книги / Справочник по микроэлектронной импульсной технике

Возможность построения автоколебательного блокинг-генератора обусловлена

tf! к о л л е к т о р н о - б а з о в о й т р а н с ф о р м а т о р н о й о б р а т н о й с в я ­

ваться. Это вызывает уменьшение напряжения на коллекторе и увеличение напряжения на базе, обусловленное соответствующим включением базовой обмотки по отношению

Рис. 4.8

к коллекторной. Увеличение базового напряжения приводит к еще большему увеличению коллекторного тока и т. д. Этот процесс будет лавинообразным, если приращение базового тока А/'б вызовет приращение коллекторного тока Д/к = рА/б, которое, будучи пересчи­ танным к базовой обмотке, дает приращение AiKwK/wQ > Aig, где и — число витков коллекторной и базовой обмоток соответственно. Таким образом, условие возникнове­ ния лавинообразного процесса имеет вид

При увеличении базового тока, переводящего транзистор VT3 в режим насыщения, при котором Р = 0 , лавинообразный процесс заканчивается. Во время лавинообразного про­ цесса токи коллектора и базы и напряжение на базе скачкообразно возрастают, а напря­ жение на коллекторе уменьшается (рис. 4.7, в). Напряжение на конденсаторе при этом ос­ тается неизменным. Транзистор VTJ в это время закрыт.

После перехода транзистора VT3 в режим насыщения начинается сравнительно мед­ ленный процесс заряда конденсатора базовым током через базовую обмотку трансформато­ ра, резистор R$ и участок база — эмиттер транзистора VT3> Влиянием резистора R на про­ цесс заряда конденсатора можно пренебречь, поскольку сопротивление R много больше входного сопротивления транзистора. Напряжение на конденсаторе при этом увеличивает­

ся, а ток заряда (базы) уменьшается.

Резистор R$ со сравнительно малым сопротивлением (до 100...200 Ом) необходим для стабилизации длительности импульса. Это сопротивление включает в себя сопротивление дополнительно включенного резистора, базовой обмотки трансформатора, а также участка

база — эмиттер насыщенного транзистора.

Для определения закона изменения тока коллектора необходимо воспользоваться экви­ валентной схемой блокинг-генератора при насыщенном транзисторе VT3 (рис. 4.8, а), когда его можно считать эквипотенциальной точкой. После пересчета элементов нагрузоч­ ной и базовой обмоток трансформатора к коллекторной обмотке получается упрощенная эквивалентная схема, изображенная на рис. 4.8, б. На этой схеме приняты следующие

91

обозначения:

R„ = Rtt (wJwH)*] R'6 = R6 (шк/ш6)2;

С = C (шб/шк)а;

LK— индуктивность коллекторной обмотки. Согласно этой схеме

i'c = U ^ i,CR6IR6,

если учесть, что напряжение на конденсаторе С в начале процесса заряда почти равно нулю.

Ток коллектора во время заряда конденсатора изменяется в соответствии с системой уравнений (4.17) по закону

Процесс заряда конденсатора, при котором формируется импульс на коллекторе, длится до тех пор, пока при уменьшении зарядного (базового) тока транзистор находится в режиме насыщения. Когда транзистор начнет выходить из режима насыщения, базовый ток начнет уменьшаться, вызывая уменьшение коллекторного тока, в результате чего раз­ вивается лавинообразный процесс запирания транзистора и заканчивается стадия форми­ рования импульса с длительностью /и. Токи *к и /<j, напряжения ик , иб при этом скачко­ образно уменьшаются, а напряжение ык увеличивается. В момент окончания импульса в со­ ответствии с выражениями (4.18) и (4.19)

откуда с учетом неравенства Р > 1

При расчете блокинг-генератора сначала выбирают трансформатор (его параметры LK, wK, Шб), сопротивление R6 (100...200 Ом), а затем по заданной длительности импульса рассчитывают потребную емкость конденсатора

WKR6(1/RU+ U L K}

Напряжение UKна коллекторе транзистора VT1, к которому подключается один конец коллекторной обмотки, можно определить по формуле

Ук. — — R J к0 »

tи

где / к0= (1/Г) j lK(t) dt — постоянная составляющая тока коллектора.

Приближенно можно считать, что ток коллектора во время формирования импульса

92

ский характер этого переходного процесса.

