книги / Справочник по микроэлектронной импульсной технике

Дифференциальное входное напряжение рассмотренного генератора во время генери­ рования импульса изменяется по закону

131

В исходном состоянии конденсатор С, зашунтнрованный диодом VD1, разряжен, напря­

жение и = —Е, и = уЕ (рис. 6.5, г). При подаче запускающего импульса положительной полярности ИОУ опрокидывается и его выходное напряжение становится равным + £ ,

t& = уЕу у = R2/(RJ + # 2)* Конденсатор С начинает заряжаться через резистор R, стре­ мясь зарядиться до напряжения Е:

дится до напряжения i& = уЕ и ИОУ возвратится в исходное состояние, при котором и = = —Е, tft — —уЕ. Конденсатор С начнет разряжаться, стремясь перезарядиться до на­

При необходимости генерирования импульсов отрицательной полярности в схеме гене­ ратора на рис. 6.5, в достаточно изменить полярность включения диода на обратную и за­ пускать генератор импульсами положительной полярности.

Дифференциальный и синфазный сигнал, как видно из рис. 6.5, г, равны и составляют величину нДф = иСф = уЕ. Чтобы исключить возможность выхода из строя ИОУ, необхо­ димо выполнить условия уЕ < £/дфМ; уЕ < Ucфм, откуда

V< ^дфм/^ или У < и сфм/Е-

Так, для ИОУ, у которого Цдфм = £/сфм = 10 В, £ = 15 В, удоп = а/3>а длительность импульса, согласно формуле (6 .2 0 ),

Крутизна ВЗН этого варианта генератора, как следует из закона изменения диффе­ ренциального напряжения

больше, чем у предыдущего генератора, крутизна ВЗН которого определяется выражени­ ем (6.16).

3. ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ НА ОДНОМ ИОУ

СПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ

ИПЕРЕЗАРЯЖАЮЩИМСЯ КОНДЕНСАТОРОМ

Наличие у некоторых типов ИОУ двух выходов, напряжения на которых изменяются в противоположных направлениях, обеспечивает создание генераторов с большим разма­ хом ВЗН, необходимым для повышения стабильности временных параметров импульсов. Некоторые ИОУ с одним выходом имеют два вспомогательных вывода, потенциалы кото­ рых изменяются в противофазе. Эти выводы также можно использовать в качестве выход­ ных для построения данного типа генератора.

Рассмотренные ранее генераторы имеют существенный недостаток — элементы их ВЗЦ находятся во входных цепях ИОУ, что не позволяет увеличить ВЗН из-за ограниченных значений допустимых синфазного Uc и дифференциального £/дфМ напряжений. На ИОУ

132

которого изображена на рис. 6 .6 , я. Принцип его работы сводится к следующему. Пусть в момент включения источников питания выходное напряжение и$ ИОУ начинает увеличи­ ваться. Тогда, вследствие положительной обратной связи, обеспечиваемой делителями

Щ

Е

. iu t■ * *и2 1

потенциал нижней обкладки достигнет величины +уЯ , диод VD3 начнет отпираться. Конденсатор, продолжая заряжаться с новой постоянной времени т' = С (R || /?3), будет обусловливать дальнейшее понижение иСн. Когда оно достигнет величины —у£, усили­

тель начнет изменять свое состояние на противоположное и т. д.

Резисторы R3 и R4 должны иметь сопротивления Я3, R4 > R2для того, чтобы после отпирания одного из диодов (VD2 или VD3) скорость изменения потенциала иСи или

не уменьшалась. В противном случае момент опрокидывания генератора будет нестабиль­ ным. Резисторы R2 должны иметь малое сопротивление, обеспечивающее малую величину V = RJiRi + # 2)* При этом интервал времени А/ (рис. 6 .6 , б) между моментами отпира­ ния диода VD2 или VD3 и опрокидывания генератора будет пренебрежимо малым.

