессы называются релаксационными'. Во время ре-

1 Релаксация — уменьшение, ослабление.

2 1 4