Разряд конденсатора происходит через резистор R и источник питания £ к. При разря­ де конденсатор стремится перезарядиться до напряжения — £ к. Однако в момент, когда

й описанные выше процессы снова повторяются. Время разряда определяется из выражения

ис (0 = [«С (°) — ис (°°)1 e~l/iRC) + ис (со),

где и0 (со) = —£ к; ис (*р) = ис (0 ) — начальное для процесса разряда напряжение. Его можно определить по формуле

поскольку скважность генерируемых блокинг-генератором импульсов обычно составляет десятки и сотни.

Функциональная схема автоколебательного блокинг-генератора с базовой времяэа* дающей цепью на микросхеме 119ГФ1 изображена на рис. 4.8, в.

Лучшими показателями по стабильности временных параметров импульсов отличает­ ся б л о к и н г - г е н е р а т о р с э м и т т е р н о й в р е м я з а д а ю щ е й ц е п ь ю [59]. Рассмотрим автогенератор с коллекторно-эмиттерной обратной связью, в котором транзистор VT2 закрыт (его база соединена с эмиттером (рис. 4.7, а)), а вывод 5 для созда­ ния режима автоколебаний соединен с источником — ЕЭ1 времязадающая цепь RC подклю­ чена к эмиттеру (рис. 4.9, а). Особенность работы этого блокинг-генератора заключается

93

в том, что времязадающий конденсатор С здесь заряжается' эмиттерным, а не базовым, как в ранее рассмотренном блокинг-генераторе, током. Поэтому при одинаковых емкостях конденсаторов длительность импульса блокинг-генератора с эмиттерным конденсатором будет меньше, чем у блокинг-генератора с базовым конденсатором. Кроме того, в блокинггенераторе с эмиттерной времязадающей цепью влияние эмиттерного тока закрытого тран­ зистора на время разряда конденсатора меньше, чем влияние базового тока закрытого транзистора блокинг-генератора с базовым конденсатором.

Условие возникновения лавинообразных процессов в этом варианте блокинг-генера­

где а — коэффициент усиления тока эмиттера.

Ввиду того что а < 1 , блокинг-генератор с коллекторно-эмиттерной обратной связью возбуждается только при использовании повышающего трансформатора (доэ < аи>к). Процессы в блокинг-генераторе с эмиттерной времязадающей цепью аналогичны процес­ сам в блокинг-генераторе с базовой времязадающей цепью.

Для определения длительности импульса необходима эквивалентная схема блокинггенератора при насыщенном транзисторе VT3 (рис. 4.9, б). На этой схеме приняты следу­

ющие обозначения: Ra = Ra (wK/wa)2\ R3 = R3 (wK/w3)2; С я* С (o>9/wK)2.

Сопротивление R9 включает в себя сопротивления эмиттерной обмотки трансформатора участка база — эмиттер, а также дополнительного резистора, который включают для стаби­ лизации длительности импульса. Обычно R9 = (20...50) Ом. Согласно этой схеме

нии тока эмиттера, заряжающего конденсатор, транзистор начнет выходить из режима насыщения. Этот момент наступит при

*к (^и) — °Иэ (^и)г

94

Напряжение UKt как и для блокинг-генератора с базовой хронирующей цепью, опрееляется по формуле

:инг-генератором импульсов составляет сотни и более.

„ Функциональная схема блокинг-генератора с коллекторно-эмиттерной обратной свяью и эмиттерной времязадающей цепью на микросхеме 119ГФ1 изображена на рис. 4,9, в. Сравнивая схемы, изображенные на рис. 4.7, а и 4.9, а и рис. 4.9, в, можно сделать вывод! 1ТО сопротивление R в схеме на рис. 4.9, а определяется по формуле

R = R' + Rb (R4 + R0 + R2 || R3)/(R4 + R6 + Re + R2 II R3).

5. ЗАТОРМ ОЖЕННЫ Е БАОКИНГ-ГЕНЕРАТОРЫ

Схема заторможенного блокинг-генератора с коллекторно-базовой обратной связью и сбазовойвремязадающей цепью, выполненного на элементе блокинг-генератора (рис. 4.7, а), изображена на рис. 4.10, а. В исходном состоянии транзистор VT2 закрыт напряжением положительного смещения на его эмиттере, создаваемом делителем R3R4. Конденсатор С разрядился через резистор R и на базе транзистора VT3 почти нулевое напряжение, по­ этому он закрыт. При подаче на вход импульса запуска положительной полярности транзи­ стор VT2 открывается и на коллектрорной и, следовательно, на базовой обмотке трансфор­ матора образуется ЭДС. Базовая обмотка включена так, что при уменьшении потенциала коллектора увеличивается потенциал базы. Таким образом, под действием импульса

91

запуска начинает открываться транзистор VT3> происходит лавинообразный процесс его пе­ рехода в состояние насыщения. Конденсатор С начинает заряжаться через резистор R$, базовую обмотку и участок база—эмиттер транзистора VT3. По мере заряда конденсатора зарядный ток, почти равный базовому току, уменьшается. Когда он уменьшится настоль­ ко, что транзистор начнет выходить из режима насыщения, формирование импульса за­ кончится. Произойдет лавинный процесс запирания транзистора. Блокинг-генератор пе­

где Т — период следования запускающих импульсов.