Длительность первого импульса после включения источников питания определяется из выражения

133

Если учесть, что в указанном выше интервале At закон изменения напряжения (6.25) не изменится, то

Стабильность длительности импульса этого генератора выше, чем у рассмотренных, поскольку его ВЗН, определяемое выражением (6.26), имеет в несколько раз большую

диоды VD2, VD4 закрыты, и ^ = —у£, и “ = уЕ. При подаче запускающего импульса положительной полярности на «+» вход, генератор опрокинется. Теперь щ = £,

« 2 = —£, *Г“ = —уЕ, tfi = у£, диод VD4 откроется, а диоды VD1, VD2 будут закрытыми. Конденсатор С начнет разряжаться, а затем и перезаряжаться через диод VD4 и верхний резистор R, стремясь перезарядиться до напряжения ис (оо) = —2Е. Когда напряжение

иСв станет равным — уЕ (рис. 6 .6 , б), а конденсатор перезарядится до напряжения ис (*и) = —(1 + у) £, генератор опрокинется и формирование импульса закончится. После

этого конденсатор разрядится и перезарядится вновь до напряжения + 2 £. Чтобы процесс восстановления генератора был скоротечным, сопротивление нижнего резистора R (при отсутствии диода VD3) необходимо сделать пренебрежимо малым:

где ^вых max ~ максимально допустимый выходной ток. Время восстановления генератора при этом

Стабильность длительности импульса заторможенного генератора, определяемая кру­ тизной времязадающего напряжения иСв = 4Ее~^х — £ , выше, чем у автоколебатель­ ного генератора (рис. 6 .6 , а), для которого крутизна определяется выражением (6.26).

4. ГЕНЕРАТОРЫ НА ИОУ С ПЛАВНЫМ ИЗМЕНЕНИЕМ ПЕРИОДА ПОВТОРЕНИЯ ИЛИ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ

Для плавного изменения периода колебаний нижние концы резистороь R2 (рис. 6 .6 , а) необходимо подключить не к корпусу, а к источнику управляющего напряжения ЙупР.

В этом случае момент опрокидывания генератора будет определяться моментом выполне­ ния равенства, например, иСв = —уЕ + £/упр, при разряде конденсатора.

Закон изменения ВЗН в этом случае

« a = ( 3 + Y - Y yDp)£e“ //T- £ .

134

откуда с учетом иСа (tH) = ( - у + уупр) Е

в выражение (6.32), и ограничившись первым членом разложения в ряд, можно получить

135

откуда при у < 1

Ошибка зависимости (6.36) меньше 0,35уупр.

5. ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ НА ИОУ С ПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ И ВРЕМЛЗАДАЮЩИМ МОСТОМ

Генератор с ВЗМ на операционном усилителе с парафазным выходом показан на на рис. 6.7, а. К мосту подводятся противофазные напряжения yui и уи2, а в диагональ моста включены входы ИОУ. Для ограничения синфазного и дифференциального входных напряжений на выходах ИОУ включены делители R1R2 с коэффициентом деления у . При больших допустимых входных напряжениях усилителя применение делителей нецелесо­ образно, поскольку они уменьшают размах ВЗН и, следовательно, понижают стабильность

и2 уменьшается. Тогда вследствие положительной обратной связи, обеспечиваемой дели­ телями R1R2 и конденсаторами С, лавинообразный процесс установления исходного состоя­

—уЕ. Когда они станут равными нулю и поэтому станет равным нулю дифференциальное входное напряжение, генератор снова опрокинется и т. д.

При определении длительности /и1 первого и /и последующих импульсов вследствие

симметрии ВЗМ можно воспользоваться как законом изменения одного из входных или и~) напряжений, так и дифференциального идф t& — и ~ напряжения. Стабильность

длительности импульсов определяется крутизной дифференциального входного напряже­ ния. Поэтому для определения длительности импульсов целесообразно воспользоваться дифференциальным напряжением. Так, для первого импульса

Последующие импульсы будут иметь такую же длительность.