Функциональная схема заторможенного блокинг-генератора с базовым времязадающим конденсатором на микросхеме 119ГФ1 изображена на рис. 4.10, б. Кроме расчетных

времязадающей цепью (рис. 4,10, в) работает следующим образом. В исходном состоянии транзистор VT2 закрыт напряжением, снимаемым с резистора R3 делителя R3R4. Тран­ зистор VT3 при этом также закрыт, поскольку после разряда конденсатора С через резистор R6 на его эмиттере действует небольшое положительное напряжение, снимаемое с рези­ стора R6 делителя R5R6.

Под действием импульса запуска транзистор VT2 открывается и на коллекторной

иэмиттерной обмотке трансформатора образуется ЭДС. При этом потенциал эмиттера, как

ипотенциал коллектора транзистора VT3, уменьшается, вызывая отпирание транзистора VT3. Происходит лавинообразный процесс его перехода в состояние насыщения. В этот

момент начинается стадия формирования импульса. Конденсатор С заряжается эмиттерным током через эмиттерную обмотку и участок база — эмиттер транзистора VT3. Когда ток заряда, уменьшаясь, достигнет значения, при котором транзистор начнет выходить из ре­ жима насыщения, начнется лавинообразный процесс запирания транзистора VT3. Форми­ рование импульса закончится. После запирания транзистора VT3 зарядившийся конден­ сатор разрядится через эмиттерную обмотку и резистор R6.

Длительность импульса, как и в режиме автоколебаний этого варианта блокинггенератора, определяется по формуле (4.30). Период следования запускающих импульсов должен быть больше времени, необходимого для разряда конденсатора С, с учетом длитель­ ности импульса:

очередного импульса запуска и длительность импульса будет зависеть от остаточного на­ пряжения на конденсаторе.

Функциональная схема заторможенного блокинг-генератора с эмиттерной времяза­ дающей цепью на микросхеме 119ГФ1 изображена на рис. 4.10, а.

6. ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ НА ИНТЕГРАЛЬНОМ ТАЙМЕРЕ

Основное назначение ИТ — формирование высокостабильных временных интервалов от долей микросекунд до одного часа [10, 58]. Функциональная схема одного из ИТ изобра­ жена на рис. 4.11, а. Таймер состоит из трех транзисторов, двух компараторов, триггера и делителя напряжения из резисторов RJ, R2 и R3. Транзистор VT1 выполняет роль клю­ ча, управляемого напряжением, снимаемым с выхода триггера. Транзисторы VT2 и VT3 представляют собой эмиттерный повторитель, обеспечивающий большую нагрузочную спо­ собность таймера. Компараторы предназначены для получения перепада напряжения в момент равенства его входных напряжений. Триггер служит для управления выходными и разрядным транзисторами. Его состояние определяется уровнями напряжения на выхо­ дах компараторов. Начальное его состояние устанавливается импульсом сброса, подавае­ мым на установочный вход 4 триггера (рис. 4.11, а). Вывод 1 таймера служит для со­ единения с корпусом, 2 — для подачи импульса пуска таймера, 3 — выходной, 5 — дли контроля уровня опорного напряжения на входе первого компаратора (КН1), 7 — для подключения элементов времязадающей (хронирующей) цепи.

96

Для построения заторможенного генератора (схемы временной задержки) на интег­ ральном таймере необходимо между выводами 7 *и 8 (рис. 4.11, а) включить времязадающнй резистор R, между зажимами У и 7 — времязадающнй конденсатор С.

Принцип работы заторможенного генератора заключается в том, что при подаче им­

пульса сброса на установочный вход 4 триггера на его инверсном выходе Q появляется вы­ сокий уровень напряжения, отпирающего транзисторы VTJ и VT3. В результате выходное напряжение таймера станет близким к нулю, а конденсатор С быстро разрядится через тран­ зистор VT1 почти до нулевого напряжения. Для уменьшения разрядного тока в цепь раз­ ряда включается резистор с небольшим сопротивлением. Поскольку напряжение на верх­ нем входе компаратора КН1, снимаемое с резисторов R2 и R3, больше напряжения на нижнем входе, выходное напряжение компаратора КН1 мало. Напряжение на нижнем входе компаратора КН2 выше напряжения, снимаемого с резистора R3.

При подаче пускового импульса отрицательной полярности на вход 2 (рис. 4.11, а) выходное напряжение компаратора КН2 скачкообразно повышается, вызывая опрокиды­ вание триггера, открывание транзистора VT2 и закрывание транзисторов VT1 и VT3.

ляемого напряжением, снимаемым с резисторов R2 и R3, компаратор КН1 срабатывает, на его выходе напряжение возрастает скачкообразно, триггер переходит в исходное состоя­ ние, транзисторы VT1 и VT3 открываются. Выходное напряжение падает почти до нуля, а конденсатор быстро разряжается через транзистор VT1 .

При определении длительности импульса воспользуемся значениями напряжения на

Для обеспечения высокой стабильности длительности в таймере рекомендуется использовать оптимальную для заданной длительности импульса постоянную времени т. Чтобы ее найти, необходимо воспользоваться законом изменения напряжения на заряжа­ ющемся конденсаторе

ис (0 = £к (I — e~i,x).

97

7.ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЕ МОДУЛЯТОРЫ НА ИТ

Для осуществления модуляции импульсов по длительности модулирующее напряже­ ние UMподается на вход 5 таймера (рис. 4.11, а). В этом случае конденсатор при заряде стремится зарядиться до напряжения ис (оо) = Ек и прекращает свой заряд при ис ( fj =

= UM. Если учесть, что начальное напряжение на конденсаторе ис (0) = 0, то длительность модулируемого импульса

Линейная зависимость между приращениями длительности импульса Д1Я и модули­ рующего напряжения ДUu наблюдается при сравнительно небольших приращениях этих величин. Для определения допустимых пределов изменения модулирующего напряжения выражение (4.43) перепишем в следующем виде:

Для получения линейной зависимости Д/и (Дум) необходимо выполнить неравенство

Относительное приращение длительности

<447>

Нелинейность зависимости (4.47) определяется величиной, не большей второго члена разложения функции (4.45), и составляет

В качестве среднего значения модулирующего напряжения целесообразно принять Um = 0,66Ек. Тогда, задавшись допустимой нелинейностью Дб/И, из выражения (4.48)

Для осуществления частотной модуляции в автогенераторе (рис. 4.12, а) ко входу 5 таймера подключается источник модулирующего напряжения 1/м . В этом случае, соглас­

99

Если учесть, что £/м = Um ± At/M, т 0 согласно выражению (4.51)

1— 0,33

Т = Т0 ± АТ = С (R' + Я") In с т - ’п Vm; ^ ™ .

1 ~ (YMO ± ^YM)

Глава 5

ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА НА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

1.ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ НА ИДУ

СБАЗОВЫМ ВРЕМЯЗАДАЮЩИМ КОНДЕНСАТОРОМ

Одноконденсаторный автогенератор можно выполнить (рис. 5.1, а) на ИДУ, один из входов дифференциального каскада которого соединен с помощью времязадающего конден­ сатора с синфазным по отношению к данному входу выходом. Этим обеспечивается поло­ жительная обратная связь.

Принцип работы этого генератора в режиме автоколебаний сводится к следующему. Пусть в момент t= 0 (рис. 5.1, б) транзистор VT1 запирается, a VT2 отпирается. Тогда конденсатор С заряжается от источника питания Ef через резисторы R1 и R6 . Зарядный ток частично ответвляется в цепь базы открытого транзистора VT2 , напряжение и на кол­ лекторе которого в это время минимально. По мере заряда, напряжение иб2 на базе транзис­

тора VT2 уменьшается, стремясь к напряжению ыб2 (сю) = —Я0/<5, где / 5 — базовый

ток транзистора VT2 . Когда это напряжение достигнет порогового значения Un, начинает развиваться лавинообразный процесс. Ток эмиттера VT2 уменьшается, ток эмиттера VTI увеличивается, а потенциал коллектора VT1 уменьшается. Благодаря емкостной связи напряжение нб2 еи*е больше уменьшается. Таким образом, напряжение и скачкообразно

увеличивается, а потенциал коллектора VT1 — уменьшается. Зарядившийся конденсатор начнет разряжаться через резистор R6 и транзистор VT1 . По мере разряда отрицательное напряжение иб2 уменьшается, стремясь к нулю. Когда оно достигнет порогового значения

Uw ИДУ снова опрокинется и т. д. Таким образом, процессы будут периодически повто­ ряться.

Во время заряда конденсатора напряжение на базе VT2 изменяется по закону

100