Для того чтобы дифференциальное входное напряжение в начале стадии формирования очередного импульса не превысило допустимого значения £/дфМ, необходимо выполнить

условие 4уЕ ^ £/дфм, откуда уДОп ^ ^дфм/4£* Поэтому при допустимом режиме рабо­ ты выражение (6.38) приобретает вид

136

Таким образом, допустимые входные напряжения не влияют на длительность импульсов, а понижают их стабильность, так как вместо крутизны ВЗН, определяемой выражением (6.38) при 7 = 1, из-за ограничений на дифференциальные напряжения стабильность дли­ тельности импульса будет определяться крутизной из выражения (6.40). Применение не­ симметричного ВЗМ нецелесообразно, поскольку при несимметрии моста длительность им­

При подаче запускающего импульса генератор опрокидывается с большой скорость^ обусловленной положительной обратной связью, создаваемой с помощью делителя R2R3m

После опрокидывания и* = —Е\ и2= Е\ vT = —у£; = 0; и3= 3£; ид = — поэтому диоды VDJt VD2 закрыты. Зарядившиеся конденсаторы начнут разряжаться череэ

137

резисторы R t стремясь перезарядиться до напряжения ис (оо) = —-2Я. Диоды VD3. VD4 при этом закрыты. По мере заряда конденсаторов напряжение «3, уменьшаясь, стремится к — Я, а ы4, увеличиваясь» стремится к Я. Когда напряжение и3 станет равным иГ = уЯ

(момент t' на рис. 6.7, а), диод VD1 откроется и напряжение и~ начнет уменьшаться, стре­ мясь к небольшому отрицательному значению, определяемому сопротивлениями резисто­ ров R2t R3 и R. Напряжение и4 при этом достигает нулевого значения, диод VD2 начинает

открываться, напряжение растет. В этот момент а~ *=* в~*~, генератор начинает опрокиды­ ваться. Лавинообразны# процесс заканчивается переходом усилителя в исходное состоя­

Длительность импульса /и можно определить, воспользовавшись законом изменения напряжения м4 (])ис. 6.7, г): и4 (0>= —ЗЯ, и4(оо) = Я, и4 (/и) ^ 0. Поэтому

/и = RC In [(Я + 3Я)/Я] = т In 4.

Время восстановления

/в = 5С (#! + г£)),

где гD — сопротивление открытого диода.

Длительность импульсов отличается высокой стабильностью, так как она определя­ ется крутизной времязадающего напряжения

Ид* = и3— и4= 4Ее~т — Е — [4£ (1 — e~i/x) — 3£] = 8 Ee~t/X — 2Е, (6.41)

имеющей наибольшее по сравнению с рассмотренными ранее значениями.

6 . ГЕНЕРАТОРЫ НА ИОУ С ПАРАФАЗНЫМ ВЫХОДОМ И УПРАВЛЯЮЩИМИ КЛЮЧАМИ

Большие возможности плавного изменения длительности (частоты повторения) им­ пульсов и их скважности при сравнительно высокой удельной длительности обеспечивает одноконденсаторный генератор, принципиальная схема которого изображена на рис. 6 .8 , а.

Этот генератор состоит из ИОУ с парафазным выходом (щ и «а) и времязадающего устрой­ ства (ВЗУ). Делители R3R4 служат для создания положительной обратной связи в уси­ лителе. ВЗУ состоит из зарядно-разрядной ЯС-цепй* двух ключевых каскадов (транзисто­ ры VT1 и VT2)r двух опорных диодов (VD1 и VD2), двух защитных диодов (VD3 и VD4)

138

и двух шунтирующих диодов (VD5 и VD6 ). Коллекторы транзисторов VT1 и VT2 связаны со входами ИОУ дифференцирующими цепями С/, R4 и С2, R4. Изменение длительности

Принцип работы генератора в режиме автоколебаний сводится к следующему. Пусть в момент включения источников питания напряжение их возрастает, а и2 приобретает отри­ цательную полярность. Тогда под действием положительной обратной связи лавинообраз­

но установится режим, при котором иг = £; и2 = —Е; и*~ = —уЕ; и~ = уЕ, где у = = R4KR3 + R4)- Конденсатор С начнет заряжаться через открытые диоды VD5, VD3, пере­ ход база— эмиттер транзистора VT2 u резистор R, стремясь зарядиться до напряжения ис (оо) = 2Е (рис. 6 .8 , б). При этом транзистор VT1 закрыт, VT2 открыт и находится в ре­

жиме насыщения, опорные диоды VDlt VD2 закрыты. По мере заряда конденсатора потен­

+ Е, прекратит заряжаться,

Зарядный ток, являющийся током базы VT2, теперь уже с малой постоянной времени

раться. Повышение потенциала его коллектора в результате действия дифференцирующей

входе ИОУ образуется короткий опрокидывающий импульс положительной полярности. ИОУ опрокинется и описанные процессы снова повторятся. Длительность второго и после­ дующих импульсов

*Yon

Стабильность длительности импульсов определяется крутизной ВЗН во время форми­ рования импульса (рис. 6 .8 , б):

139

откуда при 70П <£ 1

ции вида In (I + х) в ряд, составляющего в данном случае величину 0,5у£п. Если допустима

погрешность линейности зависимости tu (уоп) до 10 %, то у?п = 0,2, | уоп | = 0,45. Тогда

согласно зависимости (6.44) приращение периода повторения с указанной нелинейностью АТ я* zb 1,2т, что составляет более ±50 % от периода Т0 = 2т In 3, относительно которого

чи запускающего импульса зарядится через диоды VD5, VD3, переход база — эмиттер VT2 и резистор R до напряжения ис (0) = 2£. После подачи запускающего импульса положи­

тельной полярности на неинвертирующий вход или импульса отрицательной полярности на инвентнрующий вход, ИОУ опрокинется. Зарядившийся конденсатор начнет разря­ жаться через открытые диоды VD6, VD4, переход база — эмиттер VT1 и резистор R, стре­ мясь перезарядиться до напряжения ис (оо) = —2£. Когда он перезарядится до напряже­

ния ис (/и) = — (1 + 7 оп) £, диод VD1 откроется, транзистор VTI закроется, а ИОУ воз­

вратится в исходное состояние. Конденсатор С восстановит исходный заряд. В этом случае длительность импульса

Время восстановления tB= 5RC. Для его уменьшения сопротивление правого рези­ стора R в рассматриваемой схеме необходимо уменьшить до значения, при котором заряд­ ный выходной ток ИОУ будет не больше максимально допустимого.

Плавное изменение длительности импульса заторможенного генератора обеспечивает­ ся изменением опорного напряжения у0ПЕ, где 1 > 70п > — Согласно формуле (6.45)

=1,4г.

7.ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ НА ДВУХ ИОУ

Принцип построения генераторов импульсов на двух ИОУ с одним выходом не отли­ чается от принципа построения генераторов на одном ИОУ с парафазным выходом, рассмот­ ренных выше.

Однако генераторам на двух ИОУ (рис. 6.9, а—г) свойственны некоторые особенности. Для обеспечения противофазности входных напряжений усилителей DA1 и DA2 в этих генераторах инвертирующий вход одного усилителя соединяется с неинвертирующим вхо­ дом другого.

Принцип работы генератора, схема которого показана на рис. 6.9, а, аналогичен прин­ ципу работы генератора, показанного на рис. 6 .6 , а. Отличие заключается лишь в том, что

опрокидывании генератора лавинообразные процессы протекают одновременно в обоих усилителях, охваченных положительной обратной связью, обеспечиваемой делителями R1R2. Временные диаграммы напряжений рассматриваемого генератора и расчетные со­ отношения полностью совпадают с диаграммами и формулами для генератора на рис. 6 .6 ,а, работающего как в режиме автоколебаний, так и в заторможенном режиме.